TWI786649B - 雷射加工頭以及雷射加工裝置 - Google Patents
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Abstract
雷射加工頭（12）具備：光學構件（22），其使雷射光（Lx）分支為雷射光（Lx1）及雷射光（Lx2）；掃描部，其掃描雷射光（Lx1）；光接收部（25），其檢測雷射光（Lx2）的強度；第二光閘（32），其於阻斷雷射光（Lx1）的關閉位置與使雷射光（Lx1）透射的開啟位置之間位移；以及焦點距離調整部（23），其調整雷射光（Lx1）的焦點距離。第二光閘（32）配置於光學構件（22）與焦點距離調整部（23）之間。
Description
本發明是關於雷射加工頭以及雷射加工裝置。
專利文獻1記載了一種雷射加工裝置，具備：雷射光源，其射出不可見光之雷射光；可見光源，其射出可見光之引導光；混合鏡(mixing mirror)，其將雷射光分支為第一分支光及第二分支光，且將引導光之光軸與第一分支光之光軸設為同軸；電流計鏡(galvanometer mirror)，其改變第一分支光及引導光之方向；光接收元件，其檢測第二分支光之強度；第一光閘，其配置於雷射光源與混合鏡之間；以及第二光閘，其配置於混合鏡與電流計鏡之間。
雷射加工裝置依據僅加工用之第一分支光照射於工件的狀態、僅確認用之引導光照射於工件的狀態以及測量用之第二分支光照射於光接收元件的狀態，開啟及關閉第一光閘及第二光閘。
專利文獻1：日本專利特開2007-61843號公報
上述雷射加工裝置較佳具備調整雷射光之焦點距離的功能，從而能夠根據工件的表面形狀、高度而改變雷射光相對於工件的照射位置。本發明的目的在於提供一種雷射加工頭及雷射加工裝置，其能夠抑制大型化，同時調整雷射光的焦點距離。
以下記載用於解決上述課題的手段及其作用效果。
解決上述課題之雷射加工頭是使用不可見光之加工用雷射光對工件進行加工，其具備：光學構件，其使自加工用雷射光源射出的該加工用雷射光分支為第一分支光及第二分支光，且使自顯示用雷射光源射出的可見光之顯示用雷射光的光軸與該第一分支光的光軸對準；掃描部，其對該工件掃描該第一分支光及該顯示用雷射光；光接收部，其檢測該第二分支光的強度；第一光閘，其配置為比該光學構件更靠近該加工用雷射光源側，且於阻斷該加工用雷射光的關閉位置與使該加工用雷射光透射的開啟位置之間位移；第二光閘，其配置為比該光學構件更靠近該工件側，且於阻斷該第一分支光及該顯示用雷射光的關閉位置與使該第一分支光及該顯示用雷射光透射的開啟位置之間位移；以及焦點距離調整部，其調整該第一分支光及該顯示用雷射光的焦點距離，該第二光閘配置於該光學構件與該焦點距離調整部之間。
若考慮將光閘配置於較焦點距離調整部更靠近第一分支光的行進方向之比較例，則焦點距離調整部必須在第一分支光之光軸的延伸方向上，一面考慮光閘所佔據的區域，一面調整焦點距離。於此情形，焦點距離調整部的尺寸容易變大。從此點來看，上述構成之雷射加工裝置由於第二光閘配置於光學構件與焦點聚調整部之間，因此不易發生上述情況。由此，雷射加工裝置能夠抑制裝置之大型化。
解決上述課題之雷射加工裝置是使用不可見光之加工用雷射光對工件進行加工，其具備：加工用雷射光源，其射出該加工用雷射光；顯示用雷射光源，其射出可見光之顯示用雷射光；光學構件，其使該加工用雷射光分支為第一分支光及第二分支光，且使該顯示用雷射光的光軸與該第一分支光的光軸對準；掃描部，其對該工件掃描該第一分支光及該顯示用雷射光；光接收部，其檢測該第二分支光的強度；第一光閘，其配置為比該光學構件更靠近該加工用雷射光源側，且於阻斷該加工用雷射光的關閉位置與使該加工用雷射光透射的開啟位置之間位移；第二光閘，其配置為比該光學構件更靠近該工件側，且於阻斷該第一分支光及該顯示用雷射光的關閉位置與使該第一分支光及該顯示用雷射光透射的開啟位置之間位移；以及焦點距離調整部，其調整該第一分支光及該顯示用雷射光的焦點距離，該第二光閘配置於該光學構件與該焦點距離調整部之間。
上述構成之雷射加工裝置可獲得與上述雷射加工頭相同的作用效果。
雷射加工頭以及雷射加工裝置能夠一面抑制大型化，一面調整焦點距離。
10:雷射加工裝置
11:加工用雷射光源
12:雷射加工頭
14:控制裝置
21:顯示用雷射光源
22:光學構件
23:焦點距離調整部
24:掃描部
25:光接收部
26:通知部
31:第一光閘
32:第二光閘
41:第一關閉感測器(第一開閉感測器之一例)
42:第一開啟感測器(第一開閉感測器之一例)
43:第二關閉感測器(第二開閉感測器之一例)
44:第二開啟感測器(第二開閉感測器之一例)
W:工件
Lx:雷射光(加工用雷射光之一例)
Lx1:雷射光(第一分支光之一例)
Lx2:雷射光(第一分支光之一例)
Ly:雷射光(顯示用雷射光之一例)
Sc1:第一關閉訊號
So1:第一開啟訊號
Sc2:第二關閉訊號
So2:第二開啟訊號
Tc1:第一關閉動作時間(第一動作時間之一例)
Tc2:第二關閉動作時間(第二動作時間之一例)
To1:第一開啟動作時間(第一動作時間之一例)
To2:第二開啟動作時間(第二動作時間之一例)
Tth:時間判定值
△Tc、△To:差值
△Tth:差值判定值
圖1為一實施方式之雷射加工裝置的示意圖。
圖2為上述雷射加工裝置之焦點距離調整部的示意圖。
圖3為說明於加工模式、顯示模式或測量模式中，上述雷射加工裝置之控制裝置所執行的處理之流程的流程圖。
圖4為說明上述雷射加工裝置之控制裝置於任意時間點所執行的處理之流程的流程圖。
圖5為將上述雷射加工裝置與比較例的雷射加工裝置之焦點距離調整部進行比較的示意圖。
