JP7181790B2 - レーザ加工装置 - Google Patents
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Description
の内部に設けられ、前記測距光出射部から第1測距光が出射される場合は、該第1測距光の少なくとも一部を前記レーザ光走査部へ導く一方、前記測距光出射部から第2測距光が出射される場合は、該第2測距光の少なくとも一部を前記レーザ光走査部以外の部位へ導く分岐機構と、前記測距光出射部を一端として前記分岐機構を介して構成される補正用光路の他端となる位置に配置され、かつ該補正用光路の光路長が予め定められた基準距離となるように配置された基準部材と、前記筐体の内部に設けられ、前記被加工物により反射された第1測距光と、前記基準部材により反射された第2測距光とのいずれかを前記合流機構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第1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とともに、前記測距光受光部における第2測距光の受光位置に基づいて、三角測距方式により前記基準部材までの距離を測定する距離測定部と、前記基準距離を予め記憶した基準距離記憶部と、前記補正用光路を用いて前記基準部材までの距離が測定された場合に、該測定結果と前記基準距離記憶部に記憶された前記基準距離とを比較することにより、前記距離測定部による測定結果を補正する距離補正部と、を備える。
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。
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。
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。
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。
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。
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と、較正用ターゲット6を用いて測距ユニット5を較正する距離補正部104と、距離補正部104による較正にかかるデータを記憶した基準距離記憶部105と、を有している。
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、測距ユニット5による測定結果を構成するための較正用ターゲット6と、を備えている。
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。
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を形成するための第1ベンドミラー32及び第2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。
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。
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。
第1ベンドミラー32は、上流側光路Puの途中に設けられており、該光路Puを折り曲げて下方に向けるように配置されている。具体的に、第1ベンドミラー32は、上流側合流機構31におけるダイクロイックミラー31aと略同じ高さに配置されており、上流側合流機構31によって同軸化され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。
焦点調整部としてのZスキャナ33は、第1ベンドミラー32と第2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。
第2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。具体的に、第2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。
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。
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。
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。
図13~図14に示すように、支持台50は、測距光出射部5Aの光軸、すなわち測距光出射部5Aから出射される測距光の光軸Aoに沿って延びるよう形成されており、筐体10の内部に設けられている。本実施形態に係る支持台50は、一体的な板状体からなり、前記光軸Aoに沿って延びる矩形状の外形を有している。
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。
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。
図18はレーザ光走査部4と較正用ターゲット6を結ぶ光路を例示する斜視図であり、図19はレーザ光走査部4と較正用ターゲット6を結ぶ光路を例示する横断面図である。
図9及び図18に例示するように、支持部材62は、第1スペースS1における上側の空間に配置されている。具体的に、支持部材62は、略板状の部材であって、仕切部11の上端に対して後方から締結されている。支持部材62の左側面には、各基準部材61が設けられている。これにより、支持部材62及び各基準部材61は、第1スペースS1における上端付近の部位に配置されることになる(図19も参照)。
図9及び図18に例示するように、複数の基準部材61は、支持部材62の左側面に立設されており、前方から斜め下後方に向かって順番に並んでいる。各基準部材61は、いわゆる正反射光が発生し難い材料を用いて構成してもよい。例えば、各基準部材61は、いわゆる散乱体材料、具体的にはセラミック、紙、塗装面を有する材料、マット処理された材料等を用いて構成することができる。
