JPH07108469B2 - Laser scanner drive - Google Patents

Laser scanner drive

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JPH07108469B2
JPH07108469B2 JP63161933A JP16193388A JPH07108469B2 JP H07108469 B2 JPH07108469 B2 JP H07108469B2 JP 63161933 A JP63161933 A JP 63161933A JP 16193388 A JP16193388 A JP 16193388A JP H07108469 B2 JPH07108469 B2 JP H07108469B2
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shaft
displacement
piezoelectric actuator
laser scanner
signal
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JP63161933A
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一男 太田
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Komatsu Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、入射されたレーザ光を偏光ミラーの回転に
より偏光してレーザ光の位置合わせを行なうレーザ加工
機用回転型スキャナ装置に関し、特にその回転のための
駆動源に圧電アクチュエータを用いたレーザスキャナ駆
動装置において、駆動力伝達部の静摩擦力を低減するた
めの改良に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotary scanner device for a laser processing machine that polarizes incident laser light by rotating a polarization mirror to align the laser light, The present invention relates to an improvement for reducing a static frictional force of a driving force transmitting portion in a laser scanner driving device using a piezoelectric actuator as a driving source for its rotation.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

レーザ光は、レーザマーカ、レーザトリミング等の半導
体分野の他に、OA機器あるいは映像機器等の各種広範な
分野に利用されている。レーザ光を使用する際には、レ
ーザ光の位置合わせ、すなわちレーザの偏向・走査が必
要となり、従来はガルバノメータ式のレーザスキャナ装
置が使用されることが多い。
Laser light is used in various fields such as OA equipment and video equipment, as well as semiconductor fields such as laser markers and laser trimming. When using laser light, it is necessary to align the laser light, that is, to deflect and scan the laser, and conventionally, a galvanometer type laser scanner device is often used.

このガルバメータ式の装置では、例えば特開昭53−1439
10号公報に示す如く、固定子および有限回転する回転子
を有する電動機の回転軸にミラーを取り付け、電動機に
加える指令信号に対し回転軸の周りに配した静電容量型
位置センサの出力をフィードバックすることによりミラ
ーの位置決めを行なうようにしている。
In this galvanometer type device, for example, JP-A-53-1439
As shown in Japanese Patent Publication No. 10, a mirror is attached to the rotating shaft of an electric motor having a stator and a finitely rotating rotor, and the output of a capacitance type position sensor arranged around the rotating shaft is fed back in response to a command signal applied to the electric motor. By doing so, the positioning of the mirror is performed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかし、かかる従来装置では、 環境温度の変化に伴ない600μrad/℃程度の位置ドリ
フトが発生する。
However, in such a conventional device, a position drift of about 600 μrad / ° C occurs with a change in environmental temperature.

磁力による回転であるので応答性が悪く、特に回転の
立ち上がりが遅い(3〜4msec)。
Since the rotation is due to magnetic force, the response is poor, and the rise of rotation is particularly slow (3 to 4 msec).

という問題があった。There was a problem.

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、立
上がりのよい高速応答をなし得るとともに、位置決め精
度を温度の変化に関係なく常に一定かつ高水準にするこ
とができ、さらに駆動力伝達部における静摩擦力を低減
するようにしたレーザスキャナ駆動装置を提供しようと
するものである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to achieve a high-speed response with a good start-up, and the positioning accuracy can be constantly maintained at a high level regardless of temperature changes. It is intended to provide a laser scanner driving device which reduces the static friction force in the above.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

そこでこの発明では、入力された駆動信号に対応する直
動変位を発生する圧電アクチュエータと、その出力軸に
前記偏光ミラーの回転軸が結合され、圧電アクチュエー
タの直動変位を回転変位に変換し、かつ該変位を増幅す
る変換増幅機構と、前記偏光ミラーを回転駆動する指令
信号を出力する指令出力手段と、前記指令信号に重畳す
る高周波交流信号を発生する高周波発生手段とを具え、
前記高周波信号が重畳された指令信号を圧電アクチュエ
ータに入力するようにする。
Therefore, in the present invention, a piezoelectric actuator that generates a linear displacement corresponding to an input drive signal, and a rotary shaft of the polarization mirror is coupled to an output shaft thereof, and the linear displacement of the piezoelectric actuator is converted into a rotary displacement, And a conversion amplification mechanism that amplifies the displacement, a command output unit that outputs a command signal that rotationally drives the polarization mirror, and a high-frequency generation unit that generates a high-frequency AC signal to be superimposed on the command signal,
A command signal on which the high frequency signal is superimposed is input to the piezoelectric actuator.

