JPH02121789A

JPH02121789A - 光走査レーザー加工装置

Info

Publication number: JPH02121789A
Application number: JP63273320A
Authority: JP
Inventors: Akira Mori; 彰森
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 1990-05-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光走査レーザー加工装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の光走査レーザー加工装置を第５図に示す
。そしてレーザー発振器１より出射されたレーザー光を
ビームエキスパンダ等の光学系を通してパワーの均一と
ビーム径を！えた後、ガルバノメータースキャナー２，
３の反射鏡４．５を経て対象レンズ６、ミラー７を介し
てワーク８を照射し、このワーク８に印字していた。

この場合、レーザ光はφ０．５■程度のきわめて高パワ
ーな集中した光であるため、ワークによっては光ビーム
径を広げなければ所望の加工が期待できない。

マタ光ビーム径を広げたためにレーザーパワーが落ちて
しまい加工を不可能にしてしまう場合が多いためガルバ
ノメータースキャナー２゜３をＸ方向、Ｙ方向共に第６
図に示すようにｓｉｎ波を乗重させ、直進光を円弧が回
転して進むいわゆるウオーブル動作を起させていた。

ガルバノメータースキャナー２．３はアナログ信号で作
動するめウオーブル電圧は直線の指令電圧に単純に加え
合せて実現できている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したガルバノメータースキャナー２．３はゼロ点ド
ルフトが３００〜６００μｒａｄ／℃でゲインドリフト
が０．１５〜０．２μｒａｄ／℃である。

温度上昇は７０℃程度であるため通常の使用では０．２
Ｘ７０．ｃｚｒａｄ＝１４μｒａｄ　（ゲイン）　、４
００Ｘ７０．ｃｚｒａｄ−２８ｍｒａｄ（ゼロ点）の変
動があり、これを補正する必要があるため、ガルバノメ
ータースキャナー２゜３のドライブ回路に温度ドリフト
キャンセル回路が付加しである。

レーザービームは通常５０μｍ程度であるが最近スキャ
ナーマーキング厚膜のレーザートリミング装置等におい
ては切り込みの幅が広いことを必要とする。

レーザービーム発振器によってスポット径を大きくする
ことが考えられるが、スポット径を広げるとパワー密度
が低下し、加工能力が低下する。

したがって、細いスポット径のままで太い加工幅が得ら
れる加工装置が求められていた。

また、特公昭（ｉ２−１３１２０号公報に開示されたガ
ルバノメーター光走査型レーザー加工装置は、互いに直
交する１対のガルバノメーターと、これらガルバノメー
ターに入射する前にレーザビームが通過しレーザービー
ム径を拡大するレーザービームエクスパンダとを含み、
このレーザービームエクスパンダを構成する少なくとも
１つのレンズの光軸がレンズの中心軸に対して極小量偏
心させ、かつ中心軸のまわりに高速に回転させる駆動機
構を付加したものである。

しかし、極小量の偏心は微少な円運動を起こさせレーザ
ービーム径をみかけ上太くするものであるが、この円運
動の径をレンズの偏心で行っているため、レーザービー
ム径の太さのの変更を自動的に円滑に行うことが不可能
であった。

本発明は上記の事情に鑑みなされたものであって、その
第１の目的とするところは、反射鏡をスキャンするガル
バノメータ一部の温度ドリフトを修正する回路を除くこ
とができて高速高精度なスキャニングが実現できるばか
りかコストの安価な光走査レーザー加工装置を提供する
ことにある。

また、本発明の他の目的とするところは、太いレーザー
ビームを得ることができ、特に、反射鏡の傾斜を制御す
ることにより、レーザービームの太さを変えることがで
きる光走査レーザー加工装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記の第１の目
的を達成するために、本発明は、駆動機構の回転軸上に
取付けられた反射鏡を位置信号によって回転させ反射鏡
に入射したレーザービームの反射光を移動させて加工を
行う光走査レーザー加工装置において、駆動機構にエン
コーダ付のブラシレスモータを用いたｔＭ成にしである
。

