JP7106447B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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Description
ここに開示する技術は、レーザマーキング装置等、被加工物にレーザ光を照射することによって加工を行うレーザ加工装置に関する。 The technology disclosed herein relates to a laser processing apparatus, such as a laser marking apparatus, that performs processing by irradiating a laser beam onto a workpiece.
従来、被加工物までの距離を測定可能なレーザ加工装置が知られている。 Conventionally, a laser processing apparatus capable of measuring a distance to a workpiece is known.
例えば特許文献1には、レーザ光源から出射される加工用のレーザ光(パルスレーザ光)を集光する対物集光用レンズと、この対物集光用レンズと被加工物(加工対象物)との距離を計測する測距センサと、この測距センサによる計測結果に基づき、レーザ光の焦点位置を調整するアクチュエータと、を備えたレーザ加工装置が開示されている。
For example,
また特許文献2には、前記特許文献1に係る測距センサの別例として、被加工物(加工対象物)までの距離を測定するための測距光(計測用レーザ光)を出射する変位センサを備えたレーザ加工装置が開示されている。
Further, in
前記特許文献2に開示されているレーザ加工装置は、ステージ上に設置された被加工物に対して変位センサから測距光を照射するとともに、その反射光を変位センサによって適宜検出することで、被加工物までの距離を測定するようになっている。
The laser processing apparatus disclosed in
ところで、一般的なレーザ加工装置の場合、筐体の内部でレーザ光を生成するとともに、そのレーザ光の出射に際しては、同筐体に設けた出射ウインドウを透過させることが考えられる。 By the way, in the case of a general laser processing apparatus, it is conceivable to generate a laser beam inside a housing and transmit the laser beam through an emission window provided in the housing when the laser beam is emitted.
本願発明者らは、前記特許文献2に開示されているようなレーザ加工装置において、レーザ光ばかりでなく、測距光も出射ウインドウを透過させることを新たに思い立った。
The inventors of the present application newly came up with the idea of transmitting not only the laser beam but also the ranging light through the exit window in the laser processing apparatus as disclosed in
しかしながら、測距光が出射ウインドウを透過する場合、透過ウインドウにゴミ等が付着して汚れてくると、そのゴミ等によって測距光が反射される可能性がある。そうして反射された測距光は、距離の測定に誤りをもたらすため、測定精度を確保するには不都合である。 However, when the distance measuring light is transmitted through the emission window, if dust or the like adheres to the transmission window and becomes dirty, the distance measuring light may be reflected by the dust or the like. The reflected distance measurement light causes an error in distance measurement, which is inconvenient for ensuring measurement accuracy.
また、透過ウインドウが汚れてしまうと、レーザ光が減衰してしまい、加工性能が低下する可能性があった。加工性能を確保するためには、透過ウインドウを定期的に洗浄することが求められるところ、洗浄を行うタイミングを適切に判断するためには、透過ウインドウの汚れを事前に検知することが望まれる。 In addition, if the transmission window becomes dirty, the laser beam is attenuated, possibly degrading the processing performance. In order to ensure the processing performance, it is necessary to clean the transmission window periodically, and in order to appropriately determine the cleaning timing, it is desired to detect contamination of the transmission window in advance.
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、透過ウインドウの汚れに起因した、測定精度及び加工性能の低下を抑制することにある。 The technology disclosed herein has been made in view of this point, and its purpose is to suppress deterioration in measurement accuracy and processing performance due to contamination of the transmission window.
具体的に、本開示の第1の側面は、励起光を生成する励起光生成部と、前記励起光生成部により生成された励起光に基づいてレーザ光を生成するとともに、該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被加工物へ照射するとともに、該被加工物の表面上で2次元走査するレーザ光走査部と、少なくとも前記レーザ光出力部及び前記レーザ光走査部が内部に設けられた筐体と、前記筐体に設けられ、前記レーザ光走査部により2次元走査されたレーザ光が透過する透過ウインドウと、を備えるレーザ加工装置に係る。 Specifically, a first aspect of the present disclosure includes an excitation light generation unit that generates excitation light, and generates laser light based on the excitation light generated by the excitation light generation unit, and emits the laser light. a laser light output unit that irradiates a work piece with the laser light emitted from the laser light output unit, and a laser light scanning unit that two-dimensionally scans the surface of the work piece; and at least the laser light output and a laser beam scanning unit provided therein; and a transmission window provided in the housing through which the laser beam two-dimensionally scanned by the laser beam scanning unit is transmitted. It depends.
そして、本開示の第1の側面によれば、前記レーザ加工装置は、前記筐体の内部に設けられ、前記レーザ加工装置から前記被加工物の表面までの距離を測定するための測距光を、前記レーザ光走査部に向けて出射する測距光出射部と、前記筐体の内部に設けられ、前記測距光出射部から出射されて前記被加工物により反射された測距光を、前記レーザ光走査部を介して受光する測距光受光部と、前記測距光受光部における測距光の受光位置に基づいて、三角測距方式により前記レーザ加工装置から前記被加工物の表面までの距離を測定する距離測定部と、前記測距光受光部において受光される測距光のうち、前記透過ウインドウによる反射光に起因した測距光を特定することにより、前記透過ウインドウにおける汚れを検知する汚れ検知部と、前記汚れ検知部による検知結果を出力する出力部と、を備える。 Further, according to the first aspect of the present disclosure, the laser processing device is provided inside the housing, and includes distance measuring light for measuring a distance from the laser processing device to the surface of the workpiece. a distance measuring light emitting unit that emits toward the laser beam scanning unit; and a distance measuring light emitted from the distance measuring light emitting unit provided inside the housing and reflected by the workpiece. a distance measuring light receiving portion that receives light through the laser beam scanning portion; A distance measuring unit that measures a distance to a surface; A contamination detection unit that detects contamination, and an output unit that outputs a detection result of the contamination detection unit.
この構成によれば、レーザ加工装置が被加工物を加工する場合、レーザ光出力部がレーザ光を出射する。レーザ光出力部から出射されたレーザ光は、レーザ光走査部と透過ウインドウを介して被加工物に照射される。被加工物に照射されるレーザ光を走査することで、この被加工物を加工することができる。 According to this configuration, when the laser processing apparatus processes the workpiece, the laser light output section emits the laser light. The laser light emitted from the laser light output section is applied to the workpiece through the laser light scanning section and the transmission window. The workpiece can be processed by scanning the laser beam irradiated onto the workpiece.
一方、前記の構成によれば、レーザ加工装置から被加工物の表面までの距離を測定する場合、測距光出射部が測距光を出射する。測距光出射部から出射された測距光は、レーザ光走査部と透過ウインドウを介して被加工物に照射される。被加工物に照射された測距光は、被加工物によって反射された後、再び透過ウインドウを通過し、レーザ光走査部へ戻って測距光受光部に至る。この測距光受光部における受光位置に基づいて、距離測定部が被加工物の表面までの距離を測定する。 On the other hand, according to the above configuration, when measuring the distance from the laser processing device to the surface of the workpiece, the distance measuring light emitting section emits the distance measuring light. The distance measuring light emitted from the distance measuring light emitting section is irradiated onto the workpiece through the laser light scanning section and the transmission window. After being reflected by the workpiece, the distance measuring light irradiated to the workpiece passes through the transmission window again, returns to the laser beam scanning section, and reaches the ranging light receiving section. The distance measuring section measures the distance to the surface of the workpiece based on the light receiving position of the distance measuring light receiving section.
ここで、透過ウインドウに汚れが付着していた場合、測距光受光部は、被加工物の表面によって反射された測距光の代わりに、又は、この測距光に加えて、透過ウインドウによって反射された測距光を受光することになる。 Here, if the transmission window is dirty, the range-finding light receiving section receives the distance-measuring light reflected by the surface of the workpiece, instead of or in addition to the range-finding light, by the transmission window. The reflected distance measuring light is received.
ここで、透過ウインドウまでの距離は、被加工物の種別にかかわらず変動しない。したがって、透過ウインドウの汚れに起因した受光位置は、予め推定しておくことができる。 Here, the distance to the transmission window does not change regardless of the type of workpiece. Therefore, the light receiving position caused by the contamination of the transmission window can be estimated in advance.
よって、例えば各受光位置の場所を考慮することで、汚れ検知部は、測距光受光部において受光される測距光のうち、透過ウインドウによる反射光に起因した測距光を特定することができる。そのことで、汚れ検知部は、透過ウインドウにおける汚れを検知することが可能になる。 Therefore, for example, by considering the location of each light receiving position, the dirt detection unit can identify the distance measuring light caused by the light reflected by the transmission window among the distance measuring light received by the distance measuring light receiving unit. can. As a result, the dirt detection section can detect dirt on the transmissive window.
汚れ検知部による検知結果は、出力部により出力される。出力部による出力先としては、ディスプレイ等の表示部としてもよいし、PLC等の制御手段としてもよい。いずれにせよ、汚れ検知部による検知結果を出力することで、使用者に透過ウインドウの交換又は洗浄を促したり、汚れの有無を考慮した処理を実行させたりすることができる。これにより、透過ウインドウの汚れに起因した、測定精度及び加工性能の低下を抑制することが可能になる。 The result of detection by the contamination detection section is output by the output section. The output destination of the output unit may be a display unit such as a display, or may be a control unit such as a PLC. In any case, by outputting the result of detection by the contamination detection unit, it is possible to prompt the user to replace or clean the transmission window, or to execute processing in consideration of the presence or absence of contamination. This makes it possible to suppress deterioration in measurement accuracy and processing performance due to contamination of the transmission window.
また、本開示の第2の側面によれば、前記透過ウインドウは、前記測距光出射部との間の光路長が既知となる基準位置に配置され、前記汚れ検知部は、前記測距光受光部における測距光の受光位置のうち、前記基準位置に対応した受光位置における受光状況に基づいて、前記透過ウインドウにおける汚れを検知する、としてもよい。 Further, according to the second aspect of the present disclosure, the transmissive window is arranged at a reference position where the optical path length between it and the distance measuring light emitting unit is known, and the dirt detection unit detects the distance measuring light Dirt on the transmissive window may be detected based on the state of light reception at a light receiving position corresponding to the reference position among the light receiving positions of the distance measuring light in the light receiving unit.
この構成によれば、基準位置に対応した受光位置における受光状況(例えば、受光量の大小)に基づいて、透過ウインドウにおける汚れを検知することができる。 According to this configuration, dirt on the transmission window can be detected based on the state of light reception (for example, the magnitude of the amount of light received) at the light reception position corresponding to the reference position.
また、本開示の第3の側面によれば、前記測距光受光部は、受光量を検出可能に構成され、前記汚れ検知部は、前記基準位置に対応した受光位置における受光量に基づいて、前記透過ウインドウにおける汚れの程度を検知する、としてもよい。 Further, according to the third aspect of the present disclosure, the distance measuring light receiving section is configured to detect the amount of light received, and the dirt detection section detects the amount of light received at the light receiving position corresponding to the reference position. and detecting the degree of contamination in the transmission window.
この構成によれば、透過ウインドウにおける汚れの程度を、より適切に検知することができる。 According to this configuration, it is possible to more appropriately detect the degree of dirt on the transmission window.
また、本開示の第4の側面によれば、前記汚れ検知部は、前記基準位置に対応した受光位置における受光量と、予め設定されたしきい値とを比較し、前記受光量が前記しきい値を超えた場合は、前記透過ウインドウが汚れていると判定する、としてもよい。 Further, according to the fourth aspect of the present disclosure, the dirt detection unit compares the amount of light received at the light receiving position corresponding to the reference position with a preset threshold value, and the amount of light received is If the threshold value is exceeded, it may be determined that the transmission window is dirty.
この構成によれば、透過ウインドウにおける汚れの程度を、より適切に検知することができる。 According to this configuration, it is possible to more appropriately detect the degree of dirt on the transmission window.
また、本開示の第5の側面によれば、前記レーザ加工装置は、前記出力部と接続され、前記汚れ検知部による検知結果の時間推移を記憶する履歴記憶部を備える、としてもよい。 Further, according to the fifth aspect of the present disclosure, the laser processing apparatus may include a history storage unit that is connected to the output unit and stores time transition of detection results by the dirt detection unit.
