JPH05169285A - Laser scanner - Google Patents

Laser scanner

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Publication number
JPH05169285A
JPH05169285A JP3354957A JP35495791A JPH05169285A JP H05169285 A JPH05169285 A JP H05169285A JP 3354957 A JP3354957 A JP 3354957A JP 35495791 A JP35495791 A JP 35495791A JP H05169285 A JPH05169285 A JP H05169285A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mirror
motor
spring
swing
cooling water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3354957A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Kishi
正雄 岸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP3354957A priority Critical patent/JPH05169285A/en
Publication of JPH05169285A publication Critical patent/JPH05169285A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the driving force of motor by attaching a spring at the mirror or the lens and generating the recovering force toward the balancing point. CONSTITUTION:A flat mirror plate 20 is fixed to a cooling water jacket 21 having an air conditioner in the inside with the action of a mirror supporting tool 23. A cooling water entrances 24, 25 are bored at the cavity of the cooling water jacket 21 and the cooling water goes in and out from here. The center of swing is connected to the motor with a crank mechanism, and the whole of mirror is swing around the center of swing 22 with the driving power of the motor. Two springs 27, 28 are set between a base plate 26 and the rear surface of the cooling water jacket 21 in the compressed state. Because the spring constants of two springs are same and the lengths are also same, the position is symmetrical about the center of swing, so if the swing angle of mirror theta=0, the torque of spring is become zero. If the mirror is inclined, because the stability in proportion to the inclining angle theta is generated in the spring, so the motor driving force can be minimized, and a small motor can be used.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は炭酸ガスレ−ザの光を
走査するためのミラ−、レンズを用いたレ−ザスキャナ
の改良に関する。炭酸ガスレ−ザの強力なパワ−を用い
て溶接、切断、熱処理等を行う装置に於いて、レ−ザ光
を左右に揺るための走査装置が設けられる。レ−ザ光を
左右に揺動するのは、レ−ザ光が照射される範囲を拡げ
るためであって、レ−ザ光の相対的な進行方向と直角に
ある一定振幅でレ−ザビ−ムを揺動させる。レ−ザ光は
光であるので、レンズ又はミラ−を揺動することによっ
てレ−ザビ−ムを走査することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a laser scanner using a mirror and a lens for scanning the light of a carbon dioxide laser. In a device that performs welding, cutting, heat treatment, etc. using the powerful power of a carbon dioxide gas laser, a scanning device for rocking the laser light from side to side is provided. The reason for oscillating the laser light to the left and right is to expand the range in which the laser light is irradiated, and the laser beam is emitted at a constant amplitude at right angles to the relative traveling direction of the laser light. Rock the rock. Since the laser light is light, the laser beam can be scanned by swinging the lens or mirror.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭酸ガスレ−ザの光を用いたレ−ザ加工
装置は、レ−ザ光源と、レ−ザ光を左右に走査するため
の走査装置と、ト−チノズルなどを含んでいる。走査装
置というのは、レンズで絞られたレ−ザ光を、2回反射
する2つのミラ−、あるいは揺動するレンズよりなる。
ミラ−の場合これをM1 、M2 とすると両者はほぼ平行
であって、レ−ザ光の光は2回反射してもとの方向へ収
束して進行するようになっている。収束するのは走査装
置の前に設置された集光レンズの作用である。ミラ−法
線とレ−ザ光の軸線のなす角をΘとすると、レ−ザ光
は、M1 で反射されて(π−2Θ)方向に進行し、M2
で反射されてもとの方向に進行する。加工される部材は
ミラ−M1 、M2 の中心を含む面Pに直角な方向に送ら
れる。これだけでは加工部材に当たるレ−ザ光の軌跡は
単なる直線になる。レ−ザ光が作用する範囲を拡げるた
めに、前記の直線とは直角の方向にレ−ザ光を走査す
る。こうするためにM1 、M2 のいずれかのミラ−をM
1 、M2 の中心を含む面P内において、揺動させればよ
い。たとえば、ミラ−M1 を揺動させるとする。M1
ら被加工部材までの光路長をLとする。ミラ−M1 の揺
動の振幅をφ、揺動の角周波数をΩとすると、ミラ−M
1 の中心位置からの傾き角θは θ=φsin Ωt (1) によって与えられる。したがって被加工部材でのビ−ム
の中心位置からのずれQは Q=2Lφsin Ωt (2) となる。ミラ−には多量のレ−ザ光が当たって発熱する
ので冷却水を背面に流すようになっている。ミラ−を保
持するための機構もあるのでミラ−といってもかなりの
重さがある。これを速く動かすためには、駆動モ−タの
パワ−を大きくしなければならない。
2. Description of the Related Art A laser processing apparatus using the light of a carbon dioxide gas laser includes a laser light source, a scanning device for scanning the laser light from side to side, and a torch nozzle. .. The scanning device is composed of two mirrors that reflect the laser light focused by the lens twice, or a oscillating lens.
In the case of a mirror, if these are M 1 and M 2 , they are substantially parallel to each other, and the laser light converges in the original direction even if it is reflected twice. It is the action of the condenser lens installed in front of the scanning device that converges. When the angle between the mirror normal and the axis of the laser beam is Θ, the laser beam is reflected by M 1 and travels in the (π-2Θ) direction, and M 2
Even if it is reflected by, it travels in the original direction. Member to be processed is fed in a direction perpendicular to the plane P including the center of the mirror -M 1, M 2. With this alone, the trajectory of the laser light that hits the processed member becomes a straight line. In order to expand the range in which the laser light acts, the laser light is scanned in a direction perpendicular to the straight line. To do this, either M 1 or M 2
It may be rocked in a plane P including the centers of 1 and M 2 . For example, assume that the mirror M 1 is swung. The optical path length from M 1 to the workpiece is L. If the oscillation amplitude of the mirror M 1 is φ and the angular frequency of the oscillation is Ω, the mirror M
Tilt angle from the central position of the 1 theta is given by θ = φsin Ωt (1). Therefore, the deviation Q from the center position of the beam in the member to be processed is Q = 2Lφ sin Ωt (2). Since a large amount of laser light hits the mirror to generate heat, cooling water is made to flow to the back surface. Since there is also a mechanism for holding the mirror, it is quite heavy even though it is called a mirror. In order to move it quickly, the power of the drive motor must be increased.