〔作用〕[Action]

かかる構成によれば、圧電アクチュエータの微小直動変
位は変換機構によって回転変位に変換されるとともに増
幅され、該増幅された回転によって偏光ミラーが回転駆
動される。さらに、圧電アクチュエータには高周波発生
手段により高周波交流信号が重畳された指令信号が入力
される。このため圧電アクチュエータの駆動力を伝達す
る前記変換増幅機構が常時微振動し、これにより静摩擦
が除去され、伝達トルクロスが軽減される。
With this configuration, the minute linear displacement of the piezoelectric actuator is converted into rotational displacement by the conversion mechanism and is amplified, and the polarized mirror is rotationally driven by the amplified rotation. Further, the piezoelectric actuator receives a command signal on which a high frequency alternating signal is superimposed by the high frequency generating means. Therefore, the conversion amplification mechanism for transmitting the driving force of the piezoelectric actuator constantly vibrates slightly, thereby eliminating static friction and reducing transmission torque loss.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明を添付図面に示す実施例にしたがって詳
細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments shown in the accompanying drawings.

第1図はこの発明にかかるレーザスキャナ装置の一実施
例を示すものである。
FIG. 1 shows an embodiment of a laser scanner device according to the present invention.

このスキャナ装置は、偏光ミラー1、変位拡大機構およ
び直動→回転変換機構としてのボールスクリュウ2、圧
電アクチュエータ3、位置センサ4およびコントローラ
20等で構成されている。
This scanner device includes a polarization mirror 1, a ball screw 2, a piezoelectric actuator 3, a position sensor 4 and a controller as a displacement magnifying mechanism and a linear motion → rotation converting mechanism.
It is composed of 20 mag.

圧電アクチュエータ3はコントローラ20からの指令信号
によって作動されるもので、入力された指令信号に対応
する直動変位(矢印A方向)を発生する。圧電アクチュ
エータ3は他のアクチュエータに比べて大きな駆動力お
よび高速応答が得られるという利点を持っている。
The piezoelectric actuator 3 is operated by a command signal from the controller 20, and generates a linear displacement (direction of arrow A) corresponding to the input command signal. The piezoelectric actuator 3 has an advantage that a large driving force and high-speed response can be obtained as compared with other actuators.

かかる圧電アクチュエータ3はフランジ5に当接してい
る。フランジ5はポールスクリュウ2と一体的に構成さ
れている。フランジ5には孔9が形成されており、この
孔9に案内軸8が嵌通している。したがって、圧電アク
チュエータ3のA方向への変位に伴ないボールスクリュ
ウ2もA方向に移動する。シャフト7にはボールねじ溝
6が形成されており、このボールねじ溝6に多数のボー
ルを介してボールスクリュウ2が嵌合している。すなわ
ち、ボールスクリュウ2は、周知のように、圧電アクチ
ュエータ3の直動変位を回転変位に変換し、かつ拡大す
るものであり、圧電アクチュエータ3がA方向に変位す
ると、これに伴ないシャフト7が回転する。
The piezoelectric actuator 3 is in contact with the flange 5. The flange 5 is formed integrally with the pole screw 2. A hole 9 is formed in the flange 5, and the guide shaft 8 is fitted in the hole 9. Therefore, as the piezoelectric actuator 3 is displaced in the A direction, the ball screw 2 also moves in the A direction. A ball screw groove 6 is formed on the shaft 7, and the ball screw 2 is fitted into the ball screw groove 6 via a large number of balls. That is, as is well known, the ball screw 2 converts a linear movement displacement of the piezoelectric actuator 3 into a rotational displacement and expands the displacement. When the piezoelectric actuator 3 is displaced in the A direction, the shaft 7 is moved accordingly. Rotate.

シャフト7はベアリング10,11によって装置本体12に軸
支され、さらにシャフト7は偏光ミラー1の回転軸13に
結合されている。そして該偏光ミラー1の回転によって
図示しないレーザ発光源から入射されたレーザ光が偏光
走査される。
The shaft 7 is rotatably supported by the main body 12 of the apparatus by bearings 10 and 11, and the shaft 7 is coupled to the rotation axis 13 of the polarization mirror 1. The rotation of the polarization mirror 1 causes the laser light incident from a laser light emission source (not shown) to be polarized and scanned.

