JP2006272416A - Laser beam machining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光を加工対象物に照射して該加工対象物を加工するレーザ加工装置に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus for processing a processing object by irradiating the processing object with a laser beam.
この種のレーザ加工装置は、レーザ光源から出射されるレーザ光のビーム径をビームエキスパンダにて一旦拡大し、その後段において収束レンズにてレーザ光を収束させて加工対象物に照射するように構成されている。 In this type of laser processing apparatus, the beam diameter of the laser light emitted from the laser light source is temporarily expanded by a beam expander, and the laser light is converged by a converging lens at the subsequent stage so as to irradiate the object to be processed. It is configured.
ところで、レーザ加工装置から出射されるレーザ光は可視領域でないレーザ光を用いるのが一般的であるため、例えば加工対象物にレーザ光の照射位置を決定する場合などにおいて作業者によるレーザ光の視認が困難であり、正確なレーザ光の照射位置を決定するのが大変難しい。そのため、このようなレーザ加工装置には、従来より、加工対象物に対してレーザ光と同一位置に可視領域の波長を有するガイド光を照射するガイド光照射手段が備えられている(例えば特許文献1,2参照)。 By the way, since it is common to use laser light that is not visible in the laser beam emitted from the laser processing apparatus, for example, when determining the irradiation position of the laser beam on the workpiece, the operator can visually recognize the laser beam. It is difficult to determine the exact irradiation position of the laser beam. Therefore, such a laser processing apparatus has conventionally been provided with guide light irradiation means for irradiating a processing target with guide light having a wavelength in the visible region at the same position as the laser light (for example, Patent Documents). 1 and 2).
具体的に特許文献1では、ビームエキスパンダの後段にダイクロイックミラーを配置し、レーザ光の光軸と同軸となるようにその光軸の直交方向から該ミラーにガイド光を出射させて、レーザ光の照射位置と同一位置にガイド光が照射されるように構成されている。また特許文献2では、ビームエキスパンダの前段にガイド光を照射するダイクロイックミラーを配置する以外は前記特許文献1と同様の構成となっている。 Specifically, in Patent Document 1, a dichroic mirror is disposed after the beam expander, and guide light is emitted from the direction orthogonal to the optical axis so as to be coaxial with the optical axis of the laser light. The guide light is irradiated to the same position as the irradiation position. Patent Document 2 has the same configuration as that of Patent Document 1 except that a dichroic mirror that irradiates guide light is disposed in front of the beam expander.
因みに、加工用のレーザ光に可視領域のレーザ光を用いることが考えられる。しかしながら、このレーザ光は危険度が高いため、取り扱いが難しい。また、このような可視領域のレーザ光を用いた場合、ガイド照射時においてレーザ光の強度を弱めることも考えるが、レーザ光の強度を十分に低下させるための装置が大掛かりとなってしまう。従って、可視領域のレーザ光を用いても、結局のところ上記したようなガイド光照射手段が必要であった。
ところで、上記特許文献1や特許文献2のように、ガイド光を入射させるためのダイクロイックミラーをレーザ光の光路上(光軸上)においてビームエキスパンダの前段若しくは後段に直列に配置する構成では、そのレーザ光の光軸方向にレーザ加工装置が大型化し、該装置の小型化の大きな障害となっている。またこのことは、上記したガイド光を入射させるためのダイクロイックミラーのみならず、レーザ光の光路上に設ける必要がある機能部品を用いる場合の共通の課題である。 By the way, like the above-mentioned patent documents 1 and patent documents 2, in the composition which arranges the dichroic mirror for making guide light enter in series in the front part of a beam expander, or the latter part on the optical path (optical axis) of a laser beam, The laser processing apparatus is enlarged in the direction of the optical axis of the laser beam, which is a major obstacle to downsizing the apparatus. This is a common problem when using not only the above-described dichroic mirror for allowing the guide light to enter but also functional parts that need to be provided on the optical path of the laser light.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、レーザ光の光路上に設ける必要がある機能部品の配置効率を向上し、装置の小型化を図ることができるレーザ加工装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to improve the arrangement efficiency of functional components that need to be provided on the optical path of laser light and to reduce the size of the apparatus. An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that can perform this.
請求項1に記載の発明は、レーザ光源から出射されるレーザ光のビーム幅を拡大する少なくとも2つのレンズを有するビームエキスパンダを備え、該ビームエキスパンダを経たレーザ光を収束レンズにて収束して加工対象物に照射し該加工対象物を加工するレーザ加工装置において、前記レーザ光の光路外に配置され、可視領域のガイド光を出射する可視光光源と、前記レーザ光の光路上に配置され、前記ガイド光を前記レーザ光の光軸と同軸となるように入射させるガイド光入射手段と、を備え、前記ガイド光入射手段は、前記ビームエキスパンダの前記2つのレンズ間に配置されることをその要旨とする。 The invention according to claim 1 includes a beam expander having at least two lenses for expanding the beam width of the laser light emitted from the laser light source, and converges the laser light that has passed through the beam expander with a converging lens. In a laser processing apparatus that irradiates a workpiece with a workpiece and processes the workpiece, a visible light source that is disposed outside the optical path of the laser light and emits guide light in the visible region, and is disposed on the optical path of the laser light Guide light incident means for making the guide light incident so as to be coaxial with the optical axis of the laser light, and the guide light incident means is disposed between the two lenses of the beam expander. This is the gist.
