JP5178315B2 - ガルバノスキャナ - Google Patents

Description

本発明は、スキャナモータの出力軸に対するスキャナミラーの取り付け角度が変化したことに起因して想定された走査角度範囲を外れてレーザ光が走査されてしまうことを未然に防止するための異常検出手段を備えたガルバノスキャナに関する。

ガルバノスキャナは予め定めた走査角度範囲内においてレーザ光などを走査するために用いられている。ガルバノスキャナは、スキャナモータに取り付けられている位置センサによって走査角度位置をフィードバックしており、位置センサによって一定の走査角度範囲を外れた走査状態に陥った場合にはアラームを発生して走査を強制停止させるオーバーポジションアラーム機能が備わっている。

特許文献１には、スキャナモータに取り付けた角度センサの出力に基づき、スキャナミラーが安全な正常状態で動作しているか否かを判定する故障検出部を備えたレーザ光のスキャナが開示されている。
特開２００５−３１２６６号公報

特許文献１に開示の故障検出部の場合にはスキャナモータに取り付けた角度センサの出力に基づき故障の有無の判定を行っており、スキャナモータの出力軸に取り付けたスキャナミラーが常に出力軸に対して適切な取り付け角度で取り付けられた状態で一体回転することが前提となっている。しかしながら、外部からの衝撃などによって、スキャナミラーを出力軸に連結固定しているミラーホルダが出力軸に対して回転して、スキャナミラーの取り付け角度が変化してしまうことがある。

このような状態に陥ると、スキャナモータの角度センサに基づき検出されるスキャナミラーの走査角度位置は、実際のスキャナミラーの走査角度位置とは相違したものとなる。この結果、角度センサに基づき故障の有無判定を正確に行うことができなくなり、また、正常であると誤判定されてレーザ光が走査されると、予め定めた走査範囲を外れた走査位置にあるスキャナミラーによって想定外の方向にレーザ光が照射される可能性がある。高出力レーザを走査する場合、医療機器などにおけるレーザ光などの走査の場合には、このような想定外の方向にレーザ光などが走査されると極めて危険である。

本発明の課題は、スキャナモータの出力軸に対するスキャナミラーの取り付け角度が変化したことに起因する不具合を未然に防止可能な異常検出手段を備えたガルバノスキャナを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のガルバノスキャナは、
スキャナモータと、
前記スキャナモータの出力軸に連結固定されているスキャナミラーと、
前記スキャナモータの出力軸の回転角度位置を検出する位置センサと、
前記スキャナミラーの走査角度位置を検出するミラーセンサと、
前記スキャナモータを駆動して前記位置センサの出力に基づき前記スキャナミラーを所定位置に位置決めするスキャナドライバとを有し、
前記スキャナドライバは、前記ミラーセンサの出力と前記位置センサの出力に基づき、前記スキャナミラーの前記出力軸に対する取り付け角度が正常であるか否かを確認する異常検出手段を備えていることを特徴としている。

ここで、前記スキャナドライバが、前記スキャナミラーを、前記位置センサの出力に基づき、予め定めた設定走査角度位置に位置決めした時点において、前記異常検出手段は、前記ミラーセンサによって前記スキャナミラーが前記設定走査角度位置となっているか否かを確認し、当該ミラーセンサによって前記スキャナミラーが前記設定走査角度位置に位置決めされたことが検出されない場合には、前記取り付け角度が正常ではないと判断することができる。

前記ミラーセンサは、前記スキャナミラーに形成した検出片あるいは前記スキャナミラーを前記出力軸に連結固定しているミラーホルダに形成した検出片と、この検出片が前記設定走査角度位置に位置決めされたことを検出する近接センサとを備えたものとすることができる。また、前記ミラーセンサは、前記スキャナミラーあるいは前記スキャナミラーを前記出力軸に連結固定しているミラーホルダに形成した検出用ミラーに検出用レーザ光を照射する検出用レーザと、前記スキャナミラーが前記設定走査角度位置に位置決めされた前記スキャナミラーあるいは前記検出用ミラーによって反射される前記検出用レーザ光を受光可能な位置に配置されている受光素子とを備えたものとすることができる。

