JP2008068312A - レーザ加工装置、3次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法及びレーザ加工装置の制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 加工パターン情報を記憶する加工パターン記憶部116と、加工対象物を検出するワークセンサ101からの検出信号に基づいて、加工面の加工基準面に対するオフセット量を指定するオフセット指定を生成するオフセット指定生成部115と、オフセット指定に基づいて、加工パターン情報における位置情報を変更する加工パターン変更処理部117と、位置情報の変更後の加工パターン情報に基づいて、レーザ光Lを走査させる走査制御部120と、位置情報の変更後の加工パターン情報に基づいて、レーザ光Lの焦点距離を制御するビーム径調整部119により構成される。
【選択図】 図13
Description
まず、本発明の実施の形態1によるレーザ加工装置100の全体構成を説明した後、レーザ加工装置100に含まれるレーザ発振部10、ビームエキスパンダ11、走査部12及び励起光発生部23の詳細について更に説明する。
レーザ出力部1は、レーザ光Lを3次元スキャンさせることができるレーザ照射装置であり、レーザ発振部10、ビームエキスパンダ11、走査部12、集光レンズ13及びスキャナ駆動回路16によって構成される。レーザ発振部10内のレーザ媒質32から放出される誘導放射光としてのレーザ光Lは、ビームエキスパンダ11及び走査部12を順に経由した後、集光レンズ13によってワークWの加工面上に集光される。この集光レンズ13にはfθレンズが用いられる。
レーザ制御部2は、レーザ出力部1の動作を制御する制御装置であり、メモリ部21、制御部22、励起光発生部23及び電源24によって構成される。メモリ部21は、入力部3から入力された設定データやその他の制御データを保持する記憶手段であり、例えばROM、RAMなどの半導体メモリが用いられる。
入力部3は、レーザ加工装置100の動作に関する様々な設定データをユーザが入力するための入力装置であり、キーボード、タッチパネル、マウスなどを用いることができる。例えば、レーザ加工装置100の動作条件や印字内容などがユーザによって入力され、入力部3からレーザ制御部1へ出力される。なお、図示しないが、入力部3で入力された設定データを確認したり、レーザ制御部2の状態等を表示するための表示部を別途設けることもできる。
図2は、励起光発生部23の内部の一例を示した斜視図である。この励起光発生部23は、光学的に接合された励起光源25及び励起光集光部26をケーシング27内に固定して構成される。励起光源25は、レーザ発振部10に供給する励起光を生成する光源装置であり、その放熱は、熱伝導性の良い真鍮などの金属からなるケーシング27によって効率的に行われている。この例では、励起光源25として、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が使用され、各素子で生成されたレーザ光が直線上に並んだ平行光として、励起光集光部26へ出力される。励起光集光部26は、フォーカシングレンズなどで構成され、励起光源25からの励起光を光ファイバケーブル28へ入射させている。光ファイバ28は、励起光発生部23及びレーザ発振部10を光学的に結合している励起光の伝送路である。
図3は、レーザ発振部10の一構成例を示した図である。レーザ発振部10は、励起光をレーザ媒体32に照射し、その誘導放出光を共振器内で増幅して、レーザ光を生成するレーザ発振装置である。光ファイバーケーブル28を介して、励起光発生部23から入力された励起光は、入射レンズ30によってレーザ媒体32内に集光され、レーザ媒体32から誘導放射光が放出される。この誘導放射光は、対向配置された入射ミラー31及び出力ミラー35で反射され、レーザ媒体32に再び入射される。
レーザ媒質32には、例えば、Nd:YVO4(ネオジウムイオンをドープしたイットリューム・バナジウム酸塩)を用いることができる。この場合、Nd:YVO4の吸収スペクトルの中心波長である809nmの波長を有する励起光が用いられる。また、希土類をドープしたYAG、LiSrF、LiCaF、YLF、NAB、KNP、LNP、NYAB、NPP、GGGなどをレーザ媒質32として用いることもできる。更に、このような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Lの波長を任意の波長に変換することもできる。
図4は、ビームエキスパンダ11の一構成例を示した図である。図中の(a)は、ビームエキスパンダ11をレーザ光Lの光軸方向から見た図であり、図中の(b)は、レーザ光Lの光軸を含む面で切断した場合の断面図である。
図5は、走査部12の一構成例を示した斜視図である。走査部12は、一対のガルバノミラー14a,14bと、これらのガルバノミラー14a,14bをそれぞれ回動させるガルバノモータ15a,15bとを備えている。ガルバノミラー14a及び14bは、レーザ光を反射させる全反射ミラーであり、ガルバノモータ15a,15bの回転軸にそれぞれ取り付けられている。ガルバノモータ15a,15bには、例えばステッピングモータが用いられ、スキャナ駆動回路16からの駆動信号に基づいて、両ガルバノミラー14a、14bが干渉しない範囲において、その回転角を自在に変化させることができる。
図6及び図7は、ビームエキスパンダ11を用いたZ軸方向のスキャン動作に関する説明図であり、ビームエキスパンダ11及び走査部12を含む走査系が示され、集光レンズ13は省略されている。ここでは、ビームエキスパンダ11内の入射レンズ40及び出射レンズ41間の距離が短くなれば、レーザ光Lのビーム径が大きくなる場合について説明する。
このレーザ加工装置100は、赤色光などの可視光をワークWに照射し、ワークW上にディスタンスポインタを表示させることができる。ディスタンスポインタは、照射面までの距離に応じて形状が変化する視認可能なパターンであり、その照射距離を指定することができ、ワークWまでの距離(ワーキングディスタンス)が上記照射距離に一致している場合に特徴的な形状となる。このため、ワークW上にディスタンスポインタを表示させることによって、ワーキングディスタンスが、予め指定された照射距離に一致しているかを視覚的に確認することができる。
