JP2004354781A - Scanner driving circuit, laser beam machining device and method of adjusting scanner driving circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はスキャナ駆動回路及びスキャナ駆動回路の調整方法に関し、例えばレーザ光を加工対象物に照射して印字などの加工を行うレーザ加工装置においてレーザ光を加工対象面上に走査させるスキャナ駆動回路及びスキャナ駆動回路の調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザ加工装置は、レーザ光を所定の領域内において走査して、部品や製品などの加工対象物(ワーク)の表面に対しレーザ光を照射して印字やマーキングなどの加工を行う。レーザ加工装置の構成の一例を図1に示す。この図に示すレーザ加工装置は、レーザ制御部1とレーザ出力部2と入力部3とを備える。レーザ制御部1のレーザ励起部6で発生される励起光を、レーザ出力部2のレーザ発振部50で発振器を構成するレーザ媒質8に照射し、レーザ発振を生じさせる。レーザ発振光はレーザ媒質8の出射端面から出射され、ビームエキスパンダ53でビーム径を拡大されて、光学部材54により反射されて走査部9に導かれる。走査部9は、レーザ光を反射させて所望の方向に偏光し、集光部15から出力されるレーザ光は、ワークWの表面で走査されて印字や加工を行う。
【0003】
特に近年ではより高速且つ高品質な印字能力が求められており、スキャナの走査速度も高速化される傾向にある。レーザ加工装置は、レーザ出力光をワーク上で走査させるために、図2に示すような走査部9を備える。走査部9は、一対のガルバノミラーを構成するX・Y軸スキャナ14a、14bと、各ガルバノミラーをそれぞれ回動軸に固定し回動するためのガルバノモータ51a、51bとを備えている。X・Y軸スキャナ14a、14bは、図2に示すように直交する姿勢で配置されており、レーザ光をX方向、Y方向に反射させて走査させることができる。また、走査部9の下方には、集光部15が備えられる。集光部15は集光レンズで構成され、fθレンズが使用される。ガルバノミラーを用いたレーザマーキング装置には、例えば特許文献1に示すようなものがある。
【0004】
このようなガルバノミラーで構成されるスキャナを駆動するための制御回路は、図3に示すような構成となる。この図に示す回路は、ガルバノミラーを回動するガルバノモータ51を備えるスキャナ14と、スキャナ14を駆動するスキャナ駆動部73と、スキャナ駆動部73を制御するスキャナ制御部74とを備える。スキャナ制御部74は、スキャナ駆動部73に制御信号を送出すると共に、スキャナ駆動部73を駆動する電力を供給する電源を備える。スキャナ駆動部73はスキャナ制御部74から制御信号が入力されると、この制御信号に基づいてスキャナ14を駆動する。一方スキャナ14は、回動するガルバノミラーの回転角を位置信号として検出する位置検出部75を備えており、位置信号をリアルタイムにスキャナ駆動部73にフィードバックする。スキャナ駆動部73は、スキャナ14からフィードバックされる位置信号とスキャナ制御部74から入力される制御信号とを比較して、スキャナ14の回転角を正確に制御する。各々のスキャナ14は、このような制御回路によってそれぞれ回動される。
【0005】
【特許文献1】
特開平6−8634号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このようなスキャナにおいては、レーザ光をX方向とY方向に走査させるため、図2に示すように2枚のガルバノミラーが必要となる。しかしながら、これらX軸用、Y軸用の2枚のガルバノミラーは、その構成上、同じ大きさにすることができない。例えばX軸スキャナ14aでレーザ光を受けて、Y軸スキャナ14bに反射し、Y軸スキャナ14bがレーザ光を出力する場合、X軸スキャナ14aは常に一方向からレーザ光を受光するため、受光面が小さくなり、ガルバノミラーの大きさも小さくて済む。一方、X軸スキャナ14aで反射された光を受けるY軸スキャナ14bは、X軸スキャナ14aの回動により反射されるレーザ光の走査範囲が広くなるため、その走査範囲に応じた受光面を用意する必要があり、必然的に受光面がX軸スキャナ14aより大きくなりガルバノミラーが大型化する。一方、仮にX軸スキャナ14aをY軸スキャナ14bに合わせて大きくしようとすると、大型化されたX軸スキャナ14aの回動範囲にY軸スキャナ14bの回動範囲が抵触しないよう、これらを離間して配置する必要がある。その結果スキャナ14の回動できる範囲が狭くなって、レーザ光を走査できる範囲が狭くなる。このような理由から、X軸スキャナ14aとY軸スキャナ14bとは、構造上同じ形状のガルバノミラーとすることができない。
【0007】
スキャナ14のガルバノミラーの大きさが異なると、慣性モーメント(イナーシャ)も異なる。ガルバノミラーの慣性モーメントの差が大きくなると、スキャナ14を回動させる際の初期の応答性に差異が生じる。例えば制御信号として矩形波を入力すると、制御信号に対してスキャナ14の立ち上がり時に回転角が時間とともに変化していく軌跡が図4に示すように測定される。図において、矩形波状の制御信号を一点鎖線、X軸スキャナ14aの応答軌跡を実線、Y軸スキャナ14bの応答軌跡を破線で示している。このように、矩形波の制御信号を入力しても、X軸スキャナ14a、Y軸スキャナ14bのいずれもトリガ入力から制御信号に従った回転角に安定するまでの安定時間に遅れが生じる。ここでY軸スキャナ14bはX軸スキャナ14aよりも慣性モーメントが大きいため、回転の軌跡も異なってしまう。
【0008】
従来は、図5に示すように、制御信号に対してX軸スキャナ、Y軸スキャナの立ち上がり時間を合わせるように調整していた。このような調整を行うために、図6に示す回路において、任意の制御信号をスキャナ駆動部73に入力し、これに応じたスキャナ14の回転の位置信号を位置検出部75からスキャナ駆動部73に出力させて、スキャナ14の回転を把握しながら、スキャナ14への制御信号すなわちガルバノモータの駆動電流を制御するパラメータを調整する。この回路で、X軸スキャナの安定時間を図5のようにY軸スキャナと合わせるように、オシロスコープ等で波形を確認しながらスキャナ駆動部73のパラメータを調整していた。従来のスキャナは回転速度が遅い、すなわち描画があまり速くないので、このような立ち上がりの安定時間を一致させる調整によって、スキャナの同期が維持されて、走査された結果の印字や加工の品質に目立った影響は生じなかった。
【0009】
しかしながらこの方法では、スキャナが高速に回動するようになると慣性モーメントの差による影響が顕著になり、走査に悪影響が生じるという問題があった。例えば、レーザマーカで高速に円を描画する場合、立ち上がり時間を合わせる方法では慣性モーメントの異なるX軸スキャナ、Y軸スキャナの軌跡の差による影響が大きくなり、スキャナ同士の同期がとれなくなって慣性モーメントの大きいガルバノミラーを搭載したY軸スキャナの動作が遅れ、図7に示すようにX軸スキャナの移動距離AよりもY軸スキャナの移動距離Bが短くなり、円が楕円形として描画されてしまう。したがって、従来のスキャナ立ち上がりの安定時間を調整する方法では、スキャナの回転速度を向上させるに従って正しい走査ができなくなり、描画の品質が悪くなるという問題があった。
【0010】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、スキャナの回転速度を速くしても高品質な描画が可能なスキャナ駆動回路、レーザ加工装置及びスキャナ駆動回路の調整方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に記載されるスキャナ駆動回路は、外部から受光した光を複数のミラーの回動により反射させて対象面上を走査させるスキャナ駆動回路であって、光を全反射する複数のミラーと、前記ミラーをそれぞれ回転軸に固定して回動させるモータと、前記モータを駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部73と、前記ミラーの回転角を検出し、位置信号として前記スキャナ駆動部73に送出する位置検出部75と、前記ミラーを所望の回転角に制御させる制御信号を前記スキャナ駆動部73に入力するためのスキャナ制御部74と、前記スキャナ制御部74から出力される制御信号及び前記位置検出部75から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対し前記ミラーの回転角が時間変化する軌跡を、各ミラー同士で略一致させるよう調整するための調整機構76とを備えることを特徴とする。