本発明のガルバノスキャナの異常検出手段は、スキャナモータの位置センサの出力と、ミラーセンサの出力に基づき、スキャナモータの出力軸に対するスキャナミラーの取り付け角度が正常位置であるか否かを監視できる。すなわち、スキャナミラーが外部から加わった衝撃などによって出力軸に対するスキャナミラーの取り付け角度が変化すると、スキャナモータを所定の回転位置に位置決めしても、スキャナミラーが設定走査角度位置に位置決めされないので、このような異常事態が確実に検出される。

したがって、スキャナミラーの取り付け角度が変化したことに起因して、不適切な状態でレーザ光などが走査されてしまう事態、レーザ光などが想定外の方向に照射されてしまう事態を未然に回避できる。

また、異常検出手段による異常検出は通常の動作中において行うことができるので、異常検出のための作業時間を別途確保する必要がない。よって、動作効率を低下させることなく異常検出を行うことができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したガルバノスキャナの実施の形態を説明する。

図１は本実施の形態に係るガルバノスキャナの概略構成図である。ガルバノスキャナ１は、スキャナモータ２と、スキャナモータ２の出力軸３にミラーホルダ４によって連結固定されているスキャナミラー５と、スキャナドライバ６とを有している。スキャナモータ２には、その出力軸３の回転角度位置を検出するためのロータリエンコーダなどの位置センサ７が内蔵されている。スキャナドライバ６は、外部からの指令に基づき駆動信号を生成してスキャナモータ２を駆動してスキャナミラー５を回転させ、位置センサ７の検出信号に基づきスキャナモータ２の回転位置、したがって、スキャナミラー５の回転位置をフィードバック制御する。

例えば、スキャナモータ２は一定の角度範囲内を往復回転し、スキャナミラー５を予め設定された走査角度範囲内を往復走査させる。これによって、スキャナミラー５に照射されるレーザ発信器８からのレーザ光Ｌなどの光線が一定の角度で直線状に振られ、ワーク面９上を一定の幅で走査する。

ここで、ガルバノスキャナ１は、スキャナミラー５の走査角度位置を検出するためのミラーセンサ１０を備えている。また、スキャナドライバ６には、ミラーセンサ１０の出力と位置センサ７の出力に基づきスキャナミラー５（ミラーホルダ４）の出力軸３に対する取り付け角度が正常であるか否かを確認する異常検出手段１１が備わっている。

図２はミラーセンサ１０の一例を示す説明図である。ミラーセンサ１０は、ミラーホルダ４の外周面から外方に突出している矩形板状の検出片１２と、この検出片１２が予め設定されている設定走査角度位置に位置決めされたことを検出する近接センサ１３とを備えている。検出片１２をスキャナミラー５に直接に形成することも可能である。例えば、設定走査角度位置はガルバノスキャナ１の原点位置とされる。位置センサ７から原点位置出力が得られるときに、検出片１２が近接センサ１３に最も接近した位置となり、近接センサ１３から例えば最大出力が得られるように設定される。

この構成のガルバノスキャナ１では、ワーク面９に照射するレーザ光Ｌを発光する直前に、スキャナドライバ６によってスキャナミラー５を原点位置に位置決めする駆動制御が行われる。スキャナドライバ６の異常検出手段１１によって、スキャナモータ２の位置センサ７によって原点位置に位置決めされたときに、ミラーセンサ１０の出力がモニタされ、この出力が所定値、例えば最大値になっているか否かが確認される。また、ガルバノスキャナ１の動作中においても、原点位置においてミラーセンサ１０の出力がモニタされる。

スキャナミラー５がスキャナモータ２の出力軸３に対して適切な取り付け角度で固定されている場合には、位置センサ７によって原点位置に位置決めされたことが検出された時点において、スキャナミラー５も原点位置に位置決めされるので、ミラーセンサ１０からは所定の出力、例えば最大出力が得られる。これに対して、スキャナミラー５の取り付け角度が変化している場合には、位置センサ７によって原点位置に位置決めされたことが検出された時点において、スキャナミラー５は原点位置から外れた位置となるので、ミラーセンサ１０の出力が所定値にならない。換言すると、ミラーホルダ４の検出片１２が原点位置に対応する回転位置に位置決めされない。したがって、スキャナミラー５の出力軸３に対する取り付け角度が変化して異常状態になっていることが分かる。

