JP4695250B2 - レーザマーキング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ発振器から出力されるレーザ光を用いて加工対象物の表面に文字や図形などのマーキングを行うことのできるレーザマーキング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザ発振器から出力されるレーザ光を用いて、金属、樹脂、セラミックス、半導体、紙、ガラスなどの多種多様の素材からなる加工対象物の表面に、製造番号、ロット番号、製造時期、バーコード、ロゴ、社名、商標、規格認定マーク、キャラクタデザインなどの多種多様の文字や図形などのマーキングを行うことのできるレーザマーキング装置が提案されている。
【０００３】
図７は従来のレーザマーキング装置の一例を示すもので、従来のレーザマーキング装置１は、レーザ発振器２と、第１ガルバノスキャナ３と、第２ガルバノスキャナ４と、ｆθレンズ５とを有している。そして、第１および第２ガルバノスキャナ３，４は、公知の如く鏡（ガルバノミラー）３ａ，４ａと、この鏡３ａ，４ａを回転駆動させるためのスキャナ回転軸３ｂ，４ｂを具備する本体３ｃ、４ｃとをそれぞれ有している。さらに、スキャナ回転軸３ｂ，４ｂと鏡３ａ，４ａとは、ミラーホルダ３ｄ，４ｄにより連結されている。また、各本体３ｃ，４ｃは、図示しない制御手段に電気的に接続されており、制御手段から送出される制御指令によって、スキャナ回転軸３ｂ，４ｂを駆動することで、スキャナ回転軸３ｂ，４ｂの先端部にミラーホルダ３ｄ，４ｄを介して取り付けた鏡３ａ，４ａを所定の速度で駆動（振動）できるようになっている。
【０００４】
図８に示すように、第１ガルバノスキャナ３の鏡３ａは、レーザ発振器２から出力されるレーザ光ＬＢとのなす角度を４５°とし、その最大回転角度（振り角：振動角）をθとして配設されている。つまり、鏡３ａに対する入射光たるレーザ光ＬＢの傾きである基準入射角度αが４５°となり、鏡３ａに対するレーザ光ＬＢの入射角度がα±θ（α±θ＝４５°±θ°）となるように形成されている。そして、レーザ光ＬＢは、レーザ光ＬＢの光路上に配設された第１ガルバノスキャナ３の鏡３ａによって、レーザ発振器２から出力されるレーザ光ＬＢの光路を含む水平投影面上において光路に対して直交する方向に全反射されるとともに、偏光角２θをもって走査される。
【０００５】
また、第２ガルバノスキャナ４の鏡４ａは、第１ガルバノスキャナ３の鏡３ａによって全反射されたレーザ光ＬＢの反射光ＬＢＡとのなす角度を４５°とし、その最大回転角度をθ’として配設されている。つまり、鏡４ａに対する入射光としての反射光ＬＢＡの傾きである基準入射角度βが４５°となり、鏡４ａに対するレーザ光ＬＢ（ＬＢＡ）の入射角度がβ±θ（β±θ＝４５°±θ°）となるように形成されている。そして、第１ガルバノスキャナ３からの反射光ＬＢＡは、反射光ＬＢＡの光路上に配設された第２ガルバノスキャナ４の鏡４ａによって、反射光ＬＢＡの光路を含む垂直平面上において光路に対して直交する鉛直下方に向けて全反射されるとともに、偏光角２θ’をもって走査される。
【０００６】
したがって、従来のレーザマーキング装置１におけるレーザ光ＬＢ（ＬＢＢ）は、加工対象物（ワーク）６の表面に沿って相互にほぼ直交する縦・横の２方向に走査可能とされている。
【０００７】
また、第１および第２ガルバノスキャナ３，４のそれぞれの最大回転角度θ，θ’は同一（θ＝θ’）とされているのが一般的であり、これにより、レーザ光ＬＢ（ＬＢＢ）の走査範囲がほぼ正方形形状となるように形成されている。
【０００８】
さらにまた、第２ガルバノスキャナ４の鏡４ａによって全反射されたレーザ光ＬＢ（ＬＢＢ）は、ｆθレンズ５によって集光されるようになっており、加工対象物６の表面のどの位置でも焦点距離が同じになるように形成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年においては、各種の装置において高性能化が図られており、レーザマーキング装置においても高性能化が求められている。そして、レーザマーキング装置の高性能化の一つとして、マーキング速度の高速化が求められている。
【００１０】
しかしながら、従来のレーザマーキング装置１においては、第１ガルバノスキャナ３の鏡３ａと、第２ガルバノスキャナ４の鏡４ａとの鏡間距離を短くすることにより、第２ガルバノスキャナ４の鏡４ａの面積を小さくすることはできるものの、あまり近づけすぎると第１ガルバノスキャナ３の鏡３ａと第２ガルバノスキャナ４の鏡４ａとが接触するため、前記鏡４ａの小型化には限界があった。
【００１１】
