JPS59220295A - レ−ザ刻印装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の屑する技術分野〕 この発明は九散レンズおよび集束レンズで構成され１こ
レーザビーム用拡大光学系と、該光学系の後段に挿入さ
れ−た少なくとも１個の偏向鏡および１組の映写レンズ
により被加工面内のレーザビーム焦点上に像を映写可能
としたパイロットビーム装置とを備えたレーザ刻印装置
に関する。

〔従来技術とその問題点］ レーザ刻印あるいはレーヤ加］゛は被加工物の被加工面
にレーザビームの焦点を結び、該焦点を被加工物に対し
て相対的に移動させて実施する。この相対運動はレーザ
ビームを固定し被加工物を座標駆動される作業台に取り
旬けるか、あるいはレーザビームを可動式偏向鏡を介し
て移動させて行うことができるが、この両手段を組み合
わせてもよい。しかしいずれの手段でも被加工物を正確
に位置決めするのはがならすしも容易ではない。レーザ
刻印の具体例として、例えば自動車、＊動機等の銘板の
刻印があり′られるか、このような場合には文章や数字
あるいはつづり等を所定の区画の中に書き込まねはなら
ない。

同じ様式の多数の銘板を繰り返し刻印する場合には、送
り装置を自動化したり、字体の大きさを最適化する装置
等に相当な費用をかけることも許されるが、さまさまな
銘板類を刻印する場合は手で正確に位置決めしなけれは
フ（らないので煩わしくかつ手間と時間かがかる。レー
ザビームは人の目には見えないので、これを利用して位
置決めすることはできないし、またレーザビームによる
目の傷害を防ぐための安全基準にも留意しなければなら
ない。

従来の装置で偏向鏡と映写レンズを備えた偏向ヘッドを
装備したものが知られており、この偏向ヘッドはレーザ
ビームの光軸のまわりをほぼ３６ｏ０旋回可能にレーザ
光源装ｆａｔに装着されている。このような偏向ヘッド
は例えばドイツ特許公開第３１０１７９３号により公知
である。また市販のレーザ刻印装置はパイロットビーム
により位置決めする方式であるが、位置決めに際してね
じを締めたりゆるめたりする煩わしさを伴い、しかもそ
の際パイロットビームの位置が動揺してレーザビームの
照射ルートからずれてしまうこともよくある。

パイロットビームにより被加工物の位置決めを実施する
にはさまざまな技術的問題が存在する。

この場合パイロットビームの光学系を構成する各部品は
、レーザの光路を僅かでも変動させたり。

あるいはレーザビームのエネルギを減少させたりするこ
とは許されないであろうし、またパイロットビームとレ
ーザビームは刻印ないし加工区画内の同一場所に交互に
もしくは同時に正確に照射されなければならない。しか
もこのことは刻印ないし加工対象区画の全区域について
いえることである。さらに高いエネルギ密度を得るには
、レーザビームは直径約０．１　ｒｎｍ程度の焦点に納
まるように強く集束されなければならないのに反し、パ
イロットビームにより映写される映像は目によく見え、
しかもまぶしくないものでなシナれはならない。光のマ
ークの直径を例えば５　ｍｍにすれは目にはよく見える
が、その中心点の位置を正確に判定することはもはや不
可能になるので、合２置決めのｊＥ　１７ｍ性はかえっ
て減退する。また暗色の累月２例えば黒色アルマイト板
上に合いマークを映写したときでもよく視認されなけれ
はならな（・。さらにレーザビーム用偏向鏡は通常はカ
ラス製で、レーーリ゛ビーームの波長（約１．０−１０
．０μｍ）に対して極めてより良い反射性を示ず討電体
Ｉ信を備え′Ｃいる。しかしこれに反し可視光線に対す
る反射性は良くない。以上のような理由から、冶いマー
クをよく視認できるよう映写するには極めて光度の強い
パイロット光を必要とする。

〔発明の目的〕

この発明は被加工物の位置を決めるためにレーザビーム
の焦点上に合いマークを映写するパイロットビーム装置
を備えたレーザビーム用調整機構ならびに該調整機構を
備えた偏向ヘッドを簡単な方式で構成し、しかも時間と
手間をかけずに被加工物の位置決めを実施可能とするこ
とを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は発散レンズと集束レンズとの間に偏向鏡を、
少くとも加工作業中は邪魔にならないように、また合い
マークの像を集束レンズと映写レンズで構成された光束
ルートの中に反映させるように配置し、さらにパイロッ
ト光で照射される合いマークを集束レンズの偏向鏡によ
り反射された物空間焦点に置くことによって、被加工物
の被加工面の位置決めを簡単に実施できるように構成し
たものである。