【0003】従来はクランク機構によってミラ−の軸を
揺動させるようにしていた。図3にこれの斜視図を示
す。図4は軸方向の側面図を示す。モ−タ軸1の先端に
偏芯板2が取り付けてあり、モ−タ軸1から少し偏芯し
た位置に偏芯軸3が固着されている。偏芯軸3の先端に
は、コネクティングロッド4がベアリング5を介して取
り付けられる。コネクティングロッド4の他端には、ク
ランク6がベアリング7を介して取り付けられる。クラ
ンク6のもう一方の端にはミラ−揺動軸8がベアリング
9によって回転自在に支持されている。ミラ−揺動軸8
の先端にミラ−M1 が固着される。これはミラ−だけで
なく冷却水ジャケットやミラ−マウントなどかなり重量
のあるものも伴に固着されている。モ−タが回転する
と、偏芯板2が回転する。偏芯軸3も回転するので、コ
ネクティングロッドが左右に動いてクランク6が揺動す
る。このようなクランク機構は既によく知られている。
回転運動を往復運動に変換するものとして周知である。
この他にもモ−タ回転によってミラ−を回転させる機構
はいくつもありうる。
Conventionally, the shaft of the mirror is oscillated by a crank mechanism. FIG. 3 shows a perspective view of this. FIG. 4 shows a side view in the axial direction. An eccentric plate 2 is attached to the tip of the motor shaft 1, and an eccentric shaft 3 is fixed at a position slightly eccentric from the motor shaft 1. A connecting rod 4 is attached to the tip of the eccentric shaft 3 via a bearing 5. A crank 6 is attached to the other end of the connecting rod 4 via a bearing 7. At the other end of the crank 6, a mirror swing shaft 8 is rotatably supported by a bearing 9. Miller swing shaft 8
The mirror M 1 is fixed to the tip of the. This is fixed not only with the mirror but also with some heavy items such as cooling water jackets and mirror mounts. When the motor rotates, the eccentric plate 2 rotates. Since the eccentric shaft 3 also rotates, the connecting rod moves left and right and the crank 6 swings. Such a crank mechanism is already well known.
It is well known to convert rotary motion into reciprocating motion.
In addition to this, there may be many mechanisms for rotating the mirror by rotating the motor.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】炭酸ガスレ−ザの光を
左右に走査するためのミラ−は、単に反射鏡であるので
はなく、冷却水ジャケットをも含んでいて、かなりの大
きさと重さがある。面に平行な揺動軸に関する慣性モ−
メントもかなり大きい。単に回転運動をさせるだけのこ
とであれば、最初はともかく回転しはじめると慣性によ
って自然に回転を持続するのでモ−タに要求される駆動
力は小さくてもよい。しかしながらここでは単に回転運
動をさせるのではなく、クランクによって揺動運動をさ
せるのである。慣性運動は全く役に立たない。むしろ、
回転角速度が正から負、負から正に変わる時に過大な回
転モ−メントを必要とする。したがって揺動運動の周期
が大きいと、かなりの駆動力をモ−タが担わなくてはな
らない。たとえば、ミラ−は8cm×8cm程度の大き
さがあって、マウントや冷却水ジャケットを含めた厚さ
が4mm程度であるとし、部材の密度を6gcm-3程度
とすると、面に平行な軸まわりの慣性二次モ−メントは
4000gcm2 程度にもなる。
The mirror for scanning the light of the carbon dioxide laser to the left and right is not only a reflecting mirror, but also includes a cooling water jacket and has a considerable size and weight. There is. Inertia mode about the swing axis parallel to the plane
The ment is also quite large. In the case of simply rotating the motor, the driving force required for the motor may be small because the rotation naturally continues due to the inertia when the motor starts rotating anyway at first. However, here, not only the rotational movement but the swing movement by the crank is performed. Inertial movement is completely useless. Rather,
Excessive rotational moment is required when the rotational angular velocity changes from positive to negative and from negative to positive. Therefore, if the period of the rocking motion is large, the motor must bear a considerable driving force. For example, assuming that the mirror has a size of about 8 cm × 8 cm, the thickness including the mount and the cooling water jacket is about 4 mm, and the density of the member is about 6 gcm −3 , the circumference of the axis parallel to the plane is assumed. Inertial secondary moment of about 4000 gcm 2 .

