JPH0716780A - レーザ出射ユニット - Google Patents

レーザ出射ユニット

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JPH0716780A
JPH0716780A JP5187632A JP18763293A JPH0716780A JP H0716780 A JPH0716780 A JP H0716780A JP 5187632 A JP5187632 A JP 5187632A JP 18763293 A JP18763293 A JP 18763293A JP H0716780 A JPH0716780 A JP H0716780A
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薫 中山
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Abstract

(57)【要約】 [目的]大きな画角で対称物をモニタできるようにす
る。 [構成]レーザ光案内室18において、レーザ光出口1
8bから見て反射ミラー48の反対側の外側面18eに
は、モニタカメラとしてたとえばモノクロ型のCCDカ
メラ54が取付される。マーキング加工が行われると
き、LED92より被加工物Wのマーキング面に向けて
赤色の可視光が照射される。被加工物Wで反射した赤色
可視光線は、レーザ光LBとは逆方向に本レーザ出射ユ
ニットのfθレンズ36、レーザ走査部28を通って来
て、レーザ光案内室18内の下部反射ミラー48で反射
されずに透過(直進)して、光学レンズ62を通ってC
CDカメラ54の撮像面で結像する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モニタ機能を備えたレ
ーザ出射ユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】たとえば、スキャニング方式のレーザマ
ーキング装置におけるレーザ出射ユニットでは、本体側
のレーザ発振部からのレーザ光が所定のタイミングで入
ってくる度にそれと同期してX軸オプティカル・スキャ
ナおよびY軸オプティカル・スキャナがそれぞれX軸回
転ミラー、Y軸回転ミラーを所定の角度で振ることによ
り、被加工物(対称物)の表面に所望のパターン(文
字、記号、図形等)でレーザ光のビームスポットを集光
照射して、マーキング加工を施すようにしている。
【0003】従来は、このようなマーキング加工の状況
をモニタするため、本体側に、レーザ光を全反射し、か
つ可視光を透過させるミラーと、該ミラーを透過した可
視光を受けて被加工物のマーキング面を撮像するモニタ
カメラとを設けていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のレーザ装置では、モニタカメラが本体側に設けられる
ため、対称物からモニタカメラまでの光路距離が長く、
そのぶん撮像画面ないしモニタ画面の画角が小さくな
り、対称物を鮮明に映し出するのが難しかった。
【0005】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、大きな画角で対称物を撮像できるようにしたレ
ーザ出射ユニットを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の第1のレーザ出射ユニットは、チャンバ型
の光学部品取付体の室内にレーザ発振部からのレーザ光
を対称物側へ反射し、かつ前記対称物よりきた可視光を
透過するミラーを配置するとともに、前記光学部品取付
体に前記ミラーを透過した前記可視光を受光するモニタ
カメラを取付する構成とした。
【0007】また、本発明の第2のレーザ出射ユニット
は、チャンバ型の光学部品取付体の室内にレーザ発振部
からのレーザ光を対称物側へ反射し、かつ前記対称物か
らきた可視光を透過する第1のミラーと、前記第1のミ
ラーからきた前記レーザ光を前記対称物に向けて反射
し、かつ前記対称物からきた可視光を前記第1のミラー
に向けて反射する第2のミラーとを配置するとともに、
前記光学部品取付体に前記第1のミラーを透過した前記
可視光を受光するモニタカメラを取付する構成とした。
【0008】
【作用】第1のレーザ出射ユニットでは、対称物からの
可視光がレーザ光と逆向きにチャンバ型の光学部品取付
体内のミラーまできて、そこで反射されずに透過または
直進してモニタカメラの撮像面に入射または結像する。
