JP2585958B2 - レ―ザ出射ユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モニタ機能を備えたレ
ーザ出射ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、スキャニング方式のレーザマ
ーキング装置におけるレーザ出射ユニットでは、本体側
のレーザ発振部からのレーザ光が所定のタイミングで入
ってくる度にそれと同期してＸ軸オプティカル・スキャ
ナおよびＹ軸オプティカル・スキャナがそれぞれＸ軸回
転ミラー、Ｙ軸回転ミラーを所定の角度で振ることによ
り、被加工物（対象物）の表面に所望のパターン（文
字、記号、図形等）でレーザ光のビームスポットを集光
照射して、マーキング加工を施すようにしている。

【０００３】従来は、このようなマーキング加工の状況
をモニタするため、本体側に、被加工物のマーキング面
を撮像するモニタカメラを設けていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のレーザ装置では、モニタカメラが本体側に設けられる
ため、被加工物からモニタカメラまでの光路距離が長
く、そのぶん撮像画面ないしモニタ画面の画角が小さく
なり、被加工物を大きな画角で鮮明に映し出するのが難
しかった。

【０００５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、大きな画角で鮮明に被加工物を撮像できるよう
にしたレーザ出射ユニットを提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のレーザ出射ユニットは、第１のレーザ光入
口と第１のレーザ光出口とを有するチャンバ型のレーザ
光案内室と、第２のレーザ光入口と第２のレーザ光出口
とを有し、前記第２のレーザ光入口と前記第１のレーザ
光出口とを接続するようにして前記レーザ光案内室と嵌
め込み式で一体結合されるチャンバ型のレーザ走査部取
付体と、前記レーザ光案内室内の所定の位置に所定の向
きで固定配置され、前記第１のレーザ光入口を介して入
ってきたレーザ発振部からのレーザ光の大部分を被加工
物側へ反射し、かつ前記被加工物からきた可視光の大部
分を透過する第１のミラーと、前記レーザ走査部取付体
の室内の所定の位置で所定の向きに回転可能に配置され
たＸ軸回転ミラーおよびＹ軸回転ミラーを有し、前記第
１のミラーから前記第１のレーザ光出口および前記第２
のレーザ光入口を介して入ってきた前記レーザ光の大部
分を前記第２のレーザ光出口を介して前記被加工物に向
けて反射しながらスキャニングし、かつ前記被加工物か
らきた可視光の大部分を前記第１のミラーに向けて反射
するレーザ走査部と、前記レーザ走査部側から見て前記
第１のミラーの背後にて前記レーザ光案内室に取り付け
られ、前記第１のミラーを透過した前記可視光を受光す
るモニタカメラとを具備する構成とした。

【０００７】

【０００８】

【作用】本発明のレーザ出射ユニットでは、被加工物か
らの可視光がレーザ光と逆向きに進行してレーザ走査部
のＸ軸回転ミラーおよびＹ軸回転ミラーを介ｂて第１の
ミラーまできて、そこで殆ど反射されずに透過または直
進してモニタカメラの撮像面に入射または結像する。第
１のミラーがレーザ光案内室内の所定の位置で所定の向
きに固定配置されるとともに、レーザ光案内室がレーザ
走査部取付体と嵌め込み式で一体結合されることによ
り、第１のミラーは機械精度で正確に位置合わせされ
る。したがって、調整作業を伴うアライメント機構が不
要であり、被加工物から最短の光学的距離でモニタカメ
ラが配置されることになる。しかも、被加工物からレー
ザ走査部側に反射された可視光の大部分がモニタカメラ
に入射する。これにより、最大限に大きな画角で鮮明に
被加工物を撮像することが可能であり、マーキング加工
の状況を詳細にモニタすることができる。

【０００９】

【００１０】

【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。

【００１１】図１は、本発明の一実施例によるレーザマ
ーキング装置におけるレーザ出射ユニットの構成を示す
断面図である。図２は、本レーザ出射ユニット内の要部
の外観構成を示す斜視図である。