【0005】これをたとえば揺動振幅を1°(φ=π/
180)として50Hzで揺動させるとすると、トルク
はId2 θ/dt2 で表されるから、最大トルクは Tmax =IφΩ2 (3) ということになる。慣性二次モ−メントをI=4410
gcm2 、φ=π/180、Ω=2π×50sec-1
あるから、最大トルク Tmax =0.76Nm (4) となってかなり大きくなる。このように大きいトルクを
得ようとすると大きいモ−タが必要である。しかしレ−
ザ加工装置の中に設置するモ−タなのであるからできる
だけ小さいモ−タである事が望ましいのはいうまでもな
い事である。揺動振幅を下げるか又は揺動数をより低く
すれば最大トルクTmax を下げることができる。しかし
振幅φは走査振幅がLφになり、これがある程度の値で
なければならないことから、φをあまり下げる事はでき
ない。また揺動の周波数もあまり小さくするとレ−ザビ
−ムを走査して、被加工物を前記直線の近傍で均一に加
熱するということができなくなる。それでΩもある程度
大きくなくてはならない。このようなことはミラ−を揺
動させることに起因して起こることである。ミラ−を揺
動するための駆動モ−タを小さくしても同じような振幅
φ、周波数Ω/2πを得られるようにしたミラ−の揺動
装置を提供することが本発明の目的である。
For example, the swing amplitude is 1 ° (φ = π /
180), the torque is represented by Id 2 θ / dt 2 , and the maximum torque is T max = IφΩ 2 (3). Inertial secondary moment I = 4410
Since gcm 2 , φ = π / 180, and Ω = 2π × 50 sec −1 , the maximum torque T max is 0.76 Nm (4), which is considerably large. In order to obtain such a large torque, a large motor is required. However,
It is needless to say that it is desirable that the motor be as small as possible because it is a motor installed in the processing machine. The maximum torque T max can be lowered by lowering the swing amplitude or lowering the swing number. However, the amplitude .phi. Cannot be lowered so much because the scanning amplitude becomes L.phi. And this must be a certain value. Further, if the oscillation frequency is too small, it becomes impossible to scan the laser beam to uniformly heat the workpiece in the vicinity of the straight line. Therefore, Ω must be large to some extent. This is because of the swinging of the mirror. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a oscillating device for a mirror, which can obtain a similar amplitude φ and frequency Ω / 2π even if the drive motor for oscillating the mirror is reduced. ..