以下針對雷射加工裝置以及雷射加工頭的一實施方式進行說明。本實施方式的雷射加工裝置是藉由將雷射光照射於工件表面而在工件表面形成文字、記號或圖形等即所謂的雷射雕刻機(laser marker)裝置。
如圖1所示，雷射加工裝置10具有加工用雷射光源11、雷射加工頭12、光纜13以及控制裝置14。
本實施方式中，於雷射加工裝置10中，加工用雷射光源11、雷射加工頭12與控制裝置14為分別地構成。另一實施方式中，加工用雷射光源11、雷射加工頭12及控制裝置14可為一體地構成。
加工用雷射光源11射出對工件W進行加工的不可見光之雷射光Lx。加工用雷射光源11例如是YAG雷射、二氧化碳氣體雷射以及光纖雷射等雷射光源。從加工用雷射光源11射出的雷射光Lx相當於「加工用雷射光」。
雷射加工頭12將從加工用雷射光源11射出的雷射光Lx朝向工件W照射。雷射加工頭12經由光纜13連接於加工用雷射光源11。
雷射加工頭12具有顯示用雷射光源21、光學構件22、焦點距離調整部23、掃描部24、光接收部25、通知部26、第一光閘31與第二光閘32、第
一驅動部33與第二驅動部34。又，雷射加工頭12具有第一關閉感測器41與第一開啟感測器42、第二關閉感測器43與第二開啟感測器44、以及殼體51。
顯示用雷射光源21射出顯示用雷射光Ly。顯示用雷射光源21例如為雷射二極管或LED等。雷射光Ly是具有可見光區域之波長的可見光。從顯示用雷射光源21射出的雷射光Ly相當於「顯示用雷射光」。
光學構件22具有如下功能：作為以已定的分割比使入射之雷射光Lx分支為雷射光Lx1及雷射光Lx2之分束器的功能、以及作為將入射的雷射光Ly進行反射之鏡的功能。從這點來看，光學構件22也可由作為分束器之第一光學構件以及作為鏡之第二光學構件兩個構件構成。光學構件22較佳雷射光Lx之透射率為90%以上，且較佳雷射光Ly之反射率為90%以上。雷射光Lx1相當於「第一分支光」，雷射光Lx2相當於「第二分支光」。
光學構件22配置於從加工用雷射光源11射出的雷射光Lx與從顯示用雷射光源21射出的雷射光Ly所交叉的位置。光學構件22的光學薄膜相對於從加工用雷射光源11射出的雷射光Lx之光軸傾斜45度，相對於從顯示用雷射光源21射出的雷射光Ly之光軸傾斜45度。光學構件22中，來自加工用雷射光源11的雷射光Lx所入射之面是與來自顯示用雷射光源21的雷射光Ly所入射之面相反側的面。如此，本實施方式中，藉由光學構件22，雷射光Lx1的光軸與雷射光Ly的光軸大致上一致，雷射光Lx1的光軸與雷射光Lx2的光軸大致上正交。
接著，參照圖1及圖2，針對焦點距離調整部23的構成之一例進行說明。圖2中，為了易於理解說明，省略了掃描部24等雷射加工裝置10的一部分構成之圖示。
如圖1所示，焦點距離調整部23在雷射光Lx1、Ly之光軸延伸的方向上被配置於光學構件22與掃描部24之間。如圖2所示，焦點距離調整部23具有第一透鏡231、第二透鏡232及第三透鏡233與透鏡驅動部234。
第一透鏡231為凹透鏡，第二透鏡232與第三透鏡233為凸透鏡。第二透鏡232及第三透鏡233配置於第一透鏡231的光軸上。透鏡驅動部234是包括例如馬達與將馬達之輸出軸的旋轉運動轉換為第一透鏡231的前進/後退運動之傳動機構而構成。透鏡驅動部234使第一透鏡231沿著雷射光Lx1、Ly之光軸移動，藉此使第一透鏡23與第二透鏡232之間的距離改變。
於第一透鏡231及第二透鏡232之間的距離為基準距離Ls之情形時，第二透鏡232將光束直徑藉由第一透鏡231而被放大之雷射光Lx1、Ly作為平行光而輸出。此情形時，第三透鏡233使雷射光Lx1、Ly會聚至基準焦點位置LPs。
於第一透鏡231與第二透鏡232之間的距離小於基準距離Ls之情形時，第二透鏡232使光束直徑藉由第一透鏡231放大的雷射光Lx1、Ly之光束直徑進一步放大。此情形時，第三透鏡233使雷射光Lx1、Ly會聚至比基準焦點位置LPs更遠的位置。
於第一透鏡231與第二透鏡232之間的距離大於基準距離Ls之情形時，第二透鏡232使光束直徑藉由第一透鏡231放大的雷射光Lx1、Ly之光束直徑收斂。此情形時，第三透鏡233使雷射光Lx1、Ly會聚至比基準焦點位置LPs更近的位置。
由以上可知，焦點距離調整部23藉由縮短第一透鏡231與第二透鏡232之間的距離來增加焦點距離。另一方面，焦點距離調整部23藉由增加第
一透鏡231與第二透鏡232之間的距離來縮短焦點距離。如此，雷射加工裝置10藉由調整雷射光Lx1的焦點位置，能夠對加工面在高度方向變化的工件W精度良好地進行雷射加工。關於此點，與雷射光Lx1照射於工件W的情況相比，於雷射光Ly照射於工件W之情形時，焦點距離調整部23可不需嚴密地調整焦點距離。
如圖1所示，掃描部24包括一對電流計鏡241、242與驅動一對電流計鏡241、242的掃描驅動部243。一對電流計鏡241、242例如為全反射鏡。一對電流計鏡241、242可旋動地於已定方向被支承。一個電流計鏡241相對於工件W沿第一方向可旋動地被支承，而另一個電流計鏡242相對於工件W沿與第一方向正交的第二方向可旋動地被支承。掃描部24藉由掃描驅動部243使一對電流計鏡241、242旋動，藉此相對於工件W在兩個已定方向上二維掃描雷射光Lx1、Ly。然後，被掃描部24的一對電流計鏡241、242反射的雷射光Lx1、Ly被照射於工件W。
