JPH0648980U - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加工物が回転体のような立体物である場合
に、レーザービームのスキャン範囲を被加工物の周方向
及び上下方向に自動的に更新でき、レーザービームの照
射角度も容易に適正に設定し得るレーザー加工装置を提
供する。 【構成】 レーザー共振器６と、被加工物４を載置して
回転駆動する回転テーブル３０と、レーザー共振器６か
ら出射されたレーザービーム７を回転テーブル３０上の
被加工物４の表面に照射するスキャンへッド２と、上記
回転テーブル３０を保持してレーザービーム照射側に対
して前後傾動する密閉容器３と、この密閉容器３を左右
方向に水平移動させるＸテーブル２３と、前後方向に水
平移動させるＹテーブル２４とを備えてなるレーザー加
工装置。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、レーザー光の照射により被加工物の金属表面に種々のパターンを描 画するレーザー加工装置に関するものであり、金属表面に図柄、模様、マーク、 文字等を線や点よりなるパターンで構成したり、パターン自体の反射光沢の色合 いが入射光の角度や見る方向によって虹色様に多彩に変化する所謂虹色発色加工 を施す場合等に好適に利用される。

【０００２】

【従来の技術】

金属等の表面に図柄、模様、マーク、文字等を描画する手段として、レーザー 光を照射して照射軌跡に形成される細い溝や凹点によって所要パターンのの描画 を施す方法が汎用されている。また、近年では、レーザー光の照射面で干渉縞を 生じさせ、金属表面に該レーザー光の干渉縞に対応した微細凹凸を形成すること により、描画パターン自体を反射光沢の色合いが入射光の角度や見る方向によっ て虹色様に多彩に変化するものとする、虹色発色加工技術も提案されている（例 えば特開平２−２６３５８９号公報等）。

【０００３】 このようなレーザー加工では被加工物表面に対するレーザー光の照射スポット の位置を複雑に変化させる必要がある。このために従来では、互いに直交するＸ −Ｙの各方向に移動する２つのスライダーを備えた所謂Ｘ−Ｙテーブルによって 被加工物側を移動させたり、回転軸が互いに直交する２枚の回転反射鏡を組み合 わせた所謂Ｘ−Ｙスキャナーにてレーザー光の光軸を変位させる手段が採用され 、予め制御系にインプットされた情報に基づいて上記スライダーの移動や回転反 射鏡の角度変化を有機的に制御して所要の描画を行うようにしている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかるに、被加工物が壺形のように回転体外形を有する立体物である場合、こ れを水平Ｘ−Ｙ方向に動作するＸ−Ｙテーブルに載置して側方からレーザービー ムを照射して描画を施す構成では、スキャン範囲を被加工物表面の上下方向及び 周方向に移動できないことから、該スキャン範囲を上下移動するために被加工物 の底部に台座等を介在させて高さを調整し、また周方向に移動するために被加工 物の向きを変える必要があり、これら調整の都度に新たな位置決めを行わねばな らず、非常に煩雑な操作が要求されるという問題があった。

【０００５】 また、上記スキャン範囲を被加工物表面の上下に移動させると、被加工物表面 の三次元曲面により、スキャン中心の被加工物表面に対するレーザービームの照 射角度が設定角度（通常は表面に対し垂直）からずれることになり、これによっ て照射面でのエネルギー密度及びビームスポット径が変化して描画品質が劣化す るという難点があった。特に虹色発色加工では、レーザー光の干渉縞に対応した 微細凹凸を明瞭に形成できず、反射光沢の強度及び色合いの鮮明度が低下するた め、大きな問題となる。

【０００６】 本考案は、上述の事情に鑑みて、被加工物が回転体のような立体物であっても 、レーザービームのスキャン範囲を自動的に更新でき、しかも該レーザービーム の照射角度を容易に適正に設定し得るレーザー加工装置を提供することを目的と している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案に係るレーザー加工装置の第１は、レーザ ー共振器と、被加工物を載置して回転駆動する回転テーブルと、レーザー共振器 から出射されたレーザービームを回転テーブル上の被加工物の表面に照射するス キャンヘッドと、上記回転テーブルを保持してレーザービーム照射側に対して前 後傾動する傾動台と、該傾動台を左右及び前後方向に水平移動させるＸ−Ｙテー ブルとを備えてなる構成を採用したものである。