請求項2に記載の発明は、レーザ光源から出射されるレーザ光のビーム幅を拡大する少なくとも2つのレンズを有するビームエキスパンダを備え、該ビームエキスパンダを経たレーザ光を収束レンズにて収束して加工対象物に照射し該加工対象物を加工するレーザ加工装置において、前記レーザ光の光路外に配置され、前記レーザ光を検出すべく受光する受光手段と、前記レーザ光の光路上に配置され、前記レーザ光の光路外に配置される前記受光手段に前記レーザ光の少なくとも一部を導出するレーザ光導出手段と、を備え、前記レーザ光導出手段は、前記ビームエキスパンダの前記2つのレンズ間に配置されることをその要旨とする。 The invention according to claim 2 includes a beam expander having at least two lenses for expanding the beam width of the laser light emitted from the laser light source, and converges the laser light that has passed through the beam expander with a converging lens. In a laser processing apparatus for irradiating a workpiece with the workpiece and processing the workpiece, a light receiving means disposed outside the optical path of the laser beam and receiving the laser beam to detect the laser beam, and disposed on the optical path of the laser beam And a laser beam deriving unit for deriving at least a part of the laser beam to the light receiving unit arranged outside the optical path of the laser beam, wherein the laser beam deriving unit includes the two beam expanders. The gist is to be placed between the lenses.
請求項3に記載の発明は、レーザ光源から出射されるレーザ光のビーム幅を拡大する少なくとも2つのレンズを有するビームエキスパンダを備え、該ビームエキスパンダを経たレーザ光を収束レンズにて収束して加工対象物に照射し該加工対象物を加工するレーザ加工装置において、前記レーザ光の光路外に配置され、可視領域のガイド光を出射する可視光光源と、前記レーザ光の光路上に配置され、前記ガイド光を前記レーザ光の光軸と同軸となるように入射させるガイド光入射手段と、前記レーザ光の光路外に配置され、前記レーザ光を検出すべく受光する受光手段と、前記レーザ光の光路上に配置され、前記レーザ光の光路外に配置される前記受光手段に前記レーザ光の少なくとも一部を導出するレーザ光導出手段と、を備え、前記ガイド光入射手段及び前記レーザ光導出手段は、前記ビームエキスパンダの前記2つのレンズ間に配置されることをその要旨とする。 The invention described in claim 3 includes a beam expander having at least two lenses for expanding the beam width of the laser light emitted from the laser light source, and converges the laser light that has passed through the beam expander with a converging lens. In a laser processing apparatus that irradiates a workpiece with a workpiece and processes the workpiece, a visible light source that is disposed outside the optical path of the laser beam and emits guide light in the visible region, and is disposed on the optical path of the laser beam A guide light incident means for making the guide light incident so as to be coaxial with the optical axis of the laser light, a light receiving means disposed outside the optical path of the laser light and receiving the laser light to detect the laser light, Laser light deriving means for deriving at least a part of the laser light to the light receiving means arranged on the optical path of the laser light and arranged outside the optical path of the laser light, Mode optical incident means and the laser beam deriving means and its gist to be disposed between the beam expander of the two lenses.
請求項4に記載の発明は、請求項1又は3に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光による加工時には、前記レーザ光源から前記レーザ光を出射させると共に前記可視光光源からの前記ガイド光の出射を停止させ、前記ガイド光による投射時には、前記レーザ光源からの前記レーザ光の出射を停止させると共に前記可視光光源から前記ガイド光を出射させるように制御する切替制御手段を備えたことをその要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to the first or third aspect, at the time of processing by the laser light, the laser light is emitted from the laser light source and the guide light from the visible light source is emitted. And a switching control means for controlling to stop emission and stop the emission of the laser light from the laser light source and to emit the guide light from the visible light source at the time of projection by the guide light. The gist.
請求項5に記載の発明は、請求項1,3,4のいずれか1項に記載のレーザ加工装置において、前記ガイド光入射手段を前記レーザ光の光路上又は光路外に切り替え配置可能な進退駆動手段を備えたことをその要旨とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to any one of the first, third, and fourth aspects, the guide light incident means can be switched to be placed on or off the optical path of the laser light. The gist is that the driving means is provided.
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光による加工時には、前記ガイド光入射手段を前記レーザ光の光路外に退避させるべく前記進退駆動手段を制御し、前記ガイド光による投射時には、前記ガイド光入射手段を前記レーザ光の光路上に進入させるべく前記進退駆動手段を制御する進退制御手段を備えたことをその要旨とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to the fifth aspect, during the processing by the laser beam, the advance / retreat driving unit is controlled to retract the guide light incident unit out of the optical path of the laser beam. The gist of the invention is that it includes an advancing / retreating control means for controlling the advancing / retreating driving means to cause the guide light incident means to enter the optical path of the laser light during projection by the guide light.
請求項7に記載の発明は、請求項2又は3に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光導出手段を前記レーザ光の光路上又は光路外に切り替え配置可能な進退駆動手段を備えたことをその要旨とする。 A seventh aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to the second or third aspect, further comprising an advancing / retreating drive unit capable of switching and arranging the laser beam deriving unit on or off the optical path of the laser beam. The gist.