この構成によれば、検知結果の時間推移を記憶して、その記憶内容を使用者に提供するこができる。そのことで、使用者は、例えば透過ウインドウを交換又は洗浄するタイミングを把握することができる。これにより、レーザ加工装置の使い勝手が向上する。 According to this configuration, it is possible to store the temporal transition of the detection result and provide the stored contents to the user. This allows the user to know when to replace or clean the transmission window, for example. This improves usability of the laser processing apparatus.
以上説明したように、前記レーザ加工装置によれば、透過ウインドウの汚れに起因した、測定精度及び加工性能の低下を抑制することができる。 As described above, according to the laser processing apparatus, deterioration in measurement accuracy and processing performance due to contamination of the transmission window can be suppressed.
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described based on the drawings. Note that the following description is an example.
すなわち、本明細書では、レーザ加工装置の一例としてのレーザマーカについて説明するが、ここに開示する技術は、レーザ加工装置及びレーザマーカという名称に拘らず、レーザ応用機器一般に適用することができる。 That is, in this specification, a laser marker will be described as an example of a laser processing apparatus, but the technology disclosed herein can be applied to general laser application equipment regardless of the names of laser processing apparatus and laser marker.
また、本明細書においては、加工の代表例として印字加工について説明するが、印字加工に限定されず、画像のマーキング等、レーザ光を使ったあらゆる加工処理において利用することができる。 In this specification, printing processing will be described as a representative example of processing, but the present invention is not limited to printing processing, and can be used in any processing processing using laser light, such as image marking.
<全体構成>
図1は、レーザ加工システムSの全体構成を例示する図であり、図2はレーザ加工システムSにおけるレーザ加工装置Lの概略構成を例示する図である。図1に例示するレーザ加工システムSは、レーザ加工装置Lと、これに接続される操作用端末800及び外部機器900と、を備えている。
<Overall composition>
FIG. 1 is a diagram illustrating the overall configuration of a laser processing system S, and FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a laser processing device L in the laser processing system S. As shown in FIG. A laser processing system S illustrated in FIG. 1 includes a laser processing device L, an
そして、図1及び図2に例示するレーザ加工装置Lは、マーカヘッド1から出射されたレーザ光を、被加工物としてのワークWへ照射するとともに、そのワークWの表面上で3次元走査することによって加工を行うものである。なお、ここでいう「3次元走査」とは、レーザ光の照射先をワークWの表面上で走査する2次元的な動作(いわゆる「2次元走査」)と、レーザ光の焦点位置を調整する1次元的な動作と、の組み合わせを総称した概念を指す。
1 and 2 irradiates a laser beam emitted from the
特に、本実施形態に係るレーザ加工装置Lは、ワークWを加工するためのレーザ光として、1064nm付近の波長を有するレーザ光を出射することができる。この波長は、近赤外線(Near-InfraRed:NIR)の波長域に相当する。そのため、以下の記載では、ワークWを加工するためのレーザ光を「近赤外レーザ光」と呼称して、他のレーザ光と区別する場合がある。なお、近赤外線以外のレーザ光をワークWの加工に用いてもよい。 In particular, the laser processing apparatus L according to this embodiment can emit a laser beam having a wavelength of around 1064 nm as a laser beam for processing the workpiece W. This wavelength corresponds to the near infrared (Near-InfraRed: NIR) wavelength range. Therefore, in the following description, the laser beam for processing the workpiece W may be referred to as "near-infrared laser beam" to distinguish it from other laser beams. Laser beams other than near-infrared rays may be used for processing the workpiece W.
また、本実施形態に係るレーザ加工装置Lは、マーカヘッド1に内蔵された測距ユニット5を介してワークWまでの距離を測定するとともに、その測定結果を利用して近赤外レーザ光の焦点位置を調整することができる。
In addition, the laser processing apparatus L according to the present embodiment measures the distance to the workpiece W via the
図1及び図2に示すように、レーザ加工装置Lは、レーザ光を出射するためのマーカヘッド1と、マーカヘッド1を制御するためのマーカコントローラ100と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2 , the laser processing apparatus L includes a
マーカヘッド1及びマーカコントローラ100は、この実施形態においては別体とされており、電気配線を介して電気的に接続されているとともに、光ファイバーケーブルを介して光学的に結合されている。
The
より一般には、マーカヘッド1及びマーカコントローラ100の一方を他方に組み込んで一体化することもできる。この場合、光ファイバーケーブル等を適宜省略することができる。
More generally, one of the
操作用端末800は、例えば中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)及びメモリを有しており、マーカコントローラ100に接続されている。この操作用端末800は、印字設定など、種々の加工条件を設定するとともに、レーザ加工に関連した情報をユーザに示すための端末として機能する。この操作用端末800は、ユーザに情報を表示するための表示部801と、ユーザによる操作入力を受け付ける操作部802と、種々の情報を記憶するための記憶装置803と、を備えている。
The
具体的に、表示部801は、例えば液晶ディスプレイ又は有機ELパネルにより構成されている。表示部801には、レーザ加工に関連した情報として、レーザ加工装置Lの動作状況および加工条件等が表示される。一方、操作部802は、例えばキーボード及び/又はポインティングデバイスにより構成されている。ここで、ポインティングデバイスには、マウス及び/又はジョイスティック等が含まれる。操作部802は、ユーザによる操作入力を受け付けるように構成されており、マーカコントローラ100を介してマーカヘッド1を操作するために用いられる。
Specifically, the
上記のように構成される操作用端末800は、ユーザによる操作入力に基づいて、レーザ加工における加工条件を設定することができる。この加工条件には、例えば、ワークWに印字されるべき文字列等の内容(マーキングパターン)、レーザ光に求める出力(目標出力)、及び、ワークW上でのレーザ光の走査速度(スキャンスピード)が含まれる。
The
また、本実施形態に係る加工条件には、前述の測距ユニット5に関連した条件及びパラメータ(以下、これを「測距条件」ともいう)も含まれる。そうした測距条件には、例えば、測距ユニット5による検出結果を示す信号と、ワークWの表面までの距離と、を関連付けるデータ等が含まれる。
The processing conditions according to the present embodiment also include the conditions and parameters related to the distance measurement unit 5 (hereinafter also referred to as "distance measurement conditions"). Such distance measurement conditions include, for example, data that associates a signal indicating the detection result by the
操作用端末800により設定される加工条件は、マーカコントローラ100に出力されて、その条件設定記憶部102に記憶される。必要に応じて、操作用端末800における記憶装置803が加工条件を記憶してもよい。
The processing conditions set by the operating
なお、操作用端末800は、例えばマーカコントローラ100に組み込んで一体化することができる。この場合は「操作用端末」ではなく、コントロールユニット等の呼称が用いられることになるが、少なくとも本実施形態においては、操作用端末800とマーカコントローラ100は互いに別体とされている。
Note that the
外部機器900は、必要に応じてレーザ加工装置Lのマーカコントローラ100に接続される。図1に示す例では、外部機器900として、画像認識装置901及びプログラマブルロジックコントローラ(Programmable Logic Controller:PLC)902が設けられている。
The
具体的に、画像認識装置901は、例えばライン上で搬送されるワークWの種別及び位置を判定する。画像認識装置901として、例えばイメージセンサを用いることができる。PLC902は、予め定められたシーケンスに従ってレーザ加工システムSを制御するために用いられる。
Specifically, the
レーザ加工装置Lには、上述した機器や装置以外にも、操作及び制御を行うための装置、その他の各種処理を行うためのコンピュータ、記憶装置、周辺機器等を接続することもできる。この場合の接続は、例えば、IEEE1394、RS-232、RS-422及びUSB等のシリアル接続、又はパラレル接続としてもよい。あるいは、10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T等のネットワークを介して電気的、磁気的、又は光学的な接続を採用することもできる。また、有線接続以外にも、IEEE802等の無線LAN、又は、Bluetooth(登録商標)等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続でもよい。さらに、データの交換や各種設定の保存等を行うための記憶装置に用いる記憶媒体としては、例えば、各種メモリカード、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、ハードディスク等を利用することができる。 In addition to the devices and devices described above, the laser processing device L can also be connected to a device for operation and control, a computer for performing various other processes, a storage device, peripheral devices, and the like. The connection in this case may be serial connection such as IEEE1394, RS-232, RS-422 and USB, or parallel connection, for example. Alternatively, electrical, magnetic, or optical connections can be employed through networks such as 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T, and the like. In addition to the wired connection, a wireless LAN such as IEEE802, or a wireless connection using radio waves such as Bluetooth (registered trademark), infrared rays, optical communication, or the like may be used. Furthermore, various memory cards, magnetic disks, magneto-optical disks, semiconductor memories, hard disks, etc., can be used as storage media used in storage devices for exchanging data and storing various settings.
以下、マーカコントローラ100及びマーカヘッド1それぞれのハード構成に係る説明と、マーカコントローラ100によるマーカヘッド1の制御に係る構成と、について順番に説明をする。
The hardware configurations of the
<マーカコントローラ100>
図2に示すように、マーカコントローラ100は、上述した加工条件を記憶する条件設定記憶部102と、これに記憶されている加工条件に基づいてマーカヘッド1を制御する制御部101と、レーザ励起光(励起光)を生成する励起光生成部110と、を備えている。
<
As shown in FIG. 2, the
(条件設定記憶部102)
条件設定記憶部102は、操作用端末800を介して設定された加工条件を記憶するとともに、必要に応じて、記憶された加工条件を制御部101へと出力するように構成されている。
(Condition setting storage unit 102)
The condition setting
具体的に、条件設定記憶部102は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ハードディスクドライブ(Hard Disk Drive:HDD)等を用いて構成されており、加工条件を示す情報を一時的または継続的に記憶することができる。なお、操作用端末800をマーカコントローラ100に組み込んだ場合には、記憶装置803が条件設定記憶部102を兼用するように構成することができる。
Specifically, the condition setting
(制御部101)
制御部101は、条件設定記憶部102に記憶された加工条件に基づいて、少なくとも、マーカコントローラ100における励起光生成部110、並びに、マーカヘッド1におけるレーザ光出力部2、レーザ光案内部3、レーザ光走査部4及び測距ユニット5を制御することにより、ワークWの印字加工等を実行する。
(control unit 101)
Based on the processing conditions stored in the condition setting
具体的に、制御部101は、CPU、メモリ、入出力バスを有しており、操作用端末800を介して入力された情報を示す信号、及び、条件設定記憶部102から読み込んだ加工条件を示す信号に基づいて制御信号を生成する。制御部101は、そうして生成した制御信号をレーザ加工装置Lの各部へと出力することにより、ワークWに対する印字加工、及び、ワークWまでの距離の測定を制御する。
Specifically, the
例えば制御部101は、ワークWの加工を開始するときには、条件設定記憶部102に記憶された目標出力を読み込んで、その目標出力に基づき生成した制御信号を励起光源駆動部112へと出力し、レーザ励起光の生成を制御する。
For example, when starting machining of the workpiece W, the
(励起光生成部110)
励起光生成部110は、駆動電流に応じたレーザ光を生成する励起光源111と、その励起光源111に駆動電流を供給する励起光源駆動部112と、励起光源111に対して光学的に結合された励起光集光部113と、を備えている。励起光源111と励起光集光部113は、不図示の励起ケーシング内に固定されている。詳細は省略するが、この励起ケーシングは、熱伝導性に優れた銅等の金属で構成されており、励起光源111から効率よく放熱させることができる。
(Excitation light generator 110)
The excitation light generation unit 110 is optically coupled to the
以下、励起光生成部110の各部について順番に説明する。 Each part of the excitation light generator 110 will be described in order below.