【０００８】 また本考案に係るレーザー加工装置の第２は、上記第１の加工装置における回 転テーブルが被加工物の固定手段を備えてなる構成を採用したものである。

【０００９】

【作用】

被加工物が回転体外形を有する立体物である場合、これを載置した回転テーブ ルを回転駆動させることによって、スキャンヘッド側を定位置とした状態でレー ザービームのスキャン範囲を自動的に周方向に更新できると共に、傾動台を前後 傾動させることによって被加工物の傾きが変わるから、やはりレーザービーム側 を定位置とした状態でスキャン範囲を自動的に上下方向にも更新でき、もって壺 形のように被加工物表面が中央部で膨らんだ三次元曲面であってもレーザービー ムの照射角度が適正範囲に維持されることになる。しかして、被加工物のスキャ ンヘッドに対する位置設定はＸ−Ｙテーブルの駆動にて行え、またスキャン範囲 の移動に伴う被加工物表面とスキャンヘッドとの距離変化もＸ−Ｙテーブル（Ｘ テーブル）の駆動によって補正できる。

【００１０】 一方、回転テーブルに被加工物の固定手段を設けることにより、傾動台によっ て被加工物を回転テーブルと一体に傾けても倒れる恐れがなく、傾斜状態のまま 回転可能となるから、傾動台による前後傾動の範囲を大きく設定でき、それだけ 被加工物表面の加工可能範囲が広くなる。

【００１１】

【実施例】

図１は本考案の一実施例に係るレーザー加工装置を示す。図中の１は右前面に 描画操作盤１ａを有すると共に左前面にレーザー操作盤１ｂを備えた加工装置本 体、２は本体１上部の中央前部側に突出状に配置したスキャンヘッド、３は同後 部側に配置して内部に被加工物４を収納した密閉容器、５は本体１の左上部に設 置された加工面観察用の画像表示装置、５ａはその撮像カメラ、５ｂは加工面を 照明する投光器である。

【００１２】 図２は同レーザー加工装置における光学系の構成を示す。図中の６はＹＡＧレ ーザー等のレーザー共振器であり、これより出射されたレーザービーム７は、反 射鏡８にて９０°方向転換し、拡大レンズを内蔵したビームエキスパンダー９に て光軸径を拡大してＺスキャナー（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｏｃｕｓ）１０の可動レ ンズ１０ａを通り、集光レンズ（Ｉｍａｇｉｎｇ Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）１１に て収束されＸスキャナー１２及びＹスキャナー１３の回転反射鏡１２ａ，１３ａ にてビーム方向を制御されて被加工物４の表面に照射される。

【００１３】 ここで、Ｚスキャナー１０は、Ｘ及びＹスキャナー１２，１３による所定のス キャン範囲内で、集光レンズ１１による焦点位置をビーム角度と予め測定した被 加工物４の曲面形状のデータに応じて加工面上の定位置に設定する。すなわち、 この焦点の定位置は、通常の加飾加工では被加工物４の表面、虹色発色加工では 該表面に対して上下一方にずれた位置である。

【００１４】 なお、レーザービーム７の照射位置における加工状態は、投光器５ｂにより照 らされた被加工物４の加工面を撮像カメラ５ａにて捉えて画像表示装置５で画面 表示して観察される。またレーザー共振器６の後方同軸上には、レーザービーム ７の可視化と焦点位置の観察を行うために、Ｈｅ−Ｎｅレーザー等からなる補助 レーザー１４が設置されている。