【0012】
この構成によって、走査速度すなわちモータの回転速度に関わらず各ミラーの同期が維持され、高精度な描画が実現される。
【0013】
また、請求項2のスキャナ駆動回路は、外部から受光した光を一対のミラーの回動により反射させて対象面上を走査させるスキャナ駆動回路であって、光を全反射する第1のミラーと、前記第1のミラーよりも慣性モーメントの大きい第2のミラーと、前記第1のミラーを回転軸に固定して回動させる第1のモータと、前記第2のミラーを回転軸に固定して回動させる第2のモータと、前記第1、第2のモータをそれぞれ駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部73と、前記第1、第2のミラーの回転角を検出し、位置信号として前記スキャナ駆動部73に送出する位置検出部75と、前記第1、第2のミラーを所望の回転角に制御させる制御信号を前記スキャナ駆動部73に入力するためのスキャナ制御部74と、前記スキャナ制御部74から出力される制御信号及び前記位置検出部75から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対し前記第1のミラーの回転角が時間変化する軌跡を、制御信号に対し前記第2のミラーの回転角が時間変化する軌跡に略一致させるよう調整するための調整機構76とを備えることを特徴とする。
【0014】
この構成によって、走査速度すなわちモータの回転速度が速くなっても第1のミラーを第2のミラーに合わせて同期が維持され、高精度な描画が実現される。
【0015】
さらにまた、請求項3のスキャナ駆動回路は、請求項1又は2に記載のスキャナ駆動回路であって、前記調整機構76が、スキャナ駆動部73を動作させる複数のパラメータを調整する可変抵抗であることを特徴とする。
【0016】
また、請求項4のレーザ加工装置は、レーザ媒質8を励起して励起光を放出させるためのレーザ励起部6を備えるレーザ制御部1と、前記レーザ制御部1と光学的に結合され、レーザ制御部1から送出される励起光で励起され、端面からレーザ発振を出射するレーザ媒質8を備えるレーザ発振部50と、光を全反射する第1のミラーと、前記第1のミラーを回転軸に固定して回動させる第1のモータと、前記第1のミラーよりも慣性モーメントが大きく、かつ前記第1のミラーと回転軸を直交させて配置される第2のミラーと、前記第2のミラーを回転軸に固定して回動させる第2のモータと、前記第1、第2のモータをそれぞれ駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部73と、前記第1、第2のミラーの回転角を検出し、位置信号として前記スキャナ駆動部73に送出する位置検出部75と、前記第1、第2のミラーを所望の回転角に制御させる制御信号を前記スキャナ駆動部73に入力するためのスキャナ制御部74と、前記スキャナ制御部74から出力される制御信号及び前記位置検出部75から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対し前記第1のミラーの回転角が時間変化する軌跡を、制御信号に対し前記第2のミラーの回転角が時間変化する軌跡に略一致させるよう調整するための調整機構76とを備える走査部と、前記走査部9からの走査光を集光してレーザ出力として外部に出射するための集光部15とを備えることを特徴とする。
【0017】
この構成によって、レーザ光の走査速度すなわちモータの回転速度が速くなっても第1のミラーを第2のミラーに合わせて同期が維持され、高精度な描画が実現される。
【0018】
さらに、請求項5のスキャナ駆動回路の調整方法は、外部から受光した光を一対のミラーの回動により反射させて対象面上を走査させるスキャナ駆動回路の調整方法であって、ミラーを回動させる所定の制御信号を、ミラーを回転軸に固定して回動させる各モータに入力し、モータを回動させると共に、ミラーの回転角を検出して位置信号として受信することで測定される、制御信号に対するミラーの回転角が時間変化する軌跡を各ミラー毎に取得する工程と、測定された各軌跡がミラー同士で略一致するように、モータを駆動するスキャナ駆動部73の所定のパラメータを調整する工程とを備えることを特徴とする。
【0019】
これによって、走査速度すなわちモータの回転速度が速くなっても各ミラーの同期が維持され、高精度な描画が実現される。
【0020】
さらにまた、請求項6のスキャナ駆動回路の調整方法は、請求項5に記載のスキャナ駆動回路の調整方法であって、前記スキャナ駆動部73の所定のパラメータを調整する工程が、走査光として描かれるべき軌跡が直線上を所定周期で往復する軌跡となる所定周期の制御信号を、双方のモータに同一のタイミングで入力し、この制御信号に基づいて実際に描かれる軌跡と、本来の軌跡との差が所定範囲内に収まるようにパラメータを調整する工程であることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのスキャナ駆動回路、レーザ加工装置及びスキャナ駆動回路の調整方法を例示するものであって、本発明はスキャナ駆動回路、レーザ加工装置及びスキャナ駆動回路の調整方法を以下のものに特定しない。
【0022】
さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【0023】
本発明の実施の形態に係るスキャナ駆動回路を、図3に示す。この回路において、スキャナ14はX軸スキャナ14a、Y軸スキャナ14bを構成する全反射ミラーであるガルバノミラーと、ガルバノミラーを回動軸に固定して回動するためのガルバノモータと、回動軸の回転位置を検出して位置信号として出力する位置検出部75を備える。またスキャナ14は、スキャナ14を駆動するスキャナ駆動部73に接続れる。スキャナ駆動部73はスキャナ制御部74に接続され、スキャナ14を制御する制御信号をスキャナ制御部74から受けて、これに基づいてスキャナ14を駆動する。例えばスキャナ駆動部73は、制御信号に基づいてスキャナ14を駆動する駆動電流を調整する。またスキャナ駆動部73は、制御信号に対する各スキャナ14の回転角の時間変化を調整する調整機構76を備える。調整機構76は、スキャナ駆動部73の各パラメータを調整する可変抵抗等の半導体部品で構成される。
【0024】
本発明の実施の形態に係るスキャナ駆動回路の調整方法は、図6の回路において、制御信号に対する各スキャナの回転角の時間履歴を一致させるように調整するものである。すなわち、制御信号に対してX軸スキャナの回転角が時間変化する履歴、つまり図8に示す波形の軌跡と、Y軸スキャナの波形の軌跡とが合うように調整を施す。すなわち、従来のように立ち上がりの安定時間に着目する調整方法でなく、各スキャナの回転角の時間変化に着目してこれを一致させるように調整している。
【0025】
この方法によれば、スキャナの回転速度が速くなっても、X軸スキャナとY軸スキャナは略等しい軌跡でスキャナの回転角が変化するため、同期が維持される。このため、スキャナの立ち上がり時間のみを一致させる調整方法のように、スキャナの回転速度を速くしたときにスキャナの回転の同期が維持されず、一方の回転が速く、あるいは一方の回転が遅くなって、走査パターンに狂いが生じることがない。したがって、高速で走査して円を描画させても、X軸方向とY軸方向の移動距離が略等しく維持され、図7のような楕円状に歪むことなく、図9のように綺麗な円が描画される。このため、この方法によれば高速な走査でも高精度な描画が実現される。このようなスキャナの軌跡を一致させるための調整は、図6の回路において、オシロスコープ等で波形を確認しながらX軸スキャナの軌跡の曲線を図8のようにY軸スキャナと略一致させるように、スキャナ駆動部73の調整機構76でパラメータを調整する。なお、本明細書においてX軸、Y軸とは、描画時のX軸、Y軸を指しており、これらを入れ替えても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【0026】