励起光源駆動部112は、制御部101から出力された制御信号に基づいて、励起光源111へ駆動電流を供給する。詳細は省略するが、励起光源駆動部112は、制御部101が決定した目標出力に基づいて駆動電流を決定し、そうして決定した駆動電流を励起光源111へ供給する。
The excitation light
励起光源111は、励起光源駆動部112から駆動電流が供給されるとともに、その駆動電流に応じたレーザ光を発振する。例えば、励起光源111は、レーザダイオード(Laser Diode:LD)等で構成されており、複数のLD素子を直線状に並べたLDアレイやLDバーを用いることができる。励起光源111としてLDアレイやLDバーを用いた場合、各素子から発振されるレーザ光は、ライン状に出力されて励起光集光部113に入射する。
The
励起光集光部113は、励起光源111から出力されたレーザ光を集光するとともに、レーザ励起光(励起光)として出力する。例えば、励起光集光部113は、フォーカシングレンズ等で構成されており、レーザ光が入射する入射面と、レーザ励起光を出力する出射面と、を有している。励起光集光部113は、マーカヘッド1に対し、前述の光ファイバーケーブルを介して光学的に結合されている。よって、励起光集光部113から出力されたレーザ励起光は、その光ファイバーケーブルを介してマーカヘッド1へ導かれることになる。
The
なお、励起光生成部110は、励起光源駆動部112、励起光源111及び励起光集光部113を予め組み込んだLDユニット或いはLDモジュールとすることができる。また、励起光生成部110から出射される励起光(具体的には、励起光集光部113から出力されるレーザ励起光)は、無偏光とすることができ、これにより偏光状態の変化を考慮する必要がなく、設計上有利となる。特に、励起光源111周辺の構成については、複数のLD素子を数十個配列したLDアレイから各々得られる光を光ファイバーでバンドルして出力するLDユニット自体に、出力光を無偏光とする機構を備えることが好ましい。
The excitation light generator 110 can be an LD unit or an LD module in which the excitation
(他の構成要素)
マーカコントローラ100はまた、測距ユニット5を介してワークWまでの距離を測定する距離測定部103を有している。距離測定部103は、測距ユニット5と電気的に接続されており、測距ユニット5による測定結果に関連した信号(少なくとも、測距光受光部5Bによる測距光の受光位置を示す信号)を受信可能とされている。
(other components)
The
なお、測距ユニット5から出力される信号は、基本的には、ワークWの表面までの距離に対応している。しかしながら、例えば透過ウインドウ19が汚れていた場合には、ワークWの表面までの距離に対応する信号に加えて、透過ウインドウ19の表面までの距離に対応した信号が検出される場合がある。なお、ここでいう透過ウインドウ19とは、マーカヘッド1の内部にて生成・増幅された近赤外レーザ光を外部へ出射するための窓部を指す。
The signal output from the
そこで、本実施形態に係るマーカコントローラ100は、透過ウインドウ19における汚れを検知するための汚れ検知部104を備えている。汚れ検知部104による検知結果は、出力部105を介して距離測定部103、操作用端末800、及び/又は、外部機器900へ出力することができる。
Therefore, the
本実施形態に係る距離測定部103は、そうした汚れ検知部104を介して測距ユニット5と接続されるようになっている。
The
なお、距離測定部103、汚れ検知部104及び出力部105は、制御部101によって構成してもよい。例えば、制御部101に距離測定部103を兼用させてもよい。或いは、距離測定部103が、汚れ検知部104及び/又は出力部105を兼用してもよい。
Note that the
距離測定部103、汚れ検知部104及び出力部105の詳細は後述する。
Details of the
<マーカヘッド1>
前述のように、励起光生成部110により生成されたレーザ励起光は、光ファイバーケーブルを介してマーカヘッド1へ導かれる。このマーカヘッド1は、レーザ励起光に基づいてレーザ光を増幅・生成して出力するレーザ光出力部2と、レーザ光出力部2から出力されたレーザ光をワークWの表面へ照射して2次元走査を行うレーザ光走査部4と、レーザ光出力部2からレーザ光走査部4へ至る光路を構成するレーザ光案内部3と、レーザ光走査部4を介して投光及び受光した測距光に基づいてワークWの表面までの距離を測定するための測距ユニット5と、を備えている。
<
As described above, the laser excitation light generated by the excitation light generator 110 is guided to the
ここで、本実施形態に係るレーザ光案内部3は、単に光路を構成するばかりでなく、レーザ光の焦点位置を調整するZスキャナ(焦点調整部)33、及び、ガイド光を出射するガイド光源(ガイド光出射部)36など、複数の部材が組み合わされてなる。
Here, the laser
また、レーザ光案内部3はさらに、レーザ光出力部2から出力される近赤外レーザ光とガイド光源36から出射されるガイド光を合流せしめる上流側合流機構31と、レーザ光走査部4へ導かれるレーザ光と測距ユニット5から投光される測距光を合流せしめる下流側合流機構35と、を有している。
In addition, the laser
図3A~図3Bはマーカヘッド1の概略構成を例示するブロック図であり、図4はマーカヘッド1の外観を例示する斜視図である。図3A~図3Bのうち、図3Aは近赤外レーザ光を用いてワークWを加工する場合を例示し、図3Bは測距ユニット5を用いてワークWの表面までの距離を測定する場合を例示している。
3A and 3B are block diagrams illustrating the schematic configuration of the
図3A~図4に例示するように、マーカヘッド1は、少なくともレーザ光出力部2、レーザ光案内部3、レーザ光走査部4及び測距ユニット5が内部に設けられた筐体10を備えている。この筐体10は、図4に示すような略直方状の外形を有している。筐体10の下面は、板状の底板10aによって区画されている。この底板10aには、マーカヘッド1から、該マーカヘッド1の外部にレーザ光を出射するための透過ウインドウ19が設けられている。透過ウインドウ19は、底板10aを板厚方向に貫く貫通孔に対し、近赤外レーザ光、ガイド光及び測距光を透過可能な板状の部材を嵌め込むことによって構成されている。
As illustrated in FIGS. 3A to 4, the
なお、以下の記載では、図4における筐体10の長手方向を単に「長手方向」又は「前後方向」と呼称したり、同図における筐体10の短手方向を単に「短手方向」又は「左右方向」と呼称したりする場合がある。同様に、図4における筐体10の高さ方向を単に「高さ方向」又は「上下方向」と呼称する場合もある。
In the description below, the longitudinal direction of the
図5は、レーザ光走査部4の構成を例示する斜視図である。また、図6はレーザ光案内部3、レーザ光走査部4及び測距ユニット5の構成を例示する断面図であり、図7はレーザ光案内部3、レーザ光走査部4及び測距ユニット5を結ぶ光路を例示する断面図であり、図8はレーザ光案内部3、レーザ光走査部4及び測距ユニット5を結ぶ光路を例示する斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view illustrating the configuration of the laser
図5~図6に例示するように、筐体10の内部には仕切部11が設けられている。筐体10の内部空間は、この仕切部11によって長手方向の一側と他側に仕切られている。
As illustrated in FIGS. 5 and 6, a
具体的に、仕切部11は、筐体10の長手方向に対して垂直な方向に延びる平板状に形成されている。また、仕切部11は、筐体10の長手方向においては、同方向における筐体10の中央部に比して、長手方向一側(図4における前側)に寄せた配置とされている。
Specifically, the
よって、筐体10内の長手方向一側に仕切られるスペースは、長手方向他側(図4における後側)に仕切られるスペースよりも、長手方向の寸法が短くなっている。以下、筐体10内の長手方向他側に仕切られるスペースを第1スペースS1と呼称する一方、その長手方向一側に仕切られるスペースを第2スペースS2と呼称する。
Therefore, the space partitioned on one longitudinal side in the
この実施形態では、第1スペースS1の内部には、レーザ光出力部2と、レーザ光案内部3における一部の部品と、レーザ光走査部4と、測距ユニット5が配置されている。一方、第2スペースS2の内部には、レーザ光案内部3における主要な部品が配置されている。
In this embodiment, the laser
詳しくは、第1スペースS1は、略平板状のベースプレート12によって、短手方向の一側(図4の左側)の空間と、他側(図4の右側)の空間と、に仕切られている。前者の空間には、主に、レーザ光出力部2を構成する部品が配置されている。
Specifically, the first space S1 is partitioned into a space on one side in the short direction (left side in FIG. 4) and a space on the other side (right side in FIG. 4) by a substantially
さらに詳しくは、レーザ光出力部2を構成する部品のうち、光学レンズや光学結晶など、可能な限り気密状に密閉することが求められる光学部品21については、第1スペースS1における短手方向一側の空間において、ベースプレート12等によって包囲された収容空間の内部に配置されている。
More specifically, among the parts that make up the laser
対して、レーザ光出力部2を構成する部品のうち、電気配線や、図5に示すヒートシンク22など、必ずしも密閉することが求められない部品については、光学部品21に対し、ベースプレート12を挟んで反対側(第1スペースS1における短手方向他側)に配置されている。
On the other hand, among the parts that make up the laser
また、図5及び図6に例示するように、レーザ光走査部4は、レーザ光出力部2における光学部品21と同様に、ベースプレート12を挟んで短手方向の一側に配置することができる。具体的に、この実施形態に係るレーザ光走査部4は、長手方向においては前述の仕切部11に隣接するとともに、上下方向においては筐体10の内底面に沿って配置されている。
Further, as illustrated in FIGS. 5 and 6, the laser
また、図6に示すように、測距ユニット5は、レーザ光出力部2におけるヒートシンク22と同様に、第1スペースS1における短手方向他側の空間に配置されている。
Further, as shown in FIG. 6, the
また、レーザ光案内部3を構成する部品は、主に第2スペースS2に配置されている。この実施形態では、レーザ光案内部3を構成する大部分の部品は、仕切部11と、筐体10の前面を区画するカバー部材17と、により包囲された空間に収容されている。
Also, the components that make up the laser
なお、レーザ光案内部3を構成する部品のうち、下流側合流機構35については、第1スペースS1における仕切部11付近の部位に配置されている(図5を参照)。すなわち、この実施形態では、下流側合流機構35は、第1スペースS1と第2スペースS2との境界付近に位置することになる。
Note that, among the components that configure the laser
またベースプレート12には、該ベースプレート12を板厚方向に貫通する貫通孔(不図示)が形成されている。この貫通孔を通じて、レーザ光案内部3及びレーザ光走査部4と、測距ユニット5とが光学的に結合されることになる。
A through hole (not shown) is formed in the
以下、レーザ光出力部2、レーザ光案内部3、レーザ光走査部4及び測距ユニット5の構成について順番に説明をする。
The configurations of the laser
(レーザ光出力部2)
レーザ光出力部2は、励起光生成部110により生成されたレーザ励起光に基づいて印字加工用の近赤外レーザ光を生成するとともに、その近赤外レーザ光をレーザ光案内部3へと出力するように構成されている。
(Laser light output unit 2)
The laser
具体的に、レーザ光出力部2は、レーザ励起光に基づき所定の波長を有するレーザ光を生成するとともに、これを増幅して近赤外レーザ光を出射するレーザ発振器21aと、レーザ発振器21aから発振された近赤外レーザ光の一部を分離させるためのビームサンプラー21bと、ビームサンプラー21bによって分離せしめた近赤外レーザ光が入射するパワーモニタ21cと、を備えている。
Specifically, the laser
詳細は省略するが、本実施形態に係るレーザ発振器21aは、レーザ励起光に対応した誘導放出を行ってレーザ光を出射するレーザ媒質と、レーザ媒質から出射されるレーザ光をパルス発振するためのQスイッチと、Qスイッチによりパルス発振されたレーザ光を共振させるミラーと、を有している。
Although the details are omitted, the
特に本実施形態では、レーザ媒質としてロッド状のNd:YVO4(イットリウム・バナデイト)が用いられている。これにより、レーザ発振器21aは、レーザ光として、1064nm付近の波長を有するレーザ光(前述の近赤外レーザ光)を出射することができる。ただし、この例に限らず、他のレーザ媒質として、例えば希土類をドープしたYAG、YLF、GdVO4等を用いることもできる。レーザ加工装置Lの用途に応じて、様々な固体レーザ媒質を用いることができる。
Particularly in this embodiment, rod-shaped Nd:YVO 4 (yttrium vanadate) is used as the laser medium. As a result, the
また、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザ光の波長を任意の波長に変換することもできる。また、固体レーザ媒質としてバルクに代わってファイバーを発振器として利用した、いわゆるファイバーレーザを利用してもよい。 Also, a wavelength conversion element can be combined with the solid-state laser medium to convert the wavelength of the output laser light to an arbitrary wavelength. A so-called fiber laser, which uses a fiber as an oscillator instead of a bulk as a solid-state laser medium, may also be used.