【0009】第2のレーザ出射ユニットでは、対称物か
らの可視光がレーザ光と逆向きにチャンバ型の光学部品
取付体内の第2のミラーを通って第1のミラーまでき
て、第1のミラーで反射されずに透過または直進してモ
ニタカメラの撮像面に入射または結像する。
【0010】
【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。
【0011】図1は、本発明の一実施例によるレーザマ
ーキング装置におけるレーザ出射ユニットの構成を示す
断面図である。図2は、本レーザ出射ユニット内の要部
の外観構成を示す斜視図である。
【0012】図1および図2において、この実施例によ
るレーザ出射ユニットは、筐体10を有し、円筒状の光
路カバー12を介してレーザ発振部(図示せず)と接続
されている。筐体10内には、たとえばアルミニウムか
らなる堅牢な光学部品取付体14が収容されている。こ
の光学部品取付体14は、チャンバ型のオプティカル・
スキャナ取付体16とチャンバ型のレーザ光案内室18
とが一体に嵌め込み結合されたものである。
【0013】オプティカル・スキャナ取付体16の一側
面(左側面)16aおよび上面16bには、X軸オプテ
ィカル・スキャナ20およびY軸オプティカル・スキャ
ナ22が絶縁体たとえばガラスエポキシ樹脂からなる板
片状の取付部材24,26を介してそれぞれ壁面に垂直
に取付固定される。X軸回転ミラー30およびY軸回転
ミラー32は、被加工物(対称物)Wに向けてレーザ光
LBをスキャニングするレーザ走査部28を構成するも
ので、本発明の第2のミラーを構成するものでもあり、
オプティカル・スキャナ取付体16の室内に配置され、
室外のX軸オプティカル・スキャナ20およびY軸オプ
ティカル・スキャナ22のミラー回転駆動軸にそれぞれ
結合されている。
【0014】オプティカル・スキャナ取付体16の他方
の側面(右側面)16cには、レーザ光案内室18から
のレーザ光LBを室内のレーザ走査部28へ通し入れる
ためのレーザ光入口34が設けられている。また、オプ
ティカル・スキャナ取付体16の下面16dには、レー
ザ走査部28で反射したレーザ光LBを後述する室外の
fθレンズ36側へ出すためのレーザ光出口38が設け
られている。このレーザ光出口38の外側(下側)の開
口部16eには円筒状のレンズ保持体40を着脱可能に
螺着取付するための雌螺子が形成されている。
【0015】図2において、オプティカル・スキャナ取
付体16の正面はほぼ全面にわたって開口されており、
この開口に密閉板42がボルト44によって着脱可能に
取付される。この密閉板42は、レーザ走査部28の組
立てまたは修理を行う場合に取外しされる。
【0016】レーザ光案内室18は、レーザ発振部から
のレーザ光LBを中に入れるためのレーザ光入口18a
と、レーザ光LBをオプティカル・スキャナ取付体16
側へ出すためのレーザ光出口18bとを有している。
【0017】図3に示すように、レーザ光案内室18
は、レーザ光出口18bの回りに形成された直角面の凹
部18cがオプティカル・スキャナ取付体16の右側面
部16cと面に垂直な方向に嵌合し、凹部18cの外側
端部に形成された直角面の凸部18dがオプティカル・
スキャナ取付体16の右側面部16cの外端部に形成さ
れた直角面の凹部16fと面に垂直な方向に嵌合するこ
とによって、オプティカル・スキャナ取付体16の右側
面部16cに対して機械精度で正確に直角に結合され
る。なお、レーザ光案内室18をオプティカル・スキャ
ナ取付体16に固定するためにボルト(図示せず)等を
用いてよい。
【0018】図1に示すように、レーザ光案内室18の
レーザ光入口18aには、光路カバー12の端面より垂
直に(光軸と平行に)突出する環状のフランジ部12a
が嵌入する。これにより、レーザ光案内室18は光路カ
バー12に対しても機械精度で正確に直角に結合され
る。なお、レーザ光案内室18に光路カバー12を固定
するためにボルト(図示せず)等を用いてよい。
【0019】レーザ光案内室18の室内には、レーザ発
振部からのレーザ光LBの光軸に対して45゜傾いて下
向きにミラー46がミラーホルダ50を介して固定配置
されるとともに、ミラー46からのレーザ光LBの光軸
に対して45゜傾いて左向きに(レーザ光出口18bを
向いて)ミラー48がミラーホルダ52を介して固定配
置される。ミラーホルダ50は、レーザ光案内室18の
外壁の一部を構成している。
【0020】このように、レーザ光案内室18がオプテ
