JP3798481B2

JP3798481B2 - レーザマーキング装置

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Publication number: JP3798481B2
Application number: JP27382096A
Authority: JP
Inventors: 隆跡路; 亮一佐々木
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1996-10-16
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2016-10-16
Also published as: JPH10118778A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＹＡＧレーザ等の固体レーザを利用してマーキングを行なうレーザマーキング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の物品の表面にレーザビームを照射し、文字、図形等のパターンをマーキングするレーザマーキング装置は、消えることのないパターンを形成し得ることから、近年におけるＰＬ法（製造物責任法）の施行に伴って注目を浴びる存在となっており、特に、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザに代表される固体レーザを利用したレーザマーキング装置は、高いレーザ出力が得られると共に、小スポットへの集光が容易であり、金属、樹脂、セラミックス等、対象物品の素材を選ばず、非接触下にて微細なパターンを形成し得る装置として、各種の産業分野において広く用いられるようになっている。
【０００３】
ＹＡＧレーザを発生するレーザ発振器は、ＹＡＧの棒状結晶体であるレーザロッド及びこれの励起用のランプを内蔵し、ＹＡＧレーザの発生源となるレーザチャンバと、該レーザチャンバが放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Ｑスイッチ等の構成部品とを備え、レーザチャンバが放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間での多重反射により増幅し、Ｑスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経て送り出す構成となっている。
【０００４】
レーザマーキングは、以上の如きレーザ発振器から出力ミラーを経て送り出されるレーザビームを、走査部の動作により走査しつつ対象物品の表面に照射して行われる。前記走査部は、駆動モータのモータ軸に取り付けられ、該モータ軸の回動に伴ってその鏡面の角度を変えるガルバノミラーを一対用い、これらを、夫々のモータ軸が直交するように配し、前記レーザビームを両ガルバノミラーに順次反射させて対象物品に照射する構成となっている。
【０００５】
図８は、走査部の動作説明図である。図中３，４は、ガルバノミラーであり、これらは、各別の駆動モータ30，40のモータ軸31，41の先端に取り付けられ、駆動モータ30，40への通電に伴うモータ軸31，41の回動に応じて、これらの軸回りに、図中に矢符により示す如く所定の角度範囲にて回動する構成となっている。
【０００６】
図中の一点鎖線はレーザ発振器から出力されるレーザビームの光路を示しており、一方のガルバノミラー３は、そのモータ軸31を前記光路に直交させ、その鏡面が前記光路に対して略45°の角度をなして対向するように配してある。他方のガルバノミラー４は、そのモータ軸41をガルバノミラー３のモータ軸31と直交させると共に、その鏡面がガルバノミラー３の鏡面と互いに直交して対向するように配してある。而して、前記光路に沿って進行するレーザビームは、まず、一方のガルバノミラー３により略直角に反射されて他方のガルバノミラー４に向かい、このガルバノミラー４により再度略直角に反射されて、これの下方に配した図示しない対象物品に照射される。
【０００７】
この照射に際し、ガルバノミラー３，４を前述の如く回動せしめた場合、前記レーザビームは、対象物品の照射面内において互いに直交する２方向に走査される。ガルバノミラー３の回動によるレーザビームの走査は、図におけるＸ方向に生じ、ガルバノミラー４の回動によるレーザビームの走査は、図におけるＹ方向に生じることとなり、これらの走査を、各別の駆動モータ30，40の通電制御により適宜に組み合わせて実施することにより、照射面上に所望のパターンを形成することができる。
【０００８】