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明のレ−ザスキャナ
は、レ−ザ光を反射し左右に走査するべき走査ミラ−を
モ−タによって強制的に揺動させるとともに、スプリン
グによって平衡位置方向に向かうように賦勢してモ−タ
の駆動力を節減しようというものである。スプリングを
取り付けた点が新規である。スプリングは揺動軸に関し
て対称の位置に取り付けて、弾性力がミラ−の平衡点に
おいて打消すようにする。このようにすると、スプリン
グはミラ−を平衡位置θ→0へ戻るように復元力を与え
る。スプリングの力とモ−タの力が相加わってミラ−を
揺動させるようになるので、モ−タに加わる負担が軽減
されるのである。角速度dθ/dtが正で、θが負の場
合、スプリングの力もモ−タの力も同方向に働きθを増
す方向に働く。反対に角速度dθ/dtが負でθが正の
場合、スプリングの力もモ−タの力も、θを減ずる方向
に協同して働く。つまり、θ=φsinΩtによって、
ミラ−の角変位を表す場合Ωtが第1象限、第3象限に
ある時、スプリングとモ−タの力は相強めあう。
The laser scanner of the present invention forcibly oscillates a scanning mirror for reflecting laser light and scanning left and right by a motor, and at the same time a balance position direction by a spring. It is intended to reduce the driving force of the motor by urging the motor toward. The point that a spring was attached is new. The springs are mounted symmetrically with respect to the pivot axis so that the elastic forces cancel out at the mirror equilibrium point. In this way, the spring gives a restoring force to return the mirror to the equilibrium position θ → 0. Since the force of the spring and the force of the motor are added to oscillate the mirror, the load applied to the motor is reduced. When the angular velocity dθ / dt is positive and θ is negative, both the spring force and the motor force act in the same direction and increase θ. On the contrary, when the angular velocity dθ / dt is negative and θ is positive, both the spring force and the motor force work in the direction of decreasing θ. That is, by θ = φsinΩt,
When representing the angular displacement of the mirror, when the Ωt is in the first quadrant and the third quadrant, the force of the spring and that of the motor reinforce each other.

【0007】しかし角速度dθ/dtが正で、θも正で
ある時、モ−タはθを増す方向に、スプリングはθを減
ずる方向に力を及ぼす。またdθ/dtが負でθが負で
ある場合、モ−タはθを減ずる方向に、スプリングはθ
を増す方向に力を生ずる。この場合、スプリングはモ−
タの力を弱めるように働く。モ−タの力がスプリングの
力より大きくなくてはならない。これはもちろんであ
る。θ=φsinΩtによってミラ−の角変位を表す
時、Ωtが、第2象限、第4象限にある時、モ−タとス
プリングの力は相弱めあう。そうであればスプリングの
力は功罪相半ばしてモ−タの力を補わないようにみえる
がそうではない。既に述べたように、モ−タが最大の力
を出すときは、角速度dθ/dtが正から負へ、或は負
から正へ切り変わる瞬間であるが、この時にスプリング
力は、この転換を強力に補助することができるからであ
る。
However, when the angular velocity dθ / dt is positive and θ is also positive, the motor exerts a force in the direction of increasing θ and the spring exerts a force in the direction of decreasing θ. When dθ / dt is negative and θ is negative, the motor decreases θ and the spring decreases θ.
A force is generated in the direction of increasing. In this case, the spring is
Work to weaken the power of the ta. The motor force must be greater than the spring force. This is of course. When .theta. =. phi.sin .OMEGA.t represents the angular displacement of the mirror, when .OMEGA.t is in the second quadrant and the fourth quadrant, the force of the motor and the spring weaken each other. If so, it seems that the spring force does not supplement the motor force in the middle of the merits and demerits, but it is not so. As described above, when the motor exerts the maximum force, it is the moment when the angular velocity dθ / dt changes from positive to negative or from negative to positive. At this time, the spring force changes this conversion. This is because it can strongly assist.

【0008】[0008]