ィカル・スキャナ取付体16に機械精度で決まる正確な
面合わせで直角または平行に嵌め込み結合され、かつレ
ーザ光案内室18内でミラー46,48が45゜の傾き
で所定の向きに固定配置される。これにより、レーザ発
振部より光路カバー12の中を水平に通って来たレーザ
光LBは、レーザ光入口18aよりレーザ光案内室18
の中に入り、室内で先ずミラー46によって光路を90
゜垂直下方に曲げられ、次にミラー48によって光路を
90゜水平に曲げられてから、レーザ光出口18bを通
ってオプティカル・スキャナ取付体16の室内に入る。
したがって、レーザ発振部からのレーザ光LBは、レー
ザ光案内室18の中を通る際に光軸がずれたり傾いたり
することはなく、オプティカル・スキャナ取付体16の
室内のレーザ走査部28の所定位置に正しい向きで水平
に入射するようになっている。
【0021】レーザ光案内室18において、レーザ光出
口18bから見て反射ミラー48の反対側の外側面18
eには、モニタカメラとしてたとえばモノクロ型のCC
Dカメラ54が取付される。外側面18eに形成された
開口に、環状のレンズホルダ56と円筒状のカメラ支持
部58とがボルト(図示せず)によって固定される。レ
ンズホルダ56にはレンズ押さえリング60によって光
学レンズ62が保持されている。カメラ支持部58は、
2つの円筒体からなり、外側の円筒体に形成された長手
(光軸)方向に長いスリット状の穴58aを介して内側
の円筒体58に形成された螺子穴58bにボルト64が
締付螺着することで、CCDカメラ54は光軸方向に移
動可能つまり焦点合わせ可能に取付される。
【0022】レーザ光案内室18内の下部ミラー48
は、本発明における第1のミラーを構成するものであ
り、レーザ光LBに対してはほぼ100%の反射率を有
しているが、可視光線に対しては相当の透過率を有して
いる。マーキング加工が行われるとき、被加工物Wから
の可視光線が、レーザ光LBとは逆方向に本レーザ出射
ユニットのfθレンズ36、レーザ走査部28を通って
来て、レーザ光案内室18内の下部反射ミラー48で反
射されずに透過(直進)して、光学レンズ62を通って
CCDカメラ54の撮像面で結像する。
【0023】本実施例では、チャンバ型の光学部品取付
体14を構成するレーザ光案内室18の外側面18eに
カメラ支持部58を介してCCDカメラ54が取付され
るため、被加工物WからCCDカメラ54までの光路距
離が短く、CCDカメラ54は被加工物Wの表面を大き
な画角で撮像することができる。これにより、CCDカ
メラ54に接続されたディスプレイ(図示せず)の画面
には大きな画角で被加工物Wの表面が映し出され、マー
キング加工の状況を詳細にモニタすることが可能であ
る。
【0024】筐体10の下面には、レンズ保持体40の
周囲に円筒状のカバー90が垂設されている。このカバ
ー90の内側面とレンズ保持体40の外周面との間の隙
間には、筐体10の下面に垂設された支持棒94の下端
に環状の支持板96が固定され、この支持板96の下面
側に周回方向に一定の間隔で多数のLED(発光ダイオ
ード)92が各発光面を被加工物Wに向けて取付されて
いる。
【0025】支持板96のLED取付面は可視光を反射
する材質で構成され、各LED92より発光された可視
光RLが無駄なく効率的に被加工物Wへ向けられるよう
になっている。また、被加工物Wに向かってLED92
の前面には、擦りガラスまたはプラスチックからなる環
状の光拡散透過板98が設けられている。この光拡散透
過板98によって、被加工物Wのマーキング面がほぼ一
様な照度で照らされるようになっている。
【0026】一般にレーザマーキング装置におけるレー
ザ出射ユニットでは、fθレンズをレーザ光の波長(た
とえばYAGレーザ光は、1064nm)に対して色消
しするとともに、モニタを行う場合は可視光に対しても
色消ししている。ただ、可視光の場合、あらゆる波長に
対して色収差を補正するのはレンズ構造が複雑になるた
め、通常は赤色の波長(632.8nm)に対してのみ
色消ししている。このようなfθレンズにおける2波長
の色消しに合わせて、X軸回転ミラーおよびY軸回転ミ
ラーの表面にはレーザ光の波長(1064nm)および
赤色可視光の波長(632.8nm)を効率的に反射す
るための2波長反射コーティングを施すのが通例となっ
ている。本実施例でも、fθレンズ36に上記2波長の
色消しを施すとともに、X軸回転ミラー30およびY軸
回転ミラー32に上記2波長反射コーティングを施して
いる。