更に、レーザマーキングにおいては、金属面等、高硬度の照射面上での微細なパターンの形成を可能とするため、照射面上でのビームスポットの径を小さく絞り、エネルギ密度を高めることが重要である。レーザビームは、ガルバノミラー４により反射された後、集光レンズ（Ｆθレンズ）により集光して照射面に照射されるが、小スポットへの集光を効果的に行わせるため、図８中にその一部を示す如く、ガルバノミラー３にビームエキスパンダ５を前置し、レーザ発振器から出力されるレーザビームのビーム径を拡げるようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
さて、以上の如き走査部の構成部品は、一般的に、レーザ発振器の構成部品と共通の支持ケースの内部に配置される。ところが、ガルバノミラー３，４の駆動モータ30，40は、図示の如く嵩の大きい部材であり、また、ガルバノミラー３に前置されるビームエキスパンダ５は、光軸の方向に長寸の部材であることから、前記支持ケースが大型となり、特に、光路に沿う方向に長くなることが避けられないという問題があった。
【００１０】
一方、出力ミラー、全反射ミラー、Ｑスイッチ、アパーチャ等、レーザ発振器の構成部品は、レーザチャンバが放出する誘導放出光の光路上での正確な位置決めを必要とする部品であり、支持ケースが前述の如く長大化することにより、前記各構成部品の位置決め精度を保つための剛性強化が必要となり、このことが、レーザマーキング装置全体の重量増を招き、マーキング対象となる物品の生産設備中への適用が制約されるという不都合があった。
【００１１】
レーザ発振器においては、特開昭63-43884号公報、実開平2-113354号公報等に開示されている如く、出力ミラーと全反射ミラーとの間に光学部材（一般的には反射鏡）を配し、両ミラー間の誘導放出光の光路を適宜に折り曲げて、支持ケースを短縮する等、小型軽量化を図る工夫がなされているが、前述した如き走査部を並設してレーザマーキング装置として構成した場合、小型軽量化の効果が十分に得られなくなるという問題がある。
【００１２】
更に、レーザマーキング装置を対象物品の既存の生産設備に組み込む際には、その組み込み位置に制約を受けることが多く、走査部からのレーザビームの出射方向が限定される場合がある。従来のレーザマーキング装置においては、このような場合、走査部の構成部品であるガルバノミラー３，４の組み替えにより対応しており、適用設備に応じた設計変更を強いられる不都合があった。
【００１３】
一方、レーザマーキング装置においては、レーザ発振器の動作不良に伴うマーキング不良の発生を防ぐべく、レーザ発振器の動作状態を常時監視する必要があり、従来においては、レーザ発振器の内部において誘導放出光の一部を分岐し、この分岐光を光検出器により検出して、前記動作状態の良否を調べるようにしている。このため、低反射率の分岐ミラーを誘導放出光の光路上に配し、該分岐ミラーによる反射光を光検出器に与えるようにしており、本来の動作に関連しない前記分岐ミラーの配設位置の確保が必要となる。
【００１４】
また、走査部の動作不良に伴うマーキング不良の発生を防ぐべく、半導体レーザ等の低出力のレーザ光をマーキング用の本来のレーザビームの光路に沿って発するレーザ素子を配し、該レーザ素子からの発光を照射面上において走査することにより、走査部の動作状態の良否を調べるようにしている。ところが従来において、前記レーザ素子は、レーザ発振器の内部における誘導放出光の光路の末端に位置する反射ミラーの裏側、又は光路の折り曲げ用に配した折り曲げミラーの裏側に配設されており、該レーザ素子から発せられるレーザ光が照射面に到達するまでの間に、レーザ発振器及び走査部を構成する多数の構成部品を通過し、この間の損失が大きいため、照射面上での光強度が不足し、走査状態の確認が良好に行えなくなるという問題があった。
【００１５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、従来に比して大幅に小型軽量化されたレーザマーキング装置を提供することを目的とし、また走査部からのレーザビームの出射方向の変更にも柔軟に対応でき、更にレーザ発振器の動作状態の判定に利用する光検出器、及び走査部の動作状態の判定に利用するレーザ素子の合理的な配置により、動作状態の良否を高精度に判定し得るレーザマーキング装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザマーキング装置は、第１および第２のガルバノミラーをそれぞれ回動させる第１および第２の駆動モータのモータ軸を直交させて配置し、レーザ発振器から出力されるレーザビームを前記第１および第２のガルバノミラーの鏡面に順次反射させ、前記第１および第２の駆動モータのモータ軸の回動に伴う前記第１および第２のガルバノミラーの回動により