実際に波形の軌跡を合わせるための調整方法は、以下のようにして行う。まずX軸スキャナとY軸スキャナに同期した正弦波をそれぞれ入力し、両スキャナの位置信号のリサージュ波形を観測する。すると、本来であれば図10(a)のように基準点から(1)右斜め上、(2)左斜め下、(3)右斜め上に移動する斜線の軌跡に描画される。正弦波の周波数が低い状態では上記のような所望の斜線通りに描画されるが、周波数を上げていくにつれて徐々に波形が崩れて、例えば図10(b)に示すように捻れた状態に描画される。この崩れた斜線が、所定の範囲内となるようにスキャナ駆動部73の調整機構76を用いて調整していく。所定範囲は、例えば図10(b)に破線で示す楕円幅の範囲を基準として、この範囲内に実際の描画軌跡が収まるように調整する。例えば、スキャナの最高回転速度において周波数が数kHzの正弦波を入力し、楕円の短軸と長軸の比が1〜10%となるように調整機構76を調整する。
【0027】
調整作業は、スキャナ駆動部73の動作を決定するパラメータを調整し、実際の描画を行わせてさらに調整を繰り返すという手順になる。このような調整を各スキャナ14のスキャナ駆動部73、好ましくはX軸スキャナをY軸スキャナに合わせるように調整する際の設定のパラメータとしては、スキャナセンサ出力の調整、スキャナセンサ出力のリニアリティ(左右の対称性)調整、信号入力電圧対スキャナ回転角の調整、信号入力OFF時の設定(スキャナの原点調整)、低周波ダンピング(速度フィードバック量)調整、サーボのゲイン(エラー信号の加算値)調整、高周波ダンピング(サーボの加速度フィードバック量)調整、高周波ダンピングのバンド幅調整(サーボの加速度フィードバック量の微調整)、ノッチフィルタの中心周波数調整、ノッチフィルタの減衰量調整等の項目がある。調整機構76は、これらのパラメータ毎に可変抵抗を備えており、可変抵抗の値を変化させることで各パラメータ値の調整が行われる。
【0028】
図8に示すようにX軸スキャナとY軸スキャナの波形の軌跡を合わせるように調整すると、例えばスキャナを高速に回動させて円を描画させても、X軸スキャナの移動距離AとY軸スキャナの移動距離Bがほぼ等しくなって、正しく円として描画される。このように、スキャナを高速に回動させても所望のパターンを描画でき、高品質な印字や加工が実現される。
【0029】
なお図3の例では、スキャナ駆動部73とスキャナ制御部74を個別の部材で構成しているが、この構成に限られず、例えばスキャナ制御部74にスキャナ制御部74の機能を統合して一の部材で構成することもできる。
【0030】
[レーザ加工装置]
次に、上記のスキャナ制御部74をレーザ加工装置に適用する例について、図1に基づいて説明する。図1はレーザ加工装置を構成するブロック図を示し、この図に示すレーザ加工装置は、レーザ制御部1とレーザ出力部2と入力部3とを備える。
【0031】
レーザ加工装置は、その名称に拘わらずレーザ応用機器一般に利用でき、例えばレーザ発振器や各種のレーザ加工装置、穴あけ、マーキング、トリミング、スクライビング、表面処理などのレーザ加工や、レーザ光源として他のレーザ応用分野、例えばDVDやBlu−ray等の光ディスクの高密度記録再生用光源や通信用の光源、印刷機器、照明用光源、ディスプレイなどの表示装置用の光源、医療機器等において、好適に利用できる。以下の例では、レーザ加工装置の一例としてレーザマーカに適用する例について説明する。また、本明細書において印字とは文字や記号、図形などのマーキングの他、上述した各種の加工も含む概念で使用する。
【0032】
[入力部3]
入力部3はレーザ制御部1に接続され、レーザ加工装置を操作するための必要な設定を入力してレーザ制御部1に送信する。設定内容はレーザ加工装置の動作条件や具体的な印字内容等である。入力部3はキーボードやマウス、コンソール等の入力デバイスである。また、入力部3は入力情報を確認したり、レーザ制御部1の状態等を表示する表示部を別途設けることもできる。表示部はLCDやブラウン管等のモニタであり、タッチパネル方式として入力部と表示部を兼用することもできる。これによって、コンピュータなどを外部接続することなく入力部でレーザ加工装置の必要な設定を行うことができる。
【0033】
[レーザ制御部1]
レーザ制御部1は、制御部4とメモリ部5とレーザ励起部6と電源7とを備える。入力部3から入力された設定内容をメモリ部5に記録する。制御部4は必要時にメモリから設定内容を読み込み、印字内容に応じた印字信号に基づいてレーザ励起部6を動作させてレーザ出力部2のレーザ媒質8を励起する。メモリ部5はRAMやROM等の半導体メモリが利用できる。またメモリ部5はレーザ制御部1に内蔵する他、挿抜可能なPCカードやSDカード等の半導体メモリカード、カード型ハードディスクなどのメモリカードを利用することもできる。メモリカードで構成されるメモリ部5は、コンピュータ等の外部機器で容易に書き換え可能であり、コンピュータで設定した内容をメモリカードに書き込み、レーザ制御部1にセットすることで、入力部をレーザ制御部に接続することなく設定を行うことができる。特に半導体メモリはデータの読み込み・書き込みが高速で、しかも機械的動作部分がないため振動等に強く、ハードディスクのようなクラッシュによるデータ消失事故を防止できる。
【0034】
さらに制御部4は、設定された印字を行うようレーザ媒質8で発振されたレーザ光をワークW上で走査させるため、レーザ出力部2の走査部9を動作させる走査信号を走査部9に出力する。電源7は、定電圧電源として、レーザ励起部6へ所定電圧を印加する。印字動作を制御する印字信号は、そのHIGH/LOWに応じてレーザ光のON/OFFが切り替えられ、その1パルスが発振されるレーザ光の1パルスに対応するPWM信号である。PWM信号は、その周波数に応じたデューティ比に基づいてレーザ強度が定められるが、周波数に基づいた走査速度によってもレーザ強度が変化するよう構成することもできる。
【0035】
(レーザ励起部6)
レーザ励起部6は、光学的に接合されたレーザ励起光源10とレーザ励起光源集光部11を備える。レーザ励起部6の内部の一例を図11の斜視図に示す。この図に示すレーザ励起部6は、レーザ励起光源10とレーザ励起光源集光部11をレーザ励起部ケーシング12内に固定している。レーザ励起部ケーシングは、熱伝導性の良い真鍮などの金属で構成され、レーザ励起光源10を効率よく外部に放熱する。レーザ励起光源10は半導体レーザ等で構成される。図11の例では、複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイを使用しており、各素子からのレーザ発振がライン状に出力される。レーザ発振はレーザ励起光源集光部11の入射面に入射されて、出射面から集光されたレーザ励起光として出力される。レーザ励起光源集光部11はフォーカシングレンズ等で構成される。レーザ励起光源集光部11からのレーザ励起光は光ファイバケーブル13等によりレーザ出力部2のレーザ媒質8に入射される。レーザ励起光源10とレーザ励起光源集光部11、光ファイバケーブル13は、空間あるいは光ファイバを介して光学的に結合されている。
【0036】
[レーザ出力部2]
レーザ出力部2は、レーザ発振部50を備える。レーザ光を発生させるレーザ発振部50は、レーザ媒質8と、レーザ媒質8が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Qスイッチ等を備える。レーザ媒質8が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間での多重反射により増幅し、Qスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザ光を出力する。図1に示すレーザ出力部2は、レーザ媒質8と走査部9を備える。レーザ媒質8は光ファイバケーブル13を介してレーザ励起部6から入射されるレーザ励起光で励起されて、レーザ発振される。レーザ媒質8はロッド状の一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザ光を出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式を採用している。
【0037】
(レーザ媒質8)
上記の例では、レーザ媒質8としてロッド状のNd:YVO4の固体レーザ媒質を用いた。また固体レーザ媒質の励起用半導体レーザの波長は、このNd:YVO4の吸収スペクトルの中心波長である809nmに設定した。ただ、この例に限られず他の固体レーザ媒質として、例えば希土類をドープしたYAG、LiSrF、LiCaF、YLF、NAB、KNP、LNP、NYAB、NPP、GGG等も用いることもできる。また、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザ光の波長を任意の波長に変換できる。