位置センサ4は非接触式のもので、フランジ5までの距
離Δy、すなわち圧電アクチュエータ3の実変位を検出
し、該検出した距離Δyに対応する信号Vs(=K1Δy)
をコントローラ20の比較器21に入力する。比較器21には
指令部22から偏光ミラー1を回転するための目標回転角
となる信号Vcが入力されており、比較器21は、これらの
偏差ΔV(=Vc−Vs)をとって、これを制御回路23に入
力する。制御回路23は、入力された偏差信号ΔVを圧電
アクチュエータ3に対する指令信号としてパワーアンプ
24に入力する。
The position sensor 4 is of a non-contact type and detects a distance Δy to the flange 5, that is, an actual displacement of the piezoelectric actuator 3, and a signal Vs (= K 1 Δy) corresponding to the detected distance Δy.
Is input to the comparator 21 of the controller 20. A signal Vc which is a target rotation angle for rotating the polarization mirror 1 is input from the command unit 22 to the comparator 21, and the comparator 21 takes these deviations ΔV (= Vc-Vs) and Is input to the control circuit 23. The control circuit 23 uses the input deviation signal ΔV as a command signal for the piezoelectric actuator 3 in the power amplifier.
Enter in 24.

一方、パワーアンプ24の入力ラインには高周波信号発生
器30からの高周波交流信号Z(1〜5KHz)が入力されて
おり、制御回路23からの指令信号ΔVに対してかかる高
周波交流信号が重畳される。そして、パワーアンプ24は
該高周波交流信号が重畳された指令信号ΔV+Zを増幅
し、該増幅信号K2(ΔV+Z)を圧電アクチュエータ3
に入力する。
On the other hand, the high frequency AC signal Z (1 to 5 KHz) from the high frequency signal generator 30 is input to the input line of the power amplifier 24, and the high frequency AC signal is superposed on the command signal ΔV from the control circuit 23. It Then, the power amplifier 24 amplifies the command signal ΔV + Z on which the high-frequency AC signal is superposed, and outputs the amplified signal K 2 (ΔV + Z) to the piezoelectric actuator 3.
To enter.

かかるコントローラ20の動作を第2図にしたがって説明
する。なお、この第2図を用いた説明では、制御回路23
から出力される指令信号の波形を簡単にするためにフィ
ードバック信号Vsは無視し、指令部22からの目標角信号
Vcが直接パワーアンプ24に入力されるものと仮定する。
The operation of the controller 20 will be described with reference to FIG. In the explanation using FIG. 2, the control circuit 23
The feedback signal Vs is ignored to simplify the waveform of the command signal output from the target angle signal from the command unit 22.
It is assumed that Vc is directly input to the power amplifier 24.

指令部22から、偏光ミラー1を目標角θaとθbとの間
で往復スキャンするための、第2図(a)に示すよう
な、直流信号Vcが出力されたとする。この直流信号Vc
は、例えば500Hz程度の周波数を持ち、その電圧レベル
は圧電アクチュエータ3の発生力に換算して0〜300Kg
の範囲の値である。第2図(b)は高周波信号発生器
30から出力される高周波交流信号Zを示すもので、この
高周波交流信号Zは1〜5KHz程度の交流周波数を持ち、
その電圧レベルは圧電アクチュエータ3の発生力に換算
して10〜70Kg程度の振幅を持つパルス波またはsin波
である。第2図(c)はVcに高周波信号Zが重畳された
信号を示すもので、また同図(d)はパワーアンプ24の
出力を示すものであり、同図(d)に示すような、高周
波信号Zが重畳された指令信号k2(Vc+Z)が(実際に
はk2(Vc+Z−Vs))圧電アクチュエータ3に入力され
る。
It is assumed that the command unit 22 outputs a DC signal Vc as shown in FIG. 2A for reciprocally scanning the polarizing mirror 1 between the target angles θa and θb. This DC signal Vc
Has a frequency of, for example, about 500 Hz, and its voltage level is 0 to 300 kg when converted to the generated force of the piezoelectric actuator 3.
Is a value in the range. FIG. 2 (b) is a high frequency signal generator
It shows the high frequency AC signal Z output from 30, and this high frequency AC signal Z has an AC frequency of about 1 to 5 KHz,
The voltage level is a pulse wave or a sin wave having an amplitude of about 10 to 70 kg when converted into the generated force of the piezoelectric actuator 3. FIG. 2 (c) shows a signal in which the high frequency signal Z is superimposed on Vc, and FIG. 2 (d) shows the output of the power amplifier 24, as shown in FIG. The command signal k 2 (Vc + Z) on which the high frequency signal Z is superimposed (actually k 2 (Vc + Z−Vs)) is input to the piezoelectric actuator 3.