、互いに直交する２方向に走査しつつ対象物品に照射する走査部を収納する走査部ケースを備えるレーザマーキング装置において、軸心が前記走査部ケースの底板と平行に配置され、一端部から前記レーザ発振器から出力されるレーザビームを入射し、内部で前記レーザビームのビーム径を拡げて他端部より出射するビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダの他端部に対向して配置され、前記ビームエキスパンダからのレーザビームをその出射方向と平行にかつ、前記ビームエキスパンダの配置位置から前記走査部ケースの幅方向に離れた位置で逆向きに折り返して前記第１のガルバノミラーに導く光学部材とを有し、前記第１の駆動モータは、そのモータ軸が前記走査部ケースの底板に対して略垂直に配置されると共に、前記第１の駆動モータのモータ軸の先端に前記第１のガルバノミラーが、前記光学部材により折り返された出射ビームの光路にその鏡面を対向させて取り付けられ、前記第２の駆動モータは、そのモータ軸が前記走査部ケースの幅方向に前記ビームエキスパンダから離れた位置でかつ、前記ビームエキスパンダからのレーザビームの出射方向と略平行に配置されると共に、前記第２の駆動モータのモータ軸の前記光学部材側の先端に、前記第２のガルバノミラーが前記第１のガルバノミラーからのレーザビームの光路にその鏡面を対向させて取り付けられることを特徴とする。
【００１７】
この発明においては、レーザ発振器からのレーザビームを集光するビームエキスパンダからの出射ビームを光学部材により反射して出射方向と平行にかつ、ビームエキスパンダの配置位置から前記走査部ケースの幅方向に離れた位置で逆向きに折り返して、第１のガルバノミラーに導き、第１の駆動モータを略垂直に配置し、第２のガルバノミラーの駆動モータをビームエキスパンダに並べて配置することにより、ビームエキスパンダを含めた走査部の大型化を防ぐ。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
また、前記光学部材は、前記レーザビームの一部を透過し得る反射率を有する第１または第２の折り曲げミラーであり、該る第１または第２の折り曲げミラーの裏側に、透過光を検出する光検出器を備えることを特徴とする。
【００２３】
この発明においては、レーザビームをガルバノミラーに導く光学部材として用いた第１または第２の折り曲げミラーの裏側に、反射前の光路に臨ませて光検出器を配し、該光検出器により反射鏡を透過するレーザビームを検出し、この検出結果を前記レーザビームの発生源となるレーザ発振器の動作状態の良否判定に利用する。
【００２４】
更に、前記光学部材は、前記レーザビームの一部を透過し得る反射率を有する第１または第２の折り曲げミラーであり、第１または第２の折り曲げミラーの裏側に、反射後の光路に沿って半導体レーザを発するレーザ素子を備えることを特徴とする。
【００２５】
この発明においては、レーザビームをガルバノミラーに導く光学部材として用いた第１または第２の折り曲げミラーの裏側に、反射後の光路に臨ませてレーザ素子を配し、該レーザ素子から発せられ前記反射ミラーを透過する半導体レーザを、ガルバノミラーにより走査しつつ対象物品に照射して走査部の動作状態の良否判定を行う。このとき、前記レーザ素子の発光は、照射面への照射前に、第１または第２の折り曲げミラーの透過に伴う損失、及び一対のガルバノミラーでの反射に伴う損失を受けるのみであり、低出力の半導体レーザにより照射面上に十分な光強度が得られ、確実な判定が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るレーザマーキング装置の全体構成を示す正面図、図２は、その平面図である。本発明に係るレーザマーキング装置は、マーキング用の固体レーザの発生源となるレーザ発振器１と、該レーザ発振器１から出力されるレーザビームを走査する走査部２とを備えてなる。
【００２７】
レーザ発振器１は、矩形箱形をなす発振器ケース10の内部に、レーザ発振のための構成部品として、レーザチャンバ11、出力ミラー12、全反射ミラー13、Ｑスイッチ14及びアパーチャ15を取り付け、また、光路折り曲げのための折り曲げミラー16，16を配して構成されている。
【００２８】
レーザロッド及び励起ランプを内蔵するレーザチャンバ11は、前記発振器ケース10の底板上に固定され、図中に一点鎖線にて示す如く放出される誘導放出光の光路が、発振器ケース10の長手方向と略平行をなすように位置決めされている。発振器ケース10の底板上には、前記誘導放出光の光路に沿って一側に所定長離隔して出力ミラー12が取り付けてあり、該出力ミラー12とレーザチャンバ11との間にアパーチャ15が取り付けてある。