【0038】
さらに、固体レーザ媒質を使用せず、言い換えるとレーザ光を発振させる共振器を構成せず、波長変換のみを行う波長変換素子を使用することもできる。この場合は、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行う。波長変換素子としては、例えばKTP(KTiPO4)、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばKN(KNbO3)、KAP(KAsPO4)、BBO、LBOや、バルク型の分極反転素子(LiNbO3(Periodically Polled Lithium Niobate :PPLN)、LiTaO3等)が利用できる。また、Ho、Er、Tm、Sm、Nd等の希土類をドープしたフッ化物ファイバを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。このように、本実施の形態においてはレーザ発生源として様々なタイプを適宜利用できる。
【0039】
(走査部9)
走査部9は、レーザ光を反射させて所望の方向に出力し、ワークWの表面でレーザ光を走査して印字する。走査部9は、図2に示すように一対のX軸スキャナ14a、Y軸スキャナ14bと、これらをそれぞれ回動するガルバノモータ51a、51bとを備えている。ガルバノモータ51a、51bは、スキャナ駆動回路52で駆動される。スキャナ駆動回路52は、制御部4から与えられる走査信号に基づいて、ガルバノモータ51a、51bを駆動させることにより、ガルバノモータ51a、51bの出力軸に設けられたX軸スキャナ14a、Y軸スキャナ14bの全反射ミラーを回動させて、レーザ媒質8から発振されたレーザ光を偏向・走査する。偏向・走査されたレーザ光は、略偏向方向に設けられたfθレンズを介してワークWの表面に照射されてマーキングする。fθレンズは、スキャナがニュートラル位置にある状態において偏向されたレーザ光がその中央を平行光として入射されるように設けられている。
【0040】
[集光部15]
集光部15は、fθレンズ等の集光レンズが使用される。レーザビームは、ガルバノミラーにより反射された後、集光レンズにより集光して照射面に照射されるが、小スポットへの集光を効果的に行わせるため、図1に示すようにガルバノミラーにビームエキスパンダ53を前置し、レーザ発振部50から出力されるレーザビームのビーム径を拡げるようにしている。ビームエキスパンダ53からの出射ビームは、ミラーなどの光学部材54により反射して走査部9のガルバノミラーに導かれる。
【0041】
以上のように、レーザ加工装置にスキャナ駆動回路の調整方法を適用することによって、従来と同じ構成であっても20〜30%程度印字品質を向上させることに成功した。しかもこの調整方法は、新たなハードウェアを追加することなく既存のスキャナ駆動回路を利用したまま、制御方法の変更のみで対応できるので、実装が容易で安価に実現でき、しかも高速印字における印字品質が格段に向上するという高い効果が得られるというメリットがある。
【0042】
【発明の効果】
以上のように、本発明のスキャナ駆動回路、レーザ加工装置及びスキャナ駆動回路の調整方法によれば、スキャナの制御方法を変更するのみで高速走査時においても品質の劣化しない高精度な描画が可能となる。それは、本発明のスキャナ駆動回路、レーザ加工装置及びスキャナ駆動回路の調整方法が、スキャナの調整に立ち上がり時の安定時間よりもその時間変化の軌跡に着目し、スキャナ同士の波形パターンが一致するように調整しているからである。この方法であれば、低速な走査のみならず、高速な走査においてもミラーの慣性モーメント差に起因する同期のずれを抑制し、精度良く走査パターンを得ることができ、スキャナの走査速度を上げて高品質な高速印字や高速加工を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図2】走査部におけるX・Y軸スキャナの配置状態を示す透明斜視図である。
【図3】スキャナの駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図4】制御信号に基づきスキャナの回転角が時間変化する経過を示すグラフである。
【図5】図4において、スキャナの立ち上がり時の安定時間を一致させるよう調整した例を示すグラフである。
【図6】図3のスキャナ駆動回路を調整する方法を示すブロック図である。
【図7】図5の調整方法においてスキャナが円を描くように高速に走査させた際の実際の描画結果を示す概略図である。
【図8】本発明の一実施の形態に係るスキャナ駆動回路の調整方法で、スキャナの回転角の時間変化する軌跡を一致させるように調整した例を示すグラフである。
【図9】本発明の一実施の形態に係るスキャナ駆動回路の調整方法において、スキャナが円を描くように高速に走査させた際の実際の描画結果を示す概略図である。
【図10】本発明の一実施の形態に係るスキャナ駆動回路の調整方法の一例を示す概略図である。
【図11】図1のレーザ励起部の内部構造の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1・・・レーザ制御部
2・・・レーザ出力部
3・・・入力部
4・・・制御部
5・・・メモリ部
6・・・レーザ励起部
7・・・電源
8・・・レーザ媒質
9・・・走査部
10・・・レーザ励起光源
11・・・レーザ励起光源集光部
12・・・レーザ励起部ケーシング
13・・・光ファイバケーブル
14・・・スキャナ
14a・・・X軸スキャナ
14b・・・Y軸スキャナ
15・・・集光部
50・・・レーザ発振部
51、51a、51b・・・ガルバノモータ
52・・・スキャナ駆動回路
53・・・ビームエキスパンダ
54・・・光学部材
73・・・スキャナ駆動部
74・・・スキャナ制御部
75・・・位置検出部
76・・・調整機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanner drive circuit and a method for adjusting the scanner drive circuit. For example, in a laser processing apparatus that performs processing such as printing by irradiating an object to be processed with a laser beam, The present invention relates to a method for adjusting a scanner driving circuit.
[0002]
[Prior art]
The laser processing apparatus scans a laser beam within a predetermined region and irradiates the surface of a processing target (work) such as a component or product with a laser beam to perform processing such as printing or marking. An example of the configuration of the laser processing apparatus is shown in FIG. The laser processing apparatus shown in this figure includes a
[0003]
In particular, in recent years, higher speed and higher quality printing capability has been demanded, and the scanning speed of the scanner tends to be increased. The laser processing apparatus includes a scanning unit 9 as shown in FIG. 2 in order to scan the laser output light on the workpiece. The scanning unit 9 includes X / Y-
[0004]
