JP2006334616A - Laser beam machining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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.
従来からレーザ光を被加工物の被加工部位に照射して被加工物を加工する技術が知られている。このような技術として例えば特許文献1に記載の技術が知られている。特許文献1に記載の技術では、鏡面状態の床用基材の表面にレーザ光を照射し、レーザ光照射によって生じる熱衝撃によってレーザ光が照射された箇所を爆裂させる。その結果として、床用基材の表面に複数の小さな窪みを形成する。
従来のレーザ加工装置で利用されているレーザ装置は、レーザ加工に必要な高強度のレーザ光を出力するため比較的大きなものが用いられていた。そして、それに伴いレーザ加工装置も大型になっていた。このようにレーザ加工装置が大きいと、加工作業中にレーザ加工装置を動かし難いため、例えば、屋外での被加工物の加工作業が困難であった。 A laser apparatus used in a conventional laser processing apparatus is relatively large in order to output high-intensity laser light necessary for laser processing. As a result, the laser processing apparatus has become large. When the laser processing apparatus is large as described above, it is difficult to move the laser processing apparatus during the processing operation. For example, it is difficult to process the workpiece outdoors.
そこで、本発明は、小型化が可能であって作業性のよいレーザ加工装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that can be miniaturized and has good workability.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。そして、出力10W程度の半導体レーザを利用しても、例えば、石材などの被加工物の加工が可能であることを見出した。ところで、例えば、レーザ加工装置が小型化されてくると、レーザ加工装置と被加工物とが近接することになる。この場合、レーザ照射によって被加工物から発生する粉塵などがレーザ加工装置内に入り込み、レーザ光の光路上に配置されたレンズなどに付着して光量が減衰する。その結果として、加工効率が低下する虞がある。 The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. It has also been found that, for example, a workpiece such as a stone can be processed using a semiconductor laser having an output of about 10 W. By the way, for example, when the laser processing apparatus is downsized, the laser processing apparatus and the workpiece are brought close to each other. In this case, dust or the like generated from the workpiece by laser irradiation enters the laser processing apparatus, adheres to a lens or the like disposed on the optical path of the laser light, and attenuates the amount of light. As a result, processing efficiency may be reduced.
そこで、本発明に係るレーザ加工装置は、被加工物の被加工部位にレーザ光を照射して加工するレーザ加工装置であって、被加工部位に照射するレーザ光を出力するレーザ装置と、レーザ装置を収容する筐体と、筐体の構成する壁部に設けられており、レーザ装置から出力されるレーザ光を外部に通す通光部と、筐体内に収容されており、レーザ装置から出力されるレーザ光を通光部に導いてレーザ光を被加工部位に照射する導光手段と、筐体を搬送する筐体搬送手段と、筐体に設けられており、通光部から出力されるレーザ光の照射によって被加工部位から発生する粉塵を吸引する粉塵吸引手段と、を備えることを特徴とする。 Therefore, a laser processing apparatus according to the present invention is a laser processing apparatus that irradiates a processing site of a workpiece with a laser beam and processes the laser beam, and outputs a laser beam that irradiates the processing site. A housing that accommodates the device, a wall portion that constitutes the housing, a light-transmitting portion that allows laser light output from the laser device to pass outside, and a housing that is accommodated in the housing and output from the laser device Light guide means for guiding the laser beam transmitted to the light-transmitting portion and irradiating the processing site with the laser light, housing transport means for transporting the housing, and provided in the housing, and output from the light-transmitting portion And a dust suction means for sucking dust generated from the workpiece by irradiation of the laser beam.
この場合、筐体内に配置されたレーザ装置から出力されたレーザ光は、導光手段によって通光部に導かれる。そして、通光部を通って被加工物の被加工部位に照射されることになる。このレーザ光が照射されることによって被加工物から生じる粉塵は、粉塵吸引手段によって吸引されるので、粉塵の影響で被加工部位に照射される光量が低下しにくい。このように粉塵の影響が低下されているので、レーザ加工装置の小型化を図ることができる。また、筐体搬送手段によって筐体を搬送できるので、レーザ加工装置を移動させやすく、加工作業が容易である。 In this case, the laser light output from the laser device arranged in the housing is guided to the light transmitting portion by the light guide means. Then, the portion to be processed of the workpiece is irradiated through the light transmitting portion. The dust generated from the workpiece by the irradiation with the laser light is sucked by the dust suction means, so that the amount of light irradiated to the processing site is hardly lowered due to the influence of the dust. Since the influence of dust is reduced in this way, the laser processing apparatus can be downsized. Further, since the housing can be transported by the housing transporting means, the laser processing apparatus can be easily moved and the processing work is easy.
また、本発明に係るレーザ加工装置が有する粉塵吸引手段は、筐体内に収容される吸引器と、吸引器に接続される一端部と、通光部の周囲であって壁部に形成されており粉塵を取り込むための吸引口部に接続される他端部とを有する粉塵吸引路と、を有することが好ましい。 Further, the dust suction means included in the laser processing apparatus according to the present invention is formed on the wall portion around the light passing portion, the suction device accommodated in the housing, the one end connected to the suction device. It is preferable to have a dust suction path having the other end connected to the suction port for taking in the dust.
この場合、粉塵吸引路を介して吸引口部と吸引器とが接続されている。その結果として、被加工物から発生する粉塵を粉塵吸引路を介して、吸引することができる。 In this case, the suction port and the suction device are connected via the dust suction path. As a result, dust generated from the workpiece can be sucked through the dust suction path.
また、本発明に係るレーザ加工装置が有する通光部は、レーザ光を透過する透光部材を内側に有する開口部であることが好ましい。この場合、開口部の内側に透光部材が設けられているので、粉塵が筐体内部に侵入しない。 Moreover, it is preferable that the light transmission part which the laser processing apparatus which concerns on this invention has is an opening part which has the translucent member which permeate | transmits a laser beam inside. In this case, since the translucent member is provided inside the opening, dust does not enter the housing.
更に、本発明に係るレーザ加工装置では、通光部の出射端と導光手段との間にレーザ光と交差するガス流を発生させるシールド形成手段を更に有することが好適である。この構成では、シールド形成手段によって生成されるガス流は、通光部の出射端と導光手段との間でレーザ光と交差する。このガス流によって被加工部位で発生した粉塵は、ガス流の流れている方向に一緒に流されるので、導光手段を構成する光学部品上に付着することがなく、粉塵による加工効率の低下を防止できる。この場合、粉塵の影響がさらに低下するのでよりレーザ加工装置の小型化を図ることができる。 Furthermore, it is preferable that the laser processing apparatus according to the present invention further includes a shield forming unit that generates a gas flow that intersects the laser beam between the light emitting unit and the light guide unit. In this configuration, the gas flow generated by the shield forming unit intersects with the laser beam between the emission end of the light transmitting unit and the light guiding unit. The dust generated in the part to be processed by this gas flow flows together in the direction of the gas flow, so it does not adhere to the optical components that make up the light guiding means, and the processing efficiency is reduced by dust. Can be prevented. In this case, since the influence of dust is further reduced, the laser processing apparatus can be further downsized.
更にまた、本発明に係るレーザ加工装置が有するシールド形成手段は、ガスを供給するガス供給部と、ガス供給部に接続されており、通光部の内壁にガス供給口が形成されているガス供給路と、内壁であってガス供給口と対向する位置にガス吸入口が形成されているガス排出路と、ガス排出路に接続されており、ガス吸入口から吸引されたガスを排出するガス排出部と、を有することが好ましい。 Furthermore, the shield forming means included in the laser processing apparatus according to the present invention includes a gas supply unit that supplies gas, a gas that is connected to the gas supply unit, and a gas supply port is formed on the inner wall of the light transmitting unit. A gas supply path, a gas discharge path in which a gas suction port is formed at a position facing the gas supply port on the inner wall, and a gas that is connected to the gas discharge path and discharges the gas sucked from the gas suction port And a discharge part.