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、マーキング速度の高速化を容易に図ることのできるレーザマーキング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため特許請求の範囲の請求項１に係る本発明のレーザマーキング装置の特徴は、ｆθレンズが配設された平面を水平としたときに、第１ガルバノスキャナの鏡に入射するレーザ光の光軸を含む鉛直平面を基準面とし、第１ガルバノスキャナのスキャナ回転軸を基準面に対して第１ガルバノスキャナの鏡に入射するレーザ光の光軸回りに傾けて配設し、前記第２ガルバノスキャナのスキャナ回転軸を、前記第１ガルバノスキャナの鏡に入射するレーザ光の光軸と平行に配設するとともに、第１ガルバノスキャナのスキャナ回転軸の傾き角度と、第１ガルバノスキャナの鏡と第２ガルバノスキャナの鏡との鏡間距離とに基づいて、第２ガルバノスキャナの鏡の面積を最小となるように形成した点にある。そして、このような構成を採用したことにより、第１ガルバノスキャナのスキャナ回転軸を基準面に対して第１ガルバノスキャナの鏡に入射するレーザ光の光軸回りに傾けるとともに前記第２ガルバノスキャナのスキャナ回転軸を、前記第１ガルバノスキャナの鏡に入射するレーザ光の光軸と平行に配設すると、第２ガルバノスキャナの鏡の面積を従来より最小化することができる。したがって、第２ガルバノスキャナの鏡の慣性モーメントを従来より低減することができ、第１および第２のガルバノスキャナのそれぞれの鏡を従来より高速で駆動することができるので、マーキング速度の高速化を容易に図ることができる。
【００１３】
また、請求項２に係る本発明のレーザマーキング装置の特徴は、請求項１において、レーザ発振器から出力されるレーザ光のビーム径をｗとし、第１ガルバノスキャナの鏡に対するレーザ光の基準入射角度をαとし、第１ガルバノスキャナの鏡の最大回転角度をθとし、第１ガルバノスキャナの鏡上における反射光の断面について第１ガルバノスキャナのスキャナ回転軸に対して直交する方向の寸法をａとし、スキャナ回転軸の軸方向に沿う方向の寸法をｂとしたときに、第１ガルバノスキャナの鏡の寸法を、ａ＝ｗ／ｓｉｎ（α±θ）、ｂ＝ｗ、を満足するように形成し、第１ガルバノスキャナのスキャナ回転軸の基準面に対するレーザ光の光軸回りの傾き角度をψとし、第２ガルバノスキャナの鏡に対するレーザ光の基準入射角度をβ（β＝（９０−ψ）／２）とし、第２ガルバノスキャナの鏡の最大回転角度をθ’とし、第１ガルバノスキャナの鏡と第２ガルバノスキャナの鏡との鏡間距離をＬとし、第２ガルバノスキャナの鏡上における反射光の断面について第２ガルバノスキャナのスキャナ回転軸に対して直交する方向の寸法をａ’とし、スキャナ回転軸の軸方向に沿う方向の寸法をｂ’としたときに、第２ガルバノスキャナの鏡の寸法を、ａ’＝ｗ／ｓｉｎ（β±θ’）＝ｗ／ｓｉｎ｛（９０＋ψ）／２±θ’｝、ｂ’＝２（Ｌｔａｎ２θ＋（ｗ／２）／ｃｏｓ２θ）、を満足するように形成した点にある。そして、このような構成を採用したことにより、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれの鏡の面積の最小化を容易かつ確実に図ることができる。
【００１４】
また、請求項３に係る本発明のレーザマーキング装置の特徴は、請求項２において、第１および第２ガルバノスキャナの鏡のそれぞれの最大回転角度を同一とした点にある。そして、このような構成を採用したことにより、レーザ光の走査範囲をほぼ正方形形状にすることができるとともに、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれの鏡を、同一速度で高速駆動できる。
【００１５】
また、請求項４に係る本発明のレーザマーキング装置の特徴は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、第１ガルバノスキャナの鏡と第２ガルバノスキャナの鏡との形状を相互に異形状とし、かつ、それぞれの慣性モーメントを同一に形成した点にある。そして、このような構成を採用したことにより、第２ガルバノスキャナの鏡の面積の最小化による慣性モーメントの低減と、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれの鏡の慣性モーメントの同一化とができるので、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれの鏡を高速駆動できる。したがって、マーキング速度の高速化を容易に図ることができる。
【００１６】
また、請求項５に係る本発明のレーザマーキング装置の特徴は、請求項４において、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれのスキャナ回転軸と鏡とを連結するミラーホルダを同一とした点にある。そして、このような構成を採用したことにより、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれのスキャナ回転軸に取り付ける可動部分の慣性モーメントの総計を等しくすることができるので、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれの鏡をより高速駆動できるので、マーキング速度のさらなる高速化を容易に図ることができる。さらに、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれのミラーホルダを共通化することができ、しかも、ミラーホルダの駆動を制御する制御手段の共用化を図ることができるので、低コスト化を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。なお、前述した従来のものと同一構成については図面中に同一の符号を付す。
【００１９】