【００１２】図１および図２において、この実施例によ
るレーザ出射ユニットは、筐体１０を有し、円筒状の光
路カバー１２を介してレーザ発振部（図示せず）と接続
されている。筐体１０内には、たとえばアルミニウムか
らなる堅牢な光学部品取付体１４が収容されている。こ
の光学部品取付体１４は、チャンバ型のレーザ走査部取
付体（以下、オプティカル・スキャナ取付体という）１
６とチャンバ型のレーザ光案内室１８とが一体に嵌め込
み結合されたものである。

【００１３】オプティカル・スキャナ取付体１６の一側
面（左側面）１６ａおよび上面１６ｂには、Ｘ軸オプテ
ィカル・スキャナ２０およびＹ軸オプティカル・スキャ
ナ２２が絶縁体たとえばガラスエポキシ樹脂からなる板
片状の取付部材２４，２６を介してそれぞれ壁面に垂直
に取付固定される。Ｘ軸回転ミラー３０およびＹ軸回転
ミラー３２は、被加工物（対象物）Ｗに向けてレーザ光
ＬＢを反射しながらスキャニングするレーザ走査部２８
を構成するもので、オプティカル・スキャナ取付体１６
の室内に配置され、室外のＸ軸オプティカル・スキャナ
２０およびＹ軸オプティカル・スキャナ２２のミラー回
転駆動軸にそれぞれ結合されている。

【００１４】オプティカル・スキャナ取付体１６の他方
の側面（右側面）１６ｃには、レーザ光案内室１８から
のレーザ光ＬＢを室内のレーザ走査部２８へ通し入れる
ための第２のレーザ光入口３４が設けられている。ま
た、オプティカル・スキャナ取付体１６の下面１６ｄに
は、レーザ走査部２８で反射したレーザ光ＬＢを後述す
る室外のｆθレンズ３６側へ出すための第２のレーザ光
出口３８が設けられている。この第２のレーザ光出口３
８の外側（下側）の開口部１６ｅには円筒状のレンズ保
持体４０を着脱可能に螺着取付するための雌螺子が形成
されている。

【００１５】図２において、オプティカル・スキャナ取
付体１６の正面はほぼ全面にわたって開口されており、
この開口に密閉板４２がボルト４４によって着脱可能に
取付される。この密閉板４２は、レーザ走査部２８の組
立てまたは修理を行う場合に取外しされる。

【００１６】レーザ光案内室１８は、レーザ発振部から
のレーザ光ＬＢを中に入れるための第１のレーザ光入口
１８ａと、レーザ光ＬＢをオプティカル・スキャナ取付
体１６側へ出すための第１のレーザ光出口１８ｂとを有
している。

【００１７】図３に示すように、レーザ光案内室１８
は、第１のレーザ光出口１８ｂの回りに形成された直角
面の凹部１８ｃがオプティカル・スキャナ取付体１６の
右側面部１６ｃと面に垂直な方向に嵌合し、凹部１８ｃ
の外側端部に形成された直角面の凸部１８ｄがオプティ
カル・スキャナ取付体１６の右側面部１６ｃの外端部に
形成された直角面の凹部１６ｆと面に垂直な方向に嵌合
することによって、オプティカル・スキャナ取付体１６
の右側面部１６ｃに対して機械精度で正確に直角に結合
される。なお、レーザ光案内室１８をオプティカル・ス
キャナ取付体１６に固定するためにボルト（図示せず）
等を用いてよい。

【００１８】図１に示すように、レーザ光案内室１８の
第１のレーザ光入口１８ａには、光路カバー１２の端面
より垂直に（光軸と平行に）突出する環状のフランジ部
１２ａが嵌入する。これにより、レーザ光案内室１８は
光路カバー１２に対しても機械精度で正確に直角に結合
される。なお、レーザ光案内室１８に光路カバー１２を
固定するためにボルト（図示せず）等を用いてよい。