【作用】スプリングで支持されたミラ−の簡略化した図
を図5に示す。2つのスプリングS1 、S2 があって、
これが支点Oの両側でミラ−に弾性力を及ぼしていると
する。もちろんデ−タ及びクランク機構があって、ミラ
−が揺動運動する点はかわらない。スプリングS1 、S
2 があるといっても、自由に揺動するというわけではな
い。スプリングのたわみをs1 、s2 として、バネ定数
をkとする。スプリングのミラ−に対する作用点を、R
1 、R2 とし中点Oからの距離をl/2とする。バネS
1 による左まわりのモ−メントは−ks1 l/2であ
り、バネS2による左まわりのモ−メントはks2 l/
2であるので、合計としてミラ−に対して、 k(s2 −s1 )l/2 (5) のモ−メントを付加する事になる。モ−タより与えられ
る揺動運動の力を−HsinΩtとすると、次の運動方
程式が成立する。 Id2 θ/dt2 +k(s2 −s1 )l/2=−HsinΩt (6) ところがθは微少角であるので、スプリングS1 、S2
の変位s1 、s2 の差はθに比例し、 (s1 −s2 )=−lθ (7) と書くことができる。すると運動方程式は、 Id2 θ/dt2 +kl2 θ/2=−HsinΩt (8) となる。定常状態に於いてθ=φsinΩtであるの
で、 φ(IΩ2 −kl2 /2)=H (9) であるが、モ−タによる駆動力HがスプリングS1 、S
2 の存在によって減少している事を示す式になってい
る。スプリングがないと、モ−タの最大トルクHは、φ
IΩ2 であるが、バネ定数kのスプリングを用いるの
で、最大トルクHは、これよりφkl2 /2だけ小さく
なるのである。(8)はよく見慣れた強制振動の方程式
であるが、Hが決まっていてミラ−が自由運動するとい
うのではなく、ミラ−の運動がθ=φsinΩtである
という条件が決まっているのである。φは機構的なもの
で決まっており、Ωはモ−タの回転速度によって決ま
る。 Ω0 =(kl2 /2I)1/2 (10) はスプリングとミラ−による固有振動の角周波数である
が、ΩをΩ0 に近付けると、モ−タに必要とされる最大
トルクHはさらに小さくなる。
A simplified view of the spring-supported mirror is shown in FIG. There are two springs S 1 and S 2 ,
It is assumed that this exerts elastic force on the mirror on both sides of the fulcrum O. Of course, there is data and a crank mechanism, and the point at which the mirror swings does not change. Spring S 1 , S
The fact that there is 2 does not mean that it swings freely. The spring deflection is s 1 and s 2 , and the spring constant is k. The point of action of the spring on the mirror is R
1 and R 2, and the distance from the midpoint O is 1/2. Spring S
The counterclockwise moment due to 1 is -ks 1 l / 2, and the counterclockwise moment due to spring S 2 is ks 2 l /
2, so mirror as Total - respect, mode of k (s 2 -s 1) l / 2 (5) - would be to add placements. Letting the force of the oscillating motion given by the motor be -Hsin Ωt, the following equation of motion holds. Id 2 θ / dt 2 + k (s 2 −s 1 ) 1/2 = −H sinΩt (6) However, θ is a small angle, so the springs S 1 and S 2
The difference between the displacements s 1 and s 2 of is proportional to θ and can be written as (s 1 −s 2 ) = − lθ (7). Then, the equation of motion becomes Id 2 θ / dt 2 + kl 2 θ / 2 = −H sinΩt (8). Since at steady state is θ = φsinΩt, φ (IΩ 2 -kl 2/2) = is a H (9), motor - drive force H is the spring S 1 by data, S
It is a formula showing that it is decreased by the existence of 2 . Without a spring, the maximum torque H of the motor is φ
Is a Iomega 2, since use of the spring of spring constant k, the maximum torque H is than this φkl only 2/2 is the smaller. (8) is a familiar equation of forced vibration, but the condition that the motion of the mirror is θ = φsinΩt is determined, not that H is fixed and the mirror moves freely. φ is mechanically determined, and Ω is determined by the rotation speed of the motor. Ω 0 = (kl 2 / 2I) 1/2 (10) is the angular frequency of the natural vibration due to the spring and the mirror, but when Ω is brought close to Ω 0 , the maximum torque H required for the motor is It gets smaller.

【0009】[0009]

【実施例】図1は本発明のレ−ザスキャナの概略構成図
である。炭酸ガスレ−ザの光が、レンズ11で集光され
て揺動ミラ−M1 に当たる。ここで反射されて、固定ミ
ラ−M2 に入射する。ここで再び反射されたレ−ザ光
は、ト−チノズル12の開口を通して外部に導かれ、被
加工物13に照射される。レンズ11で集光されている
ので被加工物13に於いてはビ−ムは点状になってい
る。被加工物13はx方向に送られている。レ−ザ光線
の照射点は−x方向に移動するが、第1のミラ−M1
yz平面で揺動しているので、実際にはy方向に走査し
ながら−x方向に進んでゆく。つまり被加工物13上で
のビ−ムの収束点のx、y座標は x=vt (11) y=2LφsinΩt (12) となるのである。Lはミラ−M1 から被加工物13まで
の光路長である。tを消去すれば、照射線14を与える
式は y=2Lφsin(Ωx)/v (13) となって、xy平面(被加工物平面)に振幅2Lφでピ
ッチが2πv/Ωの走査を繰り返しながら、ビ−ムスポ
ットが移動してゆくということがわかる。実際にはミラ
−M1 、M2 はケ−ジングの中にあり、しかも、これら
には冷却水ジャケットがあって冷却水を通すようになっ
ている。簡単のためこれらの機構の図示を略した。
1 is a schematic diagram of a laser scanner according to the present invention. The light from the carbon dioxide gas laser is condensed by the lens 11 and strikes the swing mirror M 1 . It is reflected here and enters the fixed mirror M 2 . The laser light reflected again here is guided to the outside through the opening of the torch nozzle 12 and is applied to the workpiece 13. Since the light is focused by the lens 11, the beam is dot-shaped on the workpiece 13. The workpiece 13 is sent in the x direction. The irradiation point of the laser beam moves in the -x direction, but since the first mirror M 1 oscillates in the yz plane, it actually advances in the -x direction while scanning in the y direction. .. That is, the x and y coordinates of the beam convergence point on the workpiece 13 are x = vt (11) and y = 2LφsinΩt (12). L is the optical path length from the mirror M 1 to the workpiece 13. If t is erased, the formula that gives the irradiation line 14 becomes y = 2Lφ sin (Ωx) / v (13), and while repeating scanning with an amplitude of 2Lφ and a pitch of 2πv / Ω on the xy plane (workpiece plane). , It can be seen that the beam spot moves. Mira -M 1, M 2 is the fact Ke - located in the managing, moreover, these are adapted to pass the cooling water there is a cooling water jacket. For simplicity, illustration of these mechanisms is omitted.