A control circuit for driving the scanner configured by such a galvanometer mirror has a configuration as shown in FIG. The circuit shown in this figure includes a scanner 14 including a
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-8634
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In such a scanner, two galvanometer mirrors are required as shown in FIG. 2 in order to scan the laser light in the X and Y directions. However, the two galvanometer mirrors for the X-axis and the Y-axis cannot be made the same size due to the configuration. For example, when the
[0007]
When the size of the galvanometer mirror of the scanner 14 is different, the moment of inertia (inertia) is also different. When the difference in the moment of inertia of the galvanometer mirror is increased, a difference occurs in the initial response when the scanner 14 is rotated. For example, when a rectangular wave is input as a control signal, a locus in which the rotation angle changes with time when the scanner 14 rises with respect to the control signal is measured as shown in FIG. In the figure, a rectangular wave control signal is indicated by a one-dot chain line, a response locus of the
[0008]
Conventionally, as shown in FIG. 5, the rise time of the X-axis scanner and the Y-axis scanner is adjusted to match the control signal. In order to perform such adjustment, in the circuit shown in FIG. 6, an arbitrary control signal is input to the
[0009]
However, this method has a problem that when the scanner rotates at a high speed, the influence due to the difference in the moment of inertia becomes remarkable, and the scanning is adversely affected. For example, when drawing a circle at high speed with a laser marker, the method of matching the rise time has a large effect due to the difference in the locus of the X-axis scanner and Y-axis scanner with different moments of inertia, and the scanners cannot synchronize and the moment of inertia is reduced. The operation of the Y-axis scanner equipped with a large galvanometer mirror is delayed, and as shown in FIG. 7, the movement distance B of the Y-axis scanner is shorter than the movement distance A of the X-axis scanner, and the circle is drawn as an ellipse. Therefore, the conventional method of adjusting the stabilization time of the rise of the scanner has a problem that the scanning becomes impossible as the rotation speed of the scanner is increased, and the quality of the drawing is deteriorated.
[0010]
The present invention has been made to solve such problems. A main object of the present invention is to provide a scanner driving circuit, a laser processing apparatus, and a method for adjusting a scanner driving circuit that can perform high-quality drawing even when the rotation speed of the scanner is increased.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a scanner drive circuit according to
[0012]
With this configuration, synchronization of each mirror is maintained regardless of the scanning speed, that is, the rotational speed of the motor, and high-precision drawing is realized.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a scanner drive circuit for reflecting a light received from the outside by rotating a pair of mirrors to scan a target surface, and a first mirror for totally reflecting light. A second mirror having a larger moment of inertia than the first mirror, a first motor for rotating the first mirror on a rotating shaft, and a second motor fixed on the rotating shaft. A second motor for rotating the first and second motors, a
[0014]
With this configuration, even when the scanning speed, that is, the rotational speed of the motor is increased, the first mirror is aligned with the second mirror, and synchronization is maintained, so that highly accurate drawing is realized.