かかる実施例構成によれば、高速応答性を実現するため
に圧電アクチュエータ3を駆動源として使用するように
したので、大きな駆動力と最高200Hz程度の高速応答が
実現できるとともに、回転の立ち上がりが同一スキャナ
角の比較において従来装置より2〜3倍速くなる。
According to the structure of this embodiment, since the piezoelectric actuator 3 is used as a drive source in order to realize a high-speed response, a large driving force and a high-speed response up to about 200 Hz can be realized, and the rotation start-up is the same. The scanner angle is 2-3 times faster than the conventional device.

また、圧電アクチュエータ3の変位を非接触式の位置セ
ンサ4によって検出するようにしたので、スキャナ機構
の動特性に何の影響を与えることなく変位を検出でき、
さらに、この変位を指令信号にフィードバックするよう
にしたので、高速かつドリフトのない、再現性の良い位
置決め制御をなし得る。
Moreover, since the displacement of the piezoelectric actuator 3 is detected by the non-contact type position sensor 4, the displacement can be detected without affecting the dynamic characteristics of the scanner mechanism.
Furthermore, since this displacement is fed back to the command signal, high-speed, drift-free positioning control with good reproducibility can be achieved.

さらに、この実施例では、制御回路23の入力段に高周波
信号発生器30を設け、高周波交流信号を指令信号に重畳
するようにして、ボールスクリュウ2、フランジ5、シ
ャフト7、ベアリング10,11等で構成される駆動力伝達
部に微振動を発生させるようにした。このため、これら
伝達部の静摩擦が除去され、これにより伝達トルクロス
が軽減され、ステップ応答性および位置決め精度を向上
させることができる。すなわち、圧電アクチュエータ3
を制御回路23から出力される直流成分だけの信号で駆動
していたのでは、駆動力伝達部の摩擦が大きく、回転の
立ち上がりおよび位置決め精度が今一つ向上しないとい
う不都合を有していた。そこで、この実施例では高周波
信号発生器を付加することにより、圧電アクチュエータ
3を高周波交流信号が重畳された指令信号によって駆動
するようにしたのである。
Further, in this embodiment, the high frequency signal generator 30 is provided at the input stage of the control circuit 23 so that the high frequency AC signal is superposed on the command signal so that the ball screw 2, the flange 5, the shaft 7, the bearings 10 and 11, etc. A slight vibration is generated in the driving force transmission section constituted by. For this reason, the static friction of these transmission parts is removed, the transmission torque is reduced, and the step response and the positioning accuracy can be improved. That is, the piezoelectric actuator 3
If was driven by the signal of only the DC component output from the control circuit 23, there was a disadvantage that the friction of the driving force transmission portion was large, and the rising of rotation and the positioning accuracy were not improved. Therefore, in this embodiment, by adding a high frequency signal generator, the piezoelectric actuator 3 is driven by the command signal on which the high frequency AC signal is superimposed.

第3図および第4図は前記駆動力伝達部の他の実施例を
示すものである。尚、第4図は第3図の横断面図であ
る。
3 and 4 show another embodiment of the driving force transmitting portion. Incidentally, FIG. 4 is a transverse sectional view of FIG.

このスキャナ装置は、ミラー1、変位増幅機構としての
差動増速機40、レバー41、圧電アクチュエータ3、反力
バネ42、位置センサ4、ブラケット43等で構成されてい
る。
This scanner device includes a mirror 1, a differential gearbox 40 as a displacement amplification mechanism, a lever 41, a piezoelectric actuator 3, a reaction force spring 42, a position sensor 4, a bracket 43, and the like.

圧電アクチュエータ3は、前記同様矢印B方向への直動
変位を発生するもので、ピン44を介してレバー41に当接
している。
The piezo-electric actuator 3 generates a linear displacement in the direction of arrow B in the same manner as described above, and contacts the lever 41 via the pin 44.