図１から図６は本発明に係るレーザマーキング装置の実施形態を示すものであり、図１は要部の構成を示す模式図、図２はレーザ光の基本光路を示す斜視図、図３はレーザ光と第１ガルバノスキャナの鏡と第２ガルバノスキャナの鏡との関係をレーザ光の出力方向上流側から見て示す側面図、図４はレーザ光と第１ガルバノスキャナの鏡と第２ガルバノスキャナの鏡との関係を図３の４−４線に沿って見て示す補助投影図、図５は第１ガルバノスキャナの鏡とこの鏡に全反射されるレーザ光の大きさとを合わせてスキャナ回転軸を上下方向にして見た状態を示す正面図、図６は第２ガルバノスキャナの鏡とこの鏡に全反射されるレーザ光の大きさとを合わせてスキャナ回転軸を左右方向にして見た状態を示す正面図である。
【００２０】
本実施形態のレーザマーキング装置は、第１ガルバノスキャナの鏡にレーザ光が水平に入射するとともに、第１および第２ガルバノスキャナの鏡のそれぞれの最大回転角度を同一としたものを例示している。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態のレーザマーキング装置１１は、レーザ発振器２と、第１ガルバノスキャナ１３と、第２ガルバノスキャナ１４と、ｆθレンズ５とを有している。
【００２２】
前記第１および第２ガルバノスキャナ１３，１４は、従来と同様に、鏡（ガルバノミラー）１３ａ，１４ａと、この鏡１３ａ，１４ａを回転駆動させるためのスキャナ回転軸１３ｂ，１４ｂを具備する本体１３ｃ、１４ｃとをそれぞれ有している。さらに、スキャナ回転軸１３ｂ，１４ｂと鏡１３ｃ，１４ｃとは、それぞれミラーホルダ１３ｄ，１４ｄにより連結されている。また、各本体１３ｃ，１４ｃは、図示しない制御手段に電気的に接続されており、制御手段から送出される制御指令によってスキャナ回転軸１３ｂ，１４ｂを駆動することで、スキャナ回転軸１３ｂ，１４ｂの先端部にミラーホルダ１３ｄ，１４ｄを介して取り付けた鏡１３ａ，１４ａをともに所定の速度で駆動（振動）できるようになっている。さらにまた、本実施形態におけるスキャナ回転軸１３ｂ，１４ｂ、本体１３ｃ、１４ｃおよびミラーホルダ１３ｄ，１４ｄはそれぞれ同一のものが用いられている。
【００２３】
前記第１ガルバノスキャナ１３は、図２および図３に示すように、鏡１３ａとレーザ発振器２から出力されるレーザ光ＬＢとのなす角度を４５°とし、鏡１３ａの最大回転角度（振り角：振動角）をθとして配設されている。つまり、鏡１３ａに対する入射光たるレーザ光ＬＢの傾きである基準入射角度αが４５°となり、鏡１３ａに対するレーザ光ＬＢの入射角度がα±θ（α±θ＝４５°±θ°）となるように形成されている。なお、基準入射角度αの値としては、４５°に限らず、設計コンセプトなどの必要に応じて、例えば２５°，３０°，３５°，４０°などの各種の値から選択することができる。但し、全体として第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａの面積が最小となるように制御可能な値を用いることが肝要である。
【００２４】
また、第１ガルバノスキャナ１３のスキャナ回転軸１３ｂは、図２および図３に示すように、レーザ発振器２から出力されるレーザ光ＬＢの光軸を含む基準面に対してレーザ光ＬＢの光軸回りに傾き角度ψをもって傾けて配設されている。すなわち、本実施形態においては、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａにレーザ光ＬＢが水平に入射するように構成されているので、本実施形態における傾き角度ψは、図３に示すように、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａに入射するレーザ光ＬＢの上流側から見て、レーザ光ＬＢの光軸を含む鉛直平面を基準面として第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａに入射するレーザ光ＬＢの光軸回りに反時計方向へ回転させた場合の回転角度とされている。つまり、基準面とは、ｆθレンズ５が配設された平面を水平としたときに、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａに入射するレーザ光ＬＢの光軸を含む鉛直平面とされている（図１から図３）。
【００２５】
前記第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａは、図２から図４に示すように、第１ガルバノスキャナ１３からの反射光ＬＢＡを、鉛直下方に向けて全反射できるように構成されている。すなわち、鏡１４ａに対する入射光としての反射光ＬＢＡの傾きである基準入射角度βが（９０−ψ）／２とされており、鏡１４ａに対するレーザ光ＬＢの入射角度がβ±θ’（β±θ’＝（（９０−ψ）／２）°±θ°）となるように形成されている。また、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａとの鏡間距離をＬとして配設されている。つまり、鏡１３ａの中心と鏡１４ａの中心との間の鏡間距離がＬとされている。
【００２６】
なお、本実施形態においては、第１および第２ガルバノスキャナの鏡１３ａ，１４ａのそれぞれの最大回転角度θ，θ’は、同一（θ＝θ’）に形成されている。
【００２７】
前記第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａにより反射する反射光ＬＢＡの大きさと形状は、
レーザ発振器２から出力されるレーザ光ＬＢのビーム径（直径）をｗ、