[0015]
Furthermore, the scanner drive circuit according to
[0016]
The laser processing apparatus according to claim 4 includes a
[0017]
With this configuration, even when the scanning speed of the laser beam, that is, the rotational speed of the motor is increased, the first mirror is aligned with the second mirror, and synchronization is maintained, thereby realizing high-precision drawing.
[0018]
The scanner drive circuit adjustment method according to claim 5 is a scanner drive circuit adjustment method in which light received from the outside is reflected by the rotation of a pair of mirrors to scan the target surface, and the mirror is rotated. A predetermined control signal is input to each motor that rotates while fixing the mirror to the rotation shaft, and is measured by rotating the motor and detecting the rotation angle of the mirror and receiving it as a position signal. A predetermined parameter of the
[0019]
As a result, even when the scanning speed, that is, the rotational speed of the motor is increased, the synchronization of the mirrors is maintained, and high-precision drawing is realized.
[0020]
Further, the scanner drive circuit adjustment method according to
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following embodiment exemplifies a scanner drive circuit, a laser processing apparatus, and a scanner drive circuit adjustment method for embodying the technical idea of the present invention. The adjustment method of the laser processing apparatus and the scanner drive circuit is not specified as follows.
[0022]
Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the claims, the numbers corresponding to the members shown in the embodiments are referred to as “claim column” and “means for solving the problems”. It is added to the members shown in the column. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely explanations. It's just an example. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and symbol indicate the same or the same members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
[0023]
A scanner driving circuit according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. In this circuit, the scanner 14 includes a galvano mirror which is a total reflection mirror constituting the
[0024]
The adjustment method of the scanner driving circuit according to the embodiment of the present invention is to adjust the time history of the rotation angle of each scanner with respect to the control signal in the circuit of FIG. In other words, adjustment is performed so that the history of the time when the rotation angle of the X-axis scanner changes with respect to the control signal, that is, the waveform trajectory shown in FIG. 8 matches the waveform trajectory of the Y-axis scanner. That is, it is not an adjustment method that focuses on the rising stabilization time as in the prior art, but is focused on the time change of the rotation angle of each scanner and adjusted so as to match.
[0025]
According to this method, even if the rotation speed of the scanner is increased, the X-axis scanner and the Y-axis scanner change the rotation angle of the scanner along a substantially equal locus, so that synchronization is maintained. For this reason, as in the adjustment method in which only the rise times of the scanners are matched, when the rotation speed of the scanner is increased, the synchronization of the scanner rotation is not maintained, and one rotation is faster or the other rotation is slower. The scan pattern is not distorted. Therefore, even if a circle is drawn by scanning at a high speed, the movement distances in the X-axis direction and the Y-axis direction are maintained substantially equal, and a beautiful circle as shown in FIG. 9 is not distorted into an elliptical shape as shown in FIG. Is drawn. Therefore, according to this method, high-precision drawing can be realized even at high-speed scanning. Such adjustment for matching the locus of the scanner is performed so that the curve of the locus of the X-axis scanner is substantially coincident with that of the Y-axis scanner as shown in FIG. 8 while checking the waveform with an oscilloscope or the like in the circuit of FIG. The parameters are adjusted by the adjusting mechanism 76 of the
[0026]
An adjustment method for actually matching the waveform trajectory is performed as follows. First, sine waves synchronized with the X-axis scanner and Y-axis scanner are input, respectively, and the Lissajous waveforms of the position signals of both scanners are observed. Then, as shown in FIG. 10 (a), the image is drawn on the locus of oblique lines that move from the reference point to (1) diagonally up to the right, (2) diagonally down to the left, and (3) diagonally up to the right. In the state where the frequency of the sine wave is low, the image is drawn according to the desired oblique line as described above. However, as the frequency is increased, the waveform gradually collapses and is drawn in a twisted state as shown in FIG. 10B, for example. Is done. Adjustment is performed using the adjustment mechanism 76 of the
[0027]
The adjustment work is a procedure in which parameters for determining the operation of the
[0028]
As shown in FIG. 8, when adjustment is made so that the waveform trajectories of the X-axis scanner and the Y-axis scanner are matched, for example, even if the scanner is rotated at high speed to draw a circle, the movement distance A and the Y-axis of the X-axis scanner The moving distances B of the scanner are almost equal and drawn as a correct circle. As described above, a desired pattern can be drawn even when the scanner is rotated at high speed, and high-quality printing and processing can be realized.
[0029]
In the example of FIG. 3, the
[0030]
[Laser processing equipment]
Next, an example in which the scanner control unit 74 is applied to a laser processing apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a block diagram of a laser processing apparatus. The laser processing apparatus shown in this figure includes a
[0031]
Laser processing equipment can be used in general for laser application equipment regardless of its name, such as laser oscillators and various laser processing equipment, laser processing such as drilling, marking, trimming, scribing, surface treatment, and other laser applications as laser light sources. It can be suitably used in the field, for example, a light source for high-density recording / playback of optical discs such as DVD and Blu-ray, a light source for communication, a printing device, a light source for illumination, a light source for a display device such as a display, and a medical device. The following example demonstrates the example applied to a laser marker as an example of a laser processing apparatus. Further, in this specification, “printing” is used in a concept including various kinds of processing described above in addition to marking of characters, symbols, figures and the like.
[0032]
[Input unit 3]
The
[0033]
[Laser control unit 1]
The
[0034]
Further, the control unit 4 outputs a scanning signal for operating the scanning unit 9 of the laser output unit 2 to the scanning unit 9 in order to scan the workpiece W with the laser light oscillated by the laser medium 8 so as to perform the set printing. To do. The power source 7 applies a predetermined voltage to the
[0035]
(Laser excitation unit 6)
The
[0036]
[Laser output unit 2]
The laser output unit 2 includes a laser oscillation unit 50. A laser oscillation unit 50 that generates laser light includes a laser medium 8, an output mirror and a total reflection mirror that are arranged to face each other at a predetermined distance along an optical path of stimulated emission light emitted from the laser medium 8, and Apertures, Q switches, etc. are provided between them. The stimulated emission light emitted from the laser medium 8 is amplified by multiple reflection between the output mirror and the total reflection mirror, and the mode is selected by the aperture while being cut off in a short period by the operation of the Q switch, and the output mirror After that, the laser beam is output. The laser output unit 2 illustrated in FIG. 1 includes a laser medium 8 and a scanning unit 9. The laser medium 8 is excited by the laser excitation light incident from the
[0037]
(Laser medium 8)
In the above example, the rod-shaped Nd: YVO is used as the laser medium 8. 4 The solid laser medium was used. The wavelength of the semiconductor laser for exciting the solid laser medium is Nd: YVO. 4 The center wavelength of the absorption spectrum of 809 nm was set to 809 nm. However, the present invention is not limited to this example, and other solid-state laser media such as rare earth-doped YAG, LiSrF, LiCaF, YLF, NAB, KNP, LNP, NYAB, NPP, and GGG can also be used. Further, the wavelength conversion element can be converted into an arbitrary wavelength by combining a wavelength conversion element with a solid laser medium.