光接收部25接收從加工用雷射光源11射出的雷射光Lx中被光學構件22反射的雷射光Lx2。光接收部25將對應於所接收的雷射光Lx2的強度之訊號輸出至控制裝置14。也就是說，光接收部25是檢測雷射光Lx2的強度之光接收元件。雷射光Lx的強度越強，雷射光Lx2的強度變得越強。也就是說，雷射光Lx2的強度與雷射光Lx的強度相關。
通知部26基於來自控制裝置14的控制訊號，向使用者通知包括警告在內的各種訊息。通知部26可以由例如能夠顯示文字及圖像中的至少一者之顯示器構成、也可由點滅的燈構成、還可由輸出聲音的揚聲器構成。又，通知部26可以配置於與雷射加工頭12不同的部位。
第一光閘31及第二光閘32是由雷射光Lx、Ly不會透射之材質構成。第一光閘31及第二光閘32為形狀及大小等共通的同一規格。第一光閘31配置於在雷射光Lx的行進方向上比光學構件22更靠近加工用雷射光源11側。一例中，第一光閘31於雷射光Lx、Lx1之從加工用雷射光源11至工件W的行進路徑上配置於加工用雷射光源11與光學構件22之間。第一光閘31藉由第一驅動部33在阻斷雷射光Lx的關閉位置與使雷射光Lx透射的開啟位置之間動作。同樣地，第二光閘32配置於雷射光Lx1的行進方向上比光學構件22更靠近工件W側，詳細而言，配置於光學構件22與焦點距離調整部23之間。一例中，第二光閘32於雷射光Lx、Lx1之從加工用雷射光源11至工件W的行進路徑上配置於光學構件22與工件W之間，詳細而言，配置於光學構件22與焦點距離調整部23之間。第二光閘32藉由第二驅動部34在阻斷雷射光Lx1、Ly的關閉位置與使雷射光Lx1、Ly透射的開啟位置之間動作。
第一光閘31及第二光閘32可構成為在關閉位置與開啟位置之間旋動，也可構成為在關閉位置與開啟位置之間直線移動。圖1中，以兩點鏈線示出配置於關閉位置的第一光閘3及第二光閘32，以實線示出配置於開啟位置的第一光閘31及第二光閘32。以下之說明中，有將第一光閘31及第二光閘32兩者稱為「光閘」之情形。
第一驅動部33包括例如馬達與將馬達的輸出軸之旋轉運動轉換為第一光閘31的開閉運動之轉換機構。第一驅動部33例如也可由螺線管等致動器構成。第二驅動部34與第一驅動部33為同一規格。第二驅動部34除了驅動對象為第二光閘32此點之外，與第一驅動部33相同。
第一關閉感測器41檢測到第一光閘31配置於關閉位置，第一開啟感測器42檢測到第一光閘31配置於開啟位置。第二關閉感測器43檢測到第二光閘32配置於關閉位置，第二開啟感測器44檢測到第二光閘32配置於開啟
位置。詳細而言，第一關閉感測器41、第一開啟感測器42、第二關閉感測器43以及第二開啟感測器44根據第一光閘31及第二光閘32的位置向控制裝置14輸出導通/斷開訊號。由此點來看，第一關閉感測器41及第一開啟感測器42相當於檢測第一光閘31的開閉狀態之「第一開閉感測器」之一例，第二關閉感測器43及第二開啟感測器44相當於檢測第二光閘32的開閉狀態之「第二開閉感測器」之一例。
又，該等感測器可為光之透射態樣或反射態樣會根據光閘的位置而改變的光電感測器，或者可為藉由與光閘的物理性接觸切換所輸出之訊號的限位開關。進而，該等感測器可為磁性地檢測光閘位置的磁性感測器。
第一關閉感測器41輸出「第一關閉訊號Sc1」，該第一關閉訊號Sc1在第一光閘31配置於關閉位置時導通，在第一光閘31未配置於關閉位置時斷開。第一開啟感測器42輸出「第一開啟訊號So1」，該第一開啟訊號So1在第一光閘31配置於開啟位置時導通，在第一光閘31未配置於開啟位置時斷開。第二關閉感測器43輸出「第二關閉訊號Sc2」，該第二關閉訊號Sc2在第二光閘32配置於關閉位置時導通，在第二光閘32未配置於關閉位置時斷開。第二開啟感測器44輸出「第二開啟訊號So2」，該第二開啟訊號So2在第二光閘32配置於開啟位置時導通，在第二光閘32未配置於開啟位置時斷開。
由以上可知，於第一光閘31配置於關閉位置之情形時，第一關閉訊號Sc1導通而第一開啟訊號So1斷開。又，於第一光閘31配置於開啟位置之情形時，第一關閉訊號Sc1斷開，而第一開啟訊號So1導通。然後，於第一光閘31配置於關閉位置與開啟位置之間的中間位置之情形時，換言之，於第一光閘31未被配置於關閉位置亦未被配置於開啟位置之情形時，第一關閉訊號Sc1及第一開啟訊號So1皆斷開。關於第二關閉訊號Sc2及第二開啟訊號So2與第二光閘32的位置之關係亦同。再者，另一實施方式中，第一關閉訊號Sc1也可為
在第一光閘31配置於關閉位置時斷開，在第一光閘31未被配置於關閉位置時導通的訊號。關於其他的訊號亦同。
殼體51呈箱形狀。殼體51容納雷射加工頭12的組成構件。於殼體51設有光纜13所連接之連接器。又，殼體51中，在雷射光Lx1、Ly射出的部分，設置了會透射光之窗口部。
接著，針對控制裝置14進行說明。
控制裝置14依據使用者所輸入的已定之加工條件，控制加工用雷射光源11與雷射加工頭12之構成要素。詳細而言，控制裝置14使雷射光Lx、Ly從加工用雷射光源11及顯示用雷射光源21射出，或調整雷射光Lx、Ly之強度。又，控制裝置14驅動焦點距離調整部23的透鏡驅動部234而調整雷射光Lx1、Ly之焦點距離，或驅動掃描部24的掃描驅動部243而改變雷射光Lx1、Ly相對於工件W之照射位置。進而，控制裝置14驅動第一驅動部33而使第一光閘31進行開閉動作，或驅動第二驅動部34而使第二光閘32進行開閉動作。
然後，控制裝置14藉由控制加工用雷射光源11與雷射加工頭12之構成要素來執行加工模式、顯示模式、測量模式及待機模式。加工模式是將加工用之雷射光Lx照射於工件W而對工件W進行加工的模式。顯示模式是將顯示用之雷射光Ly照射於工件W而使工件W進行加工的部分可視化的模式。測量模式是測量加工用雷射光Lx之強度的模式。待機模式是等待執行加工模式、顯示模式或測量模式的模式。
