JPH0314554B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ加工装置にかかるものであり、
特にレーザビームの走査を行うことによつて対象
物、例えば生地、皮などを加工するレーザ加工装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図には従来のレーザ加工装置の一例が示さ
れている。この図において、裁断コンベア１０の
左方には生地を巻回した原反ロール１２のセツト
された延反装置１４が配置されている。また、裁
断コンベヤ１０の右方には裁断後のスクラツプを
収容処理するスクラツプ処理装置１６が配置され
ている。加工の対象となる生地１８は図の矢印
F1の如く延反装置１４から裁断コンベヤ１０上
に送り出され、スクラツプは矢印F2の如くスク
ラツプ処理装置１６に収容される。裁断コンベヤ
１０の略中央付近にはレーザヘツド２０を走査す
るための駆動機構２２が配置されている。この駆
動機構２２は第１の駆動体２４と第２の駆動体２
６とによつて構成されている。第１の駆動体２４
は裁断コンベヤ１０の両側部に一組設けられてお
り、これに対して第２の駆動体２６が矢印F3の
方向に駆動される。この矢印F3の方向は生地１
８の表面に想定される座標軸Ｘに一致する。

第２の駆動体２６にはキヤリツジ２８が装着さ
れており、このキヤリツジ２８は第２の駆動体２
６によつて図の矢印F4の方向に駆動される。こ
の矢印F4の方向は生地１８の表面に想定される
座標軸Ｙに一致する。キヤリツジ２８にはレーザ
ヘツド２０が固着されている。すなわち、レーザ
ヘツド２０は第１の駆動体２４によつて座標軸Ｘ
の方向に走査され、第２の駆動体２６によつて座
標軸Ｙの方向に走査される。

更に、裁断コンベヤ１０の近辺にはレーザ発振
器３０が配置されており、前述した第２の駆動体
２６にはミラーからなる光学手段３２が配置され
ている。また、レーザ発振器３０には導光手段３
４が設けられている。この導光手段３４から出た
レーザ光は光路L1を通過して光学手段３２に入
射し、ここで光路が変更された後、光路L2を通
過してレーザヘツド２０に達する。光路L1の方
向は光学手段３２の移動方向、すなわち第２の駆
動体２６の矢印F3の移動方向に一致する。また、
光路L2の方向はレーザヘツド２０の移動方向、
すなわちキヤリツジ２８の矢印F4の移動方向に
一致する。従つて、レーザヘツド２０がどのよう
に移動しても、レーザ発振器３０から出力される
レーザ光は良好にレーザヘツド２０に達すること
ができる。

次に、上記従来例の動作について説明すると、
生地１８は裁断コンベヤ１０の動作とともに移送
され、レーザヘツド２０の部分を通過する。レー
ザヘツド２０は駆動機構２２によつて走査移動さ
れ、これに伴つてレーザ光が生地１８上で一定パ
ターンを描きながら走査が行なわれることとな
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のレーザ加工装置では、駆動
機構２２の大きさが裁断するパターンの大きさに
比例して大きくなり、配置スペースも十分とる必
要が生ずる。このため、レーザ加工装置、特に裁
断コンベヤ１０の長さが大となる。また、駆動機
構２２の動作に伴う騒音あるいは振動も相当大と
ならざるを得ない。

また、レーザヘツド２０の移動範囲は裁断パタ
ーンと一致するため、高速で裁断加工を行うこと
が困難であるという不都合もある。高速で裁断加
工を行うためにレーザ照射手段を複数設けること
も考えられるが、レーザ照射手段を複数設けるた
めにはレーザ発振器を複数設けなければならず、
装置が相当大がかりとなる。しかも、レーザ照射
手段を複数設けて裁断を行う場合は、レーザヘツ
ドのクロスは不可能であるとともにその接近にも
限界があるため、レーザヘツドの移動が重ならな
いように配慮する必要がある。