第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａの最大回転角度をθ、
第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａに対するレーザ光ＬＢの入射角度をα（α＝４５°）、
第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａ上における反射光ＬＢＡの断面について第１ガルバノスキャナ１３のスキャナ回転軸１３ｂに対して直交する方向の寸法をａ、
スキャナ回転軸１３ｂの軸方向に沿う方向の寸法をｂ、
としたときに、
ａ＝ｗ／ｓｉｎ（α±θ） ・・・・（式１）
ｂ＝ｗ ・・・・（式２）
となる。
【００２８】
すなわち、反射光ＬＢＡは、式（１）で示されるａを長径とし、式（２）で示されるｂを短径とする楕円領域の内部に位置することになる。
【００２９】
この第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａにより反射する反射光ＬＢＡの最大の大きさと形状を図５に斜線楕円領域にて示す。なお、図５は、スキャナ回転軸１３ｂを上下方向にして見た状態を示している。
【００３０】
そして、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａの大きさは、上記式（１）および式（２）を満足するように形成されている。
【００３１】
すなわち、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａの寸法は、レーザ発振器２から出力されるレーザ光ＬＢを全反射するのに必要な大きさに形成されている。
【００３２】
例えば、ｗ＝１０ｍｍ、θ＝０．３５ｒａｄ（２０．０５°）とした場合の反射光ＬＢＡのａ寸法の最大値は１７．４５ｍｍとなり、ｂ寸法の最大値は１０．００ｍｍとなる（図５参照）。
【００３３】
そこで、実際の鏡１３ａの製作寸法としては、図５に示すように、反射光ＬＢＡの最大の大きさをあわらす斜線楕円領域を囲むように多角形で近似させた形状と寸法に形成される。
【００３４】
すなわち、スキャナの組立公差やレーザ光の光軸ずれなどを考慮して、鏡１３ａのスキャナ回転軸１３ｂに直交する方向の寸法が１８．５ｍｍとされ、鏡１３ａのスキャナ回転軸１３ｂに沿う方向の寸法が１２．０ｍｍとされている。また、鏡１３ａの厚さは例えば２．０ｍｍに形成されている。
【００３５】
前記第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａにより反射する反射光ＬＢＢの大きさと形状は、
第１ガルバノスキャナ１３のスキャナ回転軸１３ｂの基準面に対する第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａに入射するレーザ光ＬＢの光軸回りの傾き角度をψ、
第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａに対するレーザ光ＬＢ（ＬＢＡ）の基準入射角度をβ（β＝（９０−ψ）／２）、
第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａの最大回転角度をθ’、
第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａと第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａとの鏡間距離をＬ、
第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａにおける反射光のＬＢＢ断面について第２ガルバノスキャナ１４のスキャナ回転軸１４ｂに対して直交する方向の寸法をａ’、
スキャナ回転軸１４ｂに沿う方向の寸法をｂ’、
としたときに、
ａ’＝ｗ／ｓｉｎ（β±θ’）
＝ｗ／ｓｉｎ｛（９０＋ψ）／２±θ’｝ ・・・・（式３）
ｂ’＝２（Ｌｔａｎ２θ＋（ｗ／２）／ｃｏｓ２θ）・・・・（式４）
となる。
【００３６】
そして、式（３）、式（４）から明白なように、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａにより反射する反射光ＬＢＢの断面の大きさは、ψが９０°の時に最小となり、Ｌが短いと小さくなる（図６参照）。
【００３７】
そこで、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａの大きさは、上記式（３）、式（４）を満足するように形成されている。
【００３８】
すなわち、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａの寸法は、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａから出力される反射光ＬＢＡを全反射するのに必要な最小の大きさに形成されている。
【００３９】
例えば、ｗ＝１０ｍｍ、θ’＝θ＝０．３５ｒａｄ（２０．０５°）とした場合のψの値は２０°とされ、Ｌは１２．５ｍｍとされており、このときの反射光ＬＢＢのａ’寸法の最大値は１４．１５ｍｍとなり、ｂ’寸法の最大値は１９．７７ｍｍとなる。
【００４０】