[0038]
Furthermore, it is also possible to use a wavelength conversion element that does not use a solid laser medium, in other words, does not constitute a resonator that oscillates laser light, and performs only wavelength conversion. In this case, wavelength conversion is performed on the output light of the semiconductor laser. As the wavelength conversion element, for example, KTP (KTiPO 4 ), Organic nonlinear optical materials and other inorganic nonlinear optical materials such as KN (KNbO) 3 ), KAP (KAsPO 4 ), BBO, LBO, and bulk type polarization inversion elements (LiNbO) 3 (Periodically Pollected Lithium Niobate: PPLN), LiTaO 3 Etc.) are available. Further, a semiconductor laser for an excitation light source of a laser by up-conversion using a fluoride fiber doped with rare earth such as Ho, Er, Tm, Sm, and Nd can be used. Thus, in this embodiment, various types can be appropriately used as a laser generation source.
[0039]
(Scanning unit 9)
The scanning unit 9 reflects the laser beam and outputs it in a desired direction, scans the laser beam on the surface of the workpiece W, and prints it. As shown in FIG. 2, the scanning unit 9 includes a pair of an
[0040]
[Condenser 15]
The condensing
[0041]
As described above, by applying the scanner driving circuit adjustment method to the laser processing apparatus, the printing quality has been improved by about 20 to 30% even with the same configuration as the conventional one. In addition, this adjustment method can be implemented simply by changing the control method while using the existing scanner drive circuit without adding new hardware. There is a merit that a high effect of improving markedly can be obtained.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the scanner drive circuit, the laser processing apparatus, and the scanner drive circuit adjustment method of the present invention, it is possible to perform highly accurate drawing without changing the quality even during high-speed scanning only by changing the control method of the scanner. It becomes. The scanner drive circuit, the laser processing apparatus, and the scanner drive circuit adjustment method of the present invention focus on the trajectory of the time change rather than the stable time at the start of the scanner adjustment so that the waveform patterns of the scanners match. Because it is adjusted to. With this method, not only low-speed scanning but also high-speed scanning can suppress the synchronization shift caused by the difference in the moment of inertia of the mirror, and can obtain a scanning pattern with high accuracy, increasing the scanning speed of the scanner. High-quality high-speed printing and high-speed processing can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a transparent perspective view showing an arrangement state of an X / Y-axis scanner in a scanning unit.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a scanner drive circuit.
FIG. 4 is a graph showing a change over time of the rotation angle of the scanner based on a control signal.
FIG. 5 is a graph showing an example in which the stabilization time at the time of startup of the scanner is adjusted to match in FIG. 4;
6 is a block diagram illustrating a method for adjusting the scanner driving circuit of FIG. 3; FIG.
7 is a schematic diagram showing an actual drawing result when the scanner scans at a high speed so as to draw a circle in the adjustment method of FIG. 5;
FIG. 8 is a graph showing an example in which the scanner drive circuit adjustment method according to an embodiment of the present invention is adjusted so that the time-varying trajectory of the scanner rotation angle is matched.
FIG. 9 is a schematic diagram showing an actual drawing result when the scanner is scanned at a high speed so as to draw a circle in the scanner driving circuit adjustment method according to the embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a method for adjusting a scanner driving circuit according to an embodiment of the present invention.
11 is a perspective view showing an example of the internal structure of the laser excitation unit in FIG. 1. FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... Laser controller
2 ... Laser output section
3 ... Input section
4. Control unit
5 ... Memory part
6 ... Laser excitation part
7 ... Power supply
8 ... Laser medium
9 ... Scanning section
10 ... Laser excitation light source
11 ... Laser excitation light source condensing part
12 ... Laser excitation part casing
13 ... Optical fiber cable
14 ... Scanner
14a ... X-axis scanner
14b ... Y-axis scanner
15 ... Condensing part
50 ... Laser oscillator
51, 51a, 51b ... Galvano motor
52. Scanner drive circuit
53 ... Beam expander
54. Optical member
73 ... Scanner drive unit
74 ... Scanner control unit
75 ... Position detector
76 ... Adjustment mechanism
Claims (6)
光を全反射する複数のミラーと、
前記ミラーをそれぞれ回転軸に固定して回動させるモータと、
前記モータを駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部(73)と、
前記ミラーの回転角を検出し、位置信号として前記スキャナ駆動部(73)に送出する位置検出部(75)と、
前記ミラーを所望の回転角に制御させる制御信号を前記スキャナ駆動部(73)に入力するためのスキャナ制御部(74)と、
前記スキャナ制御部(74)から出力される制御信号及び前記位置検出部(75)から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対し前記ミラーの回転角が時間変化する軌跡を、各ミラー同士で略一致させるよう調整するための調整機構(76)と、
を備えることを特徴とするスキャナ駆動回路。A scanner driving circuit that reflects light received from outside by rotating a plurality of mirrors and scans a target surface;
A plurality of mirrors that totally reflect light;
A motor for rotating each of the mirrors on a rotation shaft;
A scanner drive unit (73) for driving the motor and controlling the light to scan in a desired direction;
A position detection unit (75) for detecting a rotation angle of the mirror and sending it as a position signal to the scanner drive unit (73);
A scanner control section (74) for inputting a control signal for controlling the mirror to a desired rotation angle to the scanner drive section (73);
A trajectory in which the rotation angle of the mirror changes with respect to the control signal, measured based on the control signal output from the scanner controller (74) and the position signal output from the position detector (75), An adjustment mechanism (76) for adjusting the mirrors to substantially match each other;