【００１９】レーザ光案内室１８の室内には、レーザ発
振部からのレーザ光ＬＢの光軸に対して４５゜傾いて下
向きにミラー４６がミラーホルダ５０を介して固定配置
されるとともに、ミラー４６からのレーザ光ＬＢの光軸
に対して４５゜傾いて左向きに（第１のレーザ光出口１
８ｂを向いて）ミラー４８がミラーホルダ５２を介して
固定配置される。ミラーホルダ５０は、レーザ光案内室
１８の外壁の一部を構成している。

【００２０】このように、レーザ光案内室１８がオプテ
ィカル・スキャナ取付体１６に機械精度で決まる正確な
面合わせで直角または平行に嵌め込み結合され、かつレ
ーザ光案内室１８内でミラー４６，４８が４５゜の傾き
で所定の向きに固定配置される。これにより、レーザ発
振部より光路カバー１２の中を水平に通って来たレーザ
光ＬＢは、第１のレーザ光入口１８ａよりレーザ光案内
室１８の中に入り、室内で先ずミラー４６によって光路
を９０゜垂直下方に曲げられ、次にミラー４８によって
光路を９０゜水平に曲げられてから、第１のレーザ光出
口１８ｂを通ってオプティカル・スキャナ取付体１６の
室内に入る。したがって、レーザ発振部からのレーザ光
ＬＢは、レーザ光案内室１８の中を通る際に光軸がずれ
たり傾いたりすることはなく、オプティカル・スキャナ
取付体１６の室内のレーザ走査部２８の所定位置に正し
い向きで水平に入射するようになっている。

【００２１】レーザ光案内室１８において、第１のレー
ザ光出口１８ｂから見て反射ミラー４８の反対側の外側
面１８ｅには、モニタカメラとしてたとえばモノクロ型
のＣＣＤカメラ５４が取付される。外側面１８ｅに形成
された開口に、環状のレンズホルダ５６と円筒状のカメ
ラ支持部５８とがボルト（図示せず）によって固定され
る。レンズホルダ５６にはレンズ押さえリング６０によ
って光学レンズ６２が保持されている。カメラ支持部５
８は、２つの円筒体からなり、外側の円筒体に形成され
た長手（光軸）方向に長いスリット状の穴５８ａを介し
て内側の円筒体５８に形成された螺子穴５８ｂにボルト
６４が締付螺着することで、ＣＣＤカメラ５４は光軸方
向に移動可能つまり焦点合わせ可能に取付される。

【００２２】レーザ光案内室１８内の下部ミラー４８
は、本発明における第１のミラーを構成するものであ
り、レーザ光ＬＢに対してはほぼ１００％の反射率を有
しているが、可視光線に対しては相当の透過率を有して
いる。マーキング加工が行われるとき、被加工物Ｗから
の可視光線が、レーザ光ＬＢとは逆方向に本レーザ出射
ユニットのｆθレンズ３６、レーザ走査部２８を通って
来て、レーザ光案内室１８内の下部反射ミラー４８で反
射されずに透過（直進）して、光学レンズ６２を通って
ＣＣＤカメラ５４の撮像面で結像する。

【００２３】本実施例では、チャンバ型の光学部品取付
体１４を構成するレーザ光案内室１８の外側面１８ｅに
カメラ支持部５８を介してＣＣＤカメラ５４が取付され
るため、被加工物ＷからＣＣＤカメラ５４までの光路距
離が短く、ＣＣＤカメラ５４は被加工物Ｗの表面を大き
な画角で撮像することができる。これにより、ＣＣＤカ
メラ５４に接続されたディスプレイ（図示せず）の画面
には大きな画角で被加工物Ｗの表面が映し出され、マー
キング加工の状況を詳細にモニタすることが可能であ
る。