【0010】図2は揺動ミラ−M1 のみの拡大図であ
る。平板なミラ−板20は、内部に空洞を有する冷却水
ジャケット21に、ミラ−支持具23の作用によって固
着されている。揺動中心22はミラ−板20の裏面に面
と平行な方向に通っている。冷却水ジャケット21の空
洞には冷却水出入口24、25が穿たれてここから冷却
水が出入りするようになっている。揺動中心は図3に示
したようなクランク機構によってモ−タと接続されてい
る。モ−タの動力によってミラ−の全体が揺動中心22
のまわりに揺動する。ミラ−板20の背後方向に固定さ
れた基台26がある。基台26と冷却水ジャケット21
の裏面との間には2つのスプリング27、28が設けて
ある。圧縮された状態で装架されている。2つのスプリ
ングのバネ定数が同一で、長さも同一であるので、揺動
中心22に関して対称の位置にあるので、ミラ−の揺動
角θ=0であれば、スプリングのトルクは打ち消しあっ
て0となる。ミラ−が傾くと、スプリングは傾き角θに
比例した復元力を生ずるので、θに比例した復元トルク
がミラ−に作用することになる。一例を挙げて、スプリ
ングの作用によってモ−タトルクが節減できることを具
体的に説明する。ミラ−板20、冷却水ジャケット2
1、ミラ−支持具23など全体の揺動中心まわりの慣性
二次モ−メントIを4410gcm2 とし、揺動角φ=
1°(π/180ラジアン)として、振動数を50Hz
とすると、スプリングのない時の最大トルクは(9)よ
り IφΩ2 =0.76Nm (14) である。これは既に説明したとおりである。スプリング
の作用点の距離lを51.2mm、スプリングのバネ定
数k=1.7kg重/mmとすると、k=1.7×9.
8×103 kg/sec2 であるので、φ=π/180
として、 φkl2 /2=0.38Nm (15) となる。最大トルクは IφΩ2 −φkl2 /2=0.38Nm (16) となってスプリングのない場合に比べて半分となる。ス
プリングをより強くしてバネ定数をk=2.5kg重/
mmとすると、最大トルクはさらに減少して0.2Nm
となる。バネ定数を3.4kg重/mmとすると、最大
トルクは計算上 IφΩ2 −φkl2 /2=0Nm (17) となり、駆動モ−タの力は極めて小さくてよいというこ
とになる。これはスプリング、ミラ−系の固有振動数が
50Hzになっているからである。
FIG. 2 is an enlarged view of only the swing mirror M 1 . The flat mirror plate 20 is fixed to the cooling water jacket 21 having a cavity inside by the action of the mirror support 23. The swing center 22 passes through the back surface of the mirror plate 20 in a direction parallel to the surface. Cooling water inlets / outlets 24 and 25 are formed in the cavity of the cooling water jacket 21 so that cooling water can enter / exit from there. The swing center is connected to the motor by a crank mechanism as shown in FIG. Due to the power of the motor, the entire mirror swings 22
Rock around. There is a base 26 fixed to the back of the mirror plate 20. Base 26 and cooling water jacket 21
Two springs 27 and 28 are provided between the back surface and the back surface of the. It is mounted in a compressed state. Since the spring constants of the two springs are the same and the lengths thereof are also the same, they are located symmetrically with respect to the swing center 22. Therefore, if the swing angle θ of the mirror is zero, the spring torques cancel each other out. Becomes When the mirror tilts, the spring generates a restoring force proportional to the tilt angle θ, and thus a restoring torque proportional to θ acts on the mirror. An example is given to specifically explain that the motor torque can be reduced by the action of the spring. Mirror board 20, cooling water jacket 2
1. The secondary inertial moment I around the center of swing of the mirror support 23 and the like is set to 4410 gcm 2 , and the swing angle φ =
Assuming 1 ° (π / 180 radian), the frequency is 50 Hz
Then, the maximum torque when there is no spring is IφΩ 2 = 0.76Nm (14) from (9). This is as described above. Assuming that the distance 1 of the action point of the spring is 51.2 mm and the spring constant of the spring is k = 1.7 kgf / mm, k = 1.7 × 9.
Since it is 8 × 10 3 kg / sec 2 , φ = π / 180
As a result, φkl 2 /2=0.38 Nm (15). The maximum torque is IφΩ 2 −φkl 2 /2=0.38Nm (16), which is half that in the case without a spring. Make the spring stronger and the spring constant k = 2.5 kgf /
mm, the maximum torque is further reduced to 0.2 Nm
Becomes When the spring constant is 3.4kg weight / mm, the maximum torque is calculated on IφΩ 2 -φkl 2/2 = 0Nm (17) , and the drive motor - other forces will be referred to may very small. This is because the natural frequency of the spring and mirror system is 50 Hz.