【００２９】
出力ミラー12は、一部の光の透過が可能な反射率を有する反射鏡であり、レーザチャンバ11からの誘導放出光の光路に、その鏡面の中心を正対せしめて位置決めされている。またアパーチャ15は、レーザチャンバ11に内蔵されたレーザロッドの口径に対応する小径の開口を有する遮蔽板であり、その開口の中心を前記誘導放出光の光路に合わせて位置決めされている。
【００３０】
レーザチャンバ11の他側に対向する発振器ケース10の端壁の内面には、前記折り曲げミラー16，16を保持するミラーホルダ17が、底板に対してその長手方向を傾斜させた状態に取り付けてある。該ミラーホルダ17の内部には、長手方向に延設され、両端近傍において略直角をなして屈曲せしめられてレーザチャンバ11との対向側に開口する導光孔が形成されており、該導光孔の下位置の開口を前記誘導放出光の光路に正対せしめて位置決めされている。
【００３１】
折り曲げミラー16，16は、前記導光孔の２か所の屈曲部に、夫々の方向に対し45°の角度をなして対向する鏡面を有して配設されている。この配置により、一方の折り曲げミラー16は、前記光路に45°の傾斜角度を有して対向し、該折り曲げミラー16の斜め上方に他方の折り曲げミラー16が、夫々の鏡面を直交させて対向した状態となる。
【００３２】
而して、レーザチャンバ11から放出され、ミラーホルダ17に向けて進行する誘導放出光は、まず、下位置にある折り曲げミラー16により略直角をなして折り曲げられ、ミラーホルダ17の内部を前記導光孔の長手方向に進行し、上位置にある折り曲げミラー16により再度直角に折り曲げられて、逆向きに折り返す態様に進行することになる。この折り返し光路上には、ミラーホルダ17から所定長離隔して全反射ミラー13が配してあり、該全反射ミラー13とミラーホルダ17との間にＱスイッチ14が配してある。
【００３３】
全反射ミラー13は、実質的な全反射が可能な鏡面を有しており、該鏡面の中心を前記折り返し光路に正対させ、発振器ケース10の底板に立設された側壁の内面に取り付けてある。このように配置された全反射ミラー13は、前述の如く配された一対の折り曲げミラー16，16を介して前記出力ミラー12と対向することになり、レーザチャンバ11から放出される誘導放出光は、出力ミラー12と全反射ミラー13との間での多重反射により共振により増幅され、出力ミラー12を経て出力される。
【００３４】
このときアパーチャ15は、正規の光路から外れた不要なモードの発振を抑え、出力ミラー３を経て送出されるレーザビームのモードを適正化するモード選別作用をなす。またＱスイッチ14は、出力ミラー３と全反射ミラー４との間にて共振する誘導放出光を短周期にて通断し、共振器としてのメリット数（Ｑ値）を高め、励起原子の反転分布を発生させて、高出力のレーザパルスを取り出す作用をなすものであり、前記全反射ミラー13と同様に、前記折り返し光路上に正しく位置するように前記側壁の内面に取り付けられている。
【００３５】
本発明に係るレーザマーキング装置の特徴は、以上の如きレーザ発振器１の動作により出力されるレーザビームを走査する走査部２の構成にある。該走査部２は、発振器ケース10と別体に構成され、出力ミラー12と対向する側の端壁の外面に取り付けられた走査部ケース20の内部に、走査手段としての一対の第１および第２のガルバノミラー３，４、第１のガルバノミラー３への到達前のレーザビームのビーム径を一旦拡げるビームエキスパンダ５、光路折り曲げ用の第１および第２の折り曲げミラー６ａ，６ｂ、及び第２のガルバノミラー４により反射されたレーザビームのビーム径を絞り、照射面上に集光する集光レンズ（Ｆθレンズ）７を備えて構成されている。
【００３６】
図３は、走査部２を拡大して示す正面図、図４は、同じく平面図、図５は、図３のＶ−Ｖ線による断面図である。図３に示す如く、走査部ケース20の取り付け面となる発振器ケース10の端壁には、前記レーザビームの光軸を中心とする円形断面の取り付け孔 10aが貫通形成されており、前記端壁の外側及び内側には、取り付け孔 10aを全周に亘って縁取る固定フランジ 10b,10cが周設されている。
【００３７】
一方走査部ケース20は、その一側の端壁を貫通する円形断面の導光孔21を備えており、該導光孔21の外側には、円筒形をなす連結筒22が、同軸的にフランジ結合されている。該連結筒22は、発振器ケース10に形成された取り付け孔 10aの内径と略等しい外径を有しており、走査部ケース20は、連結筒22を取り付け孔 10aに嵌め込み、発振器ケース10の内側に突出する連結筒22の端面に、中抜き円板状をなす止め板23をボルト止めする一方、該止め板23に保持させた周方向に複数本（２本のみ図示）の止めねじ24，24…を、前記取り付け孔 10aの内側を縁取る固定フランジ 10cに締め付けて、前記連結筒22のフランジ部と前記止め板23との間に、固定フランジ 10b,10cを挾持することにより取り付けられている。