依據加工條件執行加工模式之情形時，控制裝置14將第一光閘31及第二光閘32皆配置於開啟位置。此時，控制裝置14使雷射光Lx從加工用雷射光源11射出。然後，從加工用雷射光源11射出的雷射光Lx中，透射光學構件22的雷射光Lx1於透射焦點距離調整部23後入射至掃描部24。然後，控制裝置14依據加工條件，一面藉由焦點距離調整部23調整雷射光Lx1的焦點
位置，一面藉由掃描部24掃描雷射光Lx1。如此，雷射加工裝置10依據加工條件對工件W進行加工。
依據加工條件執行顯示模式之情形時，控制裝置14將第一光閘31配置於關閉位置，將第二光閘32配置於開啟位置。此時，控制裝置14使雷射光Ly從顯示用雷射光源21射出。如此，從顯示用雷射光源21射出的雷射光Ly被光學構件22反射。接著，雷射光Ly透射焦點距離調整部23後入射至掃描部24。然後，控制裝置14依據加工條件，一面藉由焦點距離調整部23調整雷射光Ly的焦點位置，一面藉由掃描部24掃描雷射光Ly。如此，操作者可目視確認加工於工件W表面的文字、記號或圖形等。又，顯示模式中，從第一光閘31被配置於關閉位置此點來看，即使誤從加工用雷射光源11射出雷射光Lx，雷射光Lx1也不會照射於工件W。
於執行測量模式之情形時，控制裝置14將第一光閘31配置於開啟位置，將第二光閘32配置於關閉位置。此時，控制裝置14使雷射光Lx從加工用雷射光源11射出。如此，從加工用雷射光源11射出的雷射光Lx中，被光學構件22反射的雷射光Lx2入射至光接收部25。控制裝置14基於與從光接收部25輸出之雷射光Lx2的強度相對應之訊號，獲取雷射光Lx的強度。然後，控制裝置14為了使照射於工件W的雷射光Lx1之強度恆定，或是為了將照射於工件W的雷射光Lx1之強度設為目標值，而控制加工用雷射光源11之振盪。測量模式例如在雷射加工裝置10的電源接通之後或是在執行基於加工條件的加工模式之前執行。又，測量模式中，從第二光閘32被配置於關閉位置此點來看，雷射光Lx1不會照射於工件W。
於執行待機模式之情形時，控制裝置14將第一光閘31及第二光閘32皆配置於關閉位置。此時，雷射光Lx及Ly不會從加工用雷射光源11及顯示用雷射光源21射出。
接著，針對加工模式、顯示模式以及測量模式的執行中，控制裝置14所執行的控制進行說明。
加工模式執行期間，維持第一光閘31及第二光閘32皆配置於開啟位置的情況。換言之，在加工模式執行期間，第一光閘31及第二光閘32皆不會從開啟位置移動。此處，在執行加工模式的情況下，控制裝置14以如下方式判定光閘的狀態。於第一開啟感測器42及第二開啟感測器44的檢測結果顯示第一光閘31及第二光閘32皆配置於開啟位置之情形時，控制裝置14判定光閘的狀態為正常。進而，於第一關閉感測器41及第二關閉感測器43的檢測結果顯示第一光閘31及第二光閘32皆未配置於關閉位置之情形時，控制裝置14判定光閘的狀態為正常。
詳細而言，於第一開啟訊號So1及第二開啟訊號So2皆為導通之情形且第一關閉訊號Sc1及第二關閉訊號Sc2皆為斷開之情形時，控制裝置14判定光閘的狀態為正常。換言之，於第一開啟訊號So1及第二開啟訊號So2之至少一者為斷開之情形，或第一關閉訊號Sc1及第二關閉訊號Sc2之至少一者為導通之情形時，控制裝置14判定光閘的狀態並非正常。
然後，於判定光閘的狀態為正常之情形時，控制裝置14繼續執行加工模式。另一方面，於判定光閘的狀態並非正常之情形時，控制裝置14使通知部26通知第一警告，且停止雷射光Lx自加工用雷射光源11射出。
此處，所謂第一警告，是指於第一光閘31及第二光閘32未配置於與模式對應的位置之情形時所輸出的警告，為緊急性較高之警告。於輸出第一警告之情形時，控制裝置14較佳督促維修保養的執行，且較佳限制加工模式、顯示模式及測量模式的執行。
顯示模式執行期間，維持第一光閘31配置於關閉位置的情況，且維持第二光閘32配置於開啟位置的情況。換言之，顯示模式執行期間，第一光
閘31不會從關閉位置移動，且第二光閘32不會從開啟位置移動。此處，在執行顯示模式的情況下，控制裝置14以如下方式判定光閘的狀態。於第一關閉感測器41及第二開啟感測器44的檢測結果顯示第一光閘31配置於關閉位置，並且第二光閘32配置於開啟位置之情形時，控制裝置14判定光閘的狀態為正常。進而，於第一開啟感測器42及第二關閉感測器43的檢測結果顯示第一光閘31未配置於開啟位置，並且第二光閘32未配置於關閉位置之情形時，控制裝置14判定光閘的狀態為正常。
詳細而言，於第一關閉訊號Sc1及第二開啟訊號So2皆為導通且第一開啟訊號So1及第二關閉訊號Sc2皆為斷開之情形時，控制裝置14判定光閘的狀態為正常。換言之，於第一關閉訊號Sc1及第二開啟訊號So2之至少一者為斷開之情形，或第一開啟訊號So1及第二關閉訊號Sc2之至少一者為導通之情形時，控制裝置14判定光閘的狀態並非正常。
然後，於判定光閘的狀態為正常之情形時，控制裝置14繼續執行顯示模式。另一方面，於判定光閘的狀態並非正常之情形時，控制裝置14使通知部26通知第一警告，且停止雷射光Ly自顯示用雷射光源21射出。
執行測量模式期間，維持第一光閘31配置於開啟位置的情況，且維持第二光閘32配置於關閉位置的情況。換言之，測量模式執行期間，第一光閘31不從會開啟位置移動，且第二光閘32不會從關閉位置移動。此處，在執行測量模式的情況下，控制裝置14以如下方式判定光閘的狀態。於第一開啟感測器42及第二關閉感測器43的檢測結果顯示第一光閘31配置於開啟位置，並且第二光閘32配置於關閉位置之情形時，控制裝置14判定光閘的狀態為正常。進而，於第一關閉感測器41及第二開啟感測器44的檢測結果顯示第一光閘31未配置於關閉位置，並且第二光閘32未配置於開啟位置之情形時，控制裝置14判定光閘的狀態為正常。