レバー41は、軸45に固定され、軸45を中心に回転自在と
なっており、その側面にL字状のブラケット43が取り付
けられている。軸45は後述する差動増速機40の入力軸
(低速軸)となっている。
The lever 41 is fixed to a shaft 45 and is rotatable about the shaft 45, and an L-shaped bracket 43 is attached to the side surface of the lever 41. The shaft 45 is an input shaft (low speed shaft) of the differential gearbox 40 described later.

また、レバー41にはピストン46を介して反力バネ42の力
が矢印C方向に作用しており、レバー41は圧電アクチュ
エータ3の変位によって反時計方向に回動する力を受け
るとともに、バネ42の反力によって時計方向に回転する
力を受けている。
Further, the force of the reaction force spring 42 acts on the lever 41 via the piston 46 in the direction of arrow C, and the lever 41 receives the force of rotating counterclockwise by the displacement of the piezoelectric actuator 3, and at the same time, the spring 42 It receives a force that rotates clockwise due to the reaction force of.

すなわち、レバー41は圧電アクチュエータ3の直動変位
Δxを回転変位Δθに変換するものである。この回転変
位Δθは、軸45の中心から圧電アクチュエータ3の中心
線までの距離をLとすると、以下の関係式で表わされ
る。
That is, the lever 41 converts the linear displacement Δx of the piezoelectric actuator 3 into a rotational displacement Δθ. This rotational displacement Δθ is expressed by the following relational expression, where L is the distance from the center of the shaft 45 to the center line of the piezoelectric actuator 3.

Δθ=Δx/L 非接触式の位置センサ4は、前記レバー41に取り付けら
れたブラケット43までの距離Δxを計測し、該検出した
距離Δxに対応する信号Vs(=k1Δx)を前記コントロ
ーラ20の比較回路21(第1図)に入力する。
Δθ = Δx / L The non-contact type position sensor 4 measures the distance Δx to the bracket 43 attached to the lever 41, and outputs the signal Vs (= k 1 Δx) corresponding to the detected distance Δx to the controller. Input to 20 comparator circuits 21 (FIG. 1).

次に差動増速機40は、レバー41の微小回動変位を増幅す
るもので、第5図に示すように、内輪軸50、中間輪スプ
ライン51および外輪スプライン52で構成されている。内
輪軸50は楕円状のカム53と、その外周に固定されたボー
ルベアリング54によって構成されている。中間輪スプラ
イン51は薄い肉厚の円柱状の金属製弾性体で、その外周
には歯(歯数Z1)が形成されている。外輪スプライン52
はリング状の剛体であり、その内周には中間輪スプライ
ン51と同ピッチの歯(歯数Z2)が形成されている。外輪
スプライン52と中間輪スプライン51の歯数の関係はZ2
Z1+nとなっており、両者にはn個の歯数差が設けられ
ている。
Next, the differential gearbox 40 amplifies a minute rotational displacement of the lever 41, and as shown in FIG. 5, is composed of an inner ring shaft 50, an intermediate ring spline 51 and an outer ring spline 52. The inner ring shaft 50 is composed of an elliptical cam 53 and a ball bearing 54 fixed to the outer periphery thereof. The intermediate wheel spline 51 is a thin-walled cylindrical elastic body made of metal, and teeth (the number of teeth Z 1 ) are formed on the outer circumference thereof. Outer ring spline 52
Is a ring-shaped rigid body, and teeth (the number of teeth Z 2 ) having the same pitch as the intermediate wheel spline 51 are formed on the inner periphery thereof. The relationship between the number of teeth on the outer ring spline 52 and the number of teeth on the intermediate ring spline 51 is Z 2 =
Z 1 + n, and there are n tooth number differences between them.

かかる差動増速機40の原理を減速の場合について簡単に
説明すると、外輪スプライン52を固定した状態で内輪軸
50を回すと中間輪スプライン51が弾性変形し、中間輪ス
プライン51と外輪スプライン52との歯合位置が順次移動
していく。中間輪スプライン51は外輪スプライン52より
歯数がn個少ないので、内輪軸50が1回転したとき中間
輪スプライン51はその歯数nに対応する角度だけ、内輪
軸50の回転方向とは逆方向に回転する。すなわち、外輪
スプライン52を固定し、内輪軸50を入力軸とし、中間輪
スプライン51を出力軸とすると、減速比i=−(Z1
Z2)/Z1=−n/Z1の減速をなし得る。
The principle of the differential gearbox 40 will be briefly described in the case of deceleration. The inner ring shaft with the outer ring spline 52 fixed.
When 50 is turned, the intermediate wheel spline 51 is elastically deformed, and the meshing position between the intermediate wheel spline 51 and the outer ring spline 52 moves sequentially. Since the intermediate ring spline 51 has n fewer teeth than the outer ring spline 52, when the inner ring shaft 50 makes one rotation, the intermediate ring spline 51 is in the direction opposite to the rotation direction of the inner ring shaft 50 by the angle corresponding to the number of teeth n. Rotate to. That is, when the outer ring spline 52 is fixed, the inner ring shaft 50 is used as the input shaft, and the intermediate wheel spline 51 is used as the output shaft, the reduction ratio i = − (Z 1
Z 2 ) / Z 1 = −n / Z 1 deceleration can be achieved.