【００３８】
このように取り付けられた走査部ケース20は、止めねじ24，24…を緩めることにより、取り付け孔 10aに嵌合する連結筒22を枢軸として回動させることができ、適宜の回動位置にて、再度前記止めねじ24，24を締め付けることにより固定することができる。この回動は、レーザ発振器１から出力されるレーザビームの光軸と同軸的に形成された取り付け孔 10aを中心として生じるから、走査部ケース20の回動位置を適宜に定めた場合においても、前記レーザビームは、常に導光孔21の中心を通って走査部ケース20に導入されることとなる。
【００３９】
ビームエキスパンダ５は、円筒形をなす保持筒の内部に複数のレンズを並設してなる公知の光学部材であり、前記導光孔21の開口端にその一端を臨ませ、該導光孔21と同軸をなすように位置決め固定されている。この配置により、レーザ発振器１から出力されるレーザビームは、ビームエキスパンダ５の内部を軸心に沿って進行し、内蔵レンズによりビーム径を拡げられて他端部から送出される。
【００４０】
ビームエキスパンダ５の他端部に対向する走査部ケース20の他側の端壁の内面には、前記第１および第２の折り曲げミラー６ａ，６ｂを保持するミラーホルダ60が取り付けてある。ミラーホルダ60及びこれの内部の第１および第２の折り曲げミラー６ａ，６ｂの配設態様は、レーザ発振器１におけるミラーホルダ17及びこれの内部の折り曲げミラー16，16の配設態様と同じであり、該ミラーホルダ60は、これに形成された導光孔の一方の開口部を、前記ビームエキスパンダ５の軸心に正対させて位置決めされ、長手方向を走査部ケース20の幅方向に向けて、底板と略平行をなして取り付けてある。
【００４１】
この取り付けにより、ミラーホルダ60内部の第１の折り曲げミラー６ａは、図４に示す如く、ビームエキスパンダ５から送出されるレーザビームの光路に45°の傾斜角度を有して対向し、第２の折り曲げミラー６ｂは、第２の折り曲げミラー６ｂの側方に適長離れた位置に、夫々の鏡面を直交させて対向した状態となる。
【００４２】
而して、走査部ケース20に導入され、ビームエキスパンダ５によりビーム径を拡げられたレーザビームは、まず、その光路に対向する第１のの折り曲げミラー６ａにより略直角をなして反射されて横方向に折り曲げられ、前記導光孔の長手方向に進行し、第２のの折り曲げミラー６ｂにより再度直角に反射されて、ビームエキスパンダ５の配設位置から幅方向に離隔した位置を逆向きに折り返す態様に送り出される。
【００４３】
本発明に係るレーザマーキング装置においては、以上の如く折り返された後のレーザビームに対して第１および第２のガルバノミラー３，４による走査が行われる。第１および第２のガルバノミラー３，４は、図８に示すものと同様、第１および第２の駆動モータ30，40のモータ軸31，41の先端に取り付けられ、第１および第２の駆動モータ30，40への通電に伴うモータ軸31，41の回動に応じて、これらの軸回りに所定の角度範囲にて回動する構成となっている。
【００４４】
第１のガルバノミラー３は、第１の駆動モータ30の軸心を走査部ケース20の底板に対して略垂直に保ち、下向きに突出するモータ軸31の先端に、前記折り返し後のレーザビームの光路にその鏡面を対向させて取り付けられている。また第２ののガルバノミラー４の第２の駆動モータ40は、走査部ケース20の幅方向にビームエキスパンダ５から離れた位置に、その軸心を走査部ケース20の底板と略平行として取り付けてあり、第２のガルバノミラー４は、ミラーホルダ60の側にモータ軸41に先端に、その鏡面が、第１のガルバノミラー３の鏡面と互いに直交して対向すると共に、走査部ケース20の底板に対向するように取り付けてある。
【００４５】
第２のガルバノミラー４の下位置には、走査部ケース20の底板を貫通する大径の装着孔80が形成されており、該装着孔80に集光レンズ８が、走査部ケース20の外側を臨む態様に、ホルダと共に装着されている。なお図４においては、第１ガルバノミラー３の配置を明示するため、該ガルバノミラー３の駆動モータ30を二点鎖線（想像線）により示してあり、同様に図５においては、ビームエキスパンダ５及び第１および第２のガルバノミラー３，４と第１および第２の折り曲げミラー６ａ，６ｂとの位置関係を明示するため、第１および第２の折り曲げミラー６ａ，６ｂを二点鎖線（想像線）により示してある。
【００４６】