また、上記した第２の目的を達成するために、本発明は
、駆動機構の回転軸上に取付けられた反射鏡を位置信号
によって回転させ反射鏡に入射したレーザービームの反
射光を移動させて加工を行う光走査レーザー加工装置に
おいて、駆動機（１￥１にエンコーダ付のブラシレスモ
ーターを用い、これらブラシレスモーター駆動の反射鏡
へ入射する前にレーザービームを回転により拡大させる
反射鏡とこの反射鏡の傾斜角を変更する機構と拡大した
レーザービームを平行光線にして円柱状のビーム回転運
動にするレンズとをａする構成にしである。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第４図に基づいて説
明する。

第１図に本発明に係る光走査レーザー加工装置の構成を
示し、同図中１０はレーザー発振器、１１１２はモータ
ードライブ型スキャナー１３は対物レンズ、１４はミラ
ー　１５はワークである。

モータードライブ型スキャナー１１．１２はエンコーダ
付のブラシレスモーター１８．１９の回転軸２０．２１
に反射＃？’ｉ２２，２３を取付けて成り、モータード
ライブ型スキャナー１１゜］２は互に直交した位置にあ
る。

ブラシレスモーター１８．１９は、ネオジウム鉄マグネ
ット等の強力なステータを用いたものであり、時定数が
小さく、高速性、安定性にすぐれている。すなわち、時
定数においてガルバノメータースキャナーと同等の３ｍ
５ｅｃ程度であるが、このガルバノメータースキャナー
特有のセンサー温度ドリフトの影響が全くない。

エンコーダ２４．２５はパルスを発生し、回転数、速度
、加速度、位置をデジタル量に変えるものである。

ブラシレスモーター１８．１９は、オプティカルでは一
回転２５００〜１００００あるいはそれ以上、磁気では
１０万〜２０万位のエンコーダが実際に作成されており
、機械的分解能は１／２５００〜１／２０万で、さらに
モーションコントローラ（デジタルサーボコントローラ
）により４逓倍制御をするのが通例であるため１／１万
〜１／８０万の分解能が可能になる。

前記モータードライブ型スキャナー１１．１２の制御手
段は、ｘＳｙＳｚ三軸用のデジタルサーボコントローラ
２６と電流アンプ２７とキーボード２８とにより構成さ
れている。

このデジタルサーボコントローラ２６においては、Ｘ、
Ｙ軸は円弧補間が可能であり、かつＺ軸にエラーを加算
できるソフトウェアを有していることが条件となる。

Ｘ軸とＹ軸で円を描く命令を作成する。しかしながら、
出力にブラシレスモーター１８．１９、入力にエンコー
ダ２４．２５を接続しない。するとＸ軸、Ｙ軸ともｓｉ
ｎのエラーが生じることになる。一方Ｚ軸では、所望の
走行ライン、距離、加速度および速度を命令とし与えて
おき、かつ、Ｘ軸でのエラーを加算するプログラムにし
て出力をＺ軸から電流アンプ２７を介してブラシレスモ
ーター１８．１９に送り出す。

上記のような制御方式により全デジタル化が可能になり
、温度補正のいらないエンコーダフィードバック方式の
モータードライブ型スキャナーができる。

そして、レーザー発振器１０より出射されたレーザービ
ームをビームエキスパンダ等の光学系を通してパワーを
均一に、またビーム径を整えた後、モータードライブ型
スキャナー１１゜１２の反射ｆｆ１２２．２３によりＸ
％Ｙのスキャニングを行い、対物レンズ１３でビーム径
を整えてワーク１４に印字する。

上記した本発明に係る光走査レーザー加工装置では、反
射ｒＡ２２．２３をスキャンするガルバノメータ一部の
温度ドリフトを修正する回路を除くことができて高速高
精度なスキャニングが実現できる。

またブラシレスモーター１８．１９は、その用途が中広
いため同種のモーターを量産化し易くコストも安くなる
。

第３図および第４図に本発明の他の実施例を示す。この
実施例においては、レーザー発振器１０とモータドライ
ブ型スキャナ１１１２との間に、ビーム径を円錐状に広
がった円運動を行わせる反射鏡２９及びその駆動機構３
０と、円錐状に広がるレーザービームを平行光線にし円
柱状のビーム回転運動に変えるレンズ３１とを介在させ
、他の構成を上記した一実施例のものと同じにしたもの
である。