【００１５】 図３は上記レーザー加工装置のレーザー加工部を示す。図中の１５は該加工部 の全体を装備したキャスター１５ａ付きの台車型機枠であり、その下部にレーザ ー共振器６が取付けボルト６ａを介して高さ調整可能に水平に設置され、また該 機枠１５に取り付けた垂直支持板１６に縦型スライド基台１７が固設されると共 に、このスライド基台１７にはモーター１８ａの駆動によって昇降するＺテーブ ル１８が嵌装されている。そして、Ｚテーブル１８に直立状態に固定された角筒 状ヘッド支持杆１９の上部に、前記のＸスキャナー１２及びＹスキャナー１３を 内蔵したスキャンヘッド２が取り付けられている。２ａはスキャンヘッド２を覆 うヘッドカバーである。

【００１６】 レーザー共振器６からスキャンヘッド２に至るレーザービーム光路は水平光導 管２０及び垂直光導管２１の内部に設定されており、両光導管２０，２１の間に 前記の反射鏡８とビームエキスパンダー９が介装されると共に、垂直光導管２０ の上端部とスキャンヘッド２との間に前記の集光レンズ１１とＺスキャナー１０ が介装されている。なお、垂直光導管２１は、Ｚテーブル１８の昇降に伴うレー ザービーム光路の距離変化に対応できるように、スキャンヘッド２側に連結した 太径の上部管２１ａに、ビームエキスパンダー９側に連結した細径の下部管２１ ｂが挿嵌した伸縮型構造となっている。

【００１７】 一方、機枠１５には、レーザー共振器６の上方に横型スライド基台２２が取付 けられている。図５及び図７でも示すように、この基台２２上にはモーター２３ ａの駆動によって左右方向に移動するＸテーブル２３が嵌装され、更に該Ｘテー ブル２３上にはモーター２４ａの駆動によって前後方向に移動するＹテーブル２ ４が嵌装されており、このＹテーブル２４上に設けた左右一対の受け枠２５に前 記密閉容器３が枢軸３ａを介して枢支されている。しかして、該密閉容器３は、 受け枠２５に取り付けたモーター２５ａの駆動によって、枢軸３ａを中心として 前後方向に傾動し得るように構成されている。なお、図５及び図７において、２ ３ｂ，２４ｂはモーター２３ａ，２４ａのスクリュー軸、２３ｃ，２４ｃはスク リュウ軸２３ｂ，２４ｂにそれぞれ螺合したナット部材、２３ｄはスライド基台 ２２のガイドレール２２ａ嵌合した摺動子、２４ｄはＸテーブル２３のガイドレ ール２２ｅに嵌合した摺動子である。

【００１８】 図４に示すように、密閉容器３は、前方斜め上方略４５°を向く円形開口部２ ６ａを有する金属製の容器本体２６と、この開口部２６ａに締め付け具２７（図 ３参照）を介して密閉状に嵌着される略半球形のガラス製カバー２８とで構成さ れている。しかして、容器本体２６には、側壁後部に置換ガス導入口２９ａ及び 真空吸引口２９ｂが設けられると共に、底壁前部に径断面略Ｔ字形の回転テーブ ル３０がベアリング３１，３１を介して垂直方向の軸線回りに回転自在に軸支さ れている。この回転テーブル３０は、本体２６の下面側に取り付けたモーター３ ２の駆動により、軸部３０ａの容器本体２６から下方外部へ突出した下端部に固 着したベベルギヤ３３ａと該モーター３２の軸心に設けたベベルギヤ３３ｂとの 噛合を介して回転駆動する。

【００１９】 そして、回転テーブル３０には軸心に沿い上下に透通する真空吸引孔３４が形 成されており、該回転テーブル３０上に受け座３５を介して載置された被加工物 ４が真空吸引によって該回転テーブル３０に吸着固定されるように構成されてい る。なお、受け座３５は、中心に回転テーブル３０の真空吸引孔３４に連通する 透孔３５ａを備えて、且つ被加工物４の種類に応じてその底部形状に対応した上 面形状を有するものが使用され、回転テーブル３０にねじ止めによって着脱可能 に取り付けられる。図３では被加工物４が壺であり、受け座３５として上面に該 壺の底部を密に嵌合する凹部３５ｂを有するものを用いている。また回転テーブ ル３０と受け座３５との界面、ならびに受け座３５と被加工物４との界面には、 それぞれシールリング３６ａ，３６ｂが介装されている。３６ｃは容器本体２６ とカバー２８との接面を気密封止するガスケットである。