この発明によれば、パイロットビームは偏向鏡によりレ
ーザ光学系の光束ルートの中に反射され、さらに該光学
系によりほぼ該光学系の焦点に映像を結ぶ。しかしその
ために合いマークを集束レンズの焦点に置く。またこの
調整機構では合いマークとレーザビームとを映写面に交
互にまたは同時に映写できるので、被加工物の位置決め
を刻印装置の光学系に手をふれることな〈実施できる。

そのうえ、光度の強いパイロット光で作条できるので、
暗色素材上でも合マークはよく視認され、偏向鏡の反射
率が低くても問題にはならない。

偏向鏡がレーザビームの照射ルートを阻害したり、その
エネルギを吸収したりし１．ｃ℃・ようにするには、ビ
ームの直径より大きな円形またはだ円形の孔をビームの
光軸と同心にして偏向鏡に設けるか、あるいは偏向鏡を
ビームの外側に傾倒ｎ」能にすることができる。孔を備
えた偏向鏡はもっばら拡大光学系の発散レンズに近接し
た場所に配置されるが、この場合レーザ照射中でもパイ
ロットビームで合いマークを被加工面上に映写できる。

しかし傾倒式偏向鏡の場合には、レーザ照射中は偏向鏡
をレーザビームの外側に傾倒しておかねばならないので
、合いマークを同時に映写することはできない。

合いマークをレーザ光学系の光束ルート」二に整合させ
るのは、主として合いマークの位置をパイロットビーム
の光軸に垂直な面上を移動させて行うか、レーツビーム
の光軸に対する偏向鏡の傾きを変えて実施してもよい。

上記の調整機構を備えた偏向ヘッドを下記の構成とずれ
ば有利である。すなわち、７ランジをレーザ光源装ｆｌ
ｊに固定して結合し、該７ランジに円筒をレーザビーム
の光軸と同心にして取り付けて該円筒の中に拡大光学系
および偏向鏡を配置する。

またフランジにくほみを設けて、その中にパイロット光
源および合いマークを配置するとともに、レーツビーム
の光軸と同心の円筒状センターフレートを設りて該セン
ターフレートを偏向ヘッドのセンターリングの中に一体
的にはめ込んで心出しをする。また偏向ヘッドに映写レ
ンズ付の偏向鏡ケースを取り付けるとともに該偏向ヘッ
ドのセンターリングを締めつけ機構を介して７ランジの
センタープレートにどのような旋回角度においても、し
緩可能に固定する。また、締めつけ機構をゆるめたとき
にレーザ映写機構が脱落するのを防止するため、締めつ
け機構がゆるめられた状態においてもセンターリングを
センタープレートに押しつけるばねを設ける。

〔発明の実施例〕

つぎにこの発明を実施例の図を参照してさらに詳細説明
する。

第１図はレーザ刻印装置の光束ルートの概要を示すもの
で、レーザビーム１は発散レンズ２ａと集束レンズ２ｂ
とで構成された拡大光学系に入射する。該拡大光学系に
入射されたレーザビームの均一かつ平行ＩＬ光束は、ま
ず発散レンズ２ａで円錐状に拡・散された後、集束レン
ズ２ａでふたたび平行な光束に戻る。しかしこの場合、
発散レンズ２ａならびに集束レンズ２ｂのレーザ光源側
焦点はともに図中Ｆで示す点で一致していなければなら
ない。拡大された平行光束は映写（刻印）レンズ３によ
り被刻印ないし被加工面４上の点Ａに集束される。上記
のようにレーザビームは拡大レンズ２ａおよび２ｂによ
り一度拡大されるので、極めて小さな焦点に集束され、
その結果レーザビームのエネルギを完全に利用すること
が可能となる。

またこの場合映像点Ａは映写レンズ３の焦点に相当する
。

第１図には、集束レンズ２ｂと映写レンズ３との間に配
置されるべきレーザビーム偏向用の鏡は図を簡明にする
ため詳しくは描かれていないが、通常２個の偏向鏡が軸
のまわりに旋回可能にかつ相対して垂直に配列される。