詳細而言，於第一開啟訊號So1及第二關閉訊號Sc2皆為導通之情形，且第一關閉訊號Sc1及第二開啟訊號So2皆為斷開之情形時，控制裝置14判定光閘的狀態為正常。換言之，於第一開啟訊號So1及第二關閉訊號Sc2之至少一者為斷開之情形，或第一關閉訊號Sc1及第二開啟訊號So2之至少一者為導通之情形時，控制裝置14判定光閘的狀態並非正常。
然後，於判定光閘的狀態為正常之情形時，控制裝置14繼續執行測量模式。另一方面，於判定光閘的狀態並非正常之情形時，控制裝置14使通知部26通知第一警告，且停止雷射光Lx自加工用雷射光源11射出。
接著，針對在加工模式、顯示模式、測量模式及待機模式之切換時控制裝置14所執行的控制進行說明。
雷射加工裝置10中，若從某一模式切換至另一模式，則第一光閘31及第二光閘32從關閉位置向開啟位置進行開啟動作，或從開啟位置向關閉位置進行關閉動作。此處，如果第一光閘31與第二光閘32以及第一驅動部33與第二驅動部34等隨時間發生變化，則第一光閘31及第二光閘32之開閉動作所需的時間會變化。具體而言，第一光閘31及第二光閘32之開閉動作所需的時間增加。
此處，控制裝置14獲取第一光閘31從開啟位置至關閉位置進行關閉動作所需的時間，換言之，從第一開啟訊號So1斷開至第一關閉訊號Sc1導通為止的時間作為「第一關閉動作時間Tc1」。又，控制裝置14獲取第一光閘31從關閉位置至開啟位置進行開啟動作所需的時間，換言之，從第一關閉訊號Sc1斷開至第一開啟訊號So1導通為止的時間作為「第一開啟動作時間To1」。此處，第一關閉動作時間Tc1及第一開啟動作時間To1相當於「第一動作時間」之一例。
同樣地，控制裝置14獲取第二光閘32從開啟位置至關閉位置進行關閉動作所需的時間，換言之，從第二開啟訊號So2斷開至第二關閉訊號Sc2
導通為止的時間作為「第二關閉動作時間Tc2」。又，控制裝置14獲取第二光閘32從關閉位置至開啟位置進行開啟動作所需的時間，換言之，從第二關閉訊號Sc2斷開至第二開啟訊號So2導通為止的時間作為「第二開啟動作時間To2」。此處，第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2相當於「第二動作時間」之一例。
然後，控制裝置14基於第一關閉動作時間Tc1及第一開啟動作時間To1之至少一者判定第一光閘31的狀態是否正常。同樣地，控制裝置14基於第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2之至少一者判定第二光閘32的狀態是否正常。於第一關閉動作時間Tc1、第一開啟動作時間To1、第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2之至少一者為預先設定的時間判定值Tth以上之情形時，控制裝置14使通知部26輸出第二警告。
又，控制裝置14基於第一關閉動作時間Tc1及第二關閉動作時間Tc2之間的差值△Tc，判定第一光閘31的狀態是否正常。同樣地，控制裝置14基於第一開啟動作時間To1及第二開啟動作時間To2之間的差值△To，判定第二光閘32的狀態是否正常。於差值△Tc或差值△To為預先設定的差值判定值△Tth以上之情形時，控制裝置14使通知部26輸出第二警告。
此處，第二警告是於第一光閘31及第二光閘32的動作時間延遲之情形時所輸出的警告，從此點來看，其為緊急性低於第一警告之警告。於輸出第二警告之情形時，控制裝置14較佳督促維修保養的執行，但不限制加工模式、顯示模式及測量模式的執行。
時間判定值Tth較佳基於雷射加工裝置10出廠時光閘的動作時間來決定。時間判定值Tth於光閘之關閉動作時的判定值及光閘之開啟動作時的判定值可設為不同之值。關於差值判定值△Tth亦同。
此外，本實施方式中，控制裝置14將第一關閉動作時間Tc1、第一開啟動作時間To1、第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2儲存於內設之儲存部中。例如，假設伴隨模式的改變，第一光閘31從開啟位置至關閉位置進行關閉動作之情形。此情形時，控制裝置14伴隨第一光閘31的關閉動作獲取第一關閉動作時間Tc1。接著，控制裝置14將儲存於儲存部的第一關閉動作時間Tc1與新獲取的第一關閉動作時間Tc1進行比較。於新獲取的第一關閉動作時間Tc1比儲存於儲存部的第一關閉動作時間Tc1長之情形時，控制裝置14使儲存部儲存新獲取的第一關閉動作時間Tc1。如此，控制裝置14使最長的第一關閉動作時間Tc1儲存於儲存部。關於第一開啟動作時間To1、第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2亦同。
以上說明中，於通知第一警告或第二警告之情形時，可謂第一光閘31及第二光閘32之至少一者並非正常。因此，當通知第一警告或第二警告之情形時，控制裝置14較佳通知光閘並非正常。
參照圖3所示的流程圖，針對並未執行待機模式之情形時，控制裝置14所執行的處理流程進行說明。控制裝置14每隔已定的控制週期反覆執行本處理。