【0027】本実施例では、かかる赤色可視光に対する
fθレンズ36の色消しおよびX軸回転ミラー30およ
びY軸回転ミラー32の反射コーティングに合わせて、
LED92が赤色LEDで構成される。これにより、マ
ーキング加工時には、被加工物WにはLED92より赤
色の可視光が照射され、被加工物Wより赤色の可視光が
fθレンズ36、X軸回転ミラー30およびY軸回転ミ
ラー32、反射ミラー48、光学レンズ62を通ってC
CDカメラ54の撮像面に結像する。CCDカメラ54
は、モノクロ型のカメラであるため、赤色可視光を通じ
て被加工物Wを輝度またはモノクロの画像として撮影す
る。
【0028】したがって、従来のように蛍光燈による白
色光を照射して被加工物Wを撮像(モニタ)する方式よ
りも格段に明るく鮮明な撮像画面が得られ、照明に要す
る消費電力を大幅に節約することもできる。
【0029】上記のように、本実施例のレーザマーキン
グ装置におけるレーザ出射ユニットでは、チャンバ型の
オプティカル・スキャナ取付体16とチャンバ型のレー
ザ光案内室18とが嵌め込み式で一体結合されてチャン
バ型の光学部品取付体14が構成され、オプティカル・
スキャナ取付体16の室内にX軸回転ミラー30および
Y軸回転ミラー32(第2のミラー)が配置されるとと
もに、レーザ光案内室18の室内にレーザ発振部からの
レーザ光LBをX軸回転ミラー30およびY軸回転ミラ
ー32へ向けて反射し、かつ被加工物WよりX軸回転ミ
ラー30およびY軸回転ミラー32を介してきた可視光
を透過するミラー48(第1のミラー)が配置され、こ
のミラー48の背後に位置するレーザ光案内室18の外
側面18eにCCDカメラ54が取付される。かかる構
成によれば、被加工物Wから最短の光路距離でCCDカ
メラ54を配置することが可能であり、最大限に大きな
画角で被加工物Wを撮像し、マーキング加工の状況を詳
細にモニタすることができる。
【0030】さらに、本実施例のレーザ出射ユニットで
は、チャンバ型のオプティカル・スキャナ取付体16に
板片状の取付部材24,26を介してX軸オプティカル
・スキャナ20およびY軸オプティカル・スキャナ22
が正しい位置および向きで取付固定されるとともに、オ
プティカル・スキャナ取付体16の室内にX軸回転ミラ
ー30およびY軸回転ミラー32が正しい位置および向
きで回転可能に配置される。また、チャンバ型のレーザ
光案内室18内の所定位置に所定の傾きで反射ミラー4
8,50が固定配置される。これにより、調整作業を必
要とするアライメント機構を設けなくて済む。また、光
学部品取付体14の中に光路が設けられるので、光路カ
バーを設ける必要もない。また、被加工物Wを照明する
ための照明手段は、ユニット下部のレンズ保持体40の
回りに配置されたLED92によって構成される。この
ように、アライメント機構や光路カバーが不要であり、
かつ照明手段が小型軽量に構成されているため、CCD
カメラ54を取付してもユニット全体が嵩ばることはな
く、支持軸(図示せず)に接続して首振り型のユニット
にすることも容易である。
【0031】図4に、本実施例のレーザ出射ユニットに
おけるレーザスキャニング機構の要部の構成を示す。X
軸オプティカル・スキャナ20のミラー回転駆動軸70
にミラー支持部材72を介してX軸回転ミラー30が固
着され、Y軸オプティカル・スキャナ22のミラー回転
駆動軸74にミラー支持部材76を介してY軸回転ミラ
ー32が接着固定される。これにより、X軸回転ミラー
30はX軸オプティカル・スキャナ20によって回転駆
動され、Y軸回転ミラー32はY軸オプティカル・スキ
ャナ22によって回転駆動される。両スキャナ20,2
2には制御部(図示せず)よりケーブル(図示せず)を
介して両ミラー30,32を振る角度を指示するスキャ
ニング制御信号が与えられる。
【0032】レーザ光案内室18から入って来たレーザ
光LBは、先ずY軸回転ミラー32に入射して、そこで
全反射してからX軸回転ミラー30に入射し、このミラ
ー30で全反射してのちfθレンズ36を通って被加工
物Wのマーキング面に集光照射する。マーキング面上の
レーザビームスポットの位置は、X方向においてはX軸
回転ミラーの角度によってきまり、Y方向においてはY
軸回転ミラーの角度によってきまる。したがって、レー
ザ発振部からのレーザ光が所定のタイミングで入ってく
る度に、それと同期して両スキャナ20,22がX軸回
転ミラー30、Y軸回転ミラー32をそれぞれ所定の角
度で振ることにより、被加工物Wの被刻印位置にレーザ