さらには、Nd:YVO4等の固体レーザ媒質と、ファイバーとを組み合わせてレーザ発振器21aを構成してもよい。その場合、固体レーザ媒質を用いたときのように、パルス幅の短いレーザを出射してワークWへの熱ダメージを抑制する一方で、ファイバーを用いたときのように、高出力化を実現してより早い印字加工を実現することが可能となる。
Further, the
パワーモニタ21cは、近赤外レーザ光の出力を検出する。パワーモニタ21cは、マーカコントローラ100と電気的に接続されており、その検出信号を制御部101等へ出力することができる。
The power monitor 21c detects the output of near-infrared laser light. The power monitor 21c is electrically connected to the
(レーザ光案内部3)
レーザ光案内部3は、レーザ光出力部2から出射された近赤外レーザ光をレーザ光走査部4へと案内する光路Pを成す。レーザ光案内部3は、そうした光路Pを形成するためのベンドミラー34に加えて、Zスキャナ(焦点調整部)33及びガイド光源(ガイド光出射部)36等を備えている。これらの部品は、いずれも筐体10の内部(主に第2スペースS2)に設けられている。
(Laser beam guide part 3)
The laser
レーザ光出力部2から入射した近赤外レーザ光は、ベンドミラー34によって反射され、レーザ光案内部3を通過する。ベンドミラー34へ至る途中には、近赤外レーザ光の焦点位置を調整するためのZスキャナ33が配置されている。Zスキャナ33を通過してベンドミラー34によって反射された近赤外レーザ光が、レーザ光走査部4に入射することになる。
The near-infrared laser light incident from the laser
レーザ光案内部3により構成される光路Pは、焦点調整部としてのZスキャナ33を境として2分することができる。詳しくは、レーザ光案内部3により構成される光路Pは、レーザ光出力部2からZスキャナ33へ至る上流側光路Puと、Zスキャナ33からレーザ光走査部4へ至る下流側光路Pdと、に区分することができる。
The optical path P formed by the laser
さらに詳しくは、上流側光路Puは、筐体10の内部に設けられており、レーザ光出力部2から、前述の上流側合流機構31を経由してZスキャナ33に至る。
More specifically, the upstream optical path Pu is provided inside the
一方、下流側光路Pdは、筐体10の内部に設けられており、Zスキャナ33から、ベンドミラー34と、前述の下流側合流機構35と、を順番に経由してレーザ光走査部4における第1スキャナ41に至る。
On the other hand, the downstream optical path Pd is provided inside the
このように、筐体10の内部においては、上流側光路Puの途中に上流側合流機構31が設けられているとともに、下流側光路Pdの途中に下流側合流機構35が設けられている。
As described above, inside the
以下、レーザ光案内部3に関連した構成について順番に説明をする。
Hereinafter, configurations related to the laser
-ガイド光源36-
ガイド光源36は、筐体10内部の第2スペースS2に設けられており、所定の加工パターンをワークWの表面上に投影するためのガイド光を出射する。このガイド光の波長は、可視光域に収まるように設定されている。その一例として、本実施形態に係るガイド光源36は、ガイド光として、655nm付近の波長を有する赤色レーザ光を出射する。よって、マーカヘッド1からガイド光が出射されると、使用者は、そのガイド光を視認することできる。
- Guide light source 36 -
The guide light source 36 is provided in the second space S<b>2 inside the
なお、本実施形態では、ガイド光の波長は、少なくとも近赤外レーザ光の波長と相違するように設定されている。また後述のように、測距ユニット5における測距光出射部5Aは、ガイド光及び近赤外レーザ光とは異なる波長を有する測距光を出射する。よって、測距光と、ガイド光と、レーザ光と、は互いに異なる波長を有するようになっている。
In addition, in this embodiment, the wavelength of the guide light is set so as to be at least different from the wavelength of the near-infrared laser light. Further, as will be described later, the distance measuring
具体的に、ガイド光源36は、第2スペースS2において上流側合流機構31と略同じ高さに配置されており、筐体10の短手方向の内側に向かって可視光レーザ(ガイド光)を出射することができる。ガイド光源36はまた、該ガイド光源36から出射されるガイド光の光軸と、上流側合流機構31と、が交わるような姿勢とされている。
Specifically, the guide light source 36 is arranged at substantially the same height as the
なお、ここでいう「略同じ高さ」とは、筐体10の下面をなす底板10aから見て、高さ位置が実質的に等しいことを指す。他の記載においても、底板10aから見た高さを指す。
The term “substantially the same height” as used herein means that the height positions are substantially equal when viewed from the
よって、例えば近赤外レーザ光による加工パターンを使用者に視認させるべく、ガイド光源36からガイド光が出射されると、そのガイド光は、上流側合流機構31へ至る。上流側合流機構31は、光学部品としてのダイクロイックミラー(不図示)を有している。後述のように、このダイクロイックミラーは、ガイド光を透過させつつも、近赤外レーザ光を反射させる。これにより、ダイクロイックミラーを透過したガイド光と、同ミラーにより反射された近赤外レーザ光とが合流して同軸になる。
Therefore, when guide light is emitted from the guide light source 36 in order to allow the user to visually recognize the pattern processed by the near-infrared laser light, the guide light reaches the
なお、本実施形態に係るガイド光源36は、制御部101から出力された制御信号に基づいて、ガイド光を出射するように構成されている。
The guide light source 36 according to this embodiment is configured to emit guide light based on the control signal output from the
-上流側合流機構31-
上流側合流機構31は、ガイド光出射部としてのガイド光源36から出射されたガイド光を、上流側光路Puに合流させる。上流側合流機構31を設けることで、ガイド光源36から出射されたガイド光と、上流側光路Puにおける近赤外レーザ光と、を同軸にすることができる。
-Upstream merging mechanism 31-
The
前述のように、ガイド光の波長は、少なくとも近赤外レーザ光の波長と相違するように設定されている。そのため、上流側合流機構31は、前述のように、例えばダイクロイックミラーを用いて構成することができる。このダイクロイックミラーによって同軸化された近赤外レーザ光及びガイド光は、下方に向かって伝搬し、Zスキャナ33を通過してベンドミラー34へ至る。
As described above, the wavelength of the guide light is set to be at least different from the wavelength of the near-infrared laser light. Therefore, the
-Zスキャナ33-
焦点調整部としてのZスキャナ33は、上流側合流機構31とベンドミラー34との間に配置されており、レーザ光出力部2から出射された近赤外レーザ光の焦点位置を調整することができる。焦点調整部としてのZスキャナ33は、近赤外レーザ光を上下方向に走査するための手段として機能する。
-Z Scanner 33-
なお、Zスキャナ33を通過する近赤外レーザ光は、前述のように、ガイド光源36から出射されるガイド光と同軸とされている。そのため、Zスキャナ33を作動させることにより、近赤外レーザ光ばかりでなく、ガイド光の焦点位置も併せて調整することができる。
The near-infrared laser light passing through the
なお、本実施形態に係るZスキャナ33は、ガイド光源36と同様に、制御部101から出力された制御信号に基づいて作動するように構成されている。
Note that the
-ベンドミラー34-
ベンドミラー34は、下流側光路Pdの途中に設けられており、該光路Pdを折り曲げて後方に指向させるように配置されている。図6に示すように、ベンドミラー34は、下流側合流機構35におけるダイクロイックミラー35aと略同じ高さに配置されており、Zスキャナ33を通過した近赤外レーザ光及びガイド光を反射することができる。
-Bend mirror 34-
The
ベンドミラー34によって反射された近赤外レーザ光及びガイド光は、後方に向かって伝搬し、下流側合流機構35を通過してレーザ光走査部(具体的には第1スキャナ41)へ至る。
The near-infrared laser light and the guide light reflected by the
-下流側合流機構35-
下流側合流機構35は、測距ユニット5における測距光出射部5Aから出射された測距光を、前述の下流側光路Pdに合流させることによりレーザ光走査部4を介してワークWへ導く。加えて、下流側合流機構35は、ワークWにより反射されてレーザ光走査部4及び下流側光路Pdの順に戻る測距光を、測距ユニット5における測距光受光部5Bへ導く。
- Downstream merging mechanism 35 -
The
下流側合流機構35を設けることで、測距光出射部5Aから出射された測距光と、下流側光路Pdにおける近赤外レーザ光及びガイド光と、を同軸にすることができる。それと同時に、下流側合流機構35を設けることで、マーカヘッド1から出射されてワークWにより反射された測距光のうち、マーカヘッド1に入射した測距光を測距光受光部5Bまで導くことができる。
By providing the
前述のように、測距光の波長は、近赤外レーザ光及びガイド光の波長と相違するように設定されている。そのため、下流側合流機構35は、上流側合流機構31と同様に、例えばダイクロイックミラーを用いて構成することができる。
As described above, the wavelength of the ranging light is set to be different from the wavelengths of the near-infrared laser light and guide light. Therefore, the
具体的に、本実施形態に係る下流側合流機構35は、測距光及びガイド光の一方を透過させ、他方を反射するダイクロイックミラー35aを有している(図6及び図7を参照)。より詳細には、ダイクロイックミラー35aは、ベンドミラー34と略同じ高さ位置で、かつベンドミラー34の後方に配置されており、筐体10内の短手方向の左側のスペースに配置される。
Specifically, the downstream joining
ダイクロイックミラー35aはまた、図6等に示すように、その一方側の鏡面をベンドミラー34に向け、かつ他方側の鏡面をベースプレート12に向けた姿勢で固定されている。よって、ダイクロイックミラー35aにおける一方側の鏡面には近赤外レーザ光及びガイド光が入射する一方、他方側の鏡面には測距光が入射することになる。
The
そして、本実施形態に係るダイクロイックミラー35aは、測距光を反射し、かつ近赤外レーザ光とガイド光とを透過させることができる。これにより、例えば測距ユニット5から出射された測距光がダイクロイックミラー35aに入射したときには、その測距光を下流側光路Pdに合流させ、近赤外レーザ光及びガイド光と同軸にすることができる。そうして同軸化された近赤外レーザ光、ガイド光及び測距光は、図3A~図3Bに示すように第1スキャナ41へ至る。
The
一方、ワークWにより反射された測距光は、レーザ光走査部4へ戻ることにより下流側光路Pdに至る。下流側光路Pへ戻った測距光は、下流側合流機構35におけるダイクロイックミラー35aにより反射されて測距ユニット5に至る。
On the other hand, the distance measuring light reflected by the workpiece W returns to the laser
なお、測距ユニット5からダイクロイックミラー35aに入射する測距光、及び、ダイクロイックミラー35aにより反射されて測距ユニット5に入射する測距光は、図7に示すように、双方とも、筐体10を平面視したときの左右方向(筐体10の短手方向)に沿って伝搬するようになっている。
As shown in FIG. 7, the distance measuring light incident on the
(レーザ光走査部4)
図3Aに示すように、レーザ光走査部4は、レーザ光出力部2から出射されてレーザ光案内部3により案内されたレーザ光(近赤外レーザ光)をワークWへ照射するとともに、そのワークWの表面上で2次元走査するように構成されている。
(Laser beam scanning unit 4)
As shown in FIG. 3A, the laser
図5に示す例では、レーザ光走査部4は、いわゆる2軸式のガルバノスキャナとして構成されている。すなわち、このレーザ光走査部4は、レーザ光案内部3から入射した近赤外レーザ光を第1方向に走査するための第1スキャナ41と、第1スキャナ41により走査された近赤外レーザ光を第2方向に走査するための第2スキャナ42と、を有している。
In the example shown in FIG. 5, the laser
ここで、第2方向は、第1方向に対して略直交する方向を指す。よって、第2スキャナ42は、第1スキャナ41に対して略直交する方向に近赤外レーザ光を走査することができる。本実施形態では、第1方向は前後方向(筐体10の長手方向)に等しく、第2方向は左右方向(筐体10の短手方向)に等しい。
Here, the second direction refers to a direction substantially orthogonal to the first direction. Therefore, the
第1スキャナ41は、その先端に第1ミラー41aを有している。第1ミラー41aは、ベンドミラー34及びダイクロイックミラー35aと略同じ高さ位置で、かつダイクロイックミラー35aの後方に配置されている。よって、図5に示すように、ベンドミラー34と、ダイクロイックミラー35aと、第1ミラー41aは、前後方向(筐体10の長手方向)に沿って一列に並ぶようになっている。
The
第1ミラー41aはまた、第1スキャナ41に内蔵されたモータ(不図示)によって回転駆動される。このモータは、上下方向に延びる回転軸まわりに第1ミラー41aを回転させることができる。第1ミラー41aの回転姿勢を調整することで、第1ミラー41aによる近赤外レーザ光の反射角を調整することができる。
The
同様に、第2スキャナ42は、その先端に第2ミラー42aを有している。第2ミラー42aは、第1スキャナ41における第1ミラー41aと略同じ高さ位置でかつ、この第1ミラー41aの右方に配置されている。よって、図6に示すように、第1ミラー41aと、第2ミラー42aは、左右方向(筐体10の短手方向)に沿って並ぶようになっている。
Similarly, the