この場合、ガス供給手段から供給されるガスは、ガス供給路を通ってガス供給口から通光部内に流出する。このガス供給口と通光部を挟んで対向する位置には、ガス排出路のガス吸入口がある。そして、ガス排出路は、ガス排出部に接続されているので、ガス吸引口を有するガス供給口から出力されたガスは、ガス吸引口から吸入されることになる。その結果として、通光部を通るレーザ光と交差するようにガス流が形成され、そのガス流によって筐体内に粉塵が侵入することが抑制される。 In this case, the gas supplied from the gas supply means flows out from the gas supply port into the light transmitting section through the gas supply path. A gas suction port of the gas discharge path is located at a position facing the gas supply port with the light passing portion interposed therebetween. And since the gas discharge path is connected to the gas discharge part, the gas output from the gas supply port which has a gas suction port will be suck | inhaled from a gas suction port. As a result, a gas flow is formed so as to intersect with the laser light passing through the light passing portion, and the dust can be prevented from entering the housing by the gas flow.
また、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ装置、導光手段、筐体搬送手段及び粉塵吸引手段を制御する制御手段を更に備え、制御手段は、被加工物における複数の被加工部位の位置情報を記録する記憶部と、記憶部に記録された位置情報に基づいて筐体搬送手段を制御して筐体を移動させ、筐体の移動距離及び位置情報に基づいてレーザ装置及び導光手段を制御してレーザ光を被加工部位に照射せしめ、粉塵吸引手段を制御して粉塵を吸引せしめる制御部と、を有することが好適である。 The laser processing apparatus according to the present invention further includes a control unit that controls the laser device, the light guide unit, the casing transport unit, and the dust suction unit, and the control unit includes the positions of a plurality of processing parts in the workpiece. A storage unit for recording information, and a casing transport unit is controlled based on position information recorded in the storage unit to move the casing, and a laser device and a light guide unit based on movement distance and position information of the casing It is preferable to include a control unit that controls the laser beam to irradiate the workpiece with the laser beam and controls the dust suction unit to suck the dust.
この構成では、記憶部に記録された被加工部位の位置情報に基づいて制御部が筐体搬送手段が筐体を移動させるので、レーザ加工装置の移動が容易である。また、制御部は、筐体の移動距離及び位置情報に基づいてレーザ装置及び導光手段を制御してレーザ光を制御して被加工部位にレーザ光を照射させるので、制御部の制御によって筐体が移動しても、確実に被加工部位にレーザ光を照射することができる。また、制御部が粉塵吸引手段を制御して粉塵を吸引するので、筐体内への粉塵の侵入が抑制される。 In this configuration, since the control unit moves the casing by the casing transport unit based on the position information of the part to be processed recorded in the storage unit, the laser processing apparatus can be easily moved. In addition, the control unit controls the laser device and the light guide unit based on the moving distance and position information of the casing to control the laser beam and irradiate the laser beam to the processing site. Therefore, the control unit controls the casing. Even if the body moves, it is possible to reliably irradiate the processing site with the laser beam. In addition, since the control unit controls the dust suction means to suck dust, intrusion of dust into the housing is suppressed.
更に、本発明に係るレーザ加工装置は、筐体内であってレーザ光の光路上に設けられており、制御部に制御されて開閉するシャッタを更に有し、導光手段は、レーザ装置から出力されるレーザ光を反射する反射部と、レーザ光に対する反射部の角度を変更する角度変更部と、を有し、制御部は、被加工物を加工する場合に、筐体の移動距離及び位置情報に基づいて角度変更部を制御して被加工部位に照射されるように反射部の角度を変更し、シャッタを開けてレーザ装置から出力されたレーザ光を通すことが好ましい。 Furthermore, the laser processing apparatus according to the present invention is provided in the optical path of the laser beam in the housing, further includes a shutter that is controlled to be opened and closed by the control unit, and the light guide means outputs from the laser apparatus. A reflection unit that reflects the laser beam to be reflected, and an angle changing unit that changes the angle of the reflection unit with respect to the laser beam, and the control unit moves and positions the casing when processing the workpiece. It is preferable to control the angle changing unit based on the information to change the angle of the reflecting unit so that the part to be processed is irradiated, open the shutter, and pass the laser light output from the laser device.
この場合、導光手段が有する反射部の角度を角度変更部によって変更することによって、レーザ光の反射される方向が変わり、被加工物への照射位置を変えることができる。また、レーザ光の光路上にシャッタを設けているので、シャッタの開閉することでレーザ光の被加工物への照射を制御できる。 In this case, by changing the angle of the reflection part of the light guide means by the angle changing part, the direction in which the laser light is reflected is changed, and the irradiation position on the workpiece can be changed. In addition, since the shutter is provided on the optical path of the laser beam, the irradiation of the workpiece with the laser beam can be controlled by opening and closing the shutter.
そして、上記構成では、制御部は、被加工部位を加工する場合、筐体の移動距離及び位置情報に基づいて角度変更部を制御してレーザ光が被加工部位に照射されるように反射部の角度を変更し、シャッタを開けてレーザ装置から出力されたレーザ光を通す。そのため、所定の被加工部位にレーザ光を照射することができる。そのため、所望のパターンを被加工物に形成することができる。 And in the said structure, when processing a to-be-processed part, a control part is a reflection part so that a laser beam may be irradiated to a to-be-processed part by controlling an angle change part based on the movement distance and position information of a housing | casing The angle is changed, the shutter is opened, and the laser beam output from the laser device is passed. For this reason, it is possible to irradiate a predetermined processing site with laser light. Therefore, a desired pattern can be formed on the workpiece.
更に、本発明に係るレーザ加工装置では、筐体内に配置されており、通光部を通して被加工物を撮像するモニタ手段を更に備え、記憶部には、複数の被加工物に対する加工条件が記録されており、制御部は、モニタ手段のモニタ結果に基づいてモニタ手段が撮像した被加工物に対する加工条件を記憶部に記録された加工条件から選択し、その選択された加工条件に基づいてレーザ装置及びシャッタを制御すること好ましい。 Furthermore, in the laser processing apparatus according to the present invention, the laser processing apparatus is further provided with a monitor unit that is disposed in the housing and images the workpiece through the light transmission unit, and the storage unit records the processing conditions for the plurality of workpieces. The control unit selects a processing condition for the workpiece imaged by the monitoring unit based on the monitoring result of the monitoring unit from the processing condition recorded in the storage unit, and performs laser processing based on the selected processing condition. It is preferable to control the device and the shutter.
これにより、自動的に加工すべき被加工物に適した加工条件が選択できることになるので、レーザ加工装置を利用したレーザ加工の作業性がよい。 This makes it possible to select processing conditions suitable for the workpiece to be processed automatically, so that the workability of laser processing using a laser processing apparatus is good.
また、本発明に係るレーザ加工装置が有する筐体は、レーザ照射手段を収容する本体部と、屈曲可能な連結部を介して本体部に接続されており、通光部を有するヘッド部と、を有し、筐体搬送部は本体部に取り付けられており、導光手段は、連結部内に設けられており、本体部内のレーザ装置から出力されたレーザ光をヘッド部に伝送する光導波路と、レーザ装置から出力されたレーザ光を光導波路の本体部側の端部に入力せしめる本体側導光部と、光導波路のヘッド部側の端部から出力されるレーザ光を通光部に導くヘッド側導光部と、を有し、筐体内におけるレーザ光の光路上には、レーザ光の空間パターンを変えるパターン変更手段が設けられていることが好ましい。 Further, the housing of the laser processing apparatus according to the present invention is connected to the main body unit through which the laser irradiation unit is accommodated and the main body unit via a bendable connecting part, and has a light transmitting unit, The light guide means is provided in the connecting portion, and an optical waveguide for transmitting the laser beam output from the laser device in the main body portion to the head portion. A main body side light guide section for inputting laser light output from the laser device to the end section on the main section side of the optical waveguide, and a laser beam output from the end section on the head section side of the optical waveguide to the light section It is preferable that a pattern changing means for changing the spatial pattern of the laser light is provided on the optical path of the laser light in the housing.