【0011】以上で本発明の利点が明白になったものと
思われる。図2ではスプリングは平行スプリングであっ
たが、図6に示すように等脚台形の脚をなすようにスプ
リングを配置してもよい。この場合、平行線に対するス
プリングの傾きをψとすると、cosψが補正項として
入る。(9)のかわりに φ(IΩ2 −kl2 cosψ/2)=H (18) となるのである。このようにするとψを変える事によっ
てスプリングの復元力を自在に変更する事ができる。図
6に於いて、ピン30によって2つの等長のバ−31、
32の一端が支持される。バ−31、32の他端はピン
33、34によってスプリングS1 、S2 に結合され
る。スプリングS1 、S2 はピン35、36によりミラ
−M1 の冷却水ジャケット21の一部に連結される。こ
れらピンは緊締してあるのでこの形状を保つことができ
る。実線で示すスプリングS1 、S2 の位置はψが小さ
く、スプリングの復元力(kcosψ)は大きい。これ
は例えば50Hz(Ω=2π×50sec-1)の時の配
置である。駆動振動数を減ずる場合ψを大きくすればよ
い。細線で示す位置は駆動振動数が10Hz(Ω=2π
×10sec-1)の位置である。この変更はピンのネジ
等を緩めて、スプリングS1 、S2 を回転させ、再びピ
ンをかたく締めればよい。これまで説明したものはミラ
−を用いた走査装置である。レンズを用いるレ−ザスキ
ャナにも本発明を応用できるのはもちろんである。図7
にこれを示す。レンズに対してレ−ザ光が直角に入る。
クランク機構によりレンズは左右に揺動する。右に揺動
するとレ−ザ光は右へ曲がり、左へ揺動するとレ−ザ光
は左へ曲がる。このレンズに対してスプリングを取り付
ける。スプリングの復元力がモ−タの力を補うのでモ−
タの力は節減される。
From the above, the advantages of the present invention are apparent. Although the springs are parallel springs in FIG. 2, the springs may be arranged so as to form an isosceles trapezoidal leg as shown in FIG. In this case, assuming that the spring inclination with respect to the parallel lines is ψ, cos ψ enters as a correction term. Instead of (9), φ (IΩ 2 −kl 2 cos ψ / 2) = H (18). By doing so, the restoring force of the spring can be freely changed by changing ψ. In FIG. 6, two equal length bars 31 are provided by the pin 30.
One end of 32 is supported. The other ends of the bars 31, 32 are connected to the springs S 1 , S 2 by pins 33, 34. The springs S 1 and S 2 are connected to a part of the cooling water jacket 21 of the mirror M 1 by pins 35 and 36. Since these pins are tightened, this shape can be maintained. The positions of the springs S 1 and S 2 shown by the solid lines have a small ψ, and the spring restoring force (kcos ψ) is large. This is an arrangement at the time of 50 Hz (Ω = 2π × 50 sec −1 ), for example. To reduce the driving frequency, ψ may be increased. The driving frequency is 10 Hz (Ω = 2π) at the position indicated by the thin line.
The position is × 10 sec −1 ). To change this, loosen the screw of the pin, rotate the springs S 1 and S 2, and tighten the pin again. What has been described so far is a scanning device using a mirror. Of course, the present invention can be applied to a laser scanner using a lens. Figure 7
Shows this. The laser light enters the lens at a right angle.
The lens swings left and right by the crank mechanism. When swinging to the right, the laser light bends to the right, and when swinging to the left, the laser light bends to the left. Attach a spring to this lens. Since the restoring force of the spring supplements the force of the motor,
Ta power is saved.

【0012】[0012]

【発明の効果】レ−ザ加工装置のミラ−、レンズを用い
たビ−ム走査装置に於いて、スプリングを設けて復元力
を発生させるようにしたので,モ−タ駆動力をより小さ
くする事ができ、このためより小型のモ−タを使用する
事ができる。小型のモ−タであるのでコスト安になる
し、狭いケ−シング内に設置するのがより容易になる。
設計自由度を高める事ができる。
In the beam scanning device using the mirror and the lens of the laser processing device, the spring is provided to generate the restoring force, so that the motor driving force is further reduced. This allows the use of smaller motors. Since it is a small motor, the cost is low and it is easier to install in a narrow casing.
The degree of freedom in design can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のレ−ザスキャナの概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser scanner of the present invention.