この第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａにより反射する反射光ＬＢＢの大きさと形状を図６に斜線楕円領域にて示す。なお、図６は、スキャナ回転軸１４ｂを左右方向にして見た状態を示している。
【００４１】
したがって、実際の鏡１４ａの製作寸法としては、図６に示すように、反射光ＬＢＢの最大の大きさをあわらす斜線楕円領域を囲むように多角形で近似させた形状と寸法に形成される。すなわち、スキャナの組立公差やレーザ光の光軸ずれなどを考慮して、鏡１４ａのスキャナ回転軸１４ｂに直交する方向の寸法ａ’が１５．０ｍｍとされ、鏡１４ａのスキャナ回転軸１４ｂに沿う方向の寸法ｂ’が２２．５ｍｍとされている。また、鏡１４ａの厚さは例えば２．０ｍｍに形成されている。
【００４２】
以上のように、本実施形態においては、第１ガルバノスキャナ１３のスキャナ回転軸１３ｂを、基準面に対して第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａに入射するレーザ光ＬＢの光軸回りに傾けて配設し、第２ガルバノスキャナ１４のスキャナ回転軸１４ｂを第１ガルバノスキャナ１３の鏡に入射するレーザ光ＬＢの光軸と平行に配設するとともに、第１ガルバノスキャナ１３のスキャナ回転軸１３ｂの傾き角度ψと、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａと第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａとの鏡間距離Ｌとに基づいて、鏡１３ａ，１４ａを形成することにより、第１および第２ガルバノスキャナ１３，１４のそれぞれの鏡１３ａ，１４ａの大きさの最小化が図られている。
【００４３】
また、前記式（１），式（２），式（３），式（４）を用いることにより、第１および第２ガルバノスキャナ１３，１４のそれぞれの鏡１３ａ，１４ａの面積の最小化を容易かつ確実に図ることができるようにされている。
【００４４】
さらにまた、本実施形態においては、前記第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａの慣性モーメントとミラーホルダ１３ｂの慣性モーメントを加えた慣性モーメントの総計が、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａの慣性モーメントとミラーホルダ１４ｂの慣性モーメントを加えた慣性モーメントの総計と等しくなるように形成されている。
【００４５】
すなわち、本実施形態においては、ミラーホルダ１３ｂとミラーホルダ１４ｂとが同一とされており、さらに第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａの慣性モーメントと、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａの慣性モーメントとが同一になるように、それぞれの鏡１３ａ，１４ａの寸法が設定されている。
【００４６】
例えば、本実施形態においては、前記第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａ（１８．５ｍｍ×１２．０ｍｍ×２．０ｍｍ）と、前記第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａ（１５．０ｍｍ×２２．５ｍｍ×２．０ｍｍ）の厚さを両者ともに同一（２．０ｍｍ）としてあるので、慣性モーメントの小さい第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａのスキャナ回転軸１３ｂに沿う方向の寸法を１２．０ｍｍから１３．５ｍｍに大きくすることにより、両鏡１３ａ，１４ａの慣性モーメントを等しくしている。
【００４７】
すなわち、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａと第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａとの形状を相互に異形状とし、かつ、それぞれの慣性モーメントが同一に形成されている。
【００４８】
なお、両鏡１３ａ，１４ａの慣性モーメントを同一とする手法としては、両鏡１３ａ、１４の厚さを調整することにより行うこともできる。
【００４９】
つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。
【００５０】
本実施形態のレーザマーキング装置１１によれば、図２に示すように、レーザ発振器２から出力されたレーザ光ＬＢは、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａによって全反射する。この時、鏡１３ａは、レーザ発振器２から出力されるレーザ光ＬＢとのなす角度である基準入射角度αを４５°とし、鏡１３ａの最大回転角度をθとして配設されているので、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａに対するレーザ光ＬＢの入射角度はα±θ（α±θ＝４５°±θ°）となる。そして、レーザ光ＬＢは、レーザ光ＬＢの光路上に配設された第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａによって、レーザ発振器２から出力されるレーザ光ＬＢの光路に対して直交する方向に全反射されるとともに、鏡１３ａによって全反射した反射光ＬＢＡは、鏡１３ａの回転角θに対して偏光角２θをもって走査される。また、第１ガルバノスキャナ１３のスキャナ回転軸１３ｂは、基準面に対して第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａに入射するレーザ光ＬＢの光軸回りに傾き角度ψをもって傾けて配設されているので、反射光ＬＢＡは、レーザ光ＬＢを含む水平面に対して傾き角度ψをもって反射光ＬＢＡの光路の角度が変わる。すなわち、鏡１３ａによって全反射した反射光ＬＢＡは、レーザ光ＬＢの光路と反射光ＬＢＡとを含む平面上において直交する。