この構成では、本体部にレーザ装置が収容されており、レーザ装置から出力されたレーザ光は、本体側導光部、光導波路及びヘッド側導光部を通ってヘッド部の通光部から出力されるので、ヘッド部の位置によって被加工物を加工することができる。そして、本体部とヘッド部とを接続している連結部は屈曲可能である。その結果として、ヘッド部を本体部に対して動かすことができるので、レーザ加工装置の作業性が更に向上している。また、レーザ光の光路上にレーザ光の空間パターンを変えるパターン変更手段が設けられているので、所望のパターンを被加工物に形成することができる。 In this configuration, the laser device is accommodated in the main body portion, and the laser light output from the laser device is output from the light transmitting portion of the head portion through the main body side light guide portion, the optical waveguide, and the head side light guide portion. Thus, the workpiece can be processed according to the position of the head portion. And the connection part which has connected the main-body part and the head part is bendable. As a result, since the head portion can be moved relative to the main body portion, the workability of the laser processing apparatus is further improved. Further, since the pattern changing means for changing the spatial pattern of the laser beam is provided on the optical path of the laser beam, a desired pattern can be formed on the workpiece.
更に、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ装置を制御してレーザ光を出力せしめると共に、粉塵吸引手段を制御してレーザ光が照射された被加工部位で発生する粉塵を吸引せしめる制御手段を有すること好ましい。制御手段が、レーザ装置及び粉塵吸引手段を作動させるため、レーザ光が出力されているときに確実に粉塵吸引手段を作動させることができる。その結果として、粉塵の影響が低減されるので、レーザ加工装置の小型化を図ることが可能である。 Furthermore, the laser processing apparatus according to the present invention includes a control means for controlling the laser apparatus to output laser light and for controlling the dust suction means to suck dust generated at the processing site irradiated with the laser light. It is preferable to have. Since the control means operates the laser device and the dust suction means, the dust suction means can be reliably operated when the laser beam is output. As a result, since the influence of dust is reduced, the laser processing apparatus can be downsized.
また、本発明に係るレーザ加工装置が有するパターン変更手段は、空間光変調器であり、制御手段は、空間光変調器を制御しレーザ光の空間パターンを変調することが好ましい。 The pattern changing means included in the laser processing apparatus according to the present invention is a spatial light modulator, and the control means preferably controls the spatial light modulator to modulate the spatial pattern of the laser light.
これにより、ヘッド部を被加工物に対して動かした時に、制御手段によって空間光変調器を制御してレーザ光のパターンを変調することによって、被加工物における異なる位置に異なるパターンを形成することができる。 Thus, when the head unit is moved relative to the workpiece, the spatial light modulator is controlled by the control means to modulate the laser light pattern, thereby forming different patterns at different positions on the workpiece. Can do.
更にまた、本発明に係るレーザ加工装置が有するパターン変更手段は、空間フィルタとすることもできる。 Furthermore, the pattern changing means included in the laser processing apparatus according to the present invention may be a spatial filter.
また、本発明に係るレーザ加工装置が有するレーザ装置は、半導体レーザ装置であることが好ましい。これにより、レーザ加工装置の小型化を促進できる。 Further, the laser device included in the laser processing apparatus according to the present invention is preferably a semiconductor laser device. Thereby, size reduction of a laser processing apparatus can be promoted.
本発明のレーザ加工装置によれば、小型化が可能であって、作業性が向上している。 According to the laser processing apparatus of the present invention, downsizing is possible and workability is improved.
以下に、本発明に係るレーザ加工装置の好適な実施形態について詳細に説明する。図面の説明において、同一要素には同じ符合を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the laser processing apparatus according to the present invention will be described in detail. In the description of the drawings, the same reference numerals are given to the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
(第1の実施形態)
図1は、本発明に係るレーザ加工装置の一実施形態のブロック構成図である。図2は、図1に示したレーザ加工装置1の各構成要素の配置例を示す模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block configuration diagram of an embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an arrangement example of each component of the laser processing apparatus 1 illustrated in FIG. 1.
レーザ加工装置1は、石材などの被加工物10の表面上を所定の方向(図2中の矢印A方向)に移動しながら被加工物10の表面における所定の被加工部位11にレーザ光Lを照射して被加工物10を加工するための可搬式のレーザ加工装置である。
The laser processing apparatus 1 moves a laser beam L to a
図1及び図2に示すように、レーザ加工装置1は、レーザ駆動部21によって駆動されるレーザ装置22を収容する略直方体形状の筐体30を有する。筐体30の大きさは、例えば、高さ0.5m、幅1.0m、奥行き(図2において紙面に直交する方向の長さ)1.0mである。筐体30において、被加工物10と対向する底壁部31には、筐体30内部からレーザ光Lを外部に通すための通光部32が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the laser processing apparatus 1 has a substantially
通光部32は、図2に示すように、レーザ光Lに対して透過性を有する透光部材33が内側に設けられた開口部34である。透光部材33は、例えば、ガラス窓や高分子フィルム、更に、ガラス窓の被加工物10側の面に高分子フィルムを貼付したものなどである。透光部材33の厚さは、開口部34の厚さ(開口部34が形成されている位置での底壁部31の厚さ)よりも薄く、開口部34においてレーザ光Lの入力側(図2中、開口部34の上側)に配設されている。
As shown in FIG. 2, the
また、レーザ加工装置1は、レーザ加工装置1を構成する各構成要素を制御するための制御手段としての制御パネル40を有する。制御パネル40は、図2に示すように、筐体30の上壁部35上に設けられている。ここでは、制御パネル40は、上壁部35に設けられているとしたが、例えば、有線のケーブルを介してレーザ加工装置1の各構成要素と電気的に繋いだり、無線で制御したりすことによって筐体30から取り外せるようになっていてもよい。
In addition, the laser processing apparatus 1 includes a
制御パネル40は、入力部41と、記憶部42と、表示部43と、制御部44とを有する。
The
入力部41は、操作者による各種加工条件などの入力等に利用され、例えば、入力用ボタンや回転ダイヤルなどである。また、入力部41は、筐体30内に収容された電源50のON/OFFを指示するためのものである。この電源50のON/OFF指示のための入力部41としては、例えば、スイッチやボタンなどを利用すればよい。電源50をONにすることで、レーザ加工装置1の各構成要素に電力が供給されることになる。なお、電源50の配置場所は特に限定されないが、例えば、図2に示すように吸引器111(後述)上である。また、電源50は、バッテリ方式であるが、電力供給用ケーブルなどに接続できるようになっていてもよい。
The
記憶部42は、入力部41を介して入力された情報(加工条件など)を記録するためのものであり、例えば、ROMやRAM等が例示される。入力部41から入力され、記憶部42に記録される情報としては、被加工物10における被加工部位11(レーザ光Lを照射すべき場所)の位置情報や、被加工物10毎の加工条件(移動速度、レーザ出力、照射時間等)を含む加工情報データベースである。記憶部42に記憶される加工情報データベースの一例を表1に示す。