図20は、三角測距方式について説明する図である。図20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。
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21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。
続いて、距離測定部103による測定結果の応用例として、較正用ターゲット6を用いた測距ユニット5の較正方法について説明する。図22は測距ユニット5の経時変化について説明する図であり、図23は測距ユニット5の較正方法について説明する図である。
本実施形態によれば、レーザ加工装置L、特にマーカヘッド1からワークWの表面までの距離を測定する場合、測距光出射部5Aが第1測距光を出射する。測距光出射部5Aから出射された第1測距光は、図3Bに示すように、下流側合流機構35と、レーザ光走査部4と、を順番に通過してワークWに照射される。同図に示すように、ワークWに照射された第1測距光は、このワークWによって反射された後、レーザ光走査部4と、下流側合流機構35と、の順に戻り測距光受光部5Bに至る。そして図18に示すように、この測距光受光部5Bにおける測距光の受光位置に基づいて、距離測定部103がワークWの表面までの距離を測定する。
前記実施形態では、ワークWまでの距離を測定するための第1測距光ばかりでなく、その測定結果を補正するための第2測距光もレーザ光走査部4を通過するように構成されていたが、この構成には限定されない。
第1変形例に係るマーカヘッド1は、前記実施形態と同様に構成されたレーザ光出力部2、レーザ光走査部4及び筐体10と、第1測距光又は第2測距光を出射する測距光出射部5Aと、を備えている。
第2変形例は、分岐機構の構成が第1変形例と相違する。
第3変形例は、分岐機構及び測距光出射部の構成が、他の変形例と相違する。
なお、本実施形態では、マーカヘッド1から被加工物の表面までの距離を測定するための測距原理として、三角測距方式を用いることとしたが、ここに開示された技術は、例えばTOF(Time Of Flight)方式で測距する場合にも適用可能である。この場合、測距光受光部5Bが受光した測距光に基づいて、この測距光が被加工物により反射されて戻ってくるまでの時間を測定すればよい。そうして測定された時間に基づいて、マーカヘッド1から被加工物の表面までの距離を測定したり、基準部材61までの距離を測定したりすることができる。すなわち、距離測定部103は、TOF方式により測距する機能を備えることになる。
10 筐体
2 レーザ光出力部
3 レーザ光案内部
35 下流側合流機構(合流機構)
4 レーザ光走査部
41 第1スキャナ
42 第2スキャナ
49 第4ベンドミラー(反射ミラー)
5 測距ユニット
5A 測距光出射部
5B 測距光受光部
6 較正用ターゲット
61 基準部材
61a 第1ターゲット
61b 第2ターゲット
61c 第3ターゲット
69 第5ベンドミラー(反射ミラー)
7 分岐機構
71 可動式ミラー
7’ 分岐機構
71’ ビームスプリッタ
7” 分岐機構
71” ダイクロイックミラー
100 マーカコントローラ
103 距離測定部
104 距離補正部
105 基準距離記憶部
110 励起光生成部
d1 基準距離
d2 基準距離
d3 基準距離
L レーザ加工装置
Pc 補正用光路
S レーザ加工システム
W ワーク(被加工物)
Claims (11)
- 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第1方向に走査する第1スキャナと、該第1スキャナにより走査されたレーザ光を前記第1方向と略直交する第2方向に走査する第2スキャナと、からなり、該第2スキャナにより走査されたレーザ光を被加工物へ照射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、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第1測距光、又は、該測定結果を補正するための第2測距光を前記レーザ光走査部に出射する測距光出射部と、
前記第1スキャナ及び第2スキャナのうちの少なくとも一方が特定の回転姿勢にある状態で、前記測距光出射部を一端として前記レーザ光走査部を介して構成される補正用光路の他端となる位置に配置され、該補正用光路の光路長が予め定められた基準距離となるように配置された基準部材と、
前記筐体の内部に設けられ、前記被加工物により反射された第1測距光と、前記基準部材により反射された第2測距光とのいずれか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第1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とともに、前記測距光受光部における第2測距光の受光位置に基づいて、三角測距方式により前記基準部材までの距離を測定する距離測定部と、
前記基準距離を予め記憶した基準距離記憶部と、
前記補正用光路を用いて前記基準部材までの距離が測定された場合に、該測定結果と前記基準距離記憶部に記憶された前記基準距離とを比較することにより、前記距離測定部による測定結果を補正する距離補正部と、を備える
ことを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1に記載されたレーザ加工装置において、
前記基準部材は、前記第1スキャナ及び前記第2スキャナが双方とも特定の回転姿勢にある場合に前記補正用光路が構成されるよう配置され、
前記補正用光路における前記測距光出射部と前記基準部材との間には、前記第1スキャナと前記第2スキャナとが順番に配置されている