【００５１】
つぎに、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａによって全反射した反射光ＬＢＡは、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａによって全反射する。この時、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａに対する反射光ＬＢＡの入射角度は、（９０−ψ）／２±θとなる。そして、鏡１４ａによって全反射した反射光ＬＢＢは、反射光ＬＢＡの光路を含む垂直平面上において鉛直下方に向けて全反射されるとともに、偏光角２θ’をもって走査される。
【００５２】
そして、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａによって全反射した反射光ＬＢＢは、ｆθレンズ５によって集光され、加工対象物６の表面のどの位置でも焦点距離が同じになるようにして、加工対象物６の表面に、走査範囲がほぼ正方形形状となるように到達し、所定のマーキングを行うことができるようになっている。
【００５３】
このように、本実施形態のレーザマーキング装置１１によれば、第１ガルバノスキャナ１３のスキャナ回転軸１３ｂの傾き角度ψと、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａと第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａとの間の鏡間距離Ｌとに基づいて、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａの面積を最小となるように形成したので、第１ガルバノスキャナ１３のスキャナ回転軸１３ｂを基準面に対して第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａに入射するレーザ光ＬＢの光軸回りに傾け、更に第２ガルバノスキャナ１４のスキャナ回転軸１４ｂを第１ガルバノスキャナ１３の鏡に入射するレーザ光ＬＢの光軸と平行に配設することで、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａの面積を従来より最小化することができる。したがって、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａの慣性モーメントを低減することができ、第１および第２のガルバノスキャナ１３，１４のそれぞれの鏡１３ａ，１４ａを高速で駆動することができるので、マーキング速度の高速化を容易に図ることができる。
【００５４】
なお、本実施形態のレーザマーキング装置１１によるマーキング速度は、レーザ光ＬＢによるマーキング品質を同一として、従来のレーザマーキング装置１によるマーキング速度の１．５倍程度となることが実際のマーキング実験により確認できた。
【００５５】
また、本実施形態のレーザマーキング装置１１によれば、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａを前記式（１）および式（２）を満足するように形成し、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａを前記式（３）および式（４）を満足するように形成したので、第１および第２ガルバノスキャナ１３，１４のそれぞれの鏡１３ａ，１４ａの面積の最小化を容易かつ確実に図ることができる。
【００５６】
さらに、本実施形態のレーザマーキング装置１１によれば、第１および第２ガルバノスキャナ１３，１４の鏡１３ａ，１４ａのそれぞれの最大回転角度θ，θ’を同一（θ＝θ’）としたので、加工対象物６の表面に対するレーザ光ＬＢの走査範囲をほぼ正方形形状にすることができるとともに、第１および第２ガルバノスキャナ１３，１４のそれぞれの鏡１３ａ，１４ａを、同一速度で高速駆動できる。
【００５７】
さらにまた、本実施形態のレーザマーキング装置１１によれば、第１ガルバノスキャナ１３のスキャナ回転軸１３ｂを基準面に対して第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａに入射するレーザ光ＬＢの光軸回りに傾けて配設し、第２ガルバノスキャナ１４のスキャナ回転軸１４ｂを第１ガルバノスキャナ１３の鏡に入射するレーザ光ＬＢの光軸と平行に配設するとともに、第１ガルバノスキャナ１３の傾き角度ψと、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａと第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａとの鏡間距離Ｌとに基づいて、第２ガルバノスキャナの鏡の面積を最小となるように形成し、さらに、第１ガルバノスキャナ１３の鏡１３ａと、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａとの相互の形状を異形状とし、かつ、それぞれの慣性モーメントを同一に形成したので、第２ガルバノスキャナ１４の鏡１４ａの面積の最小化による慣性モーメントの低減と、第１および第２ガルバノスキャナ１３，１４のそれぞれの鏡１３ａ，１４ａの慣性モーメントの同一化とができ、第１および第２ガルバノスキャナ１３，１４のそれぞれの鏡１３ａ，１４ａを同じ速さでより高速駆動できる。したがって、マーキング速度の高速化を容易に図ることができる。