図12は、図1のレーザ加工装置100を含むレーザマーキングシステムの構成例を示したブロック図である。このレーザマーキングシステムは、レーザ加工装置100と、ワークセンサ101と、高さ測定器102と、レーザ加工装置100に通信ケーブルを介して接続される外部機器200により構成される。レーザ加工装置100のレーザ出力部1は、例えば、製造ライン上に配置され、製造ラインを流れるワークWに対してレーザ光Lを照射し、文字などの加工パターンをワークW表面に加工する。
図16は、図12のレーザ加工装置100における動作の一例を示した図であり、Z値選択モード時における高さ方向のオフセット調整の様子が示されている。この例では、ワークセンサ101からのストローブ信号に同期して加工面の高さ、すなわち、印字高さを調整する処理が行われる。加工面のオフセット量z1は、PLC230からのトリガ信号に基づいて変更される。PLC230からのトリガ信号は、印字動作を開始させるためのタイミング信号であり、このトリガ信号に同期してレーザ光Lの走査制御が行われ、ワークWに対して加工パターンが印字される。
ストローブモード時には、ワークセンサ101から入力されるストローブ信号に同期してワークWの高さが測定され、加工面のオフセット量z1が変更される。そして、印字高さの調整後に入力されるPLC230からのトリガ信号に同期してレーザ光Lの走査制御が行われ、ワークWに対して加工パターンが印字される。
リアル動作モード時には、ワークセンサ101から入力されるストローブ信号に同期してワークWの高さが測定され、加工面のオフセット量z1が変更される。その際、高さ測定器102により、同一のワークWに対してワークWの移動方向に位置を異ならせて複数回の高さ測定が行われ、その高さ測定ごとにオフセット指定が生成される。
図24は、図12のレーザマーキングシステムにおけるパーソナルコンピュータ210の動作の一例を示した図であり、ディスプレイ上に表示される表示画面300が示されている。この表示画面300は、レーザ加工装置100の各種設定を行うためのアプリケーションプログラムにより表示される入力画面である。
実施の形態1では、高さの異なる加工対象物に文字などを印字する際、加工対象物間で印字精度や印字品質にバラツキが生じるのを抑制させる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、加工面が加工基準面に対して相対的に傾いている加工対象物に加工パターンを印字する際、加工パターンを正しく印字させるために、加工パターン情報の位置座標を変換させる場合について説明する。
図27は、本発明の実施の形態2によるレーザ加工装置の要部における構成例を示したブロック図であり、レーザ制御部400が示されている。このレーザ制御部400は、基準点記憶部401、基準位置変更処理部402、変更後基準点記憶部403、座標変換処理部404、加工パターン記憶部405、変更後パターン記憶部406、走査制御部407及びビーム径調整部408により構成される。
図35は、図27のレーザ加工装置を含むレーザマーキングシステムにおけるコンソール220の動作の一例を示した図であり、ディスプレイ上に表示される表示画面421が示されている。この表示画面421は、レーザマーキングシステムの各種設定を行うための入力画面であり、各種設定画面を表示させるための複数のアイコン422〜430が配置されている。ここでは、この様な表示画面421をコンソールメニュー画面と呼ぶことにする。
図37は、図27のレーザ加工装置における動作の一例を示した斜視図であり、fθレンズ13aの光軸Bを中心軸として形成される走査領域の様子が示されている。一般に、加工基準面Cに平行な加工面上におけるレーザ光Lの走査可能な最大エリアは、加工面の高さが高くなるほど、すなわち、fθレンズ13aに近づくほど狭くなる。このため、任意の加工面上におけるレーザ光Lの走査可能な最大エリア(最大走査エリアと呼ぶことにする)により形成される領域は、fθレンズ13aを頂点とする角錐体形状となる。
2 レーザ制御部
3 入力部
11 ビームエキスパンダ
12 走査部
13 集光部
13a fθレンズ
14a X軸スキャナ
14b Y軸スキャナ
16 スキャナ駆動回路
21 メモリ部
22 制御部
23 励起光発生部
24 電源
32 レーザ媒質
100 レーザ加工装置
101 ワークセンサ
102 高さ測定器
111 識別情報取得部
112 高さ情報記憶部
115 オフセット指定生成部
116 加工パターン記憶部
117,117a 加工パターン変更処理部
118 変更後パターン記憶部
119 ビーム径調整部
120 走査制御部
121〜123 加算器
200 外部機器
210 パーソナルコンピュータ
220 コンソール
230 PLC
400 レーザ制御部
401 基準点記憶部
402 基準位置変更処理部
403 変更後基準点記憶部
404 座標変換処理部
405 加工パターン記憶部
406 変更後パターン記憶部
407 走査制御部
408 ビーム径調整部
Claims (12)
- レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて加工基準面が予め定められ、この加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工を行うレーザ加工装置において、
加工対象物を検出する対象物検出手段による検出結果に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定手段と、
上記オフセット量指定手段により指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更手段と、
上記位置情報変更手段により変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御手段と、
上記位置情報変更手段により変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 - 2以上の上記加工対象物のそれぞれに設けられた識別情報に対応付けて、上記加工基準面に対する高さ情報を記憶する高さ情報記憶手段と、
外部機器から上記識別情報を取得する識別情報取得手段とを備え、
上記オフセット量指定手段が、上記識別情報取得手段により取得された識別情報に基づいて上記高さ情報を読み出し、読み出した高さ情報に基づいてオフセット量を指定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。 - 上記オフセット量指定手段が、上記加工対象物の高さを測定する高さ測定手段による高さの測定結果に基づいて、オフセット量を指定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。