増速の場合には、上記とは逆であり、第6図に示すよう
に、外輪スプライン52を固定し、中間輪スプライン51を
入力軸とし、内輪軸50を出力軸とすることにより、増速
比i=−Z1/nの増速をなし得る。
In the case of speed-up, it is the reverse of the above, and as shown in FIG. 6, the outer ring spline 52 is fixed, the intermediate wheel spline 51 is used as the input shaft, and the inner ring shaft 50 is used as the output shaft. The speed ratio i = −Z 1 / n can be increased.

第3図に示した差動増速機40は第6図に示したものと同
様の増速構成をとっており、外輪スプライン52を固定
し、中間輪スプライン51を低速入力軸45に結合し、内輪
軸50を高速出力軸47に結合してある。したがって、レバ
ー41がΔθ回転変位すると、この回転変位Δθが低速入
力軸45を介して差動増速機40に伝えられることにより、
差動増速機40の高速出力軸47は、前記回転変位Δθとは
逆方向にθ=(Δθ×Z1/n)だけ増幅回転されることに
なる。この差動増速機40によれば100倍程度の大きな増
速率を簡単に得ることができる。
The differential gearbox 40 shown in FIG. 3 has the same speed increasing structure as that shown in FIG. 6, in which the outer ring spline 52 is fixed and the intermediate wheel spline 51 is connected to the low speed input shaft 45. The inner ring shaft 50 is connected to the high speed output shaft 47. Therefore, when the lever 41 is rotationally displaced by Δθ, this rotational displacement Δθ is transmitted to the differential speed increaser 40 via the low speed input shaft 45,
The high-speed output shaft 47 of the differential gearbox 40 is amplified and rotated by θ = (Δθ × Z 1 / n) in the direction opposite to the rotational displacement Δθ. According to this differential gearbox 40, a large speedup rate of about 100 times can be easily obtained.

差動増速機40の高速出力軸47には、偏光ミラー1が取り
付けられており、該偏光ミラー1の回転によって図示し
ないレーザ発生源から入射されたレーザ光が偏光走査さ
れる。
The polarization mirror 1 is attached to the high-speed output shaft 47 of the differential speed increaser 40, and the rotation of the polarization mirror 1 causes the laser light incident from a laser generation source (not shown) to be polarized and scanned.

この第3図および第4図に示すスキャナ装置も、先の実
施例と同じコントローラ20によって駆動される。すなわ
ち制御回路23から出力される信号には高周波発生器30か
らの高周波交流信号が重畳され、第3図に示す圧電アク
チュエータ3は、高周波交流信号が重畳された指令信号
によって駆動される。したがって先の実施例同様、レバ
ー41、ピストン46、軸41、47、差動増速機40等で構成さ
れる駆動力伝達部には微振動が発生され、これによりこ
れら伝達部の静摩擦が除去されることになる。なお、こ
の実施例では、レバー41と差動増速機40によって圧電ア
クチュエータ3の直動変位を回転変位に変換かつ増幅す
るようにしたので、先の実施例のボールスクリュウ2に
比べて大きな増幅率(100倍程度)が簡単に得られると
いう利点を持っている。
The scanner device shown in FIGS. 3 and 4 is also driven by the same controller 20 as in the previous embodiment. That is, the high-frequency AC signal from the high-frequency generator 30 is superimposed on the signal output from the control circuit 23, and the piezoelectric actuator 3 shown in FIG. 3 is driven by the command signal on which the high-frequency AC signal is superimposed. Therefore, as in the previous embodiment, a slight vibration is generated in the driving force transmission part composed of the lever 41, the piston 46, the shafts 41, 47, the differential speed increaser 40, etc., thereby eliminating the static friction of these transmission parts. Will be done. In this embodiment, since the linear motion displacement of the piezoelectric actuator 3 is converted into the rotational displacement and amplified by the lever 41 and the differential gearbox 40, the amplification is larger than that of the ball screw 2 of the previous embodiment. It has the advantage that the rate (about 100 times) can be easily obtained.