更に、集光手段であるレンズを光軸方向に移動
させて被加工物上にレーザ光の焦点を結ばせなが
ら、このレーザ光を反射手段であるミラー所定パ
ターンに走査させて被加工物を加工することが提
案されている。しかし、レンズは重量がかなりあ
るので、パターンの変化にあわせて高速で移動さ
せることは困難であり、したがつて、上記の装置
で高速加工を行なうことは困難である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであ
り、簡単な装置により、高速で生産性よく所定の
加工を行うことができるとともに、騒音あるいは
振動を低減し得るレーザ加工装置を提供すること
をその目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るレーザ加工装置は、支持台に支
持された被加工物に対し、レーザ光を２次元的に
走査しつつ照射することによつて被加工物を加工
するレーザ加工装置において、該装置はレーザ光
源から出力されるレーザ光を被加工物に対して集
中照射する光学手段を含み、この光学手段はま
た、レーザ光のビームを拡大するビーム拡大手段
と、該拡大されたレーザ光の集光を行なう集光レ
ンズ手段と、該レーザ光の反射を行なう第１と第
２の反射手段とを含み、さらに、第１の反射手段
は集光レンズ手段の光軸に沿つて移動する手段を
備え、第２の反射手段は第１及び第２の軸に対す
る揺動手段を備えているものである。

［作用］ この発明においては、集光レンズ手段を通つた
レーザ光を反射して被加工物を照射する第１と第
２の反射手段を設けており、また、第１反射手段
は集光手段の光軸に沿つて移動でき、第２反射手
段は第１、第２の軸のそれぞれを中心として揺動
できるので、当該レーザ光によつて被加工物上に
所定のパターンを描くことができる。

しかも、それに際してはまた、レーザ光源から
のレーザ光をビーム拡大手段により一旦拡大した
上で集光レンズ手段に入射させ、再度集束を計つ
ているので、当該集光レンズ手段の焦点距離を設
計的に長目に選ぶことにより、被加工物上でのス
ポツト径を十分に絞つても、第２の反射手段と被
加工物との距離を大きく保つことができ、これは
また、第２の反射手段の揺動の程度を小さく抑え
得ることを意味するため、高精度を保ちながらの
高速加工が可能となる。

［実施例］ 第１図には、本発明に従つて構成されたレーザ
加工装置の一実施例が示されており、この装置の
正面から見た概略の構成が第２図に示されてい
る。これら第１図及び第２図において、加工対象
の生地１００が支持される支持台であるスラツト
コンベヤ１０２の左方には生地１００の延反装置
１０４が配置されている。この延反装置１０４に
は生地１００が巻回された原反ロール１０６がセ
ツトされており、この原反ロール１０６に巻回さ
れた生地１００は延反装置１０４によつてスラツ
トコンベヤ１０２上に送り出されるようになつて
いる。スラツトコンベヤ１０２の右方にはスクラ
ツプ処理装置１０８が配置されており、加工終了
後の残余のスクラツプが収容されるようになつて
いる。

スラツトコンベヤ１０２の中央付近適宜位置に
は略コ字状のフレーム１１０が配置されており、
更にフレーム１１０の水平部の略中央にはレーザ
ヘツド１１２が固定されている。レーザヘツド１
１２は、例えばジンバル状に構成された第１のミ
ラー駆動部１１４、第２のミラー駆動部１１６、
及び集光手段１１８を含んでいる。レーザヘツド
１１２の光学系の一例は第３図及び第４図に示さ
れている。レーザ光は、第３図の一点鎖線に示す
ように、凸面鏡１２０、凹面鏡１２２から成るビ
ーム拡大手段を介してビーム径が拡大された後、
集光手段１１８であるレンズ１２４に入射し、反
射手段である第１のミラー１２５によつて反射さ
れ、更には反射手段である第２のミラー１２６に
よつて反射され、生地１００に入射するようにな
つている。反射手段である第１のミラー１２５と
第２のミラー１２６は、第４図に示すように、縦
方向に配置することも可能である。

第１のミラー１２５は集光手段であるレンズ１
２４の光軸に沿つて移動する移動手段を備え、反
射角度を補正しながら矢印Ｐの如く移動するもの
であり、第１のミラー１２５の移動により、生地
１００上でレーザ光が焦点を結ぶようになつてい
る。

