JP2019095360A - ファイバレーザ加工機、及び光学式エンコーダ - Google Patents
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Abstract
【課題】コリメータレンズを透過するビームの散乱光による誤検出を防止する光学式エンコーダを提供する。【解決手段】ファイバレーザ加工機において、コリメータレンズをレーザ光の進行方向と平行な方向に沿って移動させる移動制御部を有し、移動制御部が、コリメータレンズの位置検出を行うための位置検出部を有し、位置検出部が、コリメータレンズに備えられたスケール33と、スケール33と対向するように備えられた光学式エンコーダ35を有し、光学式エンコーダ35が、光源35aよりの光を所定のスケール33へ照射し、スケール33で反射された光を受光素子35cへ入射して位置検出を行う構造であり、受光素子35cの読み取り面側に、光源35aよりの光のみを透過させるバンドパスフィルタ35dを設けた。【選択図】図4
Description
本発明は、ファイバレーザ加工機、及び光学式エンコーダに関するものである。
ファイバレーザ加工機においては、プロセスファイバの出口端面から拡がって出射したレーザ光のビーム径等をコントロールするためにコリメータユニットが設けられている。
そして、コリメータユニットにおいては、コリメータレンズを光軸方向に移動させてワーク上でのビーム径等をコントロールする。そのコリメータレンズの移動制御を行うために、例えば、光学式リニアエンコーダを使用して、コリメータレンズの正確な位置検出を行うようにしていた。
なお、光学式リニアエンコーダは、位置決め精度が高いなどのメリットがあり、コリメータレンズの正確な移動制御を行うために有効となる。
しかしながら、ファイバレーザ加工機においては、スライドテーブル上に設置されたコリメータレンズをビーム(波長1μm帯)が透過する際、そのビームの一部がレンズ表面から反射し、迷光として散乱光が発生する。
従って、ファイバレーザ加工機におけるコリメータレンズの移動制御に光学式リニアエンコーダを使用した場合、その散乱光が壁などに当たったりしてリニアスケールに到達し、最終的には、光学式リニアエンコーダのエンコーダヘッドの読み取り面(上面)に当たってしまうことがあった。
例えば、光学式リニアエンコーダのヘッドからリニアスケールに対して、波長860〜890nmの光を出し、反射して帰ってきたものを、読み取り部のフォトダイオードによって読み取るようにしている場合、そのフォトダイオードは波長860〜890nmだけでなく、1μm帯の波長帯にも敏感に反応してしまう。
従って、このフォトダイオードが1μm帯の散乱光に反応すると、誤検出の原因となり、具体的には、NCの表示座標が実際の座標とずれてしまうなど、トラブルが発生するおそれがあった。
対策としては、エンコーダヘッドやリニアスケールの周囲に遮光用カバーを追加する方法が考えられるが、稼動部があるため隙間を作らざるを得ず、十分な遮光は行えない。
また、蛇腹で覆うことも可能だが、多数回動かすことで粉塵が発生し、レンズなどの光学部品を汚染する原因となる。
更に、実際のレーザ加工機では、加工点からの1μm帯の反射光は、その方向や出力レベルを予測・制御できず、コリメータユニット内の迷光として散乱光が発生する可能性があり、常に位置決め誤検出の不安を抱えてしまっていた。
本発明は、上記問題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、コリメータユニットを透過するビームの迷光としての散乱光による誤検出を防止することができる光学式エンコーダ、及びその光学式エンコーダを備えたファイバレーザ加工機を提供することである。
本発明は上述の問題を解決するためのものであり、請求項1に係る発明は、光源よりの光を所定のスケールへ照射し、前記所定スケールで反射された光を