JP2016032831A - レーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ励起部40の複数のシングルエミッタLD41の単一のエミッタから出射される光が光ファイバケーブルOCの一端面E1に集光されることにより、高出力の励起光が光ファイバケーブルOCを通して本体部1からマーキングヘッド部2に伝達される。マーキングヘッド部2においては、光ファイバケーブルOCの他端面から出射される励起光が、第1および第2の励起光に分離される。第1の励起光により第1のレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生される。発生されたレーザ光が第2のレーザ媒質に入射する。第2のレーザ媒質には、第2の励起光が入射する。それにより、第2のレーザ媒質が励起され、第1のレーザ媒質から第2のレーザ媒質に入射したレーザ光が増幅される。増幅されたレーザ光がワークに照射される。
【選択図】図2
Description
図1は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工システムの概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、レーザ加工システム1000は、レーザマーキング装置100、レーザ加工データ設定装置900および複数の外部機器910を備える。
図2は、図1の本体部1の構成を説明するためのブロック図である。図2に示すように、本体部1は、制御部10、メモリ部20、電源装置30およびレーザ励起部40を含む。
図5は、図1のマーキングヘッド部2の構成を説明するためのブロック図である。図5に示すように、マーキングヘッド部2は、レーザ光出力部50、ビームエキスパンダ70、ビームサンプラー21、ベンドミラー22、偏光ビームスプリッタ23、焦点位置調整部80、折り返しミラー24、1/4波長板25、走査部200、カバーガラス26、パワーモニタ110および撮像装置120を含む。
ワークWに照射されるレーザ光の少なくとも一部は、ワークWの表面で反射してカバーガラス26に入射する。以下の説明では、ワークWの表面で反射してカバーガラス26に入射するレーザ光を戻り光と呼ぶ。戻り光がレーザ光出力部50に入射すると、レーザ光出力部50内の第1および第2のレーザ媒質LM1,LM2が破損する可能性がある。そこで、戻り光がレーザ光出力部50に入射することを防止するために上記の偏光ビームスプリッタ23および1/4波長板25が用いられる。そのメカニズムについて説明する。
走査部200の詳細を説明する。図6は、走査部200およびその周辺部材の構成を示す外観斜視図である。以下の説明では、第1のガルバノミラーG1によりワークW上でレーザ光が走査される方向をX方向と呼び、第2のガルバノミラーG2によりワークW上でレーザ光が走査される方向をY方向と呼び、X方向およびY方向に直交する方向をZ方向と呼ぶ。また、走査部200によりレーザ光を走査可能な範囲Rの中心を原点Oと呼ぶ。
図7および図8は、焦点位置調整部80によりワークWに照射されるレーザ光の焦点位置が変化する例を説明するための側面図である。図7および図8では、焦点位置調整部80とともに走査部200、1/4波長板25およびカバーガラス26の側面図が示される。
図1のレーザ加工システム1000においては、例えば図1のレーザ加工データ設定装置900により生成されたレーザ加工データが図2のメモリ部20に記憶される。図2の制御部10は、メモリ部20に記憶されたレーザ加工データを読み出すことにより、ワークWへのマーキングを行う。以下の例では、3本の線分からなる文字「A」がワークWにマーキングされる場合の図1のレーザマーキング装置100の動作を説明する。
(8−1)上記のレーザマーキング装置100においては、レーザ励起部40の複数のシングルエミッタLD41の単一のエミッタから出射される光が光ファイバケーブルOCの一端面E1に集光される。この場合、単一のエミッタを有する複数のシングルエミッタLD41を分散配置することができる。分散配置された各シングルエミッタLD41においては、駆動時に発生される熱が放散されやすい。それにより、発熱に起因する各シングルエミッタLD41の短寿命化が抑制される。また、複数のシングルエミッタLD41から出射される光が光ファイバケーブルOCの一端面E1に集光されることにより、高出力の励起光が光ファイバケーブルOCを通してマーキングヘッド部2のレーザ光出力部50に伝達される。
(9−1)上記の実施の形態では、レーザ光出力部50に増幅器として1つのレーザ媒質(第2のレーザ媒質LM2)が設けられる。レーザ光出力部50に増幅器として設けられるレーザ媒質の数は、上記の例に限られない。レーザ光出力部50には、増幅器として2つ以上のレーザ媒質が設けられてもよい。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各構成要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
2 マーキングヘッド部
3 表示部
4 操作部
10 制御部
11 CPU
12 ROM
13 RAM
20 メモリ部
21 ビームサンプラー
22 ベンドミラー
23 偏光ビームスプリッタ
24,53,55,56,59,60,61,62,155,157,158,159,160,161,181 折り返しミラー
25 1/4波長板
26 カバーガラス
30 電源装置
40 レーザ励起部
40C,80C ケーシング
41 シングルエミッタLD
41A,41a 第1のシングルエミッタLD
41B,41b 第2のシングルエミッタLD
41c 第3のシングルエミッタLD
42 ファーストアクシスコリメートレンズ
43 スローアクシスコリメートレンズ
44,54,65,153,172,182 集光レンズ
45a,45b,45c,45d,45e,45f 全反射ミラー
49 VBG
50 レーザ光出力部
50Q Qスイッチ
51,82,151 コリメートレンズ
52,152,171 ビームスプリッタ
57,154 リアミラー