- 上記オフセット量指定手段が、同一の加工対象物に対して加工対象物の移動方向に位置を異ならせて2回以上測定される高さの測定ごとにオフセット量を指定することを特徴とする請求項3に記載のレーザ加工装置。
- 上記オフセット量指定手段が、同一の加工対象物に対して加工対象物の移動方向と交差する方向に位置を異ならせて2回以上測定される高さの測定ごとにオフセット量を指定することを特徴とする請求項3に記載のレーザ加工装置。
- レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて加工基準面が予め定められ、この加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工を行うレーザ加工装置において、
上記加工基準面に対する加工対象物の高さ情報を取得する高さ情報取得手段と、
上記高さ情報取得手段により取得された高さ情報に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定手段と、
上記オフセット量指定手段により指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更手段と、
上記位置情報変更手段により変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御手段と、
上記位置情報変更手段により変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 - 上記加工対象物の識別情報に対応付けて2以上の高さ情報を記憶する高さ情報記憶手段を備え、
上記高さ情報取得手段が、上記高さ情報記憶手段から高さ情報を取得することを特徴とする請求項6に記載のレーザ加工装置。 - 上記オフセット量指定手段は、上記高さ情報取得手段が高さ情報を取得するごとに、オフセット量を指定し、
上記位置情報変更手段が、上記走査制御手段によるレーザ光の走査中に位置情報の変更を行うことを特徴とする請求項6に記載のレーザ加工装置。 - レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいて行われる3次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法であって、
加工対象物を検出する対象物検出ステップと、
上記対象物検出ステップにおける検出結果に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定ステップと、
上記オフセット量指定ステップにおいて指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更ステップと、
上記位置情報変更ステップにおいて変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御ステップと、
上記位置情報変更ステップにおいて変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御ステップとからなることを特徴とする3次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法。 - レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいて行われる3次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法であって、
上記加工基準面に対する加工対象物の高さ情報を取得する高さ情報取得ステップと、
上記高さ情報取得ステップにおいて取得された高さ情報に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定ステップと、
上記オフセット量指定ステップにおいて指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更ステップと、
上記位置情報変更ステップにおいて変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御ステップと、
上記位置情報変更ステップにおいて変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御ステップとからなることを特徴とする3次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法。 - レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工を行うレーザ加工装置の制御プログラムであって、
加工対象物を検出する対象物検出手順と、
上記対象物検出手順における検出結果に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定手順と、
上記オフセット量指定手順において指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更手順と、
上記位置情報変更手順において変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御手順と、
上記位置情報変更手順において変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手順とをレーザ加工装置に実行させることを特徴とするレーザ加工装置の制御プログラム。 - レーザ加工装置におけるレーザ光の出射点に基づいて予め定められる加工基準面を基準とする位置情報に基づいてレーザ加工を行うレーザ加工装置の制御プログラムであって、
上記加工基準面に対する加工対象物の高さ情報を取得する高さ情報取得手順と、
上記高さ情報取得手順において取得された高さ情報に基づいて、上記加工基準面に対する加工面のオフセット量を指定するオフセット量指定手順と、
上記オフセット量指定手順において指定されたオフセット量に基づいて、上記位置情報を変更する位置情報変更手順と、
上記位置情報変更手順において変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光を走査させる走査制御手順と、
上記位置情報変更手順において変更された位置情報に基づいて、上記レーザ光の焦点距離を制御する焦点距離制御手順とをレーザ加工装置に実行させることを特徴とするレーザ加工装置の制御プログラム。
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