表示部43は、例えば、液晶ディスプレイやLED等であり、記憶部42に記録されている加工情報データベースなどの情報の表示や、レーザ加工装置1の動作状況を操作者に示すためのものである。
The
制御部44は、CPU等であって、位置情報や加工条件に基づいて、レーザ加工装置1に含まれる各駆動部などを制御する。また、制御部44は、入力部41によって電源50をONにする指示が入力されると、電源50をONにする。
The
また、図2に示すように、筐体30の底壁部31には車輪駆動部61によって駆動される車輪62が取り付けられている。車輪駆動部61は、電源50によって電力が供給される。車輪駆動部61は、車輪62を駆動するための機構を備えていればよく、例えば、モータとシャフトなどから構成されており、更に速度を調整するためのギアなどが設けられていてもよい。車輪駆動部61は、筐体30内部に設けられていてもよいし、例えば、その一部は、底壁部31の外面にとりつけられていてもよい。
As shown in FIG. 2, a
車輪駆動部61は、制御部44からの信号に応じて制御部44によって指定される速度で車輪62を駆動する。従って、車輪駆動部61と車輪62とは筐体搬送手段60として機能する。これにより、筐体30は被加工物10上を容易に移動でき、被加工物10の所定の位置でレーザ光Lによる加工ができるようになっている。また、車輪62が取り付けられた状態で、筐体30と被加工物10との間の距離は、0.01m〜0.2mである。車輪62にダンパー機能が付与されていることは、移動に伴う筐体30の振動を抑制する観点から好適である。また、レーザ加工装置1では、車輪62の回転角度を検出するセンサ(不図示)を有する。
The
筐体30内に設けられたレーザ装置22は、レーザ駆動部21によって制御され、連続発振するものである。レーザ駆動部21は、電源50によって電力が供給されており、制御部44がレーザ駆動部21を介してレーザ装置22に印加する電圧を調整することによって、レーザ装置22は、0.1〜200Wの範囲でレーザ光Lの出力を調整できるようになっている。このようなレーザ装置22としては、半導体レーザ(LD)が例示される。
The
レーザ装置22は、1つのLDとしてもよいし、複数のLDをアレイ状に配置したものでもよい。ここでは、レーザ装置22は1つのLDとする。レーザ装置22としてLDを利用することでレーザ加工装置1の小型化が図られている。レーザ装置22は、底壁部31上に配置されレーザ装置22を冷却するための冷却器(図2参照)70の上に配置されており、底壁部31に略平行にレーザ光Lを出力する。冷却器70は、電源50によって電力が供給される。
The
このレーザ装置22から出力されたレーザ光Lの光路上には、シャッタ駆動部81によって駆動され開閉するシャッタ82が配置されている。シャッタ駆動部81は、電源50に接続されており電源50から電力が供給されている。シャッタ駆動部81は、制御部44からの信号に応じてシャッタ82を駆動してシャッタ82を開閉する。レーザ加工装置1では、レーザ装置22を連続発振させておき、シャッタ82の開閉によってレーザ光Lの被加工物10への照射時間を制御する。
On the optical path of the laser beam L output from the
また、レーザ加工装置1は、レーザ装置22から出力されたレーザ光Lを筐体30の通光部32に導き被加工物10に照射するための導光手段90を有する。導光手段90は、シャッタ82の前方に配置された集光光学系としてのレンズ91と、レンズ91を通ったレーザ光Lを通光部32側に反射させる反射部92とを有する。レンズ91は、レーザ装置22から出力されたレーザ光Lを集光する。レンズ91は、その焦点位置がほぼ被加工物10の表面に位置するように配置されている。
In addition, the laser processing apparatus 1 includes a
反射部92は、レンズ91の前方であって通光部32の直上に配置されており、レンズ91を通過したレーザ光Lを被加工物10側に反射させる。ここで、図3を参照して、反射部92について説明する。図3は、反射部の構成を示す模式図である。
The
図3に示すように、反射部92は、ホルダ93に取り付けられた平面鏡94からなっており、ホルダ93には、導光手段90の一部を構成する角度変更部95が取り付けられている。角度変更部95は、モータなどの回転機であって、制御部44からの信号によって反射部92を所定の軸(回転機の回転軸)周りに回転させる。これにより、レーザ光Lに対する反射部92の角度が変わるので、レーザ光Lの反射方向が変更されることになる。その結果として、被加工物10への照射位置を調整できる。
As shown in FIG. 3, the reflecting
また、図1及び図2に示すように、レーザ加工装置1は、モニタ手段100を有することが好適である。モニタ手段100は、例えば、CCDカメラであり、通光部32を通して被加工物10を撮像できるように、筐体30内に配設されている。モニタ手段100は、制御部44により駆動され、レーザ照射時の被加工物10の加工状況を撮像する。モニタ手段100は、撮像によって得られた画像情報を制御部44に入力する。
In addition, as shown in FIGS. 1 and 2, the laser processing apparatus 1 preferably includes a
この際、制御部44は、モニタ手段100から入力された画像情報を画像処理することで、加工範囲と加工深度を割り出し、記憶部42に記録されている加工情報データベースと照らし合わせ、被加工物10に適した加工条件(パラメータ)を選択する。これにより、例えば、操作者が制御パネル40を介して被加工物10の情報を被加工物10を代える毎に入力しなくてもよい。
At this time, the
なお、制御部44が画像を処理するとしたが、別に画像処理装置(不図示)を設け、画像処理したものを制御部44に入力するようにしてもよい。
Although the
また、レーザ加工装置1は、被加工物10にレーザ光Lを照射することによって被加工物10から飛散する粉塵を筐体30内に侵入させないために、粉塵吸引手段110と、シールド形成手段120とを有する。
Further, the laser processing apparatus 1 prevents the dust scattered from the workpiece 10 from entering the
ここで、図2及び図4を参照して、粉塵吸引手段110とシールド形成手段120とについてより詳細に説明する。 Here, with reference to FIG.2 and FIG.4, the dust suction means 110 and the shield formation means 120 are demonstrated in detail.
粉塵吸引手段110は、被加工物10から飛び散る粉塵を吸引するためのものであり、筐体30内に収容された吸引器111を有する。吸引器111は、制御部44に接続されており、制御部44によって制御される。吸引器111は、レーザ装置22によるレーザ光の出力開始に同期して制御部44の制御によって駆動される。
The dust suction means 110 is for sucking dust scattered from the
吸引器111としては、例えば、真空ポンプなどである。吸引器111は、動作時における振動のレーザ照射への影響を低減するために、図2に示すように、レーザ装置22や導光手段90から離されており底壁部31上であって冷却器70の横に配置される。また、吸引器111による振動の影響を低減するために、レーザ装置22及び導光手段90を搭載するフレームと、吸引器111を搭載するフレームとを別体で構成することも好適である。
The
粉塵吸引手段110は、粉塵フィルタ112を介して吸引器111に一端部が接続された粉塵吸引路113を有する。粉塵吸引路113の他端部は、底壁部31の通光部32の周囲に円環状に形成されており粉塵吸引手段110の一部を構成する吸引凹部114に接続されている。粉塵吸引路113としては、吸引ホースが例示される。粉塵吸引路113は、吸引器111と吸引凹部114とを接続しておれば、配置される場所は特に限定されない。例えば、その一部が筐体30の外側に沿うように設けられていてもよい。
The dust suction means 110 has a
また、吸引凹部114は、その開口(吸引口部)114aが被加工物10と対向するように形成されている。吸引凹部114が形成されている領域の底壁部31は、被加工物10側に突出していることが好ましい。これにより、開口114aがより被加工物10に近づき粉塵を取り込みやすいからである。この吸引凹部114は、必ずしも円環状でなくても通光部32の周囲の一部に形成されていればよい。
The
上記構成では、吸引器111が吸引を開始すると、開口114aを通って吸引凹部114に粉塵が吸引される。そして、吸引凹部114内に取り込まれた粉塵は粉塵吸引路113を通って粉塵フィルタ112に集塵される。
In the above configuration, when the
また、シールド形成手段120は、通光部32の中心線に対して直交する方向にガス流を発生せしめて、ガスシールドを形成するためのものである。シールド形成手段120は、ガス供給部121を有する。ガス供給部121としては、筐体30の側壁部に取り付けられたファンが例示されるが、空気や窒素などが充填されたガスボンベなどでもよい。ここでは、ガス供給部121は、ファンとする。この場合、ガスとしては空気が供給されることになる。
The shield forming means 120 is for generating a gas flow in a direction perpendicular to the center line of the
ガス供給部121は、制御部44によって制御され、例えば、制御部44がレーザ駆動部21を介してレーザ装置22を制御してレーザ光Lを出力開始させたときに同期して駆動されガスを供給する。
The
また、シールド形成手段120は、ガス供給部121によって供給されるガス(空気)をレーザ光Lと交差するように通光部32に供給するガス供給路122を有する。ガス供給路122は、ガス供給部121からの空気を流出せしめるガス供給口122aを通光部32の内壁32aに有している。ガス供給口122aは、図4に示すように、透光部材33よりも被加工物10側に形成されている。
Further, the
ガス供給路122の構成は、内壁32aにガス供給口122aが形成されていれば特に限定されないが、例えば、底壁部31に一部が埋設された配管や、内壁から底壁部31にそって延びる凹部とその凹部とガス供給部121とを繋ぐ配管から構成されていてもよい。
The configuration of the
更に、シールド形成手段120は、通光部32の内壁32aにガス供給口122aと対向するガス吸入口123aを有するガス排出路123を有する。レーザ加工装置1では、ガス排出路123は、粉塵吸引路113に接続されている。すなわち、吸引器111による吸引によってガスが吸引され、ガス供給口122aから供給されたガスは、ガス吸入口123aに流れ込むことになる。この場合、吸引器111がシールド形成手段120におけるガス排出部として機能している。
Further, the shield forming means 120 has a
上記配置関係では、ガス吸入口123aがガス供給口122aと対向するように配置されているため、ガス吸入口123aも透光部材33よりも被加工物10側に位置することになる。そのため、ガス供給口122aから供給されたガス(空気)がガス吸入口123aによって吸入されることで、透光部材33の外面に平行にガス流が透光部材33の外側に形成される。このガス流は、シールドとして機能することから、粉塵が透光部材33に到達しにくくなっている。また、シールドによって遮断された粉塵や透光部材33に衝突した粉塵は、再度通光部32の被加工物10側の端から出るため、前述した粉塵吸引手段110によって吸引されやすくなっている。