【００２０】 図６及び図７に示すように、密閉容器３を枢支する一対の受け枠２５，２５は 共にＬ字形に形成されており、片側の受け枠２５にはカバー２５ｂが装着されて 箱型のケースを構成している。この内部には受け枠２５にベアリング３７を介し て回転自在に枢支された枢軸３ａが配置してしており、その突出端部に固着され たギヤ３８がモーター２５ａ（図３，図５参照）にて回転駆動するウォームギヤ ３９と噛合している。しかして、密閉容器３は、モーター２５ａの駆動によって 両ギヤ３８，３９の噛合を介して前後傾動する。

【００２１】 上記構成のレーザー加工装置においては、回転テーブル３０上に載置した被加 工物４を吸着固定して密閉容器３内を所望の雰囲気に設定し、回転テーブル３０ を連続的又は間欠的に回転駆動しつつ、スキャンヘッド２からレーザービーム７ をカバー２８を通して被加工物４の表面に照射して描画を施す。この時、レーザ ービーム７によるスキャン範囲を被加工物４表面の上下方向に移動させるには、 モーター２５ａの駆動で密閉容器３を傾動変位させればよい。

【００２２】 なお、上記実施例では、回転テーブル３０を保持する傾動台を密閉容器にて構 成しているが、本考案では被加工物を大気中でレーザー加工する構成も採用でき る。また、上記実施例では被加工物を回転テーブル上で固定する手段として真空 吸着を例示したが、磁石による吸着やチャックによる把持等の他の手段を採用し てもよい。

【００２３】

【考案の効果】

本考案のレーザービーム加工装置によれば、被加工物が回転体外形等の立体物 である場合に、これを自動的に周方向に回転させ、また前後に傾動させることが 可能であるから、スキャンヘッド側を定位置とした状態でレーザービームのスキ ャン範囲を自動的に周方向及び上下方向に更新できると共に、壺形のように被加 工物表面が中央部で膨らんだ三次元曲面であってもレーザービームの照射角度を 適正範囲に維持でき、また被加工物をスキャンヘッドに対して前後方向及び左右 方向に移動可能であるため、初期の位置設定ならびにスキャン範囲の移動に伴う 被加工物表面とスキャンヘッドとの距離変化の補正を容易に行える。

【００２４】 一方、回転テーブルに被加工物の固定手段を設ける構成によれば、傾動台によ って被加工物を回転テーブルと一体に傾けても倒れる恐れがなく、傾斜状態のま ま回転可能となるから、傾動台による前後傾動の範囲を大きく設定でき、それだ け被加工物表面の加工可能範囲が広くなるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例に係るレーザー加工装置全
体の斜視図。

【図２】 同レーザー加工装置における光学系の構成を
示す概略斜視図。

【図３】 同レーザー加工装置のレーザー加工部の側面
図。

【図４】 同レーザー加工部の密閉容器部分の縦断側面
図。

【図５】 同レーザー加工部のＸ−Ｙテーブル部分の側
面図。

【図６】 同密閉容器の枢支部分の縦断面図。

【図７】 同Ｘ−Ｙテーブル部分の正面図。

【符号の説明】

１…レーザー加工装置本体 ２…スキャンヘッド ３…密閉容器（傾動台） ４…被加工物 ６…レーザー共振器 ７…レーザービーム ２３…Ｘテーブル ２４…Ｙテーブル ３０…回転テーブル ３４…真空吸引孔（被加工物の固定手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 岡野 良和 兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号 大阪 富士工業株式会社内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー共振器と、被加工物を載置して
   回転駆動する回転テーブルと、レーザー共振器から出射
   されたレーザービームを回転テーブル上の被加工物の表
   面に照射するスキャンへッドと、上記回転テーブルを保
   持してレーザービーム照射側に対して前後傾動する傾動
   台と、該傾動台を左右及び前後方向に水平移動させるＸ
   −Ｙテーブルとを備えてなるレーザー加工装置。
2. 【請求項２】 回転テーブルが被加工物の固定手段を備
   えてなる請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。