如圖3所示，控制裝置14獲取第一關閉感測器41、第一開啟感測器42、第二關閉感測器43及第二開啟感測器44所輸出的訊號(S11)。接著，控制裝置14判定是否為執行加工模式期間(S12)。為加工模式執行期間之情形時(S12：是)，控制裝置14判定是否第一開啟訊號So1及第二開啟訊號So2兩者皆為導通且第一關閉訊號Sc1及第二關閉訊號Sc2兩者皆為斷開(S13)。若於步驟S13判定為肯定之情形時(S13：是)，則控制裝置14暫時結束本處理。此情形時，控制裝置14繼續執行加工模式。另一方面，若步驟S13判定為否定
之情形時(S13：否)，則控制裝置14使通知部26通知第一警告(S14)。此情形時，控制裝置14中斷加工模式的執行。之後，控制裝置14結束本處理。
步驟S12中，在並非執行加工模式期間之情形時(S12：否)，控制裝置14判定是否為顯示模式執行期間(S15)。為顯示模式執行期間之情形時(S15：是)，控制裝置14判定是否第一關閉訊號Sc1及第二開啟訊號So2兩者皆為導通且第一開啟訊號So1及第二關閉訊號Sc2兩者皆為斷開(S16)。若於步驟S16判定為肯定之情形時(S16：是)，則控制裝置14暫時結束本處理。此情形時，控制裝置14繼續執行顯示模式。另一方面，若步驟S16判定為否定之情形時(S16：否)，則控制裝置14執行步驟S14之處理。此情形時，控制裝置14中斷顯示模式的執行。
步驟S15中，於並非顯示模式執行期間之情形時(S15：否)，控制裝置14判定是否第一開啟訊號So1及第二關閉訊號Sc2兩者皆為導通，且第一關閉訊號Sc1及第二開啟訊號Sc1兩者皆為斷開(S17)。此處，步驟S15判定為否定之情形是指執行測量模式期間之情形。若步驟S17判定為肯定之情形時(S17：是)，則控制裝置14暫時結束本處理。此情形時，控制裝置14繼續執行測量模式。另一方面，於步驟S17判定為否定之情形時(S17：否)，控制裝置14執行步驟S14之處理。此情形時，控制裝置14中斷測量模式的執行。
參照圖4所示的流程圖，說明控制裝置14為了判定光閘的狀態所執行的處理之流程。例如，自執行前一次本處理起，控制裝置14於第一光閘31及第二光閘32的開閉動作之次數超過已定次數時，執行本處理。
如圖4所示，控制裝置14獲取最近的第一關閉動作時間Tc1、第一開啟動作時間To1、第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2(S21)。接著，控制裝置14計算第一開啟動作時間To1及第二開啟動作時間To2之差值
△To，且計算第一關閉動作時間Tc1及第二關閉動作時間Tc2之差值△Tc(S22)。此處，將差值△Tc、△To設為取絕對值之值。
然後，控制裝置14判定第一關閉動作時間Tc1及第一開啟動作時間To1之至少一者是否為時間判定值Tth以上(S23)。於第一關閉動作時間Tc1及第一開啟動作時間To1之至少一者為時間判定值Tth以上之情形(S23：是)，換言之，於第一光閘31之開閉動作所需的時間變長之情形時，控制裝置14通知第二警告(S24)。之後，控制裝置14結束本處理。
另一方面，於第一關閉動作時間Tc1及第一開啟動作時間To1兩者皆未達時間判定值Tth之情形時(S23：否)，控制裝置14判定是否第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2之至少一者為時間判定值Tth以上(S25)。於第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2之至少一者為時間判定值Tth以上之情形(S25：是)，換言之，於第二光閘32之開閉動作所需的時間變長之情形時，控制裝置14執行步驟S24之處理。
另一方面，於第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2兩者皆未達時間判定值Tth之情形時(S25：否)，控制裝置14判定差值△Tc及△To之至少一者是否為差值判定值△Tth以上(S26)。於差值△Tc及△To之至少一者為差值判定值△Tth以上之情形時(S26：是)，換言之，於第一光閘31及第二光閘32之開閉動作所需的時間產生差異之情形時，控制裝置14執行步驟S24的處理。另一方面，於兩者的差值△Tc、△To未達差值判定值△Tth之情形時(S26：否)，控制裝置14結束本處理。
針對本實施方式之作用進行說明。
如圖1所示，於執行加工模式期間，第一光閘31配置於以實線表示的開啟位置，第二光閘32配置於以實線表示的開啟位置。又，於執行顯示模式期間，第一光閘31配置於以兩點鏈線表示的關閉位置，第二光閘32配置於以實線表
示的開啟位置。又，於執行測量模式期間，第一光閘31配置於以實線表示的開啟位置，第二光閘32配置於以兩點鏈線表示的關閉位置。
然後，雷射加工裝置10於執行加工模式、顯示模式及測量模式期間，基於第一關閉感測器41、第一開啟感測器42、第二關閉感測器43及第二開啟感測器44的檢測結果，監控第一光閘31及第二光閘32的位置。然後，於第一光閘31及第二光閘32的位置與執行中的模式不對應之情形時，雷射加工裝置10輸出第一警告，並且停止雷射光Lx、Ly自對應於執行中的模式之雷射光源射出。
針對本實施方式之效果進行說明。
(1)雷射加工裝置10藉由第一關閉感測器41、第一開啟感測器42、第二關閉感測器43、第二開啟感測器44之四個感測器，判定第一光閘31及第二光閘32之位置。因此，雷射加工裝置10能夠正確地判定光閘的位置。由此，雷射加工裝置10能夠於加工模式、顯示模式及測量模式中，精度良好地判定光閘是否正常地動作。
(2)詳細而言，雷射加工裝置10於加工模式、顯示模式及測量模式之各者中，基於四個感測器所輸出之訊號，判定光閘的狀態是否正常。因此，雷射加工裝置10於加工模式、顯示模式及測量模式中，能夠進一步精度良好地判定光閘是否正常地動作。