In the above arrangement relationship, the
上記構成のレーザ加工装置1では、制御部44によって上記の各構成要素を制御することで、レーザ加工装置1を被加工物10上で移動させながらレーザ光Lを照射し自動的にレーザ加工を実施する。
In the laser processing apparatus 1 having the above-described configuration, the
図3及び図5を参照して上記レーザ加工装置1によるレーザ加工の方法について説明する。図5は、車輪の回転状態を示す図である。以下の説明において、筐体30は被加工物10上に位置するものとする。
A laser processing method by the laser processing apparatus 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram showing a rotating state of the wheel. In the following description, it is assumed that the
先ず、操作者が制御パネル40の入力部41を操作して電源50をONにする旨の指示を入力すると、制御部44は、電源50をONにして各駆動部に電力を供給する。また、操作者は、入力部41を介して被加工物10(例えば、表1の石材A)を指定する。この指定は、例えば、記憶部42から加工情報データベースを読み出して、表示部43に表示させた後、操作者が所望の被加工物10を選択すればよい。また、操作者は、入力部41から加工パターンを入力する。これは例えば、予め複数の記憶部42に記録されているパターンから選定してもよいし、新たに被加工部位の位置情報を入力してもよい。また、後述するように、車輪62の回転角度と平面鏡94の回転角度の対応を付けておくことで設定しておいてもよい。
First, when an operator operates the
制御部44は、記憶部42に記録されている加工情報データベース(表1)から指定された被加工物10に対する加工条件を読み込む。また、操作者は、被加工物10における加工開始位置及び加工終了位置の座標を位置情報として入力部41を介して入力する。これにより、制御部44は、レーザ加工装置1の位置、すなわち、筐体30の位置を原点として加工開始位置及び加工終了位置を設定する。この入力された加工開始位置及び加工終了位置の情報と、上記加工パターンとから、被加工物10へのレーザ光Lを照射すべき箇所としての複数の被加工部位の位置情報が記憶部42に記録されることになる。
The
以上の入力動作及び読み込み動作が終了した後、操作者が入力部41を介して制御部44に加工開始の指示を入力すると、制御部44は、レーザ駆動部21を介してレーザ装置22を駆動してレーザ光Lを出力せしめると共に、シャッタ駆動部81を介してシャッタ82を閉じる。これにより、レーザ光Lはレーザ加工装置1からは出力されていないことになる。
After the above input operation and reading operation are completed, when the operator inputs a processing start instruction to the
制御部44は、レーザ駆動部21によるレーザ装置22の駆動に同期させて冷却器70も駆動する(電力を供給する)。更に、制御部44は、レーザ装置22の駆動に同期させて、吸引器111による吸引開始、及び、ガス供給部によるガス(空気)の供給を開始せしめる。これにより、通光部32近傍から粉塵が吸引される状態になり、また、通光部32内にレーザ光Lと交差するシールドとしてのガス流が形成されることになる。
The
なお、制御部44は、上記のようにレーザ装置22及び吸引器111等を駆動した場合(それらに通電した場合)には、その旨を操作者に知らせるために、表示部43を制御して、LEDを点灯させたり、液晶ディスプレイにその旨を表示する。
Note that the
この状態で、制御部44は、車輪駆動部61を介して車輪62を回転させることで設定した加工開始位置まで筐体30を移動させる。
In this state, the
加工箇所に着くと制御部44は、筐体30を一旦停止させ、シャッタ駆動部81を介してシャッタ82を加工に必要な時間開けた後閉じる。シャッタ82の開閉時間は、予め加工条件によって決められた時間であり、1秒間以内である。このようにシャッタ82を開閉するので、被加工物10とレーザ光Lとが反応するのは、シャッタ82の開口時間のみである。また、移動速度は、その停止による振動の影響が集光点の大きさを2倍以上に拡げない速度とする。
When the processing part arrives, the
シャッタ82が閉じた後、制御部44は、シャッタ82が閉じている状態で記憶部42に記録されている位置情報に基づいて車輪62を指定した角度θ11回転駆動させ、筐体30を所定距離移動させてから、筐体30を一旦停止させる。そして、角度変更部95がホルダ93に取り付られた平面鏡94を、所定角度θ11に対応する角度θ12回転させる。続いて、制御部44はシャッタ82を開き、被加工物10にレーザ光Lを照射し、制御部44は、シャッタ82を閉じさせる。続いて、車輪62が角度θ21回転すると、制御部44は、平面鏡94を先程とは反対方向に角度θ21回転に対応する角度θ22程回転させ、シャッタ82が開き、被加工物10にレーザ光Lを照射し、シャッタ82を閉じる。上記、筐体30の移動、平面鏡94の回転、シャッタ82の開閉等によるレーザ照射を加工終了位置まで繰り返すことによって被加工物10にレーザ加工を施す。
After the
以上、説明したように、レーザ加工装置1を利用した加工方法では、レーザ装置22への通電に同期して制御部44の制御によって吸引器111への通電が開始され、粉塵吸引手段110によって粉塵が吸引される状態になる。また、同様に、レーザ装置22の駆動に同期して制御部44によってシールド形成手段120が駆動され、レーザ光Lと交差する方向に生成されたガス流によってガスシールドが形成される。
As described above, in the processing method using the laser processing apparatus 1, the energization to the
従って、所望の被加工部位11においてシャッタ82が開き、レーザ光Lと被加工物10とが反応しレーザ加工が行われるときには、粉塵吸引手段110及びシールド形成手段120が作動していることになる。その結果として、レーザ光Lの照射によって発生する粉塵が筐体30内部に侵入することがより確実に防止されている。また、レーザ加工装置1の構成では、通光部32が透光部材を有するので、被加工物10から粉塵が飛び散っても、粉塵が筐体30内に侵入することが確実に防止されている。
Therefore, when the
そのため、レーザ加工装置1のように、レーザ装置22にLDを利用しても高効率な加工を実現しながらレーザ加工装置1の小型化を図ることができている。これにより、レーザ加工装置1の携帯性が向上するので、例えば、屋外での被加工物10のレーザ加工にも有効に利用できる。また、携帯性が向上しているため、大型の大理石建造物の壁面や床など、既に設置されており動かすことが困難な被加工物などに対して特に有効である。
For this reason, as in the laser processing apparatus 1, the laser processing apparatus 1 can be downsized while realizing highly efficient processing even if an LD is used for the
また、制御部44によって車輪駆動部61を介して車輪62を制御することでレーザ加工装置1の搬送が容易になっている。更に、その筐体30の搬送に同期して角度変更部95を介して反射部92を制御しているので、自動的に所望の位置にレーザ光Lを照射できる。その結果、作業性が非常に向上している。レーザ光Lの照射位置は、車輪62の回転角度及びそれに対応する平面鏡94の回転角度や、シャッタ82の開閉時間の設定によって任意のパターンを有する細径孔加工処理を実施できる。このように細径孔加工処理などが可能であるため、細径孔加工処理による滑り止めや、石材溶融による風化した大理石の光沢処理なども可能である。
Further, the
上記レーザ加工方法では、加工開始位置と加工終了位置との間で、予め定められた車輪62の回転角度及びそれに対応する平面鏡94の回転角度によってレーザ光を照射しているが、例えば、レーザ加工開始前に、操作者が複数の被加工部位の位置情報を入力部41を介して記憶部42に記憶させておくことも好適である。この場合は、所望の被加工部位の位置情報に基づいて制御部44が所定距離だけ筐体30を移動させて(車輪62を所定角度回転させて)から、移動距離と位置情報とに基づいて、設定されている被加工部位にレーザ光Lが照射されるように平面鏡94を回転させればよい。
In the laser processing method, laser light is irradiated between a processing start position and a processing end position according to a predetermined rotation angle of the
また、レーザ加工装置1では、電動で平面鏡94を回転させているが、例えば、車輪62と平面鏡94を保持するホルダ93の回転軸とを機械的に接続して車輪62の回転と平面鏡94との回転を同期することもできる。また、上記方法では、制御部44で設定した車輪62の回転角度は、例えば、センサーなどで測定し、その測定結果に基づいて平面鏡94を回転させることも好ましい。
In the laser processing apparatus 1, the
更に、本実施形態では、加工情報データベースとして、被加工物10に対応するレーザ光強度が設定してあるが、予め調べられている加工閾値と、操作者から入力される筐体30の移動速度に基づいて、制御部44が、レーザ出力強度を算出し設定してもよい。
Furthermore, in this embodiment, the laser light intensity corresponding to the
(第2の実施形態)
図6は、本発明に係るレーザ加工装置の他の実施形態の外観を示す模式図である。図7は、図6に示したレーザ加工装置の構成の一例を示す模式図である。更に、図8は、図6に示したレーザ加工装置の構成のブロック構成図である。図9は、レーザ加工装置で利用されている光学系の模式図である。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a schematic view showing the appearance of another embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention. FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the laser processing apparatus shown in FIG. Further, FIG. 8 is a block diagram of the configuration of the laser processing apparatus shown in FIG. FIG. 9 is a schematic diagram of an optical system used in a laser processing apparatus.