第１のミラー駆動部１１４は第２のミラー１２
６を軸PXを中心として第２図の矢印FA又は第３
図の矢印FBの如く揺動駆動するものであり、こ
の軸PXは集光手段１１８のレンズ１２４の光軸
と平行である。また、第２のミラー駆動部１１６
は第２のミラー１２６を軸PYを中心として第２
図の矢印FC又は第３図の矢印FDの如く揺動する
ものである。

すなわち、レーザ光Ｌ（第１図参照）は、凸面
鏡１２０と凹面鏡１２２とによつてビーム径が拡
大され、レンズ１２４によつて集光させられ、第
１のミラー１２５によつて反射され、第２のミラ
ー１２６によつて生地１００上に照射される。レ
ーザ光Ｌは第１のミラー１２５を矢印Ｐ方向に移
動させることによつて生地１００上に焦点を結ぶ
ように制御され、第１のミラー駆動部１１４によ
つて生地１００上に想定される座標Ｘ方向に走査
され、第２のミラー駆動部１１６によつて生地１
００上に想定される座標Ｙ方向に走査されるよう
になつている。

なお、凸面鏡１２０及び凹面鏡１２２から成る
ビーム拡大手段は生地１００上におけるレーザ光
Ｌのスポツト径を絞るためのものである。すなわ
ち、スポツト径ｄはレンズ１２４の焦点距離ｆ、
レンズ１２４に入射するレーザ光のビーム径Ｄ、
定数ｋに対して、 ｄ＝ｋｆ／Ｄ で表わされる。従つて、焦点距離ｆを大きくとる
場合であつても、スポツト径ｄを一定にしようと
するとビーム径Ｄも焦点距離ｆに比例して大きく
する必要がある。

本発明においては、レンズ１２４の焦点距離ｆ
を大きくし、長焦点集光手段ないし長焦点凸レン
ズとすることにより、レーザヘツド１１２と生地
１００との距離を大とする方がミラー１２６の揺
動の程度を小さくすることができるため、かかる
ビーム拡大手段を用いている。

次に、スラツトコンベヤ１０２あるいは延反装
置１０４の近辺にはレーザ発振器１２８が配置さ
れており、更に、フレーム１１０の一方の肩１１
０Ａにはミラーなどから成る光学手段１３０が配
置固定されている。レーザ発振器１２８と光学手
段１３０の間には伝送体１３２，１３４及び光学
手段１３０によつてレーザ発振器１２８によつて
出力されるレーザ光をレーザヘツド１１２に導く
伝送手段が構成されている。

次に、スラツトコンベヤ１０２は一部が円弧状
にわん曲しており、これによつて加工わん曲部１
０２Ａが形成されている。この加工わん曲部１０
２Ａはミラー１２６の軸PXの回転中心を中心点
とした半径ｒの円周の一部となるように構成され
ている（第２図参照）。このため、第１のミラー
駆動部１１４により第２のミラー１２６を軸PX
に対して回転することによつてレーザ光LAを座
標軸Ｘ方向に走査する場合にあつては、第２のミ
ラー１２６と生地１００との光学的距離が変化し
ないため、焦点がずれるおそれがない。

次に、上記実施例における全体的動作について
説明する。まず、生地１００は延反装置１０４に
よつて原反ロール１０６からスラツトコンベヤ１
０２上に送り出される。他方、レーザ光は、レー
ザ発振器１２８から前述した伝送手段を介してレ
ーザヘツド１１２に達する。レーザ光は前述した
ビーム拡大手段１２０及びレンズ１２４を通過
し、第１のミラー１２５によつて反射され、更に
第２のミラー１２６によつて生地１００上に焦点
が合うように反射される。

このとき、第１及び第２のミラー駆動部１１
４，１１６によつて第２のミラー１２６が軸PX，
PYを中心として揺動し、必要な裁断のパターン
に従つてレーザ光Ｌが生地１００上で走査され
る。そして、第１のミラー１２５が矢印Ｐの方向
に移動し、レーザ光Ｌが生地１００上で焦点を結
ぶように制御される。