(3)雷射加工裝置10於加工模式、顯示模式及測量模式中，於光閘的位置不在預期位置之情形時，通知緊急性高的第一警告。進而，雷射加工裝置10進行第一警告的通知，並且停止雷射光Lx、Ly自加工用雷射光源11或顯示用雷射光源21射出。因此，雷射加工裝置10可提高安全性。
(4)雷射加工裝置10基於第一關閉動作時間Tc1及第二關閉動作時間Tc2，判定光閘的狀態是否正常。詳細而言，雷射加工裝置10藉由第一
關閉動作時間Tc1及第二關閉動作時間Tc2與時間判定值Tth之比較，判定光閘的狀態是否正常。然後，於判定光閘的狀態並非正常之情形時，雷射加工裝置10能夠通知緊急性低的第二警告。
(5)雷射加工裝置10基於第一開啟動作時間To1及第二開啟動作時間To2判定光閘的狀態是否正常。詳細而言，雷射加工裝置10藉由第一開啟動作時間To1及第二開啟動作時間To2與時間判定值Tth之比較，判定光閘的狀態是否正常。然後，於雷射加工裝置10判定光閘的狀態並非正常之情形時，能夠通知緊急性低的第二警告。
(6)雷射加工裝置10基於第一關閉動作時間Tc1與第二關閉動作時間Tc2的差值△Tc以及第一開啟動作時間To1與第二開啟動作時間To2的差值△To，判定光閘的狀態是否正常。詳細而言，雷射加工裝置10藉由差值△Tc、△To與差值判定值△Tth之比較，判定光閘的狀態是否正常。然後，於雷射加工裝置10判定光閘的狀態並非正常之情形時，能夠通知緊急性低的第二警告。
(7)如圖5所示，考慮將第二光閘32配置於比焦點距離調整部23X更靠近雷射光Lx1的行進方向之比較例的雷射加工裝置10X。比較例的雷射加工裝置10X中，焦點距離調整部23X於雷射光Lx1的光軸之延伸方向上，必須一面考慮第二光閘32所佔據的區域，一面調整雷射光Lx1的焦點距離。因此，於雷射光Lx1的行進方向以及與該行進方向正交的方向上之焦點距離調整部23X的主體尺寸容易變大。從此點來看，本實施方式的雷射加工裝置10由於第二光閘32是配置於光學構件22與焦點距離調整部23之間，因此不容易造成上述情況。由此，雷射加工裝置10能夠抑制裝置之大型化。
(8)如圖5所示，比較例的雷射加工裝置10X中，若欲以不改變本實施方式之雷射光Lx1、Ly的焦點位置及焦點位置之光斑尺寸(spot size)的方式配置第二光閘32，則會產生以下問題。詳細而言，如圖5所示，第一透鏡
231X、第二透鏡232X及第三透鏡233X之間隔變長，或者第一透鏡231X、第二透鏡232X及第三透鏡233X變大。從此點來看，本實施方式的雷射加工裝置10由於第二光閘32是配置於光學構件22與焦點距離調整部23之間，因此更加能夠抑制裝置之大型化。又，本實施方式的雷射加工裝置10能夠抑制伴隨透鏡之大型化而提高成本。
(9)於焦點距離調整部23配置於較掃描部24更靠近雷射光Lx1的行進方向之情形時，必須將焦點距離調整部23的第一透鏡231之能夠接收以掃描部24掃描的雷射光Lx1之尺寸增大。從此點來看，雷射加工裝置10中，由於焦點距離調整部23配置於第二光閘32與掃描部24之間，因此第一透鏡231的大型化，詳細而言，焦點距離調整部23的大型化能夠被抑制。
(10)比較例的雷射加工裝置10X中，第二光閘32阻斷藉由焦點距離調整部23使光束直徑收斂後之雷射光Lx1，換言之，能量密度高的雷射光。因此，第二光閘32必須由熱性耐久度高的材質構成。從此點來看，本實施方式的雷射加工裝置10中，第二光閘32阻斷藉由焦點距離調整部23使光束直徑收斂前之雷射光Lx1，換言之，能量密度低的雷射光。由此，雷射加工裝置10中，第二光閘32不是由耐久度高的材質構成亦可。
本實施方式能夠以如下方式進行修改而實施。本實施方式及以下的變更例可在技術上不矛盾之範圍內相互組合而實施。
於雷射加工頭12，加工用雷射光源11與控制裝置14之至少一者可一體地形成。於一體地形成之情形時，例如可以考慮使加工用雷射光源11收納於殼體51，或者使加工用雷射光源11與控制裝置14收納於殼體51。於加工用雷射光源11被收納於外殼51之情形時，雷射加工裝置10可取決於雷射光源的種類而不具備光纜13。又，雷射加工裝置10也可為具備使來自加工用雷射光源11的雷射Lx成為平行光之視準(collimate)光學系統之構成。
雷射加工頭12可構成為透射光學構件22的雷射光Lx1朝向光接收部25，並且被光學構件22反射的雷射光Lx2朝向工件W。
焦點距離調整部23可不具有第三透鏡233。此情形時，可在殼體51之使雷射光Lx1、Ly透射的部位設置相當於第三透鏡233的聚光透鏡。於設置聚光透鏡之情形時，為如下構成：使藉由掃描部24改變方向之雷射光Lx1及Ly經由該聚光透鏡而朝向工件W會聚。另一方面，於僅不具有第三透鏡的構成之情形時，來自焦點距離調整部23的雷射光朝向掃描部24、工件W會聚。再者，焦點距離調整部23可由四個以上的透鏡構成。
焦點距離調整部23中，透鏡驅動部234可使第二透鏡232相對於第一透鏡231移動，藉此調整第一透鏡231及第二透鏡232之間的距離。
第一光閘31及第二光閘32並非相同規格亦可。此情形時，第一光閘31的第一關閉動作時間Tc1及第一開啟動作時間To1與第二光閘32的第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2有差異。因此，於比較該等時間之情形時，較佳乘上已定之係數後進行比較。
第一關閉感測器41、第一開啟感測器42、第二關閉感測器43及第二開啟感測器44可為類比感測器。