58,156 出力ミラー
70 ビームエキスパンダ
71,81 入射レンズ
72,83 出射レンズ
80 焦点位置調整部
89 レンズ駆動部
100 レーザマーキング装置
110 パワーモニタ
120 撮像装置
160 表示部
200 走査部
900 レーザ加工データ設定装置
910 外部機器
911 画像認識装置
912 距離測定装置
913 PLC
1000 レーザ加工システム
a1 節電用電流値
a2 予備電流値
a3 設定電流値
D1 第1の方向
D2 第2の方向
D3 第3の方向
E1 一端面
E2 他端面
EC 電線ケーブル
fp 焦点位置
G1 第1のガルバノミラー
G2 第2のガルバノミラー
LM1 第1のレーザ媒質
LM2 第2のレーザ媒質
LM3 第3のレーザ媒質
M1 第1のモータ
M2 第2のモータ
MO 台座
MOa,MOb,MOc 載置面
O 原点
OC 光ファイバケーブル
p1 節電レベル
p2 予備レベル
p3 ハイレベル
R 範囲
S1,S2 回転軸
spa,spb,spc 集光スポット
t0,t1,t10,t11,t12,t13,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8,t9 時刻
V1 第1の状態
V2 第2の状態
V3 第3の状態
W ワーク
Claims (10)
- 対象物にレーザ光を照射することにより対象物を加工するレーザ加工装置であって、
励起光を出射する励起光生成部と、
一端部および他端部を有し、前記励起光生成部により出射された励起光を前記一端部から前記他端部へ伝達する励起光伝達媒体と、
前記励起光伝達媒体により伝達された励起光に基づいてレーザ光を出射するレーザ光出力部と、
前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光を対象物の表面上で走査するレーザ光走査部とを備え、
前記励起光生成部は、
励起光を出射する単一の発光点をそれぞれ有する複数の光源と、
前記複数の光源の発光点からそれぞれ出射される励起光を前記励起光伝達媒体の前記一端部に集光する集光光学機構とを含み、
前記レーザ光出力部は、
前記励起光伝達媒体の前記他端部から出射される励起光を第1の励起光および第2の励起光に分離する励起光分離部と、
前記励起光分離部により分離された第1の励起光により励起される第1のレーザ媒質を有し、前記第1のレーザ媒質において発生される誘導放出光をレーザ光として出射する発振器と、
前記励起光分離部により分離された第2の励起光により励起される第2のレーザ媒質を有し、前記第2のレーザ媒質において前記発振器により出射されたレーザ光を増幅する増幅器とを含む、レーザ加工装置。 - 前記励起光生成部の前記複数の光源は直列に接続された、請求項1記載のレーザ加工装置。
- 前記励起光生成部は、前記複数の光源および前記集光光学機構を収容するケーシングをさらに含み、
前記複数の光源および前記集光光学機構は、前記ケーシングの内部に固定された、請求項1または2記載のレーザ加工装置。 - 前記励起光生成部は、前記複数の光源にそれぞれ設けられる複数のボリュームブラッググレーティングをさらに含み、
各ボリュームブラッググレーティングは、予め定められた波長領域の励起光を反射することにより各光源の外部共振器として機能する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 - 前記予め定められた波長領域は、879nmを含む一定幅の波長領域であり、
前記第1のレーザ媒質は、波長879nmの励起光に基づいて波長1064nmのレーザ光を発生する、請求項4記載のレーザ加工装置。 - 前記励起光生成部を含む本体部と、
前記本体部から分離して設けられるヘッド部とをさらに備え、
前記ヘッド部は、前記レーザ光出力部および前記レーザ光走査部を含み、
前記励起光伝達媒体は、前記励起光生成部により生成された励起光が前記レーザ光出力部に伝達されるように前記本体部と前記ヘッド部とをつなぐ光ファイバケーブルである、請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 - 前記第1のレーザ媒質は、レーザ光を出射可能な第1の端部および第2の端部を有し、
前記発振器は、
前記第1のレーザ媒質の前記第2の端部から出射されるレーザ光を当該第2の端部に向かって反射するように配置される第1の反射部材と、
前記第1のレーザ媒質の前記第1の端部から出射されるレーザ光を当該第1の端部に向かって反射するように配置される第2の反射部材と、
前記第1の反射部材と前記第2の反射部材との間のレーザ光の経路上に配置されるQスイッチとを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 - 前記増幅器の前記第2のレーザ媒質は、第3の端部および第4の端部を有し、
前記レーザ光出力部は、
前記発振器から出射されるレーザ光を前記第2のレーザ媒質の前記第3の端部に入射させて前記第4の端部から出射させる第1の光学部材と、
前記励起光分離部により分離された第2の励起光を前記第2のレーザ媒質の前記第4の端部に入射させる第2の光学部材とをさらに含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 - 前記レーザ光出力部は、
前記第2のレーザ媒質の前記第4の端部から出射されるレーザ光を前記レーザ光走査部に向かうように反射する第3の光学部材をさらに含む、請求項8記載のレーザ加工装置。 - 前記レーザ光出力部と前記レーザ光走査部との間に設けられる焦点位置調整部をさらに備え、
前記焦点位置調整部は、前記レーザ光出力部から前記レーザ光走査部へのレーザ光の経路に配置される第1および第2のレンズと、
前記第1のレンズと前記第2のレンズとの間の相対距離を変化させることにより対象物に照射されるレーザ光の焦点の位置を調整するレンズ移動部とを含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
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