以上の動作により、生地１００は対象パターン
が形成されて裁断され、生地１００はスラツトコ
ンベヤ１０２によつてスクラツプ処置装置１０８
の方向に送られる。裁断された生地１００Ａはオ
ペレータによつてスラツトコンベヤ１０２上から
収集され、スクラツプはスクラツプ処理装置に収
容される。

なお、上記実施例では第１及び第２のミラー駆
動部１１４，１１６によつてレーザ光Ｌを直交す
る座標軸XY方向に走査することとしたが、レー
ザ光Ｌを平面的ないしは２次元的に走査できれば
十分である。また、上記実施例では生地１００を
座標軸Ｘの方向にわん曲させたが、これをＹ方向
にわん曲させてもよい。

更に、加工対象物としては生地、皮等の他、金
属、プラスチツクなどでもよいが、上記実施例で
は可とう性のあるものが好ましいことはいうまで
もない。このような性質を有しない場合には、ス
ラツトコンベヤ１０２は第５図に示すように平担
に構成することになる。更に、加工対象物が比較
的小面積のものであるときは、直接スラツトコン
ベヤ１０２上に載せるようにする。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によるレーザ加工
装置によれば、集光手段を通つたレーザ光を被加
工物に対して照射する反射手段である第１と第２
のミラーを設けるとともに、この第１のミラーを
集光手段の光軸に沿つて移動させてレーザ光が被
加工物上で焦点を結ぶように制御し、かつ、この
第２のミラーを第１及び第２の軸を中心として揺
動させてレーザ光が所定のパターンを描くように
したので、第１のミラーが軽量で移動させやすい
ことと相まつて、高速で生産性よくレーザ加工す
ることができるとともに、騒音あるいは振動が低
減されるという効果を有する。

さらに、レーザビームはあらかじめビーム拡大
手段により拡大した後、集光レンズ手段に入射さ
せているので、この集光レンズ手段に望ましくは
長焦点のものを使うことができる。そのため、被
加工物上でのスポツト径を十分に絞つても、第２
の反射手段と被加工物との距離は大きく採ること
ができ、結局は当該第２の反射手段の揺動の程度
を小さく抑えることができる。このこともまた、
上記の高精度、高速加工性に大いに寄与するもの
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明レーザ加工装置の一実施例を示
す斜視図、第２図は第１図に示す装置の簡略化し
た正面図、第３図、第４図はレーザヘツドの構成
例を示す説明図、第５図は従来のレーザ加工装置
の一例を示す斜視図である。 図において、１００は生地、１０２はスラツト
コンベヤ、１１２はレーザヘツド、１１４，１１
６はミラー駆動部、１１８は集光手段、１２０は
凸面鏡、１２２は凹面鏡、１２４はレンズ、１２
５，１２６はミラー、１２８はレーザ発振器、１
２０Ａはわん曲部、PX，PYは軸、Ｌはレーザ光
である。なお、各図中同一符号は同一又は相当部
分を示すものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 支持台に支持された被加工物に対し、レーザ
   光を２次元的に走査しつつ照射することによつて
   被加工物を加工するレーザ加工装置において； 該装置はレーザ光源から出力されるレーザ光を
   被加工物に対して集中照射する光学手段を含み； 該光学手段は、レーザ光のビームを拡大するビ
   ーム拡大手段と、該拡大されたレーザ光の集光を
   行なう集光レンズ手段と、該レーザ光の反射を行
   なう第１と第２の反射手段とを含み； 該第１の反射手段は該集光レンズ手段の光軸に
   沿つて移動する手段を備え； 該第２の反射手段は第１及び第２の軸に対する
   揺動手段を備えたこと； を特徴とするレーザ加工装置。 ２ 前記第２の反射手段は、前記集光レンズ手段
   の光軸と平行な揺動軸を含むこと； を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ
   加工装置。 ３ 前記支持台は前記第１又は第２の軸の中心に
   対する円弧を形成するわん曲部を有しているこ
   と； を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載のレーザ加工装置。