而して、ビームエキスパンダ５から送出され、第１および第２の折り曲げミラー６ａ，６ｂにより折り返されたレーザビームは、まず、第１のガルバノミラー３により略直角に反射されて第２のガルバノミラー４に向かい、この第２のガルバノミラー４により再度略直角に反射され、これの下方に配した集光レンズ８を経て走査部ケース20の外に送り出され、図示しない対象物品に照射される。
【００４７】
この照射に際し、第１および第２のガルバノミラー３，４が前述の如く回動せしめられた場合、集光レンズ８を経て送り出されるレーザビームは、対象物品の照射面内において夫々のモータ軸31，41と直交する方向に走査されることとなり、この走査を第１および第２の駆動モータ30，40の通電制御により適宜に組み合わせて実施することにより、照射面上に所望のパターンを形成することが可能となる。
【００４８】
以上の動作を行う本発明に係るレーザマーキング装置において、走査部ケース20内での前述した配置により、第１のガルバノミラー３の駆動モータ30は、前記ビームエキスパンダ５の一側にこれと略直交するように立設された状態となり、第２のガルバノミラー４の駆動モータ40は、ビームエキスパンダ５の一側にこれと略平行をなして並設された状態となる。即ち、第１のガルバノミラー３及び第２のガルバノミラー４は、夫々の駆動モータ30，40を含めて、前記ビームエキスパンダ５の一側に効率的に配置することができ、これらを支持する走査部ケース20は、図示の如くコンパクトに構成される。
【００４９】
また、発振器ケース10の内部においてレーザ発振器１を構成する前述した構成部品、即ち、レーザチャンバ11、出力ミラー12、全反射ミラー13、Ｑスイッチ14及びアパーチャ15等は、レーザチャンバ11が放出する誘導放出光の光路に対して正しく位置決めすることが必要であり、これらを支持する発振器ケース10には高い剛性が要求される。本発明においては、走査部ケース20が発振器ケース10と別体に構成されているため、発振器ケース10の長さを短くすることができ、更に、走査部ケース20内にビームエキスパンダ５が配設してあることから、発振器ケース10の更なる短縮が可能である。従って、レーザ発振器１の構成部品の高い位置決め精度を維持したまま発振器ケース10の小型軽量化を図ることができる。
【００５０】
また走査部ケース20は、前述した如く、レーザ発振器１からのレーザビームの光軸を中心として回動可能であり、適宜の回動位置にて固定し得る。走査部２からのレーザビームの出射方向は、図３乃至図５に示す状態においては下向きとしてあるが、走査部ケース20を回動させることにより、この回動面内において、上向き、横向き、斜め上向き、及び斜め下向き等、適宜の方向に設定できる。このことは、対象物品の生産設備内において取り付け位置が限定される場合であっても、取り付け位置に応じた出射方向の変更が可能であり、第１および第２のガルバノミラー３，４の配置替え等の設計変更を強いることなく対応できることを意味しており、適用範囲の拡大に有用である。
【００５１】
また本発明においては、走査部２を構成する第１および第２のガルバノミラー３，４の前述した配置により、走査部ケース20自体がコンパクトに構成でき、特に、長さ寸法が短くなることから、該走査部ケース20を発振器ケース10の一側に回動自在に支持する構成が無理なく実現できる。
【００５２】
更に本発明においては、ビームエキスパンダ５が走査部ケース20の内部に取り付けてある。ビームエキスパンダ５によるビーム径の拡大は、例えば、金属等の硬質材の表面に微細なパターンをマーキングする用途において、集光レンズ８による集光を容易とし、照射面上でのスポット径を小さくしてエネルギ密度を高めるために必要なものであり、用途によってはビームエキスパンダ５が不要となる場合がある。本発明においては、ビームの絞りが必要な用途と不要な用途との間での使い分けが、共通のレーザ発振器１に対する走査部２の組み替えによって実現され、使い勝手が向上する。
【００５３】
図４に明示されているように、ビームエキスパンダ５に対向する第１の折り曲げミラー６の裏側には光検出器9aが、また第２の折り曲げミラー６の裏側にはレーザ素子9bが夫々配設されている。光検出器9aは、第１および第２の折り曲げミラー６，６を保持するミラーホルダ７の背面に、ビームエキスパンダ５を経て折り曲げミラー６に達するレーザビームの光路に略正対するように取り付けてある。
【００５４】
この取り付けにより光検出器9aには、ビームエキスパンダ５から送出されるレーザビームの一部が、第１の折り曲げミラー６を透過して到達することになり、該光検出器9aは、透過光の光強度に応じた出力を発する。この出力は、前記レーザビームの光強度、即ち、レーザ発振器１から出力されるレーザビームの光強度に対応する。従って、前記光検出器9aの検出結果は、前記レーザビームの発生源となるレーザ発振器１の動作状態の良否判定に利用することができる。
【００５５】