【００２４】筐体１０の下面には、レンズ保持体４０の
周囲に円筒状のカバー９０が垂設されている。このカバ
ー９０の内側面とレンズ保持体４０の外周面との間の隙
間には、筐体１０の下面に垂設された支持棒９４の下端
に環状の支持板９６が固定され、この支持板９６の下面
側に周回方向に一定の間隔で多数のＬＥＤ（発光ダイオ
ード）９２が各発光面を被加工物Ｗに向けて取付されて
いる。

【００２５】支持板９６のＬＥＤ取付面は可視光を反射
する材質で構成され、各ＬＥＤ９２より発光された可視
光ＲＬが無駄なく効率的に被加工物Ｗへ向けられるよう
になっている。また、被加工物Ｗに向かってＬＥＤ９２
の前面には、擦りガラスまたはプラスチックからなる環
状の光拡散透過板９８が設けられている。この光拡散透
過板９８によって、被加工物Ｗのマーキング面がほぼ一
様な照度で照らされるようになっている。

【００２６】一般にレーザマーキング装置におけるレー
ザ出射ユニットでは、ｆθレンズをレーザ光の波長（た
とえばＹＡＧレーザ光は、１０６４ｎｍ）に対して色消
しするとともに、モニタを行う場合は可視光に対しても
色消ししている。ただ、可視光の場合、あらゆる波長に
対して色収差を補正するのはレンズ構造が複雑になるた
め、通常は赤色の波長（６３２．８ｎｍ）に対してのみ
色消ししている。このようなｆθレンズにおける２波長
の色消しに合わせて、Ｘ軸回転ミラーおよびＹ軸回転ミ
ラーの表面にはレーザ光の波長（１０６４ｎｍ）および
赤色可視光の波長（６３２．８ｎｍ）を効率的に反射す
るための２波長反射コーティングを施すのが通例となっ
ている。本実施例でも、ｆθレンズ３６に上記２波長の
色消しを施すとともに、Ｘ軸回転ミラー３０およびＹ軸
回転ミラー３２に上記２波長反射コーティングを施して
いる。

【００２７】本実施例では、かかる赤色可視光に対する
ｆθレンズ３６の色消しおよびＸ軸回転ミラー３０およ
びＹ軸回転ミラー３２の反射コーティングに合わせて、
ＬＥＤ９２が赤色ＬＥＤで構成される。これにより、マ
ーキング加工時には、被加工物ＷにはＬＥＤ９２より赤
色の可視光が照射され、被加工物Ｗより赤色の可視光が
ｆθレンズ３６、Ｘ軸回転ミラー３０およびＹ軸回転ミ
ラー３２、反射ミラー４８、光学レンズ６２を通ってＣ
ＣＤカメラ５４の撮像面に結像する。ＣＣＤカメラ５４
は、モノクロ型のカメラであるため、赤色可視光を通じ
て被加工物Ｗを輝度またはモノクロの画像として撮影す
る。

【００２８】したがって、従来のように蛍光燈による白
色光を照射して被加工物Ｗを撮像（モニタ）する方式よ
りも格段に明るく鮮明な撮像画面が得られ、照明に要す
る消費電力を大幅に節約することもできる。

【００２９】上記のように、本実施例のレーザマーキン
グ装置におけるレーザ出射ユニットでは、チャンバ型の
オプティカル・スキャナ取付体１６とチャンバ型のレー
ザ光案内室１８とが嵌め込み式で一体結合されてチャン
バ型の光学部品取付体１４が構成され、オプティカル・
スキャナ取付体１６の室内にＸ軸回転ミラー３０および
Ｙ軸回転ミラー３２（第２のミラー）が配置されるとと
もに、レーザ光案内室１８の室内にレーザ発振部からの
レーザ光ＬＢをＸ軸回転ミラー３０およびＹ軸回転ミラ
ー３２へ向けて反射し、かつ被加工物ＷよりＸ軸回転ミ
ラー３０およびＹ軸回転ミラー３２を介してきた可視光
を透過するミラー４８（第１のミラー）が配置され、こ
のミラー４８の背後に位置するレーザ光案内室１８の外
側面１８ｅにＣＣＤカメラ５４が取付される。かかる構
成によれば、被加工物Ｗから最短の光路距離でＣＣＤカ
メラ５４を配置することが可能であり、最大限に大きな
画角で被加工物Ｗを撮像し、マーキング加工の状況を詳
細にモニタすることができる。