【００５８】
またさらに、本実施形態のレーザマーキング装置１１によれば、第１および第２ガルバノスキャナ１３，１４のそれぞれのミラーホルダ１３ｄ，１４ｄを同一としたので、第１および第２ガルバノスキャナ１３，１４のそれぞれのスキャナ回転軸１３ｂ，１４ｂに取り付ける可動部分の慣性モーメントの総計を等しくすることができる。その結果、第１および第２ガルバノスキャナ１３，１４のそれぞれの鏡１３ａ，１４ａをより高速駆動できるので、マーキング速度のさらなる高速化を容易に図ることができる。さらに、第１および第２ガルバノスキャナ１３，１４のそれぞれのミラーホルダ１３ｄ，１４ｄを共通化することができ、しかも、ミラーホルダ１３ｄ，１４ｄの駆動を制御する制御手段の共用化を図ることができるので、低コスト化を図ることができる。
【００６０】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することができ、マーキングのみならず溶接用レーザ装置などに本発明のスキャニングヘッドを適用することも可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る本発明のレーザマーキング装置によれば、第１ガルバノスキャナのスキャナ回転軸を基準面に対して第１ガルバノスキャナの鏡に入射するレーザ光の光軸回りに傾け、更に第２ガルバノスキャナのスキャナ回転軸を第１ガルバノスキャナの鏡に入射するレーザ光の光軸と平行に配設することで、第２ガルバノスキャナの鏡の面積を従来より最小化することができる。したがって、第２ガルバノスキャナの鏡の慣性モーメントを従来より低減することができ、第１および第２のガルバノスキャナのそれぞれの鏡を従来より高速で駆動することができるので、マーキング速度の高速化を容易に図ることができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【００６２】
また、請求項２に係る本発明のレーザマーキング装置によれば、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれの鏡の面積の最小化を容易かつ確実に図ることができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【００６３】
また、請求項３に係る本発明のレーザマーキング装置によれば、レーザ光の走査範囲をほぼ正方形形状にすることができるとともに、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれの鏡を、同一速度で高速駆動できるなどの極めて優れた効果を奏する。
【００６４】
また、請求項４に係る本発明のレーザマーキング装置によれば、第２ガルバノスキャナの鏡の面積の最小化による慣性モーメントの低減と、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれの鏡の慣性モーメントの同一化とができるので、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれの鏡を高速駆動できる。したがって、マーキング速度の高速化を容易に図ることができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【００６５】
また、請求項５に係る本発明のレーザマーキング装置によれば、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれのスキャナ回転軸に取り付ける可動部分の慣性モーメントの総計を等しくすることができるので、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれの鏡をより高速駆動できるので、マーキング速度のさらなる高速化を容易に図ることができる。さらに、第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれのミラーホルダを共通化することができ、しかも、ミラーホルダの駆動を制御する制御手段の共用化を図ることができるので、低コスト化を図ることができるなどの極めて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実施形態の要部の構成を示す模式図
【図２】 本発明に係るレーザマーキング装置の実施形態におけるレーザ光の基本光路を示す斜視図
【図３】 本発明に係るレーザマーキング装置の実施形態におけるレーザ光と第１ガルバノスキャナの鏡と第２ガルバノスキャナの鏡との関係をレーザ光の出力方向上流側から見て示す側面図