第１および第２の折り曲げミラー６ａ，６ｂは、レーザビームを走査するための第１および第２のガルバノミラー３，４の前述した配置を実現するために必要な光学部材であり、この折り曲げミラー６の透過光を検出する前記光検出器9aの配置により、分岐のための専用の光学部品を用いることなくレーザ発振器１の動作状態の判定が行える。
【００５６】
またレーザ素子9bは、ミラーホルダ７の固定面となる操作部ケース20の端壁の内面に、第２の折り曲げミラー６ｂの裏側を臨むように取り付けてあり、該第２の折り曲げミラー６ｂから第１のガルバノミラー３に向かうレーザビームの光路に沿って半導体レーザを発するようになしてある。
【００５７】
以上の如く配されたレーザ素子9bが発する半導体レーザは、第２の折り曲げミラー６を透過してこれの表側に出射され、これ以降は、マーキング用のレーザビームと同様に、第１のガルバノミラー３及び第２のガルバノミラー４の動作により走査され、集光レンズ８を経て対象物に照射される。半導体レーザのエネルギは低く、照射面上には光スポットが形成されるのみであり、第１および第２のガルバノミラー３，４を動作させつつ前記光スポットの動きを観察することにより、第１および第２のガルバノミラー３，４の動作状態、即ち、走査部２の動作状態の良否を判定することができる。
【００５８】
レーザ素子9bが発する半導体レーザは、第１および第２のガルバノミラー３，４により走査される前に、第２の折り曲げミラー６ｂの透過損失を受けるのみであり、低出力の半導体レーザにより照射面上に鮮明な光スポットが生じるから、この光スポットの観察により、走査部２の動作状態の判定が確実に行える。
【００５９】
このように本発明においては、レーザ発振器１の動作状態の判定に用いる光検出器9a、及び走査部２の動作状態の判定に用いるレーザ素子9bが、走査部ケース20の内部に光路の折り曲げのために配された第１および第２の折り曲げミラー６ａ，６ｂを利用して合理的に配置でき、前記動作状態の良否を精度良く判定することができる。
【００６０】
図６は、走査部２の参考例の形態を示す正面図、図７は、同じく平面図である。この実施の形態において、発振器ケース10と別体に構成された走査部ケース20の内部にビームエキスパンダ５が、発振器ケース10に連通する導光孔21に面して取り付けてあり、該ビームエキスパンダ５から送出されるレーザビームの光路上に、該光路に対し斜め上向きの鏡面を有する単一の折り曲げミラー６が配してある。
【００６１】
第１のガルバノミラー３は、前記ビームエキスパンダ５の上方に、これと重なる態様に並設された第１の駆動モータ30のモータ軸31の先端に、前記折り曲げミラー６により反射されたレーザビームの光路にその鏡面を対向させて取り付けてある。また第２のガルバノミラー４の第２の駆動モータ40は、走査部ケース20の底板に対し略垂直をなして固定され、第２の駆動モータ40から上向きに突出するモータ軸41の先端に、前記第１のガルバノミラー３と対向すると共に、走査部ケース20の先端壁に対向する鏡面を有して第２のガルバノミラー４が取り付けてある。前記先端壁には、第２のガルバノミラー４との対向部位に装着孔80が貫通形成されており、該装着孔80には、内側への突出端を第２のガルバノミラー４に臨ませて集光レンズ８が取り付けてある。
【００６２】
而して、レーザ発振器１から出力されるレーザビームは、ビームエキスパンダ５を通過した後、前記折り曲げミラー６により直角をなして反射され、上向きに進行して第１のガルバノミラー３に達し、この第１のガルバノミラー３により直角をなして反射されて他方のガルバノミラー４に向かい、この第２のガルバノミラー４により再度略直角に反射され、前記集光レンズ８を経て、走査部ケース20の先端壁から外部に送出される。
【００６３】
この実施例においても、第１のガルバノミラー３の駆動モータ30が、ビームエキスパンダ５の一側（上側）に並設されていることから、第１のガルバノミラー３及び第２のガルバノミラー４が、ビームエキスパンダ５の長さを大きく超えない範囲に配設でき、走査部ケース20をコンパクトに構成することができる。
【００６４】
なお、この実施の形態においても、走査部ケース20は、レーザビームの光軸を中心とする回動自在に発振器ケース10に取り付けてあるが、この取り付け構造は図３〜図５に示す実施の形態と同様であり、対応する部分に同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係るレーザマーキング装置においては、レーザビームのビーム径を拡大するためのビームエキスパンダを走査部に含め、光学部材による光路の折り曲げにより、一方のガルバノミラーの駆動モータをビームエキスパンダの一側に並べて配したから、ビームエキスパンダの長さ範囲を利用した効率的な配置が実現され、走査部をコンパクトに構成でき、小型化及び軽量化が実現される。