【００３０】さらに、本実施例のレーザ出射ユニットで
は、チャンバ型のオプティカル・スキャナ取付体１６に
板片状の取付部材２４，２６を介してＸ軸オプティカル
・スキャナ２０およびＹ軸オプティカル・スキャナ２２
が正しい位置および向きで取付固定されるとともに、オ
プティカル・スキャナ取付体１６の室内にＸ軸回転ミラ
ー３０およびＹ軸回転ミラー３２が正しい位置および向
きで回転可能に配置される。また、チャンバ型のレーザ
光案内室１８内の所定位置に所定の傾きで反射ミラー４
８，５０が固定配置される。これにより、調整作業を必
要とするアライメント機構を設けなくて済む。また、光
学部品取付体１４の中に光路が設けられるので、光路カ
バーを設ける必要もない。また、被加工物Ｗを照明する
ための照明手段は、ユニット下部のレンズ保持体４０の
回りに配置されたＬＥＤ９２によって構成される。この
ように、アライメント機構や光路カバーが不要であり、
かつ照明手段が小型軽量に構成されているため、ＣＣＤ
カメラ５４を取付してもユニット全体が嵩ばることはな
く、支持軸（図示せず）に接続して首振り型のユニット
にすることも容易である。

【００３１】図４に、本実施例のレーザ出射ユニットに
おけるレーザスキャニング機構の要部の構成を示す。Ｘ
軸オプティカル・スキャナ２０のミラー回転駆動軸７０
にミラー支持部材７２を介してＸ軸回転ミラー３０が固
着され、Ｙ軸オプティカル・スキャナ２２のミラー回転
駆動軸７４にミラー支持部材７６を介してＹ軸回転ミラ
ー３２が接着固定される。これにより、Ｘ軸回転ミラー
３０はＸ軸オプティカル・スキャナ２０によって回転駆
動され、Ｙ軸回転ミラー３２はＹ軸オプティカル・スキ
ャナ２２によって回転駆動される。両スキャナ２０，２
２には制御部（図示せず）よりケーブル（図示せず）を
介して両ミラー３０，３２を振る角度を指示するスキャ
ニング制御信号が与えられる。

【００３２】レーザ光案内室１８から入って来たレーザ
光ＬＢは、先ずＹ軸回転ミラー３２に入射して、そこで
全反射してからＸ軸回転ミラー３０に入射し、このミラ
ー３０で全反射してのちｆθレンズ３６を通って被加工
物Ｗのマーキング面に集光照射する。マーキング面上の
レーザビームスポットの位置は、Ｘ方向においてはＸ軸
回転ミラーの角度によってきまり、Ｙ方向においてはＹ
軸回転ミラーの角度によってきまる。したがって、レー
ザ発振部からのレーザ光が所定のタイミングで入ってく
る度に、それと同期して両スキャナ２０，２２がＸ軸回
転ミラー３０、Ｙ軸回転ミラー３２をそれぞれ所定の角
度で振ることにより、被加工物Ｗの被刻印位置にレーザ
光ＬＢのビームスポットが集光照射される。そうする
と、レーザ光の照射位置付近では被加工物Ｗの表面がレ
ーザエネルギによって局所的に加熱されて蒸発する。こ
の蒸発部分が所要のパターンを描くようにレーザビーム
スポットを走査すると、被加工物のマーキング面に該描
画パターン（文字、記号、図形等）がマーキング（刻
印）される。