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光による加工時には、前記レーザ光導出手段を前記レーザ光の光路外に退避させるべく前記進退駆動手段を制御し、前記レーザ光の検出時には、前記レーザ光導出手段を前記レーザ光の光路上に進入させるべく前記進退駆動手段を制御する進退制御手段を備えたことをその要旨とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to the seventh aspect, during the processing by the laser beam, the advance / retreat driving unit is controlled to retract the laser beam deriving unit out of the optical path of the laser beam. The gist of the invention is that it comprises an advancing / retreating control means for controlling the advancing / retreating driving means so that the laser light deriving means enters the optical path of the laser light when detecting the laser light.
請求項9に記載の発明は、請求項1,3〜6のいずれか1項に記載のレーザ加工装置において、前記可視光光源と前記ガイド光入射手段との間には、該可視光光源から出射されるガイド用レンズが備えられ、前記ガイド用レンズは、前記ビームエキスパンダから出射される前記ガイド光が平行光となるような屈折率に設定されていることをその要旨とする。 A ninth aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the visible light source is between the visible light source and the guide light incident means. The guide lens is provided, and the guide lens is set to have a refractive index such that the guide light emitted from the beam expander becomes parallel light.
請求項10に記載の発明は、請求項1,3〜6,9のいずれか1項に記載のレーザ加工装置において、前記ビームエキスパンダの加工対象物側のレンズ及び前記収束レンズは、色消しレンズであることをその要旨とする。 A tenth aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to any one of the first, third, sixth, and ninth aspects, wherein the processing object side lens and the converging lens of the beam expander are achromatic. The gist is that it is a lens.
(作用)
請求項1に記載の発明によれば、可視光光源からのガイド光をレーザ光の光軸と同軸となるように入射させるガイド光入射手段が、ビームエキスパンダを構成する少なくとも2つのレンズ間に配置される。ここで、ビームエキスパンダの倍率(性能)は内部の両レンズの焦点距離により決定されるため、これら両レンズ間の距離縮小に限界がある。これにより、これら両レンズ間に空間が生じるため、この空間(デッドスペース)にガイド光入射手段を配置してその配置効率を向上させることで、従来構造と比べて、レーザ光の光路長を短くでき、もってレーザ加工装置の小型化に寄与することができる。
(Function)
According to the first aspect of the present invention, the guide light incident means for making the guide light from the visible light source incident so as to be coaxial with the optical axis of the laser light is provided between at least two lenses constituting the beam expander. Be placed. Here, since the magnification (performance) of the beam expander is determined by the focal lengths of both internal lenses, there is a limit to the distance reduction between these two lenses. As a result, a space is created between these two lenses. By arranging guide light incident means in this space (dead space) to improve the placement efficiency, the optical path length of the laser light is shortened compared to the conventional structure. Therefore, it is possible to contribute to downsizing of the laser processing apparatus.
請求項2に記載の発明によれば、レーザ光の光路外に配置されレーザ光を検出する受光手段にレーザ光の少なくとも一部を導出するレーザ光導出手段が、ビームエキスパンダを構成する少なくとも2つのレンズ間に配置される。上記請求項1にも述べたように、ビームエキスパンダの倍率(性能)を確保する上で内部の両レンズ間に空間が生じるため、この空間(デッドスペース)にレーザ光導出手段を配置してその配置効率を向上させることで、レーザ光の光路長を短くでき、もってレーザ加工装置の小型化に寄与することができる。 According to the second aspect of the present invention, the laser beam deriving unit for deriving at least a part of the laser beam to the light receiving unit disposed outside the optical path of the laser beam and detecting the laser beam includes at least two constituting the beam expander. Between two lenses. As described in claim 1 above, since a space is generated between both internal lenses in order to ensure the magnification (performance) of the beam expander, a laser beam deriving unit is arranged in this space (dead space). By improving the arrangement efficiency, it is possible to shorten the optical path length of the laser light, thereby contributing to downsizing of the laser processing apparatus.
請求項3に記載の発明によれば、可視光光源からのガイド光をレーザ光の光軸と同軸となるように入射させるガイド光入射手段と、レーザ光の光路外に配置されレーザ光を検出する受光手段にレーザ光の少なくとも一部を導出するレーザ光導出手段とが、ビームエキスパンダを構成する少なくとも2つのレンズ間に配置される。上記請求項1,2にも述べたように、ビームエキスパンダの倍率(性能)を確保する上で内部の両レンズ間に空間が生じるため、この空間(デッドスペース)にガイド光入射手段とレーザ光導出手段とを配置してその配置効率を向上させることで、レーザ光の光路長を短くでき、もってレーザ加工装置の小型化に寄与することができる。 According to the third aspect of the present invention, the guide light incident means for making the guide light from the visible light source incident so as to be coaxial with the optical axis of the laser light, and the laser light disposed outside the optical path of the laser light are detected. Laser light deriving means for deriving at least part of the laser light to the light receiving means is disposed between at least two lenses constituting the beam expander. As described in the first and second aspects, since a space is generated between the internal lenses for securing the magnification (performance) of the beam expander, the guide light incident means and the laser are formed in this space (dead space). By arranging the light derivation means and improving the arrangement efficiency, the optical path length of the laser light can be shortened, thereby contributing to the downsizing of the laser processing apparatus.