図6〜図8に示すように、レーザ加工装置2では、筐体130が、レーザ装置22を収容する本体部131と、通光部32を有するヘッド部132と、本体部131とヘッド部132とを接続する連結部133とを有する。ヘッド部132は、例えば、図6に示す三脚135によって被加工物10の前に固定されている。なお、図8では、粉塵吸引手段110及びシールド形成手段120がヘッド部132に設けられているが、後述するようにこれらの一部は本体部131及び連結部133にも設けられている。
As shown in FIGS. 6 to 8, in the
連結部133は、屈曲可能の管状のものであって、一方の端部が本体部131の側壁部131aに取り付けられ、他方の端部がヘッド部132の側壁部132aに取り付けられている。図7に示すように、連結部133内には、導光手段140の一部を構成する光導波路141が収容されている。図7中のハッチングは光導波路141を示すためのものである。光導波路141は、本体部131に収容されているレーザ装置22から出力されたレーザ光Lを、ヘッド部132に伝送するためのものであり、例えば、シングルコアファイバ、マルチコアファイバ、中空ファイバ、バンドルファイバなどの光ファイバである。
The connecting
本体部131には、制御手段としての制御パネル40が取り付けられている。制御パネル40は、入力部41と記憶部42と表示部43と制御部44とを有する。また、本体部131には車輪62が取り付けられており、移動可能となっている。この車輪62は、制御部44からの信号によって車輪62を制御する車輪駆動部61によって駆動されることは、本体部131を自動操縦できる観点から好ましい。ただし、レーザ加工装置2では、ヘッド部132を固定して被加工物10をレーザ加工するため、車輪駆動部61は設けられていなくてもよい。
A
また、本体部131には、レーザ装置22の他に、冷却器70及び電源50が収容されており、更に、粉塵吸引手段110の一部を構成する吸引器111が収容されている。吸引器111は、レーザ加工装置1の場合と同様に制御部44によって制御される。
In addition to the
吸引器111には、粉塵吸引路113が接続されており、粉塵吸引路113は、連結部133内を通ってヘッド部132が有する通光部32の周囲まで延びている。レーザ加工装置2において、通光部32は、側壁部132aと反対側の側壁部132bに形成されている。通光部32近傍での粉塵吸引路113の配置を含む粉塵吸引手段110の構成は第1の実施形態の場合と同様であるため、説明は省略する。このように通光部32近傍での構成が同様の粉塵吸引手段110を有するため、レーザ加工装置2においても、被加工物10からの粉塵はヘッド部132内に侵入しにくい。
A
更に、本体部131には、シールド形成手段120の一部を構成するガス供給部121及びガス排出部124が設けられている。ガス供給部121は、例えば、ガスとして空気や窒素などが充填されたガスボンベであり、ガス排出部124は、例えば、吸引器111と同様の真空ポンプなどである。ガス供給部121及びガス排出部124は、制御部44によって制御される。なお、ガス供給部121は、レーザ加工装置1の場合と同様にファンとすることもできるし、ガス排出部124を吸引器111とすることも可能である。
Further, the
ガス供給部121には、第1の実施形態と同様にガス供給路122が接続されており、ガス排出部124にはガス排出路123が接続されている。ガス供給路122及びガス排出路123は、連結部133内を通ってヘッド部132の通光部32まで延びている。通光部32でのガス供給路122及びガス排出路123の配置を含むシールド形成手段120の構成は第1の実施形態の場合と同様であるため、説明は省略する。このように通光部32近傍での構成が同様のシールド形成手段120を有するため、レーザ加工装置2においても、被加工物10からの粉塵はヘッド部132内に侵入しにくいようになっている。
A
更に、本体部131には、レーザ装置22から出力されたレーザ光Lを通光部32に導く導光手段140の一部を構成しており、レーザ光Lを連結部133内の光導波路141の本体部131側の端部141aに入力するための本体側導光部142を有する。図7に示すように、本体側導光部142は平面鏡143と放物面鏡144とから構成されており、冷却器70上に設けられたレーザ装置22から出力されたレーザ光Lを平面鏡143で放物面鏡144側に曲げ、放物面鏡144によって集光することで好適に光導波路141に入射できるようになっている。
Further, the
ヘッド部132には、導光手段140の一部を構成しており、光導波路141から出力されるレーザ光Lをヘッド部132に設けられた通光部32に導くためのヘッド側導光部145が設けられている。ヘッド側導光部145は、放物面鏡146と平面鏡147とから構成されており、光導波路141から出力されたレーザ光Lを放物面鏡146によって平面鏡147側に曲げ、平面鏡147によって更に通光部32側に曲げている。放物面鏡146を利用することによって、光導波路141から出力されるレーザ光Lを平行光にして平面鏡147に入射させることができている。
The
平面鏡147と通光部32との間には、平面鏡147側から拡大光学系151、光変調器(パターン変更手段)152及び集光光学系153が配置されている。拡大光学系151は、図7及び図9に示すように、2つのレンズ154,155から構成されており、放物面鏡146によって平行光にされ平面鏡147によって反射されたレーザ光Lを拡大して光変調器152に入射させる。拡大光学系151は、凹面及び凸面を有する反射鏡によって構成することも可能である。
Between the
光変調器152は、外部からの入力データによって、空間的な透過率を制御することでレーザ光Lの空間パターンを変調する。光変調器152は、ヘッド部132に取り付けられ、制御パネル40と共に制御手段の一部を構成する変調器制御部45によって制御される。すなわち、光変調器152は、変調器制御部45からの変調信号に応じた空間パターンにレーザ光Lを変調して出力する。ここでは、光変調器152は、レーザ光Lを透過させる透過型のものを例示しているが、例えば、反射させることによってレーザ光Lの空間パターンを変調する反射型のものでもよい。
The
集光光学系153は、例えば、レンズであり、光変調器152から出力されたレーザ光Lを集光して通光部32を通して被加工物10に照射する。
The condensing
上記構成において、集光光学系153によって光変調器152の位置での像が所望の倍率で拡大又は縮小されて適切に被加工物10の表面上に結像されるようにヘッド部132の位置は決定され、三脚135で固定される。より具体的には、図8に示すように、ヘッド部132の位置は、光変調器152及び集光光学系153間の距離X1と集光光学系153の焦点距離とによって決まる、集光光学系153の像面と集光光学系153との間の距離が、被加工物10の表面と集光光学系153との間の距離X2になるように決定されている。
In the above configuration, the position of the
上記レーザ加工装置1の動作について説明する。操作者は、入力部41を介して被加工物10を指定する。制御部44は、指定された被加工物10に対する加工条件を記憶部42から読み出す。また、操作者は、変調器制御部45を介して所望の空間パターンを光変調器152に入力する。
The operation of the laser processing apparatus 1 will be described. The operator designates the
そして、操作者が入力部41を介して加工開始の指示を入力すると、制御部44は、記憶部42から読み出した加工条件に基づいてレーザ光Lの出力強度及びレーザ照射時間に応じてレーザ駆動部21を介してレーザ装置22を制御し、レーザ光Lを出力せしめる。
When the operator inputs a processing start instruction via the
レーザ装置22から出力されたレーザ光Lは、本体側導光部142によって光導波路141に入射され、光導波路141内を導波してヘッド部132側の端部141bから出力される。光導波路141から出力されたレーザ光Lは、ヘッド側導光部145によって平行光にされた後、拡大光学系151で拡大されて、光変調器152に入力される。そして、変調器制御部45から入力された変調信号に対応する空間パターンに変調された後に出力され、集光光学系153によって集光されて被加工物10に照射される。
The laser light L output from the
これにより、被加工物10には、光変調器152でレーザ光Lに重畳された空間パターンに対応する加工が施されることになる。
As a result, the
変調器制御部45によって光変調器152を制御することで所望の空間パターンをレーザ光Lに重畳できる。そのため、被加工物10に所望の意匠加工を行うことが可能である。 従って、例えば、被加工物10としての石材として墓石などに文字を形成するような加工に好適に利用できる。
A desired spatial pattern can be superimposed on the laser beam L by controlling the
また、連結部133が屈曲できるので、ヘッド部132を本体部131に対して連結部133の可動範囲内で動かすことが可能である。これにより、例えば、本体部131よりも高い位置にレーザ加工を施すことができる。
Further, since the connecting
(第3の実施形態)
図10は、本発明に係るレーザ加工装置の他の実施形態一例を示す模式図である。更に、図11は、図10に示したレーザ加工装置のブロック構成図である。図12は、図10に示したレーザ加工装置における光学系の構成を示す模式図である。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a schematic view showing an example of another embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention. Further, FIG. 11 is a block diagram of the laser processing apparatus shown in FIG. FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of an optical system in the laser processing apparatus shown in FIG.
図10及び図11に示すように、レーザ加工装置3の構成は、光変調器の代わりに空間フィルタとしてのマスク(パターン変更手段)161が利用されている点でレーザ加工装置2の構成と主に相違する。この点を中心にしてレーザ加工装置3について説明する。
As shown in FIGS. 10 and 11, the configuration of the