第2ミラー42aはまた、第2スキャナ42に内蔵されたモータ(不図示)によって回転駆動される。このモータは、前後方向に延びる回転軸まわりに第2ミラー42aを回転させることができる。第2ミラー42aの回転姿勢を調整することで、第2ミラー42aによる近赤外レーザ光の反射角を調整することができる。
The
よって、下流側合流機構35からレーザ光走査部4へ近赤外レーザ光が入射すると、その近赤外レーザ光は、第1スキャナ41における第1ミラー41aと、第2スキャナ42における第2ミラー42aとによって順番に反射され、透過ウインドウ19を介してマーカヘッド1の外部へ出射することになる。
Therefore, when the near-infrared laser light is incident on the laser
そのときに、第1スキャナ41のモータを作動させて第1ミラー41aの回転姿勢を調整することで、ワークWの表面上で近赤外レーザ光を第1方向に走査することが可能となる。それと同時に、第2スキャナ42のモータを作動させて第2ミラー42aの回転姿勢を調整することで、ワークWの表面上で近赤外レーザ光を第2方向に走査することが可能になる。
At this time, by operating the motor of the
また前述のように、レーザ光走査部4には、近赤外レーザ光ばかりでなく、下流側合流機構35のダイクロイックミラー35aを通過したガイド光、又は、同ミラー35aによって反射された測距光も入射することになる。本実施形態に係るレーザ光走査部4は、第1スキャナ41及び第2スキャナ42をそれぞれ作動させることで、そうして入射したガイド光又は測距光を2次元走査することができる。
As described above, the laser
なお、第1ミラー41a及び第2ミラー42aが取り得る回転姿勢は、基本的には、第2ミラー42aによって近赤外レーザ光が反射されたときに、その反射光が透過ウインドウ19を通過するような範囲内に設定される(図7~図8も参照)。
In addition, the rotational postures that the
(透過ウインドウ19)
図9は、透過ウインドウ19の構成を例示する図である。同図に示すように、透過ウインドウ19は、2枚の窓部から構成されている。本実施形態に係る透過ウインドウ19は、筐体10に設けられているとともに、レーザ光走査部4により2次元走査された近赤外レーザ光、ガイド光及び測距光が透過するように構成されている。
(Transparent window 19)
FIG. 9 is a diagram illustrating the configuration of the
具体的に、透過ウインドウ19は、筐体10の外側に配置される第1ウインドウ19aと、筐体10の内側に配置される第2ウインドウ19bと、を有する。 このうち、第2ウインドウ19bは、筐体10の底板10aに対して固定されており、第2ミラー42aによって反射された近赤外レーザ光等を透過させる。
Specifically, the
一方、第1ウインドウ19aは、筐体10の底板10aに対して取り外し可能に取り付けられており、第2ウインドウ19bを透過した近赤外レーザ光等を再度透過させる。
On the other hand, the
第1ウインドウ19aと第2ウインドウ19bを組み合わせて用いることで、筐体10の内部を密閉する上で有利になる。また、第1ウインドウ19aは、第2ウインドウ19bに比して外気に接触し易いところ、これを取り外し可能に構成することで、マーカヘッド1、ひいてはレーザ加工装置Lのメンテナンス性が向上する。
Using the
なお、透過ウインドウ19は、測距光出射部5Aとの間の光路長が既知となる基準位置に配置されるようになっている。特に本実施形態では、第1ウインドウ19aと、測距光源51とを結ぶ光路の光路の光路長が既知とされている。
The
(測距ユニット5)
図3Bに示すように、測距ユニット5は、レーザ光走査部4を介して測距光を投光し、これをワークWの表面に照射する。測距ユニット5はまた、ワークWの表面により反射された測距光を、レーザ光走査部4を介して受光する。
(Range measurement unit 5)
As shown in FIG. 3B, the
測距ユニット5は、主に、測距光を投光するためのモジュールと、測距光を受光するためのモジュールと、に大別される。具体的に、測距ユニット5は、筐体10の内部に設けられ、レーザ加工装置Lにおけるマーカヘッド1からワークWの表面までの距離を測定するための測距光を、レーザ光走査部4に向けて出射する測距光出射部5Aと、筐体10の内部に設けられ、測距光出射部5Aから出射されてワークWにより反射された測距光を、レーザ光走査部4を介して受光する測距光受光部5Bと、を備えている。また、測距ユニット5はさらに、測距光出射部5A及び測距光受光部5Bを下方から支持する支持台50を備えており、この支持台50を介して筐体10の内部に固定されている。
The
前述のように、測距ユニット5は、第1スペースS1における短手方向他側の空間に設けられている。図7に示すように、測距ユニット5は、筐体10の長手方向に沿って前方に測距光を出射するとともに、同長手方向に沿って略後方に伝搬する測距光を受光する。
As described above, the
また、測距ユニット5は、前述のダイクロイックミラー35aを介してレーザ光案内部3と光学的に結合される。前述のように、測距ユニット5は、筐体10の長手方向に沿って測距光を投光する。それに対し、ダイクロイックミラー35aは、筐体10の長手方向ではなく、その短手方向に沿って伝搬した測距光を反射するようになっている。
Further, the
そこで、測距ユニット5とダイクロイックミラー35aを結ぶ光路を構成するべく、筐体10の内部にはベンドミラー59が設けられている(図6及び図7を参照)。
Therefore, a
よって、測距光出射部5Aからベンドミラー59に入射した測距光は、同ミラー59によって反射されてダイクロイックミラー35aに入射する。一方、レーザ光走査部4に戻ってダイクロイックミラー35aによって反射された測距光は、ベンドミラー59に入射するとともに、同ミラー59によって反射されて測距光受光部5Bに入射する。
Therefore, the distance measuring light incident on the
以下、測距ユニット5を成す各部の構成について、順番に説明をする。
The configuration of each part forming the
-測距光出射部5A-
測距光出射部5Aは、筐体10の内部に設けられており、レーザ加工装置Lにおけるマーカヘッド1から、ワークWの表面までの距離を測定するための測距光を出射するよう構成されている。
-Ranging
The distance measuring
具体的に、測距光出射部5Aは、前述の測距光源51及び投光レンズ52と、これらを収容するケーシング53と、投光レンズ52によって集光された測距光を案内する一対のガイドプレート54L、54Rと、を有している。測距光源51、投光レンズ52及びガイドプレート54L、54Rは筐体10の後側から順番に並んでおり、それらの並び方向は、筐体10の長手方向と実質的に等しい。
Specifically, the distance measuring
ケーシング53は、筐体10及び支持台50の長手方向に沿って延びる筒状に形成されており、同方向における一側、すなわち筐体10の後側に対応する一端部には測距光源51が取り付けられている一方、筐体10の前側に対応する他端部には投光レンズ52が取り付けられている。測距光源51と投光レンズ52との間の空間は、略気密状に密閉されている。
The
測距光源51は、制御部101から入力された制御信号にしたがって、筐体10の前側に向かって測距光を出射する。詳しくは、測距光源51は、測距光として、可視光域にあるレーザ光を出射することができる。特に、本実施形態に係る測距光源51は、測距光として、690nm付近の波長を有する赤色レーザ光を出射する。
The distance measuring
測距光源51はまた、測距光として出射される赤色レーザ光の光軸Aoが、ケーシング53の長手方向に沿うような姿勢で固定されている。よって、測距光の光軸Aoは、筐体10及び支持台50の長手方向に沿うこととなり、投光レンズ52の中央部を通過してケーシング53の外部に至る。
The distance measuring
投光レンズ52は、支持台50の長手方向においては、測距光受光部5Bにおける一対の受光素子56L、56Rと、受光レンズ57と、の間に位置している。投光レンズ52は、測距光の光軸Aoが通過するような姿勢とされている。
The
投光レンズ52は、例えば平凸レンズとすることができ、球面状の凸面をケーシング53の外部に向けた姿勢で固定することができる。投光レンズ52は、測距光源51から出射された測距光を集光し、ケーシング53の外部に出射する。ケーシング53の外部に出射された測距光は、ガイドプレート54L、54Rに至る。
The
ガイドプレート54L、54Rは、支持台50の短手方向に並んだ一対の部材として構成されており、それぞれ、支持台50の長手方向に延びる板状体とすることができる。一方のガイドプレート54Lと、他方のガイドプレート54Rとの間には、測距光を出射するためのスペースが区画される。ケーシング53の外部に出射された測距光は、そうして区画されたスペースを通過して出力される。
The
よって、測距光源51から出射された測距光は、ケーシング53内部の空間、投光レンズ52の中央部、ガイドプレート54L、54Rの間のスペースを通過して、測距ユニット5の外部に出力される。そうして出力された測距光は、ベンドミラー59と、下流側合流機構35におけるダイクロイックミラー35aと、によって反射されて、レーザ光走査部4に入射する。
Therefore, the distance measuring light emitted from the distance measuring
レーザ光走査部4に入射した測距光は、第1スキャナ41の第1ミラー41aと、第2スキャナ42の第2ミラー42aと、によって順番に反射され、透過ウインドウ19からマーカヘッド1の外部へ出射することになる。
The distance measuring light incident on the laser
レーザ光走査部4の説明に際して記載したように、第1スキャナ41の第1ミラー41aの回転姿勢を調整することで、ワークWの表面上で測距光を第1方向に走査することできる。それと同時に、第2スキャナ42のモータを作動させて第2ミラー42aの回転姿勢を調整することで、ワークWの表面上で測距光を第2方向に走査することが可能になる。
As described in the description of the laser
そうして走査された測距光は、ワークWの表面上で反射される。そうして反射された測距光の一部(以下、これを「反射光」ともいう)は、透過ウインドウ19を介してマーカヘッド1の内部に入射する。マーカヘッド1の内部に入射した反射光は、レーザ光走査部4を介してレーザ光案内部3に戻る。反射光は、測距光と同じ波長を有することから、レーザ光案内部3における下流側合流機構35のダイクロイックミラー35aによって反射され、ベンドミラー59を介して測距ユニット5に入射する。
The distance measuring light thus scanned is reflected on the surface of the work W. As shown in FIG. A portion of the reflected distance measuring light (hereinafter also referred to as “reflected light”) enters the inside of the
-測距光受光部5B-
測距光受光部5Bは、筐体10の内部に設けられており、測距光出射部5Aから出射されてワークWにより反射された測距光(前述の「反射光」に等しい)を受光するよう構成されている。
-Ranging
The distance measuring
具体的に、測距光受光部5Bは、一対の受光素子56L、56Rと、受光レンズ57と、を有している。一対の受光素子56L、56Rが、それぞれ支持台50の後端部に配置されている一方、受光レンズ57は、それぞれ支持台50の前端部に配置されている。したがって、一対の受光素子56L、56Rと、受光レンズ57と、は実質的に筐体10及び支持台50の長手方向に沿って並ぶようになっている。
Specifically, the distance measuring
一対の受光素子56L、56Rは、筐体10の内部において、測距光出射部5Aにおける測距光の光軸Aoを挟むように各々の光軸Al、Arが配置されている。一対の受光素子56L、56Rは、レーザ光走査部4へ戻った反射光をそれぞれ受光する。
The pair of light-receiving
詳しくは、一対の受光素子56L、56Rは、測距光出射部5Aの光軸Aoに直交する方向に並んでいる。この実施形態では、一対の受光素子56L、56Rの並び方向は、筐体10及び支持台50の短手方向、すなわち左右方向に等しい。同方向において、一方の受光素子56Lが測距光源51の左側に配置され、他方の受光素子56Rが測距光源51の右側に配置されている。
Specifically, the pair of
そして、一対の受光素子56L、56Rは、それぞれ、斜め前方に指向せしめた受光面を有しており、各受光面における反射光の受光位置を検出し、その検出結果を示す信号(検出信号)を出力する。各受光素子56L、56Rから出力される検出信号は、マーカコントローラ100に入力され、汚れ検知部104を介して距離測定部103に至る。
The pair of light-receiving
各受光素子56L、56Rとして使用可能な素子としては、例えば、相補型MOS(Complementary MOS:CMOS)から成るCMOSイメージセンサ、電荷結合素子(Charge-Coupled Device:CCD)から成るCCDイメージセンサ、光位置センサ(Position Sensitive Detector:PSD)等が挙げられる。
Elements that can be used as the
本実施形態では、各受光素子56L、56Rは、CMOSイメージセンサを用いて構成されている。この場合、各受光素子56L、56Rは、反射光の受光位置ばかりでなく、その受光量分布(受光波形)を検出することができる。すなわち、CMOSイメージセンサを用いて各受光素子56L、56Rを構成した場合、各々の受光面aには、少なくとも左右方向に画素が並ぶことになる。この場合、各受光素子56L、56Rは、画素ごとに信号を読み出して増幅し、外部に出力することができる。各画素における信号の強度は、反射光が受光面56a上でスポットを形成したときに、そのスポットにおける反射光の強度に基づき決定される。
In this embodiment, each of the
なお、CMOSイメージセンサのように、受光量分布(受光波形)を検出可能な素子を用いて各受光素子56L、56Rを構成した場合、各受光素子56L、56Rにおける受光量の大きさは、測距光の強度、すなわち測距光出射部5Aから出射される測距光の強度(以下、これを「投射光量」ともいう)と、画素毎に信号を増幅する際のゲイン(以下、これを「受光ゲイン」ともいう)と、を用いて調整することができる。また、ゲインの他にも、各受光素子56L、56Rにおける露光時間を用いて調整することができる。
Note that when each light receiving
本実施形態に係る一対の受光素子56L、56Rは、少なくとも、反射光の受光位置を示すピーク位置と、その反射光の受光量を検出することができる。受光量を示す指標としては、例えば、反射光の受光量分布における、ピークの高さを用いることができる。これに代えて、受光量分布の合算値、平均値、積分値を用いてもよい。
The pair of
なお、反射光の受光位置を示す指標として、本実施形態では受光量分布のピーク位置を用いているが、これに代えて、受光量分布の重心位置としてもよい。 Although the present embodiment uses the peak position of the distribution of the amount of received light as an index indicating the position of receiving the reflected light, it may instead be the position of the center of gravity of the distribution of the amount of received light.