【図2】揺動ミラ−の部分のみの断面図。FIG. 2 is a sectional view of only an oscillating mirror.

【図3】ミラ−を揺動させる公知のクランク機構の斜視
図。
FIG. 3 is a perspective view of a known crank mechanism for rocking a mirror.

【図4】クランク機構の側面図。FIG. 4 is a side view of a crank mechanism.

【図5】平行スプリングをミラ−に取り付け復元力を与
えるようにしたものを示す本発明の原理図。
FIG. 5 is a principle view of the present invention showing a structure in which a parallel spring is attached to a mirror to give a restoring force.

【図6】等脚台形の脚に当たるようにスプリングをミラ
−に取り付け復元力を与えるようにしたものを示す本発
明の原理図。
FIG. 6 is a principle view of the present invention showing a spring in which a spring is attached to a mirror so as to hit a leg of an isosceles trapezoid to give a restoring force.

【図7】レンズを左右に揺動させる走査装置に本発明を
適用したものを示す斜視図。
FIG. 7 is a perspective view showing a scanning device in which the present invention is applied to a scanning device that swings a lens to the left and right.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 モ−タ軸 2 偏芯板 3 偏芯軸 4 コネクティングロッド 5 ベアリング 6 クランク 7 ベアリング 8 ミラ−揺動軸 9 ベアリング M1 揺動ミラ− M2 ミラ− 11 レンズ 12 ト−チノズル 13 被加工物1 Motor Shaft 2 Eccentric Plate 3 Eccentric Shaft 4 Connecting Rod 5 Bearing 6 Crank 7 Bearing 8 Miller Swing Shaft 9 Bearing M 1 Swing Miller M 2 Miller 11 Lens 12 Torch Nozzle 13 Workpiece

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭酸ガスレ−ザの光を反射するミラ−、
又は透過するレンズと、いずれかのミラ−、レンズを揺
動させるためのクランク機構と、クランク機構を駆動す
るモ−タとを含み、ミラ−又はレンズを揺動する事によ
ってレ−ザ光を左右に走査するようにしたレ−ザスキャ
ナに於いて、平衡点に向かう復元力を生ずるスプリング
をミラ−又はレンズに取り付け、モ−タの駆動力を低減
した事を特徴とするレ−ザスキャナ。
1. A mirror for reflecting the light of a carbon dioxide gas laser,
Alternatively, it includes a transparent lens, one of the mirrors, a crank mechanism for rocking the lens, and a motor for driving the crank mechanism, and the laser light is generated by rocking the mirror or the lens. A laser scanner which scans left and right, wherein a spring for generating a restoring force toward an equilibrium point is attached to a mirror or a lens to reduce the driving force of the motor.
【請求項2】 炭酸ガスレ−ザの光を反射するミラ−
と、いずれかのミラ−を揺動させるためのクランク機構
と、クランク機構を駆動するモ−タとを含み、ミラ−を
揺動する事によってレ−ザ光を左右に走査するようにし
たレ−ザスキャナに於いて、平衡点に向かう復元力を生
ずる2つ以上のスプリングをミラ−に取り付け、スプリ
ングの方向とミラ−法線のなす角ψを変える事によって
実効的なバネ定数を変化されるようにして、モ−タによ
るミラ−の揺動角周波数Ωを変化させた場合に、スプリ
ングの取り付け角ψを変更させる事によってミラ−の慣
性トルクの打消量を調整できるようにし、スプリングの
復元力によってモ−タの駆動力を低減した事を特徴とす
るレ−ザスキャナ。
2. A mirror for reflecting the light of a carbon dioxide laser.
And a crank mechanism for swinging one of the mirrors, and a motor for driving the crank mechanism, and the laser light is scanned left and right by swinging the mirror. -In the scanner, two or more springs that generate a restoring force toward the equilibrium point are attached to the mirror, and the effective spring constant is changed by changing the angle ψ between the spring direction and the mirror normal. In this way, when the swinging angular frequency Ω of the mirror by the motor is changed, it is possible to adjust the canceling amount of the inertial torque of the mirror by changing the mounting angle ψ of the spring, and to restore the spring. A laser scanner characterized in that the driving force of the motor is reduced by force.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160147140A (en) * 2015-06-11 2016-12-22 서울대학교산학협력단 Obstacle detecting apparatus and method using it
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