請求項4に記載の発明によれば、切替制御手段は、レーザ光による加工時に、レーザ光源からレーザ光を出射させると共に可視光光源からのガイド光の出射を停止させ、ガイド光による投射時に、レーザ光源からのレーザ光の出射を停止させると共に可視光光源からガイド光を出射させる。つまり、レーザ光による加工時にはガイド光による投射を行う必要がなく、ガイド光による投射時にはレーザ光の照射を行う必要がないため、それぞれの場合に、ガイド光及びレーザ光の出射停止を行うことで、無駄な消費電力を削減することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the switching control unit causes the laser light to be emitted from the laser light source and stop emitting the guide light from the visible light source at the time of processing with the laser light. The emission of the laser light from the laser light source is stopped and the guide light is emitted from the visible light source. In other words, there is no need to project with guide light when processing with laser light, and there is no need to irradiate with laser light when projecting with guide light. In each case, the emission of guide light and laser light can be stopped. , Wasteful power consumption can be reduced.
請求項5に記載の発明によれば、ガイド光入射手段をレーザ光の光路上又は光路外に切り替え配置可能な進退駆動手段が備えられる。これにより、少なくともガイド光による投射が必要なときのみにガイド光入射手段をレーザ光の光路上に配置することが可能となるため、ガイド光入射手段でのレーザ光の損失を極力低減でき、該レーザ光を効率よく加工対象物側に導くことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the advancing / retreating drive means capable of switching and arranging the guide light incident means on or off the optical path of the laser light is provided. This makes it possible to arrange the guide light incident means on the optical path of the laser light only at least when projection by the guide light is necessary, so that the loss of the laser light at the guide light incident means can be reduced as much as possible. Laser light can be efficiently guided to the workpiece side.
請求項6に記載の発明によれば、進退制御手段は、レーザ光による加工時に、ガイド光入射手段をレーザ光の光路外に退避させ、ガイド光による投射時に、ガイド光入射手段をレーザ光の光路上に進入させる。つまり、レーザ光による加工時においてガイド光入射手段をレーザ光の光路上から確実に退避することができるため、ガイド光入射手段でのレーザ光の損失をより確実に低減することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the advance / retreat control means retracts the guide light incident means outside the optical path of the laser light when processing with the laser light, and causes the guide light incident means to move the laser light when projecting with the guide light. Enter the light path. In other words, since the guide light incident means can be reliably retracted from the laser light optical path during processing with the laser light, the loss of the laser light in the guide light incident means can be more reliably reduced.
請求項7に記載の発明によれば、レーザ光導出手段をレーザ光の光路上又は光路外に切り替え配置可能な進退駆動手段が備えられる。これにより、少なくともレーザ光を検出する際にのみレーザ光導出手段をレーザ光の光路上に配置することが可能となるため、レーザ光導出手段でのレーザ光の損失を極力低減でき、該レーザ光を効率よく加工対象物側に導くことができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the advancing / retreating driving means capable of switching the laser beam deriving unit on or off the optical path of the laser beam is provided. As a result, the laser beam deriving means can be arranged on the optical path of the laser beam only at least when detecting the laser beam, so that the loss of the laser beam in the laser beam deriving device can be reduced as much as possible. Can be efficiently guided to the workpiece side.
請求項8に記載の発明によれば、進退制御手段は、レーザ光による加工時に、レーザ光導出手段をレーザ光の光路外に退避させ、レーザ光の検出時に、レーザ光導出手段をレーザ光の光路上に進入させる。つまり、レーザ光の検出時においてレーザ光導出手段をレーザ光の光路上から確実に退避することができるため、レーザ光導出手段でのレーザ光の損失をより確実に低減することができる。 According to the invention described in claim 8, the advance / retreat control means retracts the laser light deriving means out of the optical path of the laser light when processing with the laser light, and causes the laser light deriving means to move the laser light when detecting the laser light. Enter the light path. That is, since the laser beam deriving unit can be reliably retracted from the optical path of the laser beam when detecting the laser beam, the loss of the laser beam in the laser beam deriving unit can be more reliably reduced.
請求項9に記載の発明によれば、可視光光源とガイド光入射手段との間には、該可視光光源から出射されるガイド光を収束又は発散させるガイド用レンズが備えられ、そのガイド用レンズは、ビームエキスパンダから出射されるガイド光が平行光となるような屈折率に設定される。これにより、ビームエキスパンダから出射されるガイド光がレーザ光と同様に平行光となるので、該ガイド光もレーザ光と同様に収束レンズにて収束され、加工対象物上のガイド光のスポットがより視認し易くなる。 According to the ninth aspect of the present invention, the guide lens for converging or diverging the guide light emitted from the visible light source is provided between the visible light source and the guide light incident means, and for the guide The lens is set to a refractive index such that the guide light emitted from the beam expander becomes parallel light. As a result, the guide light emitted from the beam expander becomes parallel light like the laser light, so that the guide light is also converged by the converging lens like the laser light, and the spot of the guide light on the workpiece is It becomes easier to visually recognize.
請求項10に記載の発明によれば、ビームエキスパンダの加工対象物側のレンズ及び収束レンズには色消しレンズが用いられるので、レーザ光とガイド光との波長違いによる加工対象物上でのスポットずれを抑制でき、ガイド光による加工位置の認識をより正確に行うことができる。
According to the invention described in
本発明によれば、レーザ光の光路上に設ける必要がある機能部品の配置効率を向上し、装置の小型化を図ることができるレーザ加工装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser processing apparatus which can improve the arrangement | positioning efficiency of the functional component which needs to be provided on the optical path of a laser beam, and can achieve size reduction of an apparatus can be provided.