受光レンズ57は、筐体10の内部において一対の受光素子56L、56Rそれぞれの光軸が通過するように配置されている。受光レンズ57はまた、下流側合流機構35と一対の受光素子56L、56Rとを結ぶ光路の途中に設けられており、下流側合流機構35を通過した反射光を、一対の受光素子56L、56Rそれぞれの受光面に集光させることができる。
The light-receiving
受光レンズ57は、レーザ光走査部4へ戻った反射光を集光し、各受光素子56L、56Rの受光面上に反射光のスポットを形成させる。各受光素子56L、56Rは、そうして形成されたスポットのピーク位置と、受光量を示す信号を距離測定部103に出力する。
The light-receiving
レーザ加工装置Lは、基本的には、受光素子56L、56R各々の受光面における反射光の受光位置(本実施形態ではスポットのピークの位置)に基づいて、ワークWの表面までの距離を測定することができる。距離の測定手法としては、いわゆる三角測距方式が用いられる。
The laser processing apparatus L basically measures the distance to the surface of the workpiece W based on the light receiving position of the reflected light on the light receiving surface of each of the
<距離の測定手法について>
図10は、三角測距方式について説明する図である。図10においては、測距ユニット5のみが図示されているが、以下の説明は、前述のようにレーザ光走査部4を介して測距光が出射される場合にも適用可能である。
<About distance measurement method>
FIG. 10 is a diagram for explaining the triangulation method. Although only the
図10に例示するように、測距光出射部5Aにおける測距光源51から測距光が出射されると、その測距光は、ワークWの表面に照射される。ワークWによって測距光が反射されると、その反射光(特に拡散反射光)は、仮に正反射の影響を除いたならば、略等方的に伝搬することになる。
As illustrated in FIG. 10, when the distance measuring light is emitted from the distance measuring
そうして伝搬する反射光には、受光レンズ57を介して受光素子56Lに入射する成分が含まれるものの、マーカヘッド1とワークWとの距離に応じて、受光素子56Lへの入射角が増減することになる。受光素子56Lへの入射角が増減すると、その受光面56aにおける受光位置が増減することになる。
Although the reflected light thus propagated includes a component incident on the
このように、マーカヘッド1とワークWとの距離と、受光面56aにおける受光位置と、は所定の関係を持って関連付いている。したがって、その関係を予め把握するとともに、例えばマーカコントローラ100に記憶させておくことで、受光面56aにおける受光位置から、マーカヘッド1とワークWまでの距離を算出することができる。このような算出方法は、いわゆる三角測距方式を用いた手法に他ならない。
Thus, the distance between the
すなわち、前述の距離測定部103が、測距光受光部5Bにおける測距光の受光位置に基づいて、三角測距方式によりレーザ加工装置LからワークWの表面までの距離を測定する。
That is, the
具体的に、前述の条件設定記憶部102には、受光面56aにおける受光位置と、マーカヘッド1とワークWの表面までの距離との関係が予め記憶されている。一方、距離測定部103には、測距光受光部5Bにおける測距光の受光位置、詳しくは反射光が受光面56a上に形成するスポットのピークの位置を示す信号が入力される。
Specifically, the relationship between the light-receiving position on the light-receiving
距離測定部103は、そうして入力された信号と、条件設定記憶部102が記憶している関係と、に基づいて、ワークWの表面までの距離を測定する。そうして得られた測定値は、例えば制御部101に入力されて、制御部101によるZスキャナ33等の制御に用いられる。
The
<ワークWの加工手順について>
以下、距離測定部103による測定結果の使用例として、レーザ加工装置LによるワークWの加工手順について説明する。図11は、ワークWの加工手順を例示するフローチャートである。
<Regarding the processing procedure of the workpiece W>
As an example of using the measurement result of the
図11に例示する制御プロセスは、励起光生成部110、レーザ光出力部2、Zスキャナ33、レーザ光走査部4、測距光出射部5A及びガイド光源36を制御可能な制御部101によって実行可能である。
The control process illustrated in FIG. 11 is executed by the
まず、ステップS101において、使用者が操作用端末800を操作することにより、レーザ加工における加工条件が設定される。ステップS101にて設定される加工条件には、例えばワークWの表面上に印字される文字列等の内容(マーキングパターン)、及び、そうした文字列等のレイアウトが含まれる。
First, in step S<b>101 , the processing conditions for laser processing are set by the user operating the
続くステップS102において、制御部101は、ステップS101にて設定された加工条件に基づき、ワークWの表面のうち、マーカヘッド1からの距離を測定するべき箇所(以下、「測定箇所」ともいう)を複数箇所にわたり決定する。
In subsequent step S102, the
続くステップS103において、制御部101は、測距光出射部5Aを制御することにより、レーザ加工装置LからワークWの表面までの距離を、距離測定部103を介して測定する。
In subsequent step S103, the
具体的に、このステップS103において、制御部101は、ステップS102において決定された各測定箇所に対し、測距光出射部5Aから測距光を出射させ、その反射光を測距光受光部5Bにより受光させる。そして、測距光受光部5Bにおける反射光の受光位置を示す信号が距離測定部103に入力されて、距離測定部103がワークWの表面までの距離を測定する。距離測定部103は、そうして測定された距離を示す信号を制御部101へと入力する。
Specifically, in step S103, the
続くステップS104において、制御部101は、ステップS103における測定結果、つまり各測定箇所における距離の測定値に基づいて、それぞれ測定値に見合う焦点位置となるようにZスキャナ33の制御パラメータを決定する。
In subsequent step S104, the
具体的に、このステップS104において、制御部101は、各測定箇所におけるZスキャナ33の制御パラメータを決定する。
Specifically, in step S104, the
続くステップS105において、制御部101は、Zスキャナ33を介して各測定箇所における焦点位置を調整するとともに、Zスキャナ33により焦点位置を調整した後に、ガイド光源36を介してワークWの表面へガイド光を照射させる。それとともに、制御部101は、レーザ光走査部4を制御することにより、ガイド光源36から照射されるガイド光によってマーキングパターンをトレースする。
In subsequent step S105, the
近赤外レーザ光にガイド光を合流させる上流側合流機構31は、Zスキャナ33の上流側に設けられているため、Zスキャナ33により焦点位置を調整することで、近赤外レーザ光ばかりでなく、ガイド光の焦点位置を併せて調整することができる。
Since the
また、ガイド光によるマーキングパターンのトレースは、レーザ光走査部4を適宜制御することにより、繰り返し行われるようになっている。これにより、人間の目の残像作用により、ワークWの表面にはマーキングパターンが連続表示される。この際、残像作用による連続表示を有効なものとするためには、ガイド光の走査速度を残像現象が生じる最低速度以上に設定することが考えられる。一方、ワークWの材料、近赤外レーザ光の出力等の条件によっては、印字加工の際に近赤外レーザ光の走査速度が過度に遅くなる可能性がある。これを受けて、ガイド光の走査速度は、近赤外レーザ光の走査速度よりも速い速度、つまり残像現象が生ずる最低速度以上の速度に設定される。
Further, the tracing of the marking pattern by the guide light is repeatedly performed by appropriately controlling the laser
続くステップS106において、制御部101は、マーキングパターンに係る設定を完了し、その設定に基づいて印字加工を実行する。なお、このステップS106に代えて、マーキングパターンに係る設定を条件設定記憶部102又は操作用端末800に転送し、これを保存してもよい。
In subsequent step S106, the
<透過ウインドウ19の汚れについて>
図12は、透過ウインドウ19の汚れについて説明する図である。また、図13Aは透過ウインドウ19による測距光の反射について説明する図であり、図13Bは透過ウインドウ19による反射光の受光波形を例示する図である。
<Regarding dirt on
12A and 12B are diagrams for explaining contamination of the
図12に示すように、レーザ加工装置Lを長期にわたって運用すると、透過ウインドウ19(特に第1ウインドウ19a)には、汚れが付着することになる。図12の右図に示すように、透過ウインドウ19が過度に汚れてしまうと、測距ユニット5による測定に影響を与えたり、近赤外レーザ光による加工性能、ひいてはワークWの加工品質に影響を与えたりする可能性がある。
As shown in FIG. 12, when the laser processing apparatus L is operated for a long period of time, dirt adheres to the transmission window 19 (especially the
すなわち、図12の左図に示すように、透過ウインドウ19にさほど汚れが付着していない場合、図13Aの左図に示すように、測距光は、透過ウインドウ19に付着した汚れによって反射されることなく、これを透過することになる。この場合、仮に正反射光の影響を無視したとすると、図13Bの(a)に示すように、受光素子56Lは、ワークWの表面によって反射されて所定位置X1にピークを成す反射光のみを検出することになる。
That is, when the
しかしながら、図12の右図に示すように、透過ウインドウ19が過度に汚れてしまうと、図13Aの右図に示すように、測距光の少なくとも一部が、透過ウインドウ19に付着した汚れによって反射されてしまうことになる。この場合、図13B(b)及び(c)に示すように、受光素子56Lは、透過ウインドウ19の表面によって反射されて所定位置X2(≠X1)にピークを成す反射光を検出することになる。この反射光の受光量は、透過ウインドウ19の汚れが大きいときには、これが小さいときに比して大きくなる。
However, if the
特に、図13B(b)及び(c)に示すように、透過ウインドウ19における汚れの状況次第では、受光素子56Lは、ワークWの表面によって反射された測距光と、透過ウインドウ19によって反射された測距光と、を両方とも検出する可能性がある。
In particular, as shown in FIGS. 13B(b) and 13B(c), depending on the state of dirt on the
それに対し、本実施形態に係るマーカコントローラ100は、透過ウインドウ19における汚れを検知し、当該検知結果を考慮した処理を実行することができる。
In contrast, the
具体的に、汚れ検知部104は、測距光受光部5Bにおいて受光される測距光のうち、透過ウインドウ19による反射光に起因した測距光を特定することにより、透過ウインドウ19における汚れを検知する。そして、この汚れ検知部104に対して電気的に接続されている出力部105は、汚れ検知部104による検知結果を出力する。
Specifically, the
前述のように、透過ウインドウ19は、測距光出射部5Aとの間の光路長が既知となる基準位置に配置されている。光路長が既知であるため、透過ウインドウ19の表面によって反射された測距光がピークを成す位置は、予め推測することができる。
As described above, the
そのため、汚れ検知部104は、測距光受光部5Bにおける測距光の受光位置のうち、前述の基準位置に対応した受光位置における受光状況に基づいて、透過ウインドウ19における汚れを検知することができる。
Therefore, the
例えば、汚れ検知部104は、受光面56a上で反射光がピークを成す位置が所定範囲内に収まるならば、その反射光が、透過ウインドウ19の汚れに起因したものであると判定することができる。この判定に用いる所定範囲は、基準位置に対応した受光位置を含んだ数値範囲とすればよい。
For example, if the peak position of the reflected light on the light-receiving
以下、基準位置に対応した受光位置を「基準受光位置」と呼称する。説明の便宜を図るため、基準受光位置は、図13Bに示した所定位置X2に等しいものとする。この場合、前述の所定範囲は、基準受光位置X2を用いて、X2-ΔX<X2<X2+ΔXとすることができる。 Hereinafter, the light receiving position corresponding to the reference position will be referred to as "reference light receiving position". For convenience of explanation, it is assumed that the reference light receiving position is equal to the predetermined position X2 shown in FIG. 13B. In this case, the aforementioned predetermined range can be X2-ΔX<X2<X2+ΔX using the reference light receiving position X2.