なお、本発明は前述した実施例に適宜の変更を加え得る
ものであり、直動変位を回転変位に変換、増幅するため
の機構は実施例に示したものに限らず、他の任意の周知
技術を用いるようにしてもよい。
Note that the present invention can be appropriately modified from the above-described embodiment, and the mechanism for converting the linear displacement into the rotational displacement and amplifying it is not limited to the one shown in the embodiment, and any other well-known Technology may be used.

また、位置センサ4の変位検出のための構成も実施例に
限定されるものでなく、圧電アクチュエータ3の変位を
検出するものであれば、他の任意の構成をとってもよ
い。さらに、第3図に示した差動増幅器40の増速のため
の構成も、第6図に示したものの他に、例えば内輪軸50
を固定として、外輪スプライン52を入力とし、中間輪ス
プライン51を出力とするもの等、種々の変更ができ、実
施例に限定されるものでない。
Moreover, the configuration for detecting the displacement of the position sensor 4 is not limited to the embodiment, and any other configuration may be adopted as long as it detects the displacement of the piezoelectric actuator 3. Further, the structure for increasing the speed of the differential amplifier 40 shown in FIG. 3 is not limited to that shown in FIG.
Is fixed, the outer ring spline 52 is input and the intermediate wheel spline 51 is output, and various modifications can be made, and the present invention is not limited to the embodiment.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したようにこの発明によれば、圧電アクチュエ
ータの直動変位を回転変位に変換かつ拡大して偏光ミラ
ーを回転駆動するようにしたので、立上がりのよい高速
応答をなし得るとともに、位置決め精度を温度に関係な
く常に一定でき、さらに高精度のレーザ加工をなし得
る。また、この発明では、圧電アクチュエータに入力す
る指令信号に高周波交流信号を重畳するようにしたの
で、駆動力伝達機構の摩擦力が低減され、これにより伝
達トルクロスが軽減されるとともにステップ応答性が向
上し、位置決め精度を向上させることができる。よって
レーザ加工機としての生産性および加工対象を拡大する
ことができる。
As described above, according to the present invention, since the linear displacement of the piezoelectric actuator is converted into rotational displacement and enlarged to drive the polarization mirror in rotation, a high-speed response with good rising can be achieved and positioning accuracy can be improved. It can be kept constant regardless of the temperature, and more accurate laser processing can be achieved. Further, in the present invention, since the high frequency AC signal is superimposed on the command signal input to the piezoelectric actuator, the frictional force of the driving force transmission mechanism is reduced, which reduces the transmission torque loss and improves the step response. However, the positioning accuracy can be improved. Therefore, the productivity as a laser processing machine and the processing target can be expanded.