前記、駆動機構３０としてはＦＧ付モモ−ター３１使用
されており、このモーター３１の回転軸３２に垂直に平
面円板３３が取付けてあって、この平面円板３３に反射
鏡２９が設けてあり、また平面円板３３に反射ｖＬ２９
に微少傾斜を与えるクサビ（図示省略）が設けてあって
、このクサビを取付けるためのスクリュー３４を他のモ
ーター（図示省略）で微小回転させて反射鏡２９の微少
傾斜を調整しビーム径調整を可能にする。

したがって、レーザー発振器１０を出たレーザービーム
は、ＦＧ付モモ−ター３１より回転する微小傾斜した反
射鏡２９によりビーム径が円錐状に広がった円運動をす
る。このレーザービームはレンズ３１を通ることにより
、平行光線になり、円柱状のビーム回転運動になる。そ
の後、モータードライブ型スキャナー１１．１２の反射
！２２．２３によりＸ、Ｙのスキャニングを行い、対物
レンズ１３でビーム径を整えてワーク１５に印字する。

このために、太いレーザービームを得ることができ、特
に、前記反射ｍ　２９の傾斜を制御することにより、レ
ーザービームの太さを変えることができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明に係る光走査レーザー加工装
置は、駆動機構の回転軸上に取付けられた反射鏡を位置
信号によって回転させ反射鏡に入射したレーザービーム
の反射光を移動させて加工を行う光走査レーザー加工装
置において、駆動機構にエンコーダ付のブラシレスモー
タを用いたことを特徴とするものである。

したがって、反射鏡をスキャンするガルバノメータ一部
の温度ドリフトを修正する回路を除くことができて高速
高精度なスキャニングが実現できる。

また、ブラシレスモーターはその用途が巾広いため同種
のモーターを量産化し易くコストも安くなる。

また、本発明に係る光走査レーザー加工装置は、駆動機
構の回転軸上に取付けられた反射鏡を位置信号によって
回転させ反射鏡に入射したレーザービームの反射光を移
動させて加工を行う光走査レーザー加工装置において、
駆動機構にエンコーダ付のブラシレスモークーを用い、
これらブラシレスモーター駆動の反射鏡へ入射する前に
レーザービームを回転により拡大させる反射鏡とこの反
射鏡の傾斜角を変更する機構と拡大したレーザービーム
を平行光線にして円柱状のビーム回転運動にするレンズ
とを有することを特徴とするものである。

したがって、レーザー発振器を出たレーザービームは、
回転する微小傾斜した反射鏡により、ビーム径が円錐状
に広がった円運動をする。このレーザービームはレンズ
を通ることにより平行光線になり、円柱状のビーム回転
運動になる。

その後、モータードライブ型スキャナーの反射鏡により
Ｘ、Ｙのスキャニングを行い、対物レンズでビーム径を
整えてワークに印字する。このために、太いレーザービ
ームを得ることができ、特に、前記反射鏡の傾斜を制御
することにより、レーザービームの太さを変えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成説明図、第２図はモー
タードライブ型スキャナーの制御回路の構成説明図、第
３図は本発明の他の実施例の構成説明図、第４図は反射
鏡とその駆動機構の斜視図、第５図は従来の光走査レー
ザー加工装置の構成説明図、第６図はガルバノメーター
キヤナーの制御回路の構成説明図である。１０はレーザー発振器、１１，１．２はモータードライ
ブ型スキャナー　１３は対物レンズ、１４はミラー　１
５はワーク、１８．１９はブラシレスモータ、２２．２
３は反射鏡、２４２５はエンコーダ、２６はデジタルサ
ーボコントローラ、２７は電流アンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）駆動機構の回転軸上に取付けられた反射鏡を位置
信号によって回転させ反射鏡に入射したレーザービーム
の反射光を移動させて加工を行う光走査レーザー加工装
置において、駆動機構にエンコーダ付のブラシレスモー
タを用いたことを特徴とする光走査レーザー加工装置。
（２）駆動機構の回転軸上に取付けられた反射鏡を位置
信号によって回転させ反射鏡に入射したレーザビームの
反射光を移動させて加工を行う光走査レーザ加工装置に
おいて、駆動機構にエンコーダ付のブラシレスモーター
を用い、これらブラシレスモーター駆動の反射鏡へ入射
する前にレーザービームを回転により拡大させる反射鏡
とこの反射鏡の傾斜角を変更する機構と拡大したレーザ
ービームを平行光線にして円柱状のビーム回転運動にす
るレンズとを有することを特徴とする光走査レーザ加工
装置。