本体部131内において、レーザ装置22と平面鏡143との間には、レーザ装置22側から拡大光学系162、マスク161及び縮小光学系163が配置されている。拡大光学系162は、図12に示すように、2つのレンズ164,165からなり、レーザ装置22からのレーザ光Lを拡大してマスク161に入射する。マスク161は、空間フィルタとして機能し、レーザ光Lの空間パターンを変調する。縮小光学系163は、例えば、2つのレンズ166,167からなり、拡大光学系162で拡大したレーザ光Lを縮小する。
In the
ヘッド部132において、平面鏡147と通光部32との間には、集光光学系170が配置されている。集光光学系170は、図12に示すように、真空管171における平面鏡147側の端部に設けられたレンズ172と通光部32側に設けられたガラス窓173とから構成されることが好適である。この構成では、像転送のためにレーザ光Lを一度集光する際の誘電破壊現象による波面劣化を抑制することができるからである。なお、レーザ装置22から出力されるレーザ光Lの強度によっては、真空管171の代わりに希ガスなどが充填された容器に代えることも可能である。
In the
上記構成において、マスク161の位置での像が所望の倍率で拡大又は縮小されて適切に被加工物10の表面上に結像されるようにヘッド部132の位置が調整されて三脚135で固定される。より具体的には、ヘッド部132の位置は、マスク161及びレンズ172間の距離X1とレンズ172の焦点距離とによって決まるレンズ172からのレンズ172の像面までの距離が、被加工物10の表面とレンズ172との間の距離X2になるように決定されている。
In the above configuration, the position of the
上記構成のレーザ加工装置3によるレーザ加工方法では、レーザ装置22から出力されたレーザ光Lが拡大光学系162によって拡大された後にマスク161に入力される。そして、レーザ光Lの空間パターンが変調された後に縮小光学系163で縮小されてから本体側導光部142によって光導波路141に入射される。続いて、レーザ光Lは、光導波路141によってヘッド部132側に導波される。光導波路141から出力されたレーザ光Lは、集光光学系170によって集光された後に通光部32を通って被加工物10に照射される。この加工方法において、加工開始前での操作者の操作(被加工物10の指定など)及びそれに伴う制御部44の動作はレーザ加工装置1の場合と同様である。
In the laser processing method using the
レーザ加工装置3では、マスク161によって所望の空間パターンをレーザ光Lに重畳できるので、被加工物10に所望の形状(意匠加工)用のレーザ加工を施すことができる。従って、例えば、被加工物10としての石材として墓石などの加工に好適に利用できる。また、連結部133が屈曲できるので、ヘッド部132を本体部131に対して連結部133の可動範囲内で動かすことが可能である。その結果として、例えば、本体部131よりも高い位置にレーザ加工を施すことができる。
In the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、レーザ装置22は、1つのLDとしたが、図13(a)及び図13(b)に示すように、2次元的にアレイ状に複数のLD200を配置してもよい。図13(a)は、レーザ加工装置4の側方からみた場合の構成を示す模式図である。図13(b)は、図13(a)の矢印B方向からみた場合の構成を示す模式図である。なお、レンズや制御パネルなどは省略している。
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, although the
上記のように、2次元アレイ状に設けたLD等を利用することによって、広い領域を一度に加工することが可能である。なお、図13では、2次元的に配列した複数のLDの例を示したが、例えば、底壁部31に垂直な方向に1次元的に重ねた場合や、底壁面に平行に1次元アレイ状に配列することも可能である。また、レーザ装置22は、LDに限定されない。
As described above, a wide area can be processed at a time by using an LD or the like provided in a two-dimensional array. Note that FIG. 13 shows an example of a plurality of LDs arranged two-dimensionally. For example, a case where the LDs are stacked one-dimensionally in a direction perpendicular to the
更にまた、第1の実施形態のレーザ加工装置を利用したレーザ加工の方法では、被加工物10の指定を操作者の制御パネル40の操作による手動で実施したが、レーザ加工装置1の説明で述べたように、モニタ手段100を利用して、モニタ手段100で撮像した画像情報に基づいて自動的に実施してもよい。
Furthermore, in the laser processing method using the laser processing apparatus according to the first embodiment, the
更に、シールド形成手段120は、通光部32内であって透光部材33よりも外側においてガス流を形成するようにしているが、レーザ加工装置1では平面鏡(レーザ加工装置2では集光光学系153、レーザ加工装置ではガラス窓173)と、通光部32の出力端32b(図4参照)の間にレーザ光Lと交差するガス流が形成されていればよい。このような場合でも、通光部32に導く光学部品上に粉塵が付着しないため、レーザ光Lの強度を確保することが可能である。
Furthermore, the shield forming means 120 forms a gas flow in the
また、通光部32は、透光部材33が設けられた開口部34としたが、透光部材33は設けられていなくてもよい。また、通光部32が透光部材33から構成されていてもよい。
Moreover, although the
1,2,3,4…レーザ加工装置、10…被加工物、11…被加工部位、22…レーザ装置、30…筐体、31…底壁部(壁部)、32…通光部、32a…内壁、33…透光部材、34…開口部、40…制御パネル(制御手段)、42…記憶部、43…制御部、45…変調器制御部(制御手段)、60…筐体搬送手段、82…シャッタ、90…導光手段、92…反射部、95…角度変更部、100…モニタ手段、110…粉塵吸引手段、111…吸引器、120…シールド形成手段、121…ガス供給部、122a…ガス供給口、122…ガス供給路、123a…ガス吸入口、123…ガス排出路、124…ガス排出部、130…筐体、131…本体部、132…ヘッド部、133…連結部、140…導光手段、141…光導波路、142…本体側導光部、145…ヘッド側導光部、152…光変調器(パターン変更手段)、161…マスク(空間フィルタ)。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記被加工部位に照射する前記レーザ光を出力するレーザ装置と、
前記レーザ装置を収容する筐体と、
前記筐体を構成する壁部に設けられており、前記レーザ装置から出力される前記レーザ光を外部に通す通光部と、
前記筐体内に収容されており、前記レーザ装置から出力される前記レーザ光を前記通光部に導いて前記レーザ光を前記被加工部位に照射する導光手段と、
前記筐体を搬送する筐体搬送手段と、
前記筐体に設けられており、前記通光部から出力される前記レーザ光の照射によって前記被加工部位から発生する粉塵を吸引する粉塵吸引手段と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。 A laser processing apparatus that processes a workpiece by irradiating a workpiece with a laser beam,
A laser device that outputs the laser beam to be irradiated on the workpiece; and
A housing for housing the laser device;
A light-transmitting portion that is provided on a wall portion that constitutes the casing, and that allows the laser light output from the laser device to pass outside;
A light guide means that is housed in the housing, guides the laser light output from the laser device to the light transmitting portion, and irradiates the laser beam to the processing site;
A casing transporting means for transporting the casing;
Dust suction means that is provided in the casing and sucks dust generated from the workpiece by irradiation of the laser beam output from the light transmitting portion;
A laser processing apparatus comprising:
前記筐体内に収容される吸引器と、
前記吸引器に接続される一端部と、前記通光部の周囲であって前記壁部に形成されており前記粉塵を取り込むための吸引口部に接続される他端部とを有する粉塵吸引路と、
を有することを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。 The dust suction means is
A suction device housed in the housing;
A dust suction path having one end connected to the suction device and the other end formed around the light-transmitting portion and formed on the wall and connected to the suction port for taking in the dust When,
The laser processing apparatus according to claim 1, comprising:
ガスを供給するガス供給手段と、
前記ガス供給手段に接続されており、前記通光部の内壁にガス供給口が形成されているガス供給路と、
前記内壁であって前記ガス供給口と対向する位置にガス吸入口が形成されているガス排出路と、
前記ガス排出路に接続されており、前記ガス吸入口から吸引された前記ガスを排出するガス排出部と、