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

第1図はこの発明の一実施例を示す概念図、第2図は同
実施例の動作例を説明するためのタイムチャート、第3
図はこの発明の他の実施例について機構部分の構成を示
す縦断面図、第4図はその横断面図、第5図は差動増速
機の内部構成を示す断面図、第6図は差動増速機の駆動
態様の一例を示す図である。 1…偏光ミラー、2…ボールスクリュウ、3…圧電アク
チュエータ、4…光接触式位置センサ、10,11…ベアリ
ング、20…コントローラ、23…制御回路、30…高周波発
生器、40…差動増速機、41…レバー、42…反力バネ、43
…ブラケット。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a time chart for explaining an operation example of the embodiment, and FIG.
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a mechanical portion of another embodiment of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view thereof, FIG. It is a figure which shows an example of the drive mode of a differential gearbox. 1 ... Polarizing mirror, 2 ... Ball screw, 3 ... Piezoelectric actuator, 4 ... Optical contact type position sensor, 10, 11 ... Bearing, 20 ... Controller, 23 ... Control circuit, 30 ... High frequency generator, 40 ... Differential acceleration Machine, 41 ... Lever, 42 ... Reaction spring, 43
…bracket.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】偏光ミラーの回転駆動によりレーザ光を偏
光走査するレーザスキャナ駆動装置において、 入力された電気信号に対応する直動変位を発生する圧電
アクチュエータと、 その出力軸に前記偏光ミラーの回転軸が結合され、前記
圧電アクチュエータの直動変位を回転変位に変換し、か
つ該変位を増幅する変換増幅機構と、 前記偏光ミラーを回転駆動する指令信号を出力する制御
手段と、 前記指令信号に重畳する高周波交流信号を発生する高周
波発生手段と、 を具え、前記高周波信号が重畳された指令信号を圧電ア
クチュエータに入力するようにしたレーザスキャナ駆動
装置。
1. A laser scanner driving device for polarizing and scanning a laser beam by rotationally driving a polarization mirror, wherein a piezoelectric actuator that generates a linear displacement corresponding to an input electric signal and an output shaft of the polarization mirror is rotated. A shaft is coupled, a conversion amplification mechanism that converts a linear displacement of the piezoelectric actuator into a rotational displacement and amplifies the displacement, a control unit that outputs a command signal that rotationally drives the polarization mirror, and the command signal A laser scanner driving device comprising: a high-frequency generating unit that generates a high-frequency AC signal to be superimposed, and a command signal on which the high-frequency signal is superimposed is input to a piezoelectric actuator.
【請求項2】前記変換増幅機構は、ボールスクリュウで
ある請求項(1)記載のレーザスキャナ駆動装置。
2. The laser scanner driving device according to claim 1, wherein the conversion amplification mechanism is a ball screw.
【請求項3】前記変換増幅機構は、圧電アクチュエータ
の直動変位を回転変位に変換する部材と、該部材の回転
変位を増幅する変位増幅機構とを具える請求項(1)記
載のレーザスキャナ駆動装置。
3. The laser scanner according to claim 1, wherein the conversion amplification mechanism includes a member that converts a linear displacement of the piezoelectric actuator into a rotational displacement, and a displacement amplification mechanism that amplifies the rotational displacement of the member. Drive.
【請求項4】前記変位増幅機構は、だ円状のカムおよび
該カムの外周に取り付けられたボールベアリングを有す
る第1の軸と、 該第1の軸のボールベアリングが内周面に当接され、外
周面に歯が形成された弾性体から成る第2の軸と、 前記第2の軸に形成された歯数と異なる歯数を有し、第
2の軸の歯と歯合する歯が内周面に形成された剛体から
成る第3の軸と を具えた差動増幅器である請求項(3)記載のレーザス
キャナ駆動装置。
4. The displacement amplifying mechanism comprises a first shaft having an elliptical cam and a ball bearing attached to the outer periphery of the cam, and the ball bearing of the first shaft contacts the inner peripheral surface. A second shaft made of an elastic body having teeth formed on the outer peripheral surface thereof, and a tooth having a number of teeth different from the number of teeth formed on the second shaft, and a tooth meshing with the tooth of the second shaft 4. The laser scanner driving device according to claim 3, wherein is a differential amplifier having a rigid third shaft formed on the inner peripheral surface.
【請求項5】前記差動増速機は、第3の軸が固定され、
第2の軸が入力軸となり、第1の軸が出力軸となる請求
項(4)記載のレーザスキャナ駆動装置。
5. A third shaft of the differential gearbox is fixed,
The laser scanner driving device according to claim 4, wherein the second shaft serves as an input shaft and the first shaft serves as an output shaft.
【請求項6】前記部材は、正転方向に前記圧電アクチュ
エータの力が作用され、逆転方向に所定の弾性体の力が
作用するよう軸支されたレバー部材である請求項(3)
記載のレーザスキャナ駆動装置。
6. A lever member pivotally supported such that the force of the piezoelectric actuator acts in the forward direction and the force of a predetermined elastic body acts in the reverse direction.
The laser scanner driving device described.
【請求項7】前記制御手段は、 前記圧電アクチュエータの変位に対応する変位を検出す
る検出手段と、 前記偏光ミラーの目標回転角に対応する信号を発生する
目標値発生手段と、 前記目標値発生手段の出力と前記検出手段の出力の偏差
を求め、該偏差を前記指令信号として出力する手段と、 を具える請求項(1)記載のレーザスキャナ駆動装置。
7. The control means includes a detecting means for detecting a displacement corresponding to a displacement of the piezoelectric actuator, a target value generating means for generating a signal corresponding to a target rotation angle of the polarizing mirror, and the target value generating means. The laser scanner driving device according to claim 1, further comprising: a means for obtaining a deviation between the output of the means and the output of the detecting means, and outputting the deviation as the command signal.
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