スキャナドライバ６は異常が検出されるとアラームを発生する。アラームを受け取った上位のコントローラは、レーザの発光を行わない。ガルバノスキャナ１の動作中において異常が検出された場合には、強制的にレーザの発光を停止する。

図３はミラーセンサ１０の別の例を示す説明図である。この図に示すミラーセンサ１０Ａは、スキャナミラー５あるいはミラーホルダ４に形成した検出用ミラー１４に検出用レーザ光Ｌ１を照射する検出用レーザ１５と、スキャナミラー５が原点位置（設定走査角度位置）に位置決めされた状態において当該スキャナミラー５あるいは検出用ミラー１４によって反射される検出用レーザ光Ｌを受光可能な位置に配置されている受光素子１６とを備えている。なお、図３に示すように、検出用レーザ光Ｌ２をスキャナミラー５に照射し、スキャナミラー５が原点位置にあるときに、その反射光を受光素子１６によって受光できるように構成してもよい。

この構成の光学式のミラーセンサ１０Ａを用いた場合において上記のミラーセンサ１０を用いた場合と同様にして、異常検出が行われる。また、ミラーセンサ１０Ａを用いた場合には、スキャナミラー５の回転に伴って検出用レーザ光Ｌ１が移動するので、スリット板などを配置しておくことにより、微小角の角度センサとして当該ミラーセンサ１０Ａを用いることもできる。

本発明を適用したガルバノスキャナを示す概略構成図である。 図１のガルバノスキャナのミラーセンサの一例を示す説明図である。 ミラーセンサの別の例を示す説明図である。

符号の説明

１ ガルバノスキャナ
２ スキャナモータ
３ 出力軸
４ ミラーホルダ
５ スキャナミラー
６ スキャナドライバ
７ 位置センサ
８ レーザ発信器
９ ワーク面
１０、１０Ａ ミラーセンサ
１１ 異常検出手段
１２ 検出片
１３ 近接センサ
１４ 検出用ミラー
１５ 検出用レーザ
１６ 受光素子
Ｌ レーザ光
Ｌ１、Ｌ２ 検出用レーザ光

Claims (4)

1. スキャナモータと、
   前記スキャナモータの出力軸に連結固定されているスキャナミラーと、
   前記スキャナモータの出力軸の回転角度位置を検出する位置センサと、
   前記スキャナミラーの走査角度位置を検出するミラーセンサと、
   前記スキャナモータを駆動して前記位置センサの出力に基づき前記スキャナミラーを所定位置に位置決めするスキャナドライバとを有し、
   前記スキャナドライバは、前記ミラーセンサの出力と前記位置センサの出力に基づき、前記スキャナミラーの前記出力軸に対する取り付け角度が正常であるか否かを確認する異常検出手段を備えていることを特徴とするガルバノスキャナ。
2. 請求項１に記載のガルバノスキャナにおいて、
   前記スキャナドライバが、前記スキャナミラーを、前記位置センサの出力に基づき、予め定めた設定走査角度位置に位置決めした時点において、前記異常検出手段は、前記ミラーセンサによって前記スキャナミラーが前記設定走査角度位置となっているか否かを確認し、当該ミラーセンサによって前記スキャナミラーが前記設定走査角度位置に位置決めされたことが検出されない場合には、前記取り付け角度が正常ではないことを内容とする異常が発生したと判断することを特徴とするガルバノスキャナ。
3. 請求項１または２に記載のガルバノスキャナにおいて、
   前記ミラーセンサは、
   前記スキャナミラーに形成した検出片あるいは前記スキャナミラーを前記出力軸に連結固定しているミラーホルダに形成した検出片と、
   前記検出片が前記設定走査角度位置に位置決めされたことを検出する近接センサとを備えていることを特徴とするガルバノスキャナ。
4. 請求項１または２に記載のガルバノスキャナにおいて、
   前記ミラーセンサは、
   前記スキャナミラーあるいは前記スキャナミラーを前記出力軸に連結固定しているミラーホルダに形成した検出用ミラーに検出用レーザ光を照射する検出用レーザと、
   前記スキャナミラーが前記設定走査角度位置に位置決めされた前記スキャナミラーあるいは前記検出用ミラーによって反射される前記検出用レーザ光を受光可能な位置に配置されている受光素子とを備えていることを特徴とするガルバノスキャナ。

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