このように、汚れ検知部104は、反射光の受光位置に基づいて、透過ウインドウ19によって反射された反射光を特定することができる。これに加えて、汚れ検知部104は、反射光の受光量に基づいて、透過ウインドウ19における汚れの程度を判定することもできる。
In this manner, the
具体的に、汚れ検知部104は、基準受光位置X2における受光量に基づいて、透過ウインドウ19における汚れの程度を判定することができる。詳しくは、汚れ検知部104は、基準受光位置X2における受光量と、予め設定されたしきい値Tとを比較し、受光量がしきい値Tを超えた場合は、透過ウインドウ19が汚れていると判定することができる(図13B(c)を参照)。
Specifically, the
このような判定を実施する場合、基準受光位置X2における受光量を示す指標としては、受光量分布(受光波形)のピークの高さを用いてもよいし、受光量分布の合算値、平均値、積分値等を用いてもよい。なお、受光量分布の合算値、平均値、積分値等を用いる場合、ワークWによる反射光の影響を抑制するために、基準受光位置X2を含んだ所定範囲をマスクして、この所定範囲外に受光した反射光の影響を除外してもよい。 When carrying out such a determination, as an index indicating the amount of received light at the reference light receiving position X2, the height of the peak of the distribution of the amount of received light (waveform of received light) may be used. , an integral value, or the like may be used. When using the total value, average value, integral value, or the like of the received light amount distribution, a predetermined range including the reference light receiving position X2 is masked in order to suppress the influence of reflected light from the workpiece W, and You may exclude the influence of the reflected light received in .
また、上記判定において用いられるしきい値Tとしては、マーカコントローラ100における条件設定記憶部102、及び/又は、操作用端末800における記憶装置803に予め記憶させてもよいし、操作用端末800を介してユーザに都度設定させてもよい。
Further, the threshold value T used in the determination may be stored in advance in the condition setting
なお、以下の記載では、透過ウインドウ19における汚れの有無及び程度を判定する処理を「ウインドウモニター」と呼称する。マーカコントローラ100は、図10に示すような制御プロセスに加えて、ウインドウモニターに係る制御プロセスを実行することができる。
In the description below, the process of determining the presence and degree of dirt on the
ここで、マーカコントローラ100がウインドウモニターを実行するタイミングとしては、レーザ加工システムS、レーザ加工装置L及びマーカヘッド1等の起動時としてもよいし、図10に例示した制御プロセスを実行する前後としてもよいし、操作部802を介してユーザによって指定されたタイミングとしてもよい。
Here, the timing at which the
出力部105は、汚れ検知部104がウインドウモニターを実行すると、このウインドウモニターによる検知結果を出力する。出力部105による出力先としては、操作用端末800としてもよいし、外部機器900としてもよいし、レーザ加工装置Lを構成する他の要素としてもよい。出力部105による出力先は、1つのみではなく、複数とすることもできる。
When the
例えば、出力部105による出力先を操作用端末800とした場合、汚れ検知部104による検知結果を表示部801に表示させたり、記憶装置803に記憶させたりすることができる。これにより、例えば、ユーザに対し、透過ウインドウ19の交換又は洗浄を促すことができる。
For example, when the output destination of the
また、出力部105による出力先を外部機器900とした場合、汚れ検知部104による検知結果をPLC902に入力することができる。この場合、PLC902は、透過ウインドウ19の汚れに対応した処理を実行することができる。
Also, when the output destination of the
また、出力部105による出力先を、レーザ加工装置Lを構成する他の要素とした場合、汚れ検知部104による検知結果を距離測定部103に入力することができる。この場合、距離測定部103は、透過ウインドウ19からの反射光に起因した受光量分布を排除してもよい。これによれば、ワークWの表面までの距離を測定するときに、透過ウインドウ19の汚れの影響を抑制することができ、距離の測定精度を確保することが可能となる。
Further, when the output destination of the
前述のように、汚れ検知部104は、透過ウインドウ19における汚れの程度を判定することができる。この検知結果を活用するべく、前記出力部105は、履歴記憶部106に接続されている。出力部105は、汚れ検知部104による検知結果を履歴記憶部106に入力する。
As described above, the
履歴記憶部106は、汚れ検知部104による検知結果の時間推移を記憶することができる。本実施形態に係る履歴記憶部106は、基準受光位置X2における受光量の時間推移を記憶することができる。履歴記憶部106における記憶内容は、表示部801等を介してユーザ(使用者)に伝えることができる。
The
ところで、透過ウインドウ19は、長期にわたり使用するにつれて、次第に汚れていくものと考えられる。本実施形態に係るマーカコントローラ100を用いた場合、基準受光位置X2における受光量は、運用直後はしきい値Tを下回っていたところ、経時変化によってしきい値Tを超えるものと考えられる。
By the way, it is considered that the
そこで、マーカコントローラ100は、履歴記憶部106に記憶されている受光量(基準位置X2における受光量)がしきい値Tを超えたときは、ユーザに警告を通知することができる。この通知は、表示部801上に表示させてもよいし、ブザーの鳴動などを用いてもよい。
Therefore, the
なお、図2に示す例では、履歴記憶部106は、マーカコントローラ100の一部として構成されているが、この構成には限定されない。例えば、履歴記憶部106を操作用端末800の構成要素としてもよいし、外部機器900として別途設けてもよい。
Note that in the example shown in FIG. 2, the
なお、汚れ検知部104は、透過ウインドウ19における特定の部位について、ウインドウモニターを実施してもよいし、透過ウインドウ19全体を複数のエリアに分割したときの各エリアについて、ウインドウモニターを実施してもよい。
Note that the
前者の構成を取った場合、汚れ検知部104は、透過ウインドウ19のうち、印字加工に際して測距光及び近赤外レーザ光が透過することになる部位についてのみ、ウインドウモニターを実施してもよい。これに代えて、ウインドウモニターを実施する部位を、ユーザに都度指定させてもよい。
In the case of the former configuration, the
本実施形態では、後者の構成が採用されている。この場合、履歴記憶部106は、エリア毎に受光量を記憶してもよいし、エリア全体の受光量の平均値等を記憶してもよい。また、各エリアについてウインドウモニターを実施する場合、エリア毎に投射光量、及び/又は、受光ゲインを異ならせてもよい。
The latter configuration is adopted in this embodiment. In this case, the
一般に、第2ミラー42aに近い部位ほど、反射光の強度は高くなる。また、図9に示すように、第2ミラー42aは、透過ウインドウ19の略中央部の直上方に配置されている。すなわち、透過ウインドウ19の中央部は、その周縁部に比して、反射光の強度が高くなる傾向にある。このような傾向に鑑みて、透過ウインドウ19の中央部に相当するエリアと、その周縁部に相当するエリアと、で同ウインドウ19の汚れに起因した反射光の強度が均一になるように設定してもよい。この設定は、エリア毎に投射光量、及び/又は、受光ゲインを異ならせることで実施可能である。
In general, the intensity of the reflected light is higher at a portion closer to the
また、各エリアについてウインドウモニターを実施する場合、エリア毎に複数回、ウインドウモニターを実施してもよい。各ウインドウモニターによって得られた受光波形を平均し、その平均値に基づいて、透過ウインドウ19における汚れを検知することもできる。
When window monitoring is performed for each area, window monitoring may be performed multiple times for each area. It is also possible to average the received light waveforms obtained by each window monitor and detect dirt on the
また、レーザ加工装置Lが複数台設定されている場合、各レーザ加工装置Lにおける検知結果を集約し、レーザ加工装置Lの運用環境に依存した問題(例えば、空気中に舞っているゴミの多寡、及び、レーザ加工装置Lの設定位置に係る問題)の有無を調査することもできる。 In addition, when a plurality of laser processing devices L are set, the detection results of each laser processing device L are aggregated, and problems depending on the operating environment of the laser processing device L (for example, the amount of dust in the air) , and problems related to the setting position of the laser processing apparatus L).
本実施形態に係るマーカコントローラ100は、ウインドウモニターの実施と前後して、同モニターに関連した事前情報を読み込むよう構成されている。事前情報は、記憶装置803及び条件設定記憶部102等に予め記憶されている。事前情報には、透過ウインドウ19の初期情報、一対の受光素子56L、56Rに関連した受光素子情報、ウインドウモニターの日時情報、ウインドウモニターの履歴情報、及び、紐付けデータが含まれる。
The
ここで、透過ウインドウ19の初期情報には、レーザ加工装置Lの製造時、又は、透過ウインドウ19の洗浄時又は交換時における、基準受光位置X2での受光量、投射光量、受光ゲイン等が含まれる。これらの情報は、透過ウインドウ19全体を複数のエリアに分割したときのエリア毎に設定される。
Here, the initial information of the
また、受光素子情報には、一対の受光素子56L、56Rのうち、エリア毎にどちらを用いるかを示す情報が含まれる。すなわち、透過ウインドウ19からの反射光には、その汚れに起因したものに加えて、正反射に起因したものが含まれる。一対の受光素子56L、56Rのレイアウトは、互いに異なっているため、一方の受光素子56Lに正反射光が入射したとしても、他方の受光素子56Rに正反射光が入射するとは限られない。また、エリア毎に、正反射光が入射し得る受光素子56L、56Rは異なる。よって、受光素子情報として、正反射光が入射しないと考えられる受光素子56L、56Rが、エリア毎に設定されている。
Further, the light receiving element information includes information indicating which of the pair of
受光素子情報には、基準受光位置X2を示す情報も含まれる。この情報を用いることで、基準受光位置X2を含んだ所定範囲をマスクして、その所定範囲外に受光した反射光の影響を除外することが可能となる。 The light receiving element information also includes information indicating the reference light receiving position X2. By using this information, it becomes possible to mask the predetermined range including the reference light receiving position X2 and exclude the influence of the reflected light received outside the predetermined range.
ウインドウモニターの日付情報には、ウインドウモニターを実施した日時が含まれる。この情報は、主に、履歴記憶部106によって記憶されることになる。
The window monitor date information includes the date and time when the window monitor was performed. This information is mainly stored by the
ウインドウモニターの履歴情報には、エリア毎に得られた、基準受光位置X2における受光量、及び、その全エリアでの平均値が含まれる。 The history information of the window monitor includes the amount of light received at the reference light receiving position X2 obtained for each area and the average value for all areas.