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図1は、本実施の形態のレーザ加工装置10の構成ブロック図である。本実施の形態のレーザ加工装置10は、加工対象物Wの表面に文字・記号・図形などをマーキング加工するものである。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration block diagram of a
レーザ加工装置10は、加工用のレーザ光を出射するレーザ光源11を備えている。レーザ光源11は、レーザ発振器からなり、制御回路12にてその発振が制御される。
レーザ光源11の後段には、ビームエキスパンダ13が配設されている。ビームエキスパンダ13は、レーザ光源11から出射されたレーザ光を一定の倍率、より詳しくは入射ビーム径(幅)に対する出射ビーム径(幅)の比率の平行光に拡大するために設けられている。因みに、後段の収束レンズ16に入射するレーザ光のビーム径が大きいほど収束レンズ16から出射されたレーザ光のスポットが微小となるため、ビームエキスパンダ13を用いてレーザ光のビーム径を一旦拡大する。
The
A
ビームエキスパンダ13の後段には、ガルバノミラー14が配設されている。ガルバノミラー14は、ビーム径が拡大されたレーザ光を反射してその照射方向を変更するものであり、例えば対をなすX軸ミラーとY軸ミラーとで構成されている。ガルバノミラー14は、制御回路12の制御に基づく駆動装置15の駆動により角度制御され、マーキングする文字や記号、図形などに基づいて2次元でレーザ光を走査する。
A
ガルバノミラー14の後段には、収束レンズ(fθレンズ)16が配設されている。収束レンズ16は、ビームエキスパンダ13にて一旦ビーム径が拡大されたレーザ光を加工対象物Wの表面において所定のスポット径となるまで収束させ、マーキング加工に適したエネルギー密度まで高める。
A converging lens (fθ lens) 16 is disposed following the
また、上記したビームエキスパンダ13は、具体的に、レーザ光を一定の倍率まで拡大するための入射レンズ17と出射レンズ18とを有している。ここで、ビームエキスパンダ13の倍率(性能)は、入射レンズ17及び出射レンズ18の両レンズの焦点距離により決定されるため、これら両レンズ17,18間の距離縮小に限界がある。換言すれば、これら両レンズ17,18間には所定距離以上の空間が必要である。本実施の形態では、このように入射レンズ17と出射レンズ18との間に生じる空間に着目し、その空間にガイド光照射装置21の一部を構成するダイクロイックミラー22と、モニタ装置25の一部を構成するハーフミラー26とを収容する構成としている。
Further, the above-described
ガイド光照射装置21は、上記したダイクロイックミラー22と、ガイド用レンズ23と、可視光光源24とを備えている。ダイクロイックミラー22は、ビームエキスパンダ13の入射レンズ17の後段に配置されて固定されている。ダイクロイックミラー22は、レーザ光の光路上(光軸上)において、その光軸に対して所定角度(本実施の形態では45°)傾斜させて配置されている。このようなダイクロイックミラー22は、レーザ光を透過する一方、ガイド光を反射するように構成されている。
The guide
可視光光源24は、レーザ光の光軸に対して直交する軸線上に配置されており、該可視光光源24とダイクロイックミラー22との間にガイド用レンズ23が介在されている。可視光光源24は、ガイド用レーザ光を発するレーザダイオード(LD)又はLEDにて構成され、制御回路12により点消灯が制御される。可視光光源24は、可視領域の波長を有するガイド光をガイド用レンズ23を介してダイクロイックミラー22の反射面に出射し、該ミラー22にて反射されるガイド光は、レーザ光の光軸と同軸となるように向けられる。
The visible
ガイド用レンズ23は、前記ビームエキスパンダ13の出射レンズ18と協働し、拡散する可視光光源24からのガイド光を出射レンズ18の後段において平行光となるように設けられるものである。つまり、ガイド用レンズ23は、出射レンズ18から出射されるガイド光が平行光となるような屈折率に設定されている。
The
モニタ装置25は、上記したハーフミラー26と、受光素子27と、アクチュエータ28とを備えている。ハーフミラー26は、ビームエキスパンダ13の出射レンズ18の前段に配置され、制御回路12の制御に基づくアクチュエータ28の駆動にて揺動するように設けられている。ハーフミラー26は、レーザ光の光路上に突出する一方の揺動端位置(突出位置)に配置されると、その光軸に対して所定角度(本実施の形態では45°)傾斜し、該突出位置とは反対側の揺動端位置(格納位置)に配置されると、レーザ光の光路上から退避するようになっている。このようなハーフミラー26は、レーザ光の反射率が10%(透過率が90%)のミラーにて構成されている。
The
受光素子27は、レーザ光の光軸に対して直交する軸線上に配置されている。受光素子27は、フォトダイオード(PD)にて構成されている。受光素子27は、突出位置に配置されたハーフミラー26の反射面にて反射されたレーザ光(この場合、10%のレーザ光)を受光し、該レーザ光の強度に応じた検出信号を制御回路12に出力する。
The light receiving element 27 is disposed on an axis perpendicular to the optical axis of the laser light. The light receiving element 27 is configured by a photodiode (PD). The light receiving element 27 receives the laser light (in this case, 10% laser light) reflected by the reflecting surface of the
上記各装置の制御などを実施する制御回路12は、マーキング加工指令が生じ加工対象物Wへのマーキング加工を実施する際、駆動装置15を駆動してガルバノミラー14の角度制御を行う。即ち、制御回路12は、マーキングする文字や記号、図形などに基づいて2次元でレーザ光を走査し、加工対象物Wの表面に所定形状のマーキングを実施する。因みに、このマーキング加工を実施する場合においては、制御回路12は、ガイド光照射装置21の可視光光源24を消灯すると共に、モニタ装置25のハーフミラー26を格納位置に退避させるべくアクチュエータ28を制御する。