【００６６】
【００６７】
【００６８】
更に、走査部ケース内に配した折り曲げ用の反射鏡を利用し、レーザ発振器の動作判定に用いる光検出器と、走査部の動作判定に用いるレーザ素子とを配したから、夫々の判定が高精度に行なえるようになる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザマーキング装置の全体構成を示す正面図である。
【図２】本発明に係るレーザマーキング装置の全体構成を示す平面図である。
【図３】走査部の内部構成を拡大して示す正面図である。
【図４】走査部の内部構成を拡大して示す平面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線による側断面図である。
【図６】走査部の他の参考例の形態を示す正面図である。
【図７】図６に示す走査部の平面図である。
【図８】走査部の動作説明図である。
【符号の説明】
１レーザ発振器
２走査部
３第１のガルバノミラー
４第２のガルバノミラー
５ビームエキスパンダ
６折り曲げミラー
６ａ第１の折り曲げミラー
６ｂ第２の折り曲げミラー
７ミラーホルダ
８集光レンズ
10 発振器ケース
11 レーザチャンバ
12 出力ミラー
13 全反射ミラー
14 Ｑスイッチ
15 アパーチャ
20 走査部ケース
22 連結筒
30 第１の駆動モータ
31 モータ軸
40 第２の駆動モータ
41 モータ軸

Claims

第１および第２のガルバノミラーをそれぞれ回動させる第１および第２の駆動モータのモータ軸を直交させて配置し、
レーザ発振器から出力されるレーザビームを前記第１および第２のガルバノミラーの鏡面に順次反射させ、前記第１および第２の駆動モータのモータ軸の回動に伴う前記第１および第２のガルバノミラーの回動により、互いに直交する２方向に走査しつつ対象物品に照射する走査部を収納する走査部ケースを備えるレーザマーキング装置において、
軸心が前記走査部ケースの底板と平行に配置され、一端部から前記レーザ発振器から出力されるレーザビームを入射し、内部で前記レーザビームのビーム径を拡げて他端部より出射するビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダの他端部に対向して配置され、前記ビームエキスパンダからのレーザビームをその出射方向と平行にかつ、前記ビームエキスパンダの配置位置から前記走査部ケースの幅方向に離れた位置で逆向きに折り返して前記第 1 のガルバノミラーに導く光学部材とを有し、
前記第１の駆動モータは、そのモータ軸が前記走査部ケースの底板に対して略垂直に配置されると共に、前記第１の駆動モータのモータ軸の先端に前記第１のガルバノミラーが、前記光学部材により折り返されたレーザビームの光路にその鏡面を対向させて取り付けられ、
前記第２の駆動モータは、そのモータ軸が前記走査部ケースの幅方向に前記ビームエキスパンダから離れた位置でかつ、前記ビームエキスパンダからのレーザビームの出射方向と略平行に配置されると共に、前記第２の駆動モータのモータ軸の前記光学部材側の先端に、前記第２のガルバノミラーが前記第１のガルバノミラーからのレーザビームの光路にその鏡面を対向させて取り付けられることを特徴とするレーザマーキング装置。
前記光学部材は、
前記ビームエキスパンダの他端部より出射されたレーザビームを前記走査ケースの幅方向に出射させるために前記レーザビームの光路に４５°の傾斜角度を有して対向する第１の折り曲げミラーと、
前記ビームエキスパンダからのレーザビームをその出射方向と平行にかつ逆向きに折り返して前記第１のガルバノミラーに導くために、前記第１の折り曲げミラーからのレーザビームの光路に４５°の傾斜角度を有して対向する第２の折り曲げミラーと
からなることを特徴とする請求項１に記載のレーザマーキング装置。
前記光学部材は、さらに、
前記第１および第２の折り曲げミラーを保持し、前記ビームエキスパンダの軸心に正対させ、長手方向を前記走査部ケースの幅方向に向けて位置決めされるミラーホルダからなることを特徴とする請求項２に記載のレーザマーキング装置。
前記第１または第２の折り曲げミラーは、前記レーザビームの一部を透過し得る反射率を有する折り曲げミラーであり、該折り曲げミラーの裏側に、透過光を検出する光検出器を備える請求項２または３のいずれか記載のレーザマーキング装置。
前記第１または第２の折り曲げミラーは、前記レーザビームの一部を透過し得る反射率を有する折り曲げミラーであり、該折り曲げミラーの裏側に、反射後の光路に沿って半導体レーザを発するレーザ素子を備える請求項２から４のいずれかに記載のレーザマーキング装置。