光LBのビームスポットが集光照射される。そうする
と、レーザ光の照射位置付近では被加工物Wの表面がレ
ーザエネルギによって局所的に加熱されて蒸発する。こ
の蒸発部分が所要のパターンを描くようにレーザビーム
スポットを走査すると、被加工物のマーキング面に該描
画パターン(文字、記号、図形等)がマーキング(刻
印)される。
【0033】上記した実施例では、レーザ光案内室18
内にレーザ発振部より光路カバー12内を通って来たレ
ーザ光LBを下部ミラー(第1のミラー)48に向けて
反射するための上部ミラー(第3のミラー)46を配置
したが、たとえば光路カバー12からのレーザ光LBが
直接第2のミラー48に入射するように構成すること
で、第3のミラー46を省くことも可能である。また、
上記実施例はレーザマーキング装置におけるレーザ出射
ユニットに係るものであったが、本発明は他のレーザ装
置におけるレーザ出射ユニットにも適用可能である。し
たがって、本発明における第2のミラーはX軸回転ミラ
ーおよびY軸回転ミラーに限るものではなく、たとえば
固定配置されたミラーでも可能である。また、第1のミ
ラーだけ備えないレーザ出射ユニットでも可能である。
また、モニタカメラをチャンバ型光学部品取付体の中に
取付することも可能である。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ出
射ユニットによれば、チャンバ型の光学部品取付体の室
内にレーザ発振部からのレーザ光を対称物側へ反射し、
かつ前記対称物からきた可視光を透過するミラーを配置
するとともに、該光学部品取付体に該ミラーを透過した
可視光を受光するモニタカメラを取付することにより、
大きな画角で対称物を撮像することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるレーザマーキング装置
におけるレーザ出射ユニットの構成を示す断面図であ
る。
【図2】実施例によるレーザ出射ユニット内の要部の外
観構成を示す斜視図である。
【図3】実施例における光学部品取付体を構成するオプ
ティカル・スキャナ取付体とレーザ光案内室との嵌め込
み部の構成を示す部分斜視図である。
【図4】実施例のレーザ出射ユニットにおけるレーザス
キャニング機構の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
10 筐体 14 光学部品取付体 16 オプティカル・スキャナ取付体 18 レーザ光案内室 20 X軸オプティカル・スキャナ 22 Y軸オプティカル・スキャナ 30 X軸回転ミラー(第2のミラー) 32 Y軸回転ミラー(第2のミラー) 46 上部ミラー(第3のミラー) 48 下部ミラー(第1のミラー) 54 CCDカメラ 58 カメラ支持部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンバ型の光学部品取付体の室内にレ
    ーザ発振部からのレーザ光を対称物側へ反射しかつ前記
    対称物よりきた可視光を透過するミラーを配置するとと
    もに、前記光学部品取付体に前記ミラーを透過した前記
    可視光を受光するモニタカメラを取付したことを特徴と
    するレーザ出射ユニット。
  2. 【請求項2】 チャンバ型の光学部品取付体の室内にレ
    ーザ発振部からのレーザ光を対称物側へ反射しかつ前記
    対称物からきた可視光を透過する第1のミラーと、前記
    第1のミラーからきた前記レーザ光を前記対称物に向け
    て反射しかつ前記対称物からきた可視光を前記第1のミ
    ラーに向けて反射する第2のミラーとを配置するととも
    に、前記光学部品取付体に前記第1のミラーを透過した
    前記可視光を受光するモニタカメラを取付したことを特
    徴とするレーザ出射ユニット。
  3. 【請求項3】 前記チャンバ型の光学部品取付体の室内
    に前記レーザ発振部からのレーザ光を前記第1のミラー
    へ向けて反射するための第3のミラーを配置したことを
    特徴とする請求項2に記載のレーザ出射ユニット。
  4. 【請求項4】 前記第1のミラーは、互いに直交した軸
    で回転するX軸回転ミラーとY軸回転ミラーとからなる
    ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のレー
    ザ出射ユニット。
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