The
また、モニタ装置25(受光素子27)によるレーザ光の強度をモニタする場合(レーザ光モニタ指令が生じると)、制御回路12は、該装置25のアクチュエータ28を駆動してハーフミラー26を突出位置に配置させる。すると、制御回路12には受光素子27からレーザ光の強度に応じた検出信号が入力され、該制御回路12は、その検出信号にレーザ光の強度を検出する。制御回路12は、検出したレーザ光の強度に基づいてレーザ光源11の発振を制御し、レーザ光源11のレーザ光の強度を調整する。レーザ光のモニタが不要になると(モニタ不要指令が生じると)、制御回路12は、アクチュエータ28を駆動してハーフミラー26を格納位置に配置する。
When monitoring the intensity of the laser beam by the monitor device 25 (light receiving element 27) (when a laser beam monitor command is generated), the
また、マーキング加工を実施する前に加工対象物Wの表面にガイド光を照射し、レーザ光の照射位置やマーキング形状などを確認する場合(ガイド光照射指令が生じると)、制御回路12は、可視光光源24を点灯させる(この場合、レーザ光源11を消灯)。すると、可視光光源24からのガイド光がダイクロイックミラー22にて反射されてレーザ光の光路上を進み、ガルバノミラー14及び収束レンズ16を通じて加工対象物Wの表面に照射される。これにより、レーザ光の照射位置が視認可能となる。またこの場合に、マーキング加工を実施する際と同様にガルバノミラー14をマーキング形状に応じて駆動させることで、ガイド光が加工対象物Wの表面をそのマーキング形状に応じて移動するようになり、そのマーキング形状が視認可能となる。
Further, when the surface of the workpiece W is irradiated with the guide light before the marking process is performed and the irradiation position of the laser beam, the marking shape, and the like are confirmed (when a guide light irradiation command is generated), the
次に、本実施の形態の特徴的な作用効果を記載する。
(1)可視光光源24からのガイド光をレーザ光の光軸と同軸となるように入射させるダイクロイックミラー22と、レーザ光の光路外に配置されレーザ光を検出する受光素子27にレーザ光の一部を導出するハーフミラー26とが、ビームエキスパンダ13を構成する入射レンズ17と出射レンズ18との間に配置されている。即ち、ビームエキスパンダ13の倍率(性能)を確保する上で内部の両レンズ17,18間に空間が生じるため、この空間(デッドスペース)にダイクロイックミラー22とハーフミラー26とを配置してその配置効率を向上させることで、レーザ光の光路長を短くでき、もってレーザ加工装置10の小型化に寄与することができる。
Next, characteristic actions and effects of the present embodiment will be described.
(1) The
(2)制御回路12は、レーザ光による加工時に、レーザ光源11からレーザ光を出射させると共に可視光光源24からのガイド光の出射を停止させ、ガイド光による投射時に、レーザ光源11からのレーザ光の出射を停止させると共に可視光光源24からガイド光を出射させるよう制御す。つまり、レーザ光による加工時にはガイド光による投射を行う必要がなく、ガイド光による投射時にはレーザ光の照射を行う必要がないため、それぞれの場合に、ガイド光及びレーザ光の出射停止を行うことで、無駄な消費電力を削減することができる。
(2) The
(3)ハーフミラー26をレーザ光の光路上又は光路外に切り替え配置可能なアクチュエータ28が備えられている。これにより、レーザ光をモニタ(検出)する際にのみハーフミラー26がレーザ光の光路上に配置されるため、ハーフミラー26でのレーザ光の損失を極力低減でき、該レーザ光を効率よく加工対象物側に導くことができる。しかも、制御回路12により、レーザ光による加工時にハーフミラー26がレーザ光の光路外に退避され、レーザ光のモニタ時(検出時)にハーフミラー26がレーザ光の光路上に進入される。つまり、レーザ光の検出時においてハーフミラー26をレーザ光の光路上から確実に退避することができるため、ハーフミラー26でのレーザ光の損失をより確実に低減することができる。
(3) An actuator 28 is provided that can switch and arrange the
(4)可視光光源24とダイクロイックミラー22との間には、該可視光光源24から出射されるガイド光を収束又は発散させるガイド用レンズが備えられ、そのガイド用レンズ23は、ビームエキスパンダ13から出射されるガイド光が平行光となるような屈折率に設定されている。これにより、ビームエキスパンダ13から出射されるガイド光がレーザ光と同様に平行光となるので、該ガイド光もレーザ光と同様に収束レンズ16にて収束され、加工対象物W上のガイド光のスポットがより視認し易くなる。
(4) Between the visible
尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、ダイクロイックミラー22とハーフミラー26とを共に、ビームエキスパンダ13を構成する入射レンズ17と出射レンズ18との間に配置する構成であったが、ミラー22,26のいずれか一方であってもよい。即ち、レーザ加工装置10にガイド光照射装置21が必要ないときにはダイクロイックミラー22が省略され、モニタ装置25が必要ないときにはハーフミラー26が省略される。また、ダイクロイックミラー22及びハーフミラー26といったミラー以外の部材にてガイド光の入射やレーザ光の導出を行うようにしてもよい。また、これらの他にレーザ光の光路上に配置してレーザ加工装置10の機能を向上させる機能向上手段をビームエキスパンダ13内の入射レンズ17と出射レンズ18との間に配置してもよい。
The embodiment of the present invention may be modified as follows.