を有することを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のレーザ加工装置。 The shield forming means includes
Gas supply means for supplying gas;
A gas supply path which is connected to the gas supply means and has a gas supply port formed on the inner wall of the light transmitting portion;
A gas exhaust passage in which a gas suction port is formed at a position facing the gas supply port on the inner wall;
A gas discharge unit connected to the gas discharge path and configured to discharge the gas sucked from the gas suction port;
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the laser processing apparatus includes:
前記制御手段は、
前記被加工物における複数の被加工部位の位置情報を記録する記憶部と、
前記記憶部に記録された前記位置情報に基づいて前記筐体搬送手段を制御して前記筐体を移動させ、前記筐体の移動距離及び前記位置情報に基づいて前記レーザ装置及び前記導光手段を制御して前記レーザ光を前記被加工部位に照射せしめ、前記粉塵吸引手段を制御して前記粉塵を吸引せしめる制御部と、
を有することを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のレーザ加工装置。 The laser apparatus, the light guide means, the housing transport means and the control means for controlling the dust suction means further comprises
The control means includes
A storage unit that records position information of a plurality of workpieces in the workpiece;
Based on the position information recorded in the storage unit, the housing transport unit is controlled to move the housing, and the laser device and the light guide unit are moved based on the moving distance of the housing and the position information. A control unit for controlling the dust suction means by controlling the dust suction means,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein:
前記導光手段は、
前記レーザ装置から出力される前記レーザ光を反射する反射部と、
前記レーザ光に対する前記反射部の角度を変更する角度変更部と、
を有し、
前記制御部は、
前記被加工物を加工する場合に、前記筐体の移動距離及び前記位置情報に基づいて前記角度変更部を制御して被加工部位に照射されるように前記反射部の角度を変更し、前記シャッタを開けて前記レーザ装置から出力された前記レーザ光を通すことを特徴とする請求項6に記載のレーザ加工装置。 A shutter that is provided in the optical path of the laser beam in the housing and is controlled by the control unit to open and close;
The light guiding means includes
A reflection unit that reflects the laser beam output from the laser device;
An angle changing unit for changing an angle of the reflecting unit with respect to the laser beam;
Have
The controller is
When processing the workpiece, the angle changing unit is controlled based on the movement distance of the housing and the position information, and the angle of the reflecting unit is changed so as to be irradiated to the processing site, The laser processing apparatus according to claim 6, wherein the laser beam output from the laser apparatus is passed through a shutter.
前記記憶部には、複数の被加工物に対する加工条件が記録されており、
前記制御部は、前記モニタ手段のモニタ結果に基づいて前記モニタ手段が撮像した被加工物に対する加工条件を前記記憶部に記録された加工条件から選択し、その選択された加工条件に基づいて前記レーザ装置及び前記シャッタを制御することを特徴とする請求項7に記載のレーザ加工装置。 A monitor means disposed in the housing, and further configured to image the workpiece through the light passing portion;
Processing conditions for a plurality of workpieces are recorded in the storage unit,
The control unit selects a processing condition for the workpiece imaged by the monitoring unit based on a monitoring result of the monitoring unit, from the processing condition recorded in the storage unit, and based on the selected processing condition The laser processing apparatus according to claim 7, wherein the laser apparatus and the shutter are controlled.
前記レーザ照射手段を収容する本体部と、
屈曲可能な連結部を介して前記本体部に接続されており、前記通光部を有するヘッド部と、
を有し、
前記筐体搬送部は前記本体部に取り付けられており、
前記導光手段は、
前記連結部内に設けられており、前記本体部内の前記レーザ装置から出力された前記レーザ光を前記ヘッド部に伝送する光導波路と、
前記レーザ装置から出力された前記レーザ光を前記光導波路の前記本体部側の端部に入力せしめる本体側導光部と、
前記光導波路の前記ヘッド部側の端部から出力される前記レーザ光を前記通光部に導くヘッド側導光部と、
を有し、
前記筐体内における前記レーザ光の光路上には、前記レーザ光の空間パターンを変えるパターン変更手段が設けられていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のレーザ加工装置。 The housing is
A main body for accommodating the laser irradiation means;
A head part connected to the main body part via a bendable connecting part, and having the light transmitting part;
Have
The housing transport unit is attached to the main body unit,
The light guiding means includes
An optical waveguide that is provided in the coupling portion and transmits the laser light output from the laser device in the main body portion to the head portion;
A main body side light guide section for inputting the laser beam output from the laser device to an end section on the main body section side of the optical waveguide;
A head-side light guide part that guides the laser light output from the end part on the head part side of the optical waveguide to the light-transmitting part;
Have
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein a pattern changing unit that changes a spatial pattern of the laser light is provided on the optical path of the laser light in the housing. .
前記制御手段は、前記空間光変調器を制御し前記レーザ光の空間パターンを変調することを特徴とする請求項9又は10に記載のレーザ加工装置。 The pattern changing means is a spatial light modulator,
The laser processing apparatus according to claim 9, wherein the control unit controls the spatial light modulator to modulate a spatial pattern of the laser light.
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