【図４】 本発明に係るレーザマーキング装置の実施形態におけるレーザ光と第１ガルバノスキャナの鏡と第２ガルバノスキャナの鏡との関係を図３の４−４線に沿って見て示す補助投影図
【図５】 本発明に係るレーザマーキング装置の実施形態における第１ガルバノスキャナの鏡とこの鏡に全反射されるレーザ光の大きさとを合わせてスキャナ回転軸を上下方向にして見た状態を示す正面図
【図６】 本発明に係るレーザマーキング装置の実施形態における第２ガルバノスキャナの鏡とこの鏡に全反射されるレーザ光の大きさとを合わせてスキャナ回転軸を左右方向にして見た状態を示す正面図
【図７】 従来のレーザマーキング装置の要部の構成を示す模式図
【図８】 従来のレーザマーキング装置におけるレーザ光の基本光路を示す斜視図
【符号の説明】
２ レーザ発振器
５ ｆθレンズ
６ 加工対象物
１３ 第１ガルバノスキャナ
１３ａ （第１ガルバノスキャナの）鏡
１３ｂ （第１ガルバノスキャナの）スキャナ軸
１３ｃ （第１ガルバノスキャナの）本体
１３ｄ （第１ガルバノスキャナの）ミラーホルダ
１４ 第２ガルバノスキャナ
１４ａ （第２ガルバノスキャナの）鏡
１４ｂ （第２ガルバノスキャナの）スキャナ軸
１４ｃ （第２ガルバノスキャナの）本体
１４ｄ （第２ガルバノスキャナの）ミラーホルダ
ＬＢ レーザ光
ＬＢＡ （第１ガルバノスキャナの鏡に全反射されたレーザ光の）反射光
ＬＢＢ （第２ガルバノスキャナの鏡に全反射されたレーザ光の）反射光
α （第１ガルバノスキャナの鏡に対するレーザ光の）基準入射角度
β （第２ガルバノスキャナの鏡に対するレーザ光の）基準入射角度
θ、θ’最大回転角度
ψ 傾き角度
Ｌ 鏡間距離
ａ、ａ’ （スキャナ回転軸に対して直交する方向の鏡の）寸法
ｂ、ｂ’ （スキャナ回転軸の軸方向に沿う方向の鏡の）寸法

Claims (5)

1. レーザ発振器から出力されるレーザ光が鏡面に対して傾けて入射される第１ガルバノスキャナと、この第１ガルバノスキャナからの反射光が鏡面に対して傾けて入射される第２ガルバノスキャナと、第２ガルバノスキャナの鏡によって反射されたレーザ光を加工面の所定位置に集光するｆθレンズと、を有し、レーザ光を加工対象物の表面に沿って相互にほぼ直交する縦・横の２方向に走査して加工面にマーキングを施すレーザマーキング装置において、
   前記ｆθレンズが配設された平面を水平としたときに、前記第１ガルバノスキャナの鏡に入射するレーザ光の光軸を含む鉛直平面を基準面とし、
   前記第１ガルバノスキャナのスキャナ回転軸を、前記基準面に対して第１ガルバノスキャナの鏡に入射するレーザ光の光軸回りに傾けて配設し、
   前記第２ガルバノスキャナのスキャナ回転軸を、前記第１ガルバノスキャナの鏡に入射するレーザ光の光軸と平行に配設するとともに、
   前記第１ガルバノスキャナのスキャナ回転軸の傾き角度と、前記第１ガルバノスキャナの鏡と前記第２ガルバノスキャナの鏡との鏡間距離とに基づいて、前記第２ガルバノスキャナの鏡の面積を最小となるように形成したことを特徴とするレーザマーキング装置。
2. 前記レーザ発振器から出力されるレーザ光のビーム径をｗとし、前記第１ガルバノスキャナの鏡に対するレーザ光の基準入射角度をαとし、前記第１ガルバノスキャナの鏡の最大回転角度をθとし、前記第１ガルバノスキャナの鏡上における反射光の断面について前記第１ガルバノスキャナのスキャナ回転軸に対して直交する方向の寸法をａとし、スキャナ回転軸の軸方向に沿う方向の寸法をｂとしたときに、
   前記第１ガルバノスキャナの鏡の寸法を、
   ａ＝ｗ／ｓｉｎ（α±θ）、
   ｂ＝ｗ、
   を満足するように形成し、
   前記第１ガルバノスキャナのスキャナ回転軸の前記基準面に対する傾き角度をψとし、前記第２ガルバノスキャナの鏡に対するレーザ光の基準入射角度をβ（β＝（９０−ψ）／２）とし、前記第２ガルバノスキャナの鏡の最大回転角度をθ’とし、前記第１ガルバノスキャナの鏡と前記第２ガルバノスキャナの鏡との鏡間距離をＬとし、前記第２ガルバノスキャナの鏡上における反射光の断面について前記第２ガルバノスキャナのスキャナ回転軸に対して直交する方向の寸法をａ’とし、スキャナ回転軸の軸方向に沿う方向の寸法をｂ’としたときに、
   前記第２ガルバノスキャナの鏡の寸法を、
   ａ’＝ｗ／ｓｉｎ（β±θ’）＝ｗ／ｓｉｎ（（９０＋ψ）／２±θ’）、
   ｂ’＝２（Ｌｔａｎ２θ＋（ｗ／２）／ｃｏｓ２θ）、
   を満足するように形成した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。
3. 前記第１および第２ガルバノスキャナの鏡のそれぞれの最大回転角度を同一とした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。
4. 前記第１ガルバノスキャナの鏡と、前記第２ガルバノスキャナの鏡との相互の形状を異形状とし、かつ、それぞれの慣性モーメントを同一に形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のレーザマーキング装置。
5. 前記第１および第２ガルバノスキャナのそれぞれのスキャナ回転軸と鏡とを連結するミラーホルダを同一としたことを特徴とする請求項４に記載のレーザマーキング装置。

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