In the above embodiment, the
・上記実施の形態では、ビームエキスパンダ13を直線状に構成し、該ビームエキスパンダ13とその前後のレーザ光源11及びガルバノミラー14とを同一直線状に配置したが、この構成を適宜変更してもよい。
In the above embodiment, the
例えば、図2に示すように、ビームエキスパンダ13aをL字状に構成してもよい。即ち、このビームエキスパンダ13aは、入射レンズ17を通過するレーザ光の光軸と出射レンズ18を通過する光軸とが両レンズ17,18間のダイクロイックミラー22aにて直交するように構成されている。またこの形態では、ガイド用レンズ23及び可視光光源24は、出射レンズ18を通過する光軸上における該レンズ18とはダイクロイックミラー22aを挟んだ反対側に配置される。因みに、この形態で用いられるダイクロイックミラー22aは、可視光光源24からのガイド光を透過する一方、レーザ光源11からのレーザ光を反射して出射レンズ18に導くものである。このようなビームエキスパンダ13aを用いるものであっても、レーザ光の光路長を短くでき、もってレーザ加工装置10の小型化に寄与することができる。
For example, as shown in FIG. 2, the
・上記実施の形態では、アクチュエータ28を用いてハーフミラー26を揺動させてレーザ光の光路に進退可能に構成したが、例えばハーフミラー26をスライド移動させてレーザ光の光路に進退可能に構成してもよい。また、アクチュエータ28を用いず、手動操作にてハーフミラー26を作動させるようにしてもよい。また、ハーフミラー26を作動させない構成としてアクチュエータ28を省略してもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態では、レーザ光の反射率が10%(透過率が90%)のハーフミラー26を用いたが、反射率(透過率)はこの数値に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。また、全反射ミラーを用いることもできる。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態では、ダイクロイックミラー22をビームエキスパンダ13内に固定したが、ハーフミラー26をアクチュエータ28にて進退可能に作動させたように、ガイド光入射手段であるダイクロイックミラー22を進退駆動手段を用いてレーザ光の光路に進退可能に構成してもよい。この場合、ダイクロイックミラー22に替えてハーフミラーや全反射ミラーを用いることもできる。
In the above embodiment, the
因みに、制御回路12の制御により、レーザ光による加工時にダイクロイックミラー22等のガイド光入射手段をレーザ光の光路外に退避させ、ガイド光による投射時にガイド光入射手段をレーザ光の光路上に進入させるように制御してもよい。このようにすれば、レーザ光による加工時においてガイド光入射手段をレーザ光の光路上から確実に退避することができるため、ガイド光入射手段でのレーザ光の損失をより確実に低減することができる。
Incidentally, under the control of the
・上記実施の形態におけるビームエキスパンダ13の出射レンズ18及び収束レンズ16に色消しレンズを用いてもよい。即ち、色消しレンズは、レーザ光とガイド光との波長違いによる加工対象物W上でのスポットずれを抑制できるので、ガイド光による加工位置の認識をより正確に行うことができる。
An achromatic lens may be used for the
・上記実施の形態では、加工対象物Wの表面に文字・記号・図形などをマーキング加工するレーザ加工装置10に適用したが、レーザ光の照射によって加工対象物Wの切断や溶接など、他の加工を行うレーザ加工装置に適用することもできる。
In the above embodiment, the present invention is applied to the
11…レーザ光源、12…切替制御手段及び進退制御手段としての制御回路、13,13a…ビームエキスパンダ、16…収束レンズ、17…レンズとしての入射レンズ、18…レンズとしての出射レンズ、22…ガイド光入射手段及び機能向上手段を構成するダイクロイックミラー、23…ガイド用レンズ、24…可視光光源、26…レーザ光導出手段及び機能向上手段を構成するハーフミラー、27…受光手段としての受光素子、28…進退駆動手段としてのアクチュエータ、W…加工対象物。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記レーザ光の光路外に配置され、可視領域のガイド光を出射する可視光光源と、
前記レーザ光の光路上に配置され、前記ガイド光を前記レーザ光の光軸と同軸となるように入射させるガイド光入射手段と、を備え、
前記ガイド光入射手段は、前記ビームエキスパンダの前記2つのレンズ間に配置されることを特徴とするレーザ加工装置。 A beam expander having at least two lenses for expanding the beam width of laser light emitted from a laser light source is provided, and the laser light that has passed through the beam expander is converged by a converging lens to irradiate an object to be processed. In a laser processing apparatus that processes an object,
A visible light source disposed outside the optical path of the laser light and emitting guide light in the visible region;
A guide light incident means disposed on the optical path of the laser light and configured to make the guide light incident so as to be coaxial with the optical axis of the laser light,
The laser processing apparatus, wherein the guide light incident means is disposed between the two lenses of the beam expander.