【００３３】上記した実施例では、レーザ光案内室１８
内にレーザ発振部より光路カバー１２内を通って来たレ
ーザ光ＬＢを下部ミラー（第１のミラー）４８に向けて
反射するための上部ミラー（第３のミラー）４６を配置
したが、たとえば光路カバー１２からのレーザ光ＬＢが
直接第１のミラー４８に入射するように構成すること
で、第３のミラー４６を省くことも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ出
射ユニットによれば、チャンバ型のレーザ光案内室の室
内にレーザ発振部からのレーザ光を被加工物側へ反射
し、かつ被加工物からきた可視光を透過する第１のミラ
ーを所定の位置で所定の向きに配置するとともに、第１
のミラーからのレーザ光の大部分を被加工物に向けて反
射しながらスキャニングし、かつ被加工物からきた可視
光の大部分を第１のミラーに向けて反射するレーザ走査
部を取付してなるチャンバ型のレーザ走査部取付体に該
レーザ光案内室を嵌め込み式で一体結合し、第１のミラ
ーの背後にてレーザ光案内室にモニタカメラを取付する
ことにより、被加工物からの可視光を最短の光学的距離
で、かつ少ない光損失でモニタカメラに入射させること
ができる。したがって、被加工物を大きな画角で鮮明に
撮像し、マーキング加工の状況を詳細にモニタすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるレーザマーキング装置
におけるレーザ出射ユニットの構成を示す断面図であ
る。

【図２】実施例によるレーザ出射ユニット内の要部の外
観構成を示す斜視図である。

【図３】実施例における光学部品取付体を構成するオプ
ティカル・スキャナ取付体とレーザ光案内室との嵌め込
み部の構成を示す部分斜視図である。

【図４】実施例のレーザ出射ユニットにおけるレーザス
キャニング機構の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０ 筐体 １４ 光学部品取付体 １６ オプティカル・スキャナ取付体（レーザ走査部
取付体） １８ レーザ光案内室１８ａ 第１のレーザ光入口 １８ｂ 第１のレーザ光出口 ２０ Ｘ軸オプティカル・スキャナ ２２ Ｙ軸オプティカル・スキャナ ３０ Ｘ軸回転ミラー（第２のミラー） ３２ Ｙ軸回転ミラー（第２のミラー）３４ 第２のレーザ光入口 ３８ 第２のレーザ光出口 ４６ 上部ミラー（第３のミラー） ４８ 下部ミラー（第１のミラー） ５４ ＣＣＤカメラ ５８ カメラ支持部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のレーザ光入口と第１のレーザ光出
   口とを有するチャンバ型のレーザ光案内室と、 第２のレーザ光入口と第２のレーザ光出口とを有し、前
   記第２のレーザ光入口と前記第１のレーザ光出口とを接
   続するようにして前記レーザ光案内室と嵌め込み式で一
   体結合されるチャンバ型のレーザ走査部取付体と、 前記レーザ光案内室内の所定の位置に所定の向きで固定
   配置され、前記第１のレーザ光入口を介して入ってきた
   レーザ発振部からのレーザ光の大部分を被加工物側へ反
   射し、かつ前記被加工物からきた可視光の大部分を透過
   する第１のミラーと、 前記レーザ走査部取付体の室内の所定の位置で所定の向
   きに回転可能に配置されたＸ軸回転ミラーおよびＹ軸回
   転ミラーを有し、前記第１のミラーから前記第１のレー
   ザ光出口および前記第２のレーザ光入口を介して入って
   きた前記レーザ光の大部分を前記第２のレーザ光出口を
   介して前記被加工物に向けて反射しながらスキャニング
   し、かつ前記被加工物からきた可視光の大部分を前記第
   １のミラーに向けて反射するレーザ走査部と、 前記レーザ走査部側から見て前記第１のミラーの背後に
   て前記レーザ光案内室に取り付けられ、前記第１のミラ
   ーを透過した前記可視光を受光するモニタカメラと、 を具備することを特徴とするレーザ出射ユニット。