控制裝置14可在圖4的步驟S23、S25、S26中執行至少一個判定處理。又，步驟S23中，控制裝置14可僅進行使用了第一關閉動作時間Tc1及第一開啟動作時間To1之一者的判定處理。又，步驟S25中，控制裝置14可僅進行使用了第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2之一者的判定處理。進而，步驟S26中，控制裝置14可僅進行使用了差值△Tc、△To之一者的判定處理。
控制裝置14可基於第一關閉動作時間Tc1及第一開啟動作時間To1之差值，判定是否輸出第二警告。同樣地，控制裝置14可以基於第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2之差值，判定是否輸出第二警告。
控制裝置14於使第一光閘31從開啟位置向關閉位置進行關閉動作時，獲取第一關閉動作時間Tc1，並且將所獲取的第一關閉動作時間Tc1與時間判定值Tth進行比較，藉此判定是否輸出第二警告。據此，控制裝置14不需儲存第一關閉動作時間Tc1。關於第一開啟動作時間To1、第二關閉動作時間Tc2及第二開啟動作時間To2亦同。
控制裝置14可儲存第一光閘31及第二光閘32之開閉次數。然後，控制裝置14可根據第一光閘31及第二光閘32的開閉次數，使通知部26輸出第二警告。
控制裝置14可為如下構成：包括一個以上之依據電腦程式進行動作的處理器、執行各種處理中至少一部分的處理之專用的硬體等一個以上之專用的硬體電路或是該等的組合。處理器包括CPU以及RAM、ROM等記憶體，記憶體存有構成為使CPU執行處理之程式碼或指令。記憶體，也就是儲存介質，包括能夠由通用或專用之電腦進行訪問的任何可利用之介質。
10:雷射加工裝置
11:加工用雷射光源
12:雷射加工頭
13:光纜
14:控制裝置
21:顯示用雷射光源
22:光學構件
23:焦點距離調整部
24:掃描部
25:光接收部
26:通知部
31:第一光閘
32:第二光閘
33:第一驅動部
34:第二驅動部
41:第一關閉感測器
42:第一開啟感測器
43:第二關閉感測器
44:第二開啟感測器
51:殼體
241、242:電流計鏡
243:掃描驅動部
Lx、Lx1、Lx2、Ly:雷射光
W:工件
Claims (6)
- 一種雷射加工頭，其使用不可見光之加工用雷射光對工件進行加工，該雷射加工頭之特徵在於，具備：光學構件，其使自加工用雷射光源射出的該加工用雷射光分支為第一分支光及第二分支光，且使自顯示用雷射光源射出的可見光之顯示用雷射光的光軸與該第一分支光的光軸對準；掃描部，其對該工件掃描該第一分支光及該顯示用雷射光；光接收部，其檢測該第二分支光的強度；第一光閘，其配置為比該光學構件更靠近該加工用雷射光源側，且於阻斷該加工用雷射光的關閉位置與使該加工用雷射光透射的開啟位置之間位移；第二光閘，其配置為比該光學構件更靠近該工件側，且於阻斷該第一分支光及該顯示用雷射光的關閉位置與使該第一分支光及該顯示用雷射光透射的開啟位置之間位移；焦點距離調整部，其調整該第一分支光及該顯示用雷射光的焦點距離；第一開閉感測器，其檢測該第一光閘的開閉狀態；以及第二開閉感測器，其檢測該第二光閘的開閉狀態，該第二光閘配置於該光學構件與該焦點距離調整部之間，該第一開閉感測器具有：第一關閉感測器，其檢測該第一光閘配置於關閉位置；以及第一開啟感測器，其檢測該第一光閘配置於開啟位置；該第二開閉感測器具有：第二關閉感測器，其檢測該第二光閘配置於關閉位置；以及第二開啟感測器，其檢測該第二光閘配置於開啟位置。
- 如請求項1記載的雷射加工頭，其中，該焦點距離調整部具有第一透鏡及配置於該第一透鏡的光軸上之第二透鏡，藉由調整該第一透鏡及該第二透鏡之間的距離，調整透射該第一透鏡及該第二透鏡之該第一分支光的焦點距離。
- 如請求項2記載的雷射加工頭，其中，該焦點距離調整部配置於該光學構件與該掃描部之間。
- 一種雷射加工裝置，其使用不可見光之加工用雷射光對工件進行加工，該雷射加工裝置之特徵在於，具備：加工用雷射光源，其射出該加工用雷射光；顯示用雷射光源，其射出可見光之顯示用雷射光；光學構件，其使該加工用雷射光分支為第一分支光及第二分支光，且使該顯示用雷射光的光軸與該第一分支光的光軸對準；掃描部，其對該工件掃描該第一分支光及該顯示用雷射光；光接收部，其檢測該第二分支光的強度；第一光閘，其配置為比該光學構件更靠近該加工用雷射光源側，且於阻斷該加工用雷射光的關閉位置與使該加工用雷射光透射的開啟位置之間位移；第二光閘，其配置為比該光學構件更靠近該工件側，且於阻斷該第一分支光及該顯示用雷射光的關閉位置與使該第一分支光及該顯示用雷射光透射的開啟位置之間位移；焦點距離調整部，其調整該第一分支光及該顯示用雷射光的焦點距離；第一開閉感測器，其檢測該第一光閘的開閉狀態；以及第二開閉感測器，其檢測該第二光閘的開閉狀態， 該第二光閘配置於該光學構件與該焦點距離調整部之間，該第一開閉感測器具有：第一關閉感測器，其檢測該第一光閘配置於關閉位置；以及第一開啟感測器，其檢測該第一光閘配置於開啟位置；該第二開閉感測器具有：第二關閉感測器，其檢測該第二光閘配置於關閉位置；以及第二開啟感測器，其檢測該第二光閘配置於開啟位置。
- 如請求項4記載的雷射加工裝置，其中，該焦點距離調整部具有第一透鏡及配置於該第一透鏡的光軸上之第二透鏡，藉由調整該第一透鏡及該第二透鏡之間的距離，調整透射該第一透鏡及該第二透鏡之該第一分支光的焦點距離。
- 如請求項5記載的雷射加工裝置，其中，該焦點距離調整部配置於該光學構件與該掃描部之間。
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