ことを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項2に記載されたレーザ加工装置において、
前記補正用光路における前記第2スキャナと前記基準部材との間に配置され、前記第2スキャナにより走査された第2測距光を前記基準部材へ指向させる反射ミラーを備える
ことを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載されたレーザ加工装置において、
前記第1スキャナ及び第2スキャナのうちの少なくとも一方がなす前記特定の回転姿勢は、前記被加工物の表面上での、前記レーザ光走査部によるレーザ光の走査範囲外となる回転姿勢である
ことを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載されたレーザ加工装置において、
前記筐体の内部において前記レーザ光出力部から前記レーザ光走査部へ至る光路の途中に設けられ、前記測距光出射部から出射された第1測距光又は第2測距光を前記光路に合流させる合流機構を備え、
前記合流機構は、前記被加工物により反射されて前記レーザ光走査部へ戻る第1測距光、又は、前記基準部材により反射されて前記レーザ光走査部へ戻る第2測距光を前記測距光受光部へ導く
ことを特徴とするレーザ加工装置。 - 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第1方向に走査する第1スキャナと、該第1スキャナにより走査されたレーザ光を前記第1方向と略直交する第2方向に走査する第2スキャナと、からなり、該第2スキャナにより走査されたレーザ光を被加工物へ照射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、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第1測距光、又は、該測定結果を補正するための第2測距光を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第1測距光が出射される場合は、該第1測距光の少なくとも一部を前記レーザ光走査部へ導く一方、前記測距光出射部から第2測距光が出射される場合は、該第2測距光の少なくとも一部を前記レーザ光走査部以外の部位へ導く分岐機構と、
前記測距光出射部を一端として前記分岐機構を介して構成される補正用光路の他端となる位置に配置され、かつ該補正用光路の光路長が予め定められた基準距離となるように配置された基準部材と、
前記筐体の内部に設けられ、前記被加工物により反射された第1測距光と、前記基準部材により反射された第2測距光とのいずれかを前記分岐機構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第1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とともに、前記測距光受光部における第2測距光の受光位置に基づいて、三角測距方式により前記基準部材までの距離を測定する距離測定部と、
前記基準距離を予め記憶した基準距離記憶部と、
前記補正用光路を用いて前記基準部材までの距離が測定された場合に、該測定結果と前記基準距離記憶部に記憶された前記基準距離とを比較することにより、前記距離測定部による測定結果を補正する距離補正部と、を備える
ことを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項6に記載されたレーザ加工装置において、
前記分岐機構は、前記測距光出射部から出射される光を反射する可動式ミラーを有し、
前記可動式ミラーは、前記測距光出射部から第1測距光が出射される場合は、前記測距光出射部と前記レーザ光走査部とを結ぶ光路から退避される一方、前記測距光出射部から第2測距光が出射される場合は、前記測距光出射部と前記レーザ光走査部とを結ぶ光路へ挿入される
ことを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項6に記載されたレーザ加工装置において、
前記分岐機構は、前記測距光出射部から出射される光の一部を透過させ、他部を反射するビームスプリッタを有し、
前記ビームスプリッタは、前記測距光出射部から出射される光の一部を前記レーザ光走査部へ導くとともに、他部を前記基準部材へ導くよう配置される
ことを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項6に記載されたレーザ加工装置において、
前記第1測距光の波長と、前記第2測距光の波長とは相違し、
前記分岐機構は、前記第1測距光及び前記第2測距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を有し、
前記ダイクロイックミラーは、前記第1測距光を前記レーザ光走査部へ導くとともに、前記第2測距光を前記基準部材へ導くよう配置される
ことを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項6から9のいずれか1項に記載のレーザ加工装置において、
前記筐体の内部において前記レーザ光出力部から前記レーザ光走査部へ至る光路の途中に設けられ、前記測距光出射部から出射された第1測距光又は第2測距光を前記光路に合流させる合流機構を備え、
前記合流機構は、前記被加工物により反射されて前記レーザ光走査部へ戻る第1測距光、又は、前記基準部材により反射されて前記レーザ光走査部へ戻る第2測距光を前記測距光受光部へ導くように構成され、
前記分岐機構は、前記測距光出射部と前記合流機構とを結ぶ光路の途中に設けられている
ことを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載されたレーザ加工装置において、
前記基準部材は複数であり、
前記複数の基準部材は、前記基準距離が互いに異なるように配置されている
ことを特徴とするレーザ加工装置。
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