前記レーザ光の光路外に配置され、前記レーザ光を検出すべく受光する受光手段と、
前記レーザ光の光路上に配置され、前記レーザ光の光路外に配置される前記受光手段に前記レーザ光の少なくとも一部を導出するレーザ光導出手段と、を備え、
前記レーザ光導出手段は、前記ビームエキスパンダの前記2つのレンズ間に配置されることを特徴とするレーザ加工装置。 A beam expander having at least two lenses for expanding the beam width of laser light emitted from a laser light source is provided, and the laser light that has passed through the beam expander is converged by a converging lens to irradiate an object to be processed. In a laser processing apparatus that processes an object,
A light receiving means disposed outside the optical path of the laser beam and receiving the laser beam to detect the laser beam;
Laser light deriving means arranged on the optical path of the laser light and deriving at least a part of the laser light to the light receiving means arranged outside the optical path of the laser light,
The laser processing apparatus, wherein the laser beam deriving unit is disposed between the two lenses of the beam expander.
前記レーザ光の光路外に配置され、可視領域のガイド光を出射する可視光光源と、
前記レーザ光の光路上に配置され、前記ガイド光を前記レーザ光の光軸と同軸となるように入射させるガイド光入射手段と、
前記レーザ光の光路外に配置され、前記レーザ光を検出すべく受光する受光手段と、
前記レーザ光の光路上に配置され、前記レーザ光の光路外に配置される前記受光手段に前記レーザ光の少なくとも一部を導出するレーザ光導出手段と、を備え、
前記ガイド光入射手段及び前記レーザ光導出手段は、前記ビームエキスパンダの前記2つのレンズ間に配置されることを特徴とするレーザ加工装置。 A beam expander having at least two lenses for expanding the beam width of laser light emitted from a laser light source is provided, and the laser light that has passed through the beam expander is converged by a converging lens to irradiate an object to be processed. In a laser processing apparatus that processes an object,
A visible light source disposed outside the optical path of the laser light and emitting guide light in the visible region;
A guide light incident means arranged on the optical path of the laser light and for making the guide light incident so as to be coaxial with the optical axis of the laser light;
A light receiving means disposed outside the optical path of the laser beam and receiving the laser beam to detect the laser beam;
Laser light deriving means arranged on the optical path of the laser light and deriving at least a part of the laser light to the light receiving means arranged outside the optical path of the laser light,
The laser processing apparatus, wherein the guide light incident means and the laser light deriving means are disposed between the two lenses of the beam expander.
前記レーザ光による加工時には、前記レーザ光源から前記レーザ光を出射させると共に前記可視光光源からの前記ガイド光の出射を停止させ、前記ガイド光による投射時には、前記レーザ光源からの前記レーザ光の出射を停止させると共に前記可視光光源から前記ガイド光を出射させるように制御する切替制御手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to claim 1 or 3,
At the time of processing by the laser light, the laser light is emitted from the laser light source and the emission of the guide light from the visible light source is stopped. At the time of projection by the guide light, the laser light is emitted from the laser light source. And a switching control means for controlling the guide light to be emitted from the visible light source.
前記ガイド光入射手段を前記レーザ光の光路上又は光路外に切り替え配置可能な進退駆動手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus of any one of Claim 1, 3, 4,
A laser processing apparatus, comprising: an advancing / retreating drive means capable of switching and arranging the guide light incident means on or off the optical path of the laser light.
前記レーザ光による加工時には、前記ガイド光入射手段を前記レーザ光の光路外に退避させるべく前記進退駆動手段を制御し、前記ガイド光による投射時には、前記ガイド光入射手段を前記レーザ光の光路上に進入させるべく前記進退駆動手段を制御する進退制御手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus of Claim 5,
At the time of processing by the laser light, the advance / retreat driving means is controlled to retract the guide light incident means out of the optical path of the laser light, and at the time of projection by the guide light, the guide light incident means is placed on the optical path of the laser light. A laser processing apparatus comprising an advancing / retreating control means for controlling the advancing / retreating driving means so as to enter into the apparatus.
前記レーザ光導出手段を前記レーザ光の光路上又は光路外に切り替え配置可能な進退駆動手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to claim 2 or 3,
A laser processing apparatus, comprising: an advancing / retreating drive unit capable of switching the laser beam deriving unit on or off the optical path of the laser beam.
前記レーザ光による加工時には、前記レーザ光導出手段を前記レーザ光の光路外に退避させるべく前記進退駆動手段を制御し、前記レーザ光の検出時には、前記レーザ光導出手段を前記レーザ光の光路上に進入させるべく前記進退駆動手段を制御する進退制御手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus of Claim 7,
When processing with the laser beam, the advance / retreat driving unit is controlled to retract the laser beam deriving unit out of the optical path of the laser beam, and when detecting the laser beam, the laser beam deriving unit is placed on the optical path of the laser beam. A laser processing apparatus comprising an advancing / retreating control means for controlling the advancing / retreating driving means so as to enter into the apparatus.
前記可視光光源と前記ガイド光入射手段との間には、該可視光光源から出射される前記ガイド光を収束又は発散させるガイド用レンズが備えられ、
前記ガイド用レンズは、前記ビームエキスパンダから出射される前記ガイド光が平行光となるような屈折率に設定されていることを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus of any one of Claims 1, 3-6,
Between the visible light source and the guide light incident means, a guide lens for converging or diverging the guide light emitted from the visible light source is provided,
The laser processing apparatus, wherein the guide lens is set to have a refractive index such that the guide light emitted from the beam expander becomes parallel light.
前記ビームエキスパンダの加工対象物側のレンズ及び前記収束レンズは、色消しレンズであることを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to any one of claims 1, 3 to 6, 9,
The laser processing apparatus, wherein the processing object side lens and the converging lens of the beam expander are achromatic lenses.
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