紐付けデータには、ウインドウモニターによって得られた、基準受光位置X2における受光量と、実際に印字できたか否かを紐付けるデータを含めることができる。このデータを用いることで、受光量と比較されるべきしきい値Tを定める上で有利になる。 The linking data can include data linking the amount of light received at the reference light receiving position X2 obtained by the window monitor and whether or not printing was actually possible. Using this data is advantageous in determining the threshold value T to be compared with the amount of received light.
(ウインドウモニターの具体例)
以下、ウインドウモニターの具体例について説明する。図14は、透過ウインドウ19の汚れ判定に係る処理を例示するフローチャートである。
(Specific example of window monitor)
A specific example of the window monitor will be described below. FIG. 14 is a flowchart illustrating processing related to dirt determination of the
まず、図14のステップS201において、マーカコントローラ100が、ウインドウモニターを実行するタイミングが否かを判定する。このタイミングとしては、前述のように、レーザ加工システムS、レーザ加工装置L及びマーカヘッド1等の起動時としてもよいし、図10に例示した制御プロセスを実行する前後としてもよいし、操作部802を介してユーザが指定したタイミングとしてもよい。ウインドウモニターを実行するタイミングであると判定された場合(ステップS201:YES)はステップS202に進み、ウインドウモニターを実行するタイミングではないと判定された場合(ステップS201:NO)はステップS201を繰り返す。
First, in step S201 of FIG. 14, the
続くステップS202において、汚れ検知部104が、ウインドウモニターに関連した事前情報のうち、ウインドウモニターの実施に要する情報を読み込む。ステップS202において読み込まれる情報には、例えば、受光素子情報と、受光量の比較対象となるしきい値Tと、が含まれる。
In subsequent step S202, the
続くステップS203において、マーカコントローラ100がレーザ光走査部4を制御することにより、ウインドウモニターの実施対象となるエリアへ測距光を走査する。
In the subsequent step S203, the
続くステップS204において、履歴記憶部106が記憶内容を更新する。具体的に、履歴記憶部は、新たに得られた受光量を、エリア毎に時系列に沿って記憶する。
In subsequent step S204,
続くステップS205において、汚れ検知部104が、ステップS204において新たに記憶された受光量、及び/又は、その平均値と、ステップS202で読み込まれたしきい値Tと、を比較する。この判定はYESの場合はステップS206へ進み、NOの場合は、ステップS206をスキップしてステップS207へ進む。
In subsequent step S205, the
ステップS206において、マーカコントローラ100は、ユーザに警告を通知する。この通知は、図14に示す例では表示部801上に表示される。
In step S206, the
ステップS207において、履歴記憶部204が、受光量の履歴を表示部801上に表示してリターンする。
In step S207, the history storage unit 204 displays the history of the received light amount on the
なお、ステップS205からステップS206に係る処理は、適宜、省略可能である。 Note that the processing from step S205 to step S206 can be omitted as appropriate.
また、ステップS207に係る表示を行うか否かは、ユーザによって選択可能である。例えば、ウインドウモニターを実施するたびに、受光量の履歴を都度表示させてもよいし、ウインドウモニターを一定回数にわたり実施するたびに、受光量の履歴を表示させてもよい。 Further, the user can select whether or not to perform the display related to step S207. For example, the history of the amount of received light may be displayed each time the window monitor is performed, or the history of the amount of received light may be displayed each time the window monitor is performed a certain number of times.
また、ステップS207における表示態様は、適宜、変更可能である。例えば、受光量の数値を表示してもよいし、グラフ表示してもよい。また、ステップS204において更新された記憶内容は、ログファイルとして定期的に出力してもよいし、電子メールによって自動的に出力してもよい。 Also, the display mode in step S207 can be changed as appropriate. For example, a numerical value of the amount of received light may be displayed, or a graph may be displayed. The stored contents updated in step S204 may be output periodically as a log file, or may be automatically output by e-mail.
図15、図16、図17及び図18は、表示部801における表示態様を例示している。具体的に、図15は、汚れ判定を含んだ各種情報の表示態様を例示する図であり、図16は汚れ判定の時間推移を例示する図である。また、図17は汚れ判定の通知態様を例示する図であり、図18は汚れ判定のしきい値設定を例示する図である。
15, 16, 17 and 18 illustrate display modes on the
まず、図15に示すように、表示部801には、レーザマーカとしてのレーザ加工装置Lの稼動情報として、ウインドウモニターの実施日、及び、ウインドウモニターの結果を表示することができる。また、マウス等によってボタンB1を押下することで、受光量の履歴をグラフ表示したり、ボタンB2を押下することで、受光量の履歴をまとめたログファイルを出力したり、することができる。
First, as shown in FIG. 15, the
また、図16に示すように、表示部801には、ウインドウモニターによって得られた受光量の履歴をグラフ表示することができる。図16に示すグラフにおいて、横軸はウインドウモニターの実施日を指し、縦軸は受光量を指す。このグラフにおいては、過去1ヶ月間の履歴が表示されているが、例えばボタンB3を操作することで、履歴の表示期間を変更することができる。また図16に示すグラフにおいて、しきい値を示す直線Tを表示してもよい。
Further, as shown in FIG. 16, the history of the amount of light received by the window monitor can be graphically displayed on the
また、図17は、図14のステップS206において表示される警告を例示している。例えばボタンB4を押下することで、警告の履歴を確認することができる。 Also, FIG. 17 exemplifies the warning displayed in step S206 of FIG. For example, by pressing the button B4, the warning history can be checked.
また、図18は、受光量と比較されるべきしきい値Tの設定画面を例示している。この設定画面に示すように、入力ボックスB5を操作することにより、しきい値Tを手動で変更してもよいし、チェックボックスB6を操作することにより、警告を出すか否かを手動で切り替えてもよい。また、例えば「測定」なるボタンB7を押下することで、ウインドウモニターを手動で開始させることもできる。 Also, FIG. 18 exemplifies a setting screen for the threshold value T to be compared with the amount of received light. As shown in this setting screen, the threshold value T may be manually changed by operating the input box B5, and whether or not to issue a warning may be manually switched by operating the check box B6. may Alternatively, the window monitor can be manually started by pressing the button B7 labeled "measurement", for example.
以上説明したように、透過ウインドウ19に汚れが付着していた場合、測距光受光部5Bは、図13Bに例示した如く、ワークWの表面によって反射された測距光の代わりに、又は、この測距光に加えて、透過ウインドウ19によって反射された測距光を受光することになる。
As described above, when the
ここで、ワークWの表面までの距離は、ワークWの種別等に応じて変動する。それに対して、透過ウインドウ19までの距離は、ワークWの種別にかかわらず変動しない。したがって、透過ウインドウ19の汚れに起因した受光位置は、予め推定しておくことができる。
Here, the distance to the surface of the work W varies depending on the type of the work W and the like. On the other hand, the distance to the
よって、例えば各受光位置の場所を考慮することで、汚れ検知部104は、測距光受光部5Bにおいて受光される測距光の中から、透過ウインドウ19による反射光に起因した測距光を特定することができる。そのことで、汚れ検知部104は、透過ウインドウ19における汚れを検知することが可能になる。
Therefore, for example, by considering the location of each light receiving position, the
汚れ検知部104による検知結果は、出力部105により出力される。そのことで、図14に示すように、ユーザに透過ウインドウ19の交換を促したり、汚れの有無を考慮した処理を実行させたりすることができる。これにより、透過ウインドウ19の汚れに起因した、測定精度及び加工性能の低下を抑制することが可能になる。
A detection result by the
1 マーカヘッド
10 筐体
19 透過ウインドウ
19a 第1ウインドウ
19b 第2ウインドウ
2 レーザ光出力部
4 レーザ光走査部
5 測距ユニット
5A 測距光出射部
5B 測距光受光部
56L 受光素子
56R 受光素子
100 マーカコントローラ
101 制御部
103 距離測定部
104 汚れ検知部
105 出力部
106 履歴記憶部
110 励起光生成部
L レーザ加工装置
S レーザ加工システム
T しきい値
W ワーク(被加工物)
X2 基準受光位置(基準位置に対応した受光位置)
1
X2 Reference light receiving position (light receiving position corresponding to the reference position)
Claims (5)
前記励起光生成部により生成された励起光に基づいてレーザ光を生成するとともに、該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被加工物へ照射するとともに、該被加工物の表面上で2次元走査するレーザ光走査部と、
少なくとも前記レーザ光出力部及び前記レーザ光走査部が内部に設けられた筐体と、
前記筐体に設けられ、前記レーザ光走査部により2次元走査されたレーザ光が透過する透過ウインドウと、を備えるレーザ加工装置であって、
前記筐体の内部に設けられ、前記レーザ加工装置から前記被加工物の表面までの距離を測定するための測距光を、前記レーザ光走査部に向けて出射する測距光出射部と、
前記筐体の内部に設けられ、前記測距光出射部から出射されて前記被加工物により反射された測距光を、前記レーザ光走査部を介して受光する測距光受光部と、
前記測距光受光部における測距光の受光位置に基づいて、三角測距方式により前記レーザ加工装置から前記被加工物の表面までの距離を測定する距離測定部と、
前記測距光受光部において受光される測距光のうち、前記透過ウインドウによる反射光に起因した測距光を特定することにより、前記透過ウインドウにおける汚れを検知する汚れ検知部と、
前記汚れ検知部による検知結果を出力する出力部と、を備える
ことを特徴とするレーザ加工装置。 an excitation light generator that generates excitation light;
a laser light output unit that generates laser light based on the excitation light generated by the excitation light generation unit and that emits the laser light;
a laser beam scanning unit that irradiates a workpiece with the laser beam emitted from the laser beam output unit and performs two-dimensional scanning on the surface of the workpiece;
a housing in which at least the laser light output unit and the laser light scanning unit are provided;
A laser processing apparatus comprising a transmission window provided in the housing and through which the laser beam two-dimensionally scanned by the laser beam scanning unit is transmitted,
a distance measuring light emitting unit provided inside the housing for emitting distance measuring light for measuring a distance from the laser processing device to the surface of the workpiece toward the laser beam scanning unit;
a distance measuring light receiving unit provided inside the housing for receiving, via the laser beam scanning unit, distance measuring light emitted from the distance measuring light emitting unit and reflected by the workpiece;
a distance measuring unit that measures the distance from the laser processing device to the surface of the workpiece by a triangulation method based on the light receiving position of the distance measuring light in the distance measuring light receiving unit;
a contamination detection unit that detects contamination on the transmissive window by specifying ranging light caused by reflected light from the transmissive window among the ranging light received by the ranging light receiving unit;
and an output unit for outputting a result of detection by the contamination detection unit.
前記透過ウインドウは、前記測距光出射部との間の光路長が既知となる基準位置に配置され、
前記汚れ検知部は、前記測距光受光部における測距光の受光位置のうち、前記基準位置に対応した受光位置における受光状況に基づいて、前記透過ウインドウにおける汚れを検知する
ことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to claim 1,
The transmission window is arranged at a reference position where the optical path length between the distance measuring light emitting unit and the distance measuring light emitting unit is known,
The contamination detection unit detects contamination on the transmissive window based on a light receiving state at a light receiving position corresponding to the reference position among distance measuring light receiving positions in the distance measuring light receiving unit. Laser processing equipment.
前記測距光受光部は、受光量を検出可能に構成され、
前記汚れ検知部は、前記基準位置に対応した受光位置における受光量に基づいて、前記透過ウインドウにおける汚れの程度を検知する
ことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to claim 2,
The distance measuring light receiving unit is configured to be able to detect the amount of received light,
The laser processing apparatus, wherein the contamination detection unit detects the degree of contamination on the transmission window based on the amount of light received at the light receiving position corresponding to the reference position.
前記汚れ検知部は、前記基準位置に対応した受光位置における受光量と、予め設定されたしきい値とを比較し、前記受光量が前記しきい値を超えた場合は、前記透過ウインドウが汚れていると判定する
ことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to claim 3,
The contamination detection section compares the amount of light received at the light receiving position corresponding to the reference position with a preset threshold value, and if the amount of received light exceeds the threshold value, the transmission window is contaminated. A laser processing device characterized by determining that the
前記出力部と接続され、前記汚れ検知部による検知結果の時間推移を記憶する履歴記憶部を備える
ことを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A laser processing apparatus, comprising: a history storage unit connected to the output unit and storing a time transition of detection results of the dirt detection unit.
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