A scanner driving circuit comprising:
光を全反射する第1のミラーと、
前記第1のミラーよりも慣性モーメントの大きい第2のミラーと、
前記第1のミラーを回転軸に固定して回動させる第1のモータと、
前記第2のミラーを回転軸に固定して回動させる第2のモータと、
前記第1、第2のモータをそれぞれ駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部(73)と、
前記第1、第2のミラーの回転角を検出し、位置信号として前記スキャナ駆動部(73)に送出する位置検出部(75)と、
前記第1、第2のミラーを所望の回転角に制御させる制御信号を前記スキャナ駆動部(73)に入力するためのスキャナ制御部(74)と、
前記スキャナ制御部(74)から出力される制御信号及び前記位置検出部(75)から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対し前記第1のミラーの回転角が時間変化する軌跡を、制御信号に対し前記第2のミラーの回転角が時間変化する軌跡に略一致させるよう調整するための調整機構(76)と、
を備えることを特徴とするスキャナ駆動回路。A scanner driving circuit that reflects light received from outside by rotating a pair of mirrors and scans a target surface;
A first mirror that totally reflects light;
A second mirror having a greater moment of inertia than the first mirror;
A first motor for rotating the first mirror fixed to a rotating shaft;
A second motor for rotating the second mirror fixed to a rotating shaft;
A scanner driving unit (73) for controlling the first and second motors to drive the light in a desired direction;
A position detection unit (75) that detects a rotation angle of the first and second mirrors and sends it to the scanner drive unit (73) as a position signal;
A scanner control unit (74) for inputting a control signal for controlling the first and second mirrors to a desired rotation angle to the scanner drive unit (73);
The rotation angle of the first mirror changes with respect to the control signal measured based on the control signal output from the scanner control unit (74) and the position signal output from the position detection unit (75). An adjustment mechanism (76) for adjusting the trajectory so that the rotation angle of the second mirror substantially coincides with the trajectory of the time change with respect to the control signal;
A scanner driving circuit comprising:
前記レーザ制御部(1)と光学的に結合され、レーザ制御部(1)から送出される励起光で励起され、端面からレーザ発振を出射するレーザ媒質(8)を備えるレーザ発振部(50)と、
光を全反射する第1のミラーと、
前記第1のミラーを回転軸に固定して回動させる第1のモータと、
前記第1のミラーよりも慣性モーメントが大きく、かつ前記第1のミラーと回転軸を直交させて配置される第2のミラーと、
前記第2のミラーを回転軸に固定して回動させる第2のモータと、
前記第1、第2のモータをそれぞれ駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部(73)と、
前記第1、第2のミラーの回転角を検出し、位置信号として前記スキャナ駆動部(73)に送出する位置検出部(75)と、
前記第1、第2のミラーを所望の回転角に制御させる制御信号を前記スキャナ駆動部(73)に入力するためのスキャナ制御部(74)と、
前記スキャナ制御部(74)から出力される制御信号及び前記位置検出部(75)から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対し前記第1のミラーの回転角が時間変化する軌跡を、制御信号に対し前記第2のミラーの回転角が時間変化する軌跡に略一致させるよう調整するための調整機構(76)と、
を備える走査部(9)と、
前記走査部(9)からの走査光を集光してレーザ出力として外部に出射するための集光部(15)と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。A laser control unit (1) including a laser excitation unit (6) for exciting the laser medium (8) to emit excitation light;
A laser oscillation unit (50) comprising a laser medium (8) optically coupled to the laser control unit (1), excited by excitation light transmitted from the laser control unit (1), and emitting laser oscillation from an end face. When,
A first mirror that totally reflects light;
A first motor for rotating the first mirror fixed to a rotating shaft;
A second mirror having a moment of inertia greater than that of the first mirror and disposed so that the first mirror and the rotation axis are orthogonal to each other;
A second motor for rotating the second mirror fixed to a rotating shaft;
A scanner driving unit (73) for controlling the first and second motors to drive the light in a desired direction;
A position detection unit (75) that detects a rotation angle of the first and second mirrors and sends it to the scanner drive unit (73) as a position signal;
A scanner control unit (74) for inputting a control signal for controlling the first and second mirrors to a desired rotation angle to the scanner drive unit (73);
The rotation angle of the first mirror changes with respect to the control signal measured based on the control signal output from the scanner control unit (74) and the position signal output from the position detection unit (75). An adjustment mechanism (76) for adjusting the trajectory so that the rotation angle of the second mirror substantially coincides with the trajectory of the time change with respect to the control signal;
A scanning unit (9) comprising:
A condensing part (15) for condensing the scanning light from the scanning part (9) and emitting it as a laser output;
A laser processing apparatus comprising:
ミラーを回動させる所定の制御信号を、ミラーを回転軸に固定して回動させる各モータに入力し、モータを回動させると共に、ミラーの回転角を検出して位置信号として受信することで測定される、制御信号に対するミラーの回転角が時間変化する軌跡を各ミラー毎に取得する工程と、
測定された各軌跡がミラー同士で略一致するように、モータを駆動するスキャナ駆動部(73)の所定のパラメータを調整する工程と、
を備えることを特徴とするスキャナ駆動回路の調整方法。A method for adjusting a scanner driving circuit that scans a target surface by reflecting light received from the outside by turning a pair of mirrors,
By inputting a predetermined control signal for rotating the mirror to each motor that rotates the mirror while fixing the mirror to the rotation shaft, the motor is rotated, and the rotation angle of the mirror is detected and received as a position signal. Obtaining a trajectory for each mirror, which is measured, and a time-varying change in the rotation angle of the mirror with respect to the control signal;
Adjusting a predetermined parameter of the scanner drive unit (73) for driving the motor so that the measured trajectories substantially coincide with each other between the mirrors;
A method for adjusting a scanner driving circuit, comprising:
走査光として描かれるべき軌跡が直線上を所定周期で往復する軌跡となる所定周期の制御信号を、双方のモータに同一のタイミングで入力し、この制御信号に基づいて実際に描かれる軌跡と、本来の軌跡との差が所定範囲内に収まるようにパラメータを調整する工程であることを特徴とするスキャナ駆動回路の調整方法。6. The method of adjusting a scanner driving circuit according to claim 5, wherein the step of adjusting a predetermined parameter of the scanner driving unit (73) comprises:
A control signal of a predetermined cycle, which is a trajectory to be drawn as scanning light in a predetermined cycle on a straight line, is input to both motors at the same timing, and a trajectory actually drawn based on this control signal, A method for adjusting a scanner driving circuit, characterized in that it is a step of adjusting parameters so that a difference from an original trajectory falls within a predetermined range.
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