被加工面４の位置を映写面Ａに整合させる場合、従来の
方式では冒頭に述べたような困離さを伴うが、この発明
によれはレーザビームの光学系を利用して合いマークを
映写面Ａ上に映写することが可能である。したがって第
１図の実施例ではパイロット光源５を設けて図中矢印で
示す合いマーク７をコンデンサ６を介して照射する。そ
うするとコンデンサ６の光束は偏向鏡８を経由してレー
ザビームの光束ルートの中に入射されるが、合いマーク
７は集束レンズ２ｂの偏向鏡で反射された物空間焦点Ｙ
に置かれているので、その実像は本来無限遠で像点を結
ぶはずである。しかしこの場合、この実像は映写レンズ
３により被加工面４上に合いマーク７ａとして映写され
るのである。合いマーク７の映像７ａをできるだけ明る
くするには、パイロット光源５の光度を強く１ればよい
。さらにコンデンサ６とパイロット光源５との相対位置
を調整して、パイロット光源２例えはランプ５のフィラ
メントがコンデスサ６を介して映写レンズ３の中に結像
されるようにすれば、映像７ａの明るさをなお一層高め
ることができる。

またできるだけコストを引き下げるために、矢印、十字
線あるいはそれに類似した合いマークをコンデンサ６の
平面上に直接取り付けることも可能である。

第１図の実施例では偏光鏡８はレーザビーム１の光軸と
同心の貫通孔８ａを備えているが、この場合拡散された
レーザビーム１を阻害したり、あるいはビームのエネル
ギを吸収したりしないように孔の直径を決定することが
できる。第１図の実施例のように発散レンズ２ａに近く
、拡散レーザビーム１の直径がまだ比較的小さい場所に
偏向鏡８を配置すれば、貫通孔８ａの直径は比較的小さ
くてすむ。この第１図の実施態様ではレーザ照射中でも
合いマーク７を被加工面４土に同時に映写できるので、
加工作業中に被加工物を随時移動させるのが容易になる
。

第２図に異なる実施例を示す。この図では刻印装置の拡
大光学系２ａおよび２ｂに該当する部分だけが描かれて
いるが、その他の部分は第１図の実施例と同様である。

この第２図の実施例では、偏向鏡８は軸８ｂのまわりに
回動可能に形成され、図中に破線で示すようにレーザビ
ームの光束ルートの外側に傾倒可能である。モして鏡８
用のストッパ９が設けられ、鏡８は該ストッパまで引き
起こされてそこに保持される。被加工面４土の合いマー
ク７の映像は第１図の実施例と変わり１．Ｃり、しかも
第１図の実施例における鋳８の貫通孔８ａによって発生
ずるパイロットビームの光損失は回避される。しかし、
この第２図の実施例ではレーザ照射中はエネルギを吸収
しないように鈍８をレーザビームの外側に倒しておかね
はならないので、レーザ照射中は合いマーク７を被加工
面４に同時に映写することはできないし、また偏向＠８
のために傾動軸８ｂを設けなけれはならない。

第２図の実施例の第１図の実施例とのもう一つの相違点
は、レーザビームの光軸まゎりの全体寸法をできるだけ
細（するためにもう一枚の鏡］０を備え、該鏡１０を介
してパイロットビーム・をもう一度偏向させる構造とし
て、パイロット光源５およびコンデンサ６をレーザ光軸
にほぼ平行に配置可能としたことである。

合（・マーク７の映像７ａを最初にレーザビーム・の焦
点Ａｔｊ整合させるには、合いマーク７をパイロットビ
ームに垂直な面上で移動させるが、あるいは偏向鏡８の
傾きを調整すればよい。しかし第２図の実施例では鏡１
ｏの傾きを変えて調整可能である。

第３図はこの発明にかかわる調整機構を組み込んだ偏向
ヘッドを部分的に断面にして示したものである。この図
において旋回可能な偏向ヘッドがし・−ザ光源装置に固
定して取り付けられたフランジ板１１．ならびに偏向ヘ
ッド本体部１３との二つの主費部分で構成され、偏向ヘ
ッド本体部１３に反照検流計（ミラーガルバノメーク）
システムヲ構成する偏向鏡１４および映写レンズ３が装
着される。

７ランジ板１１の円筒１５は、レーザの光軸と同心で。

該円筒１５の中に発散レンズ２ａおよび集束レンズ２ｂ
を備えた拡大光学系が配置される。該円筒１５に平行に
パイロット光源５のホルダ１６およびコンデンサ６が配
置され、合いマーク７はコンデンサレンズ６０面上に直
接１１かれている。パイロット光は貫通孔１７を辿って
鈍１ｏに照射され、第２図の実施例図に示すように鏡１
ｏからさらに傾倒式偏向鏡８に向けて反射される。偏向
鏡８は発散レンズ２ａと集束レンズ２ｂとの間に配置１
６゛されるが、第１図の実施例の方式による場合には当
然中央に貫通孔を備えた偏向鏡がここに置かれて、レー
ザ照射中でも合いマーク７を被加工面４上に映写可能と
するように構成される。しかしこの第３図ではレーザ照
射中は偏向鏡８を従来方式と同様にレーザビームの外側
に傾倒する方式として描かれている。

またこの実施例において、偏向鏡８がレーザビームの外
側に傾倒されている間はパイロットビームを遮断するた
めのシャッタを設けることもできる。

フランジ板１１はそのセンタープレート等のすべてのセ
ンタリングアタッチメントを含め、その製作に際してレ
ーザビームの光軸を中心としたあらゆる直径範囲にわた
り一回のセツティングで加工可能な構造である。そして
該フランジ板１１は光源装置１２に少なくとも２本のボ
ルトを介して固定結合される。また、該フランジの七ン
ターカラ−１９が光源装置のみぞに嵌合する。パイロッ
トビームはｕ通孔１７の中を通過し、もう一つの開口部
２０を経　′由して偏向ヘッドの電子装置用のリード線
を接続スル。パイロット光源５およびコンデンサレンズ
６の収納部１６は７ランジ板１１を加工して形成するこ
とができる。鏡１ｏは可調整の支持体を介してフランジ
板１１に結合すればよい。拡大光学系の集束レンズ２ｂ
はこの実施例では専用のフレームを介して支持されてい
るが、フランジ板１１０円筒１５に直接取り付けてもよ
い。また該拡大光学系の発散レンズ２ａはこの実施例で
は移動可能なフレーム２１を介して円筒１５の中に埋め
込まれ、そして被加工物との距離が変動したとき、焦点
Ａをある程度修正可能な構造とされている。前記フレー
ム２１はレバー、ねじ、ピニオンとランク等の公知の方
法で移動させれはよい。

偏向ヘッドの本体部１３は円形の７ランジ２２で構成さ
れ、該フランジに四角形のケース２３が固定して取り付
けられ、該ケース２３に偏向鏡１４および映写レンズ３
が装着される。また前記ケース２３にさらに２個のケー
ス２４が固定して取り付けられ、それらのケース２４の
中に偏向鏡１４を偏向させる公知の検流計（ガルバノメ
ータ）が収納される。

７ランジ２２は、そのセンターリング２５を介してフラ
ンジ板１１０円筒状センタープレート２６に一体的にが
ん合されて心出しされるとともに締めつけ機構を備える
。該締めつけ機構により、偏向ヘッドをどのよう１よ旋
回角度においても７ランジ板１１にしっかりと締めつけ
固定することができる。この実施例では、該締めつけ４
！ｌ！宿は押え板２７を７２ンジ１１のセンタープレー
ト２６の背後にあてがい、ねじ２８で該押え板２７をセ
ンタープレート２６に押しつけて固定する構造とされて
いる。調整に際して偏向へソド２２がフランジ板１１が
ら脱落するのを防止するためにばね２９が備えられ、ね
じ２８がゆるめられている状態においても、該はね２９
により押え板２７をセンタープレート２６に押しつける
構造とされる。また、この実施例ではさらにストッパー
ビン２４を備え、該ピン２４が偏向ヘッドの旋回範囲を
約３５５°に制限して、検流計（ガルバノメータ）のリ
ード線の破断を防止する。

〔発明の効果〕

この発明によれば、レーザビーム光学系の発散レンズと
集束レンズとの間にレーザビームを阻害しないように偏
向鏡を配置し、また集束レンズの物空間焦点相当個所に
合いマークを置いてパイロット光線で照射することによ
り、合いマークの映像をレーザ光学系の光束ルートの中
に反射して被加工面上のレーザビーム焦点に映写するの
で、刻印装置の光学系を操作することなく被加工面がレ
ーザビームの焦点に整合するより正確に位處迭めするこ
とが可能となる。また高い光度のパイロット光を使用し
て暗色素材上にも合いマークを明りように映写できるの
で作業も容易になる。

さらにこの調整機構を組み込んだ偏向ヘッドによれは、
該ヘッドをレーザビームの光軸のまわりを約３６０°旋
回させることが可能で、しかもそのときレーザビームの
光軸は動揺しないので、どのような旋回位置においても
被加工面を正確に位置決めできる。また旋回角度を調整
するためにヘッド固定用締めつけボルトをゆるめても、
ヘッドが脱落することはな〜・。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の光路の概要図で、第２図は
異なる実施例の光路の概要図である。また第３図は調整
機構を組み込んだ偏向ヘッドを部分断面図で示したもの
である。 １：レーザピーム、２ａ：発散レンズ、２ｂ：集束レン
ズ、３：映写レンズ、４：ｊ４１．加工面、５：パイロ
ット光源、６：コンデンサ、７：合いマーク、７ａ：合
いマークの像、８：偏向鏡、　　８ａ：偏向鏡の貫通孔
、１１：フランジ板、１２：レーザ光源装置、１５：円
筒、２２：偏向ヘッドのフランジ。 ２３：偏向鏡ケース、２５：センターリング、２６：セ
ンタープレート、２７．２８：締めつけ機構、２９：は
ね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）発散レンズおよび集束レンズで構成されたレーザー
   ビーム用拡大光学系と、該光学系の後段に挿入された少
   な（とも１個の偏向鏡および１組の映写レンズにより被
   加工面内のレーザビームの焦点上に映像を映写可能とす
   るパイロットビーム装置とを備えたレーザ刻印装置にお
   いて、発散レンズと集束レンズとの間に偏向鏡が配置さ
   れ、該偏向鏡が少なくともレーザ照射中は該ビームを阻
   害ぜす、かつ偏向鏡で反射された集束レンズの物空間焦
   点に位置されパイ四ット光線で照射された合いマークの
   像を集束レンズおよび映写レンズの光路の中に反射する
   ようにしたことを特徴とするレーザ刻印装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、偏向鋭
   かレーザビームの光軸と同心の貫通孔を備え、かつ該貫
   通孔の直径がレーザビームの直径より大きいことを特徴
   とするレーザ刻印装置。 ３）特許請求の範囲第２項記載の装置におし・て、偏向
   鏡が発散レンズに近接して配置されることを特徴とする
   レーザ刻印装置。 ４）特許請求の範囲第１項記載の装置において、偏向鏡
   がレーザビームの外側に傾倒ｎ」能であることを特徴と
   するレーザ刻印装置。 ５）特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
   載の装置において、合いマークの位置がノくイロットビ
   ームの光軸に垂直な面上を変移ｂ］能であることを特徴
   とするレーザ刻印装置。 ６）特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
   載の装置において、偏向鏡のレーザビームの光軸に対す
   る傾きが調整可能であることを特徴とするレーザ刻印装
   置。 ７）特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
   載の装置において、レーザ光源装置が７ランジに固定し
   て結合さへ該フランジかレーザビームの光軸と同心に配
   置された円筒を備え、該円筒の中に拡大光学系１よらび
   に偏向鈍か配置されること、フランジのくぼみの中にノ
   ・イロノト光源および合いマークが配置されること、フ
   ランジが円筒状のセンタープレートを備え、該センタプ
   レートカレーザピームの光軸と同心に形成されて偏向ヘ
   ッドのセンターリングに一体的にはめ込まれ、該偏向ヘ
   ッドが偏向鏡用のケースを備え、該ケースに映写レンズ
   が装着されること、およびセンターリングが締めつけ機
   構を介してセンタープレートにし、緩可能に固定される
   ことを特徴とするレーザ刻印装置。 ８）特ｒｒ　ｓｒｔ求の範囲詑７項記載の装置において
   、締めつけ機構をゆるめた状態においてセンターリング
   かばねによりセンタープレートに押しつけられているこ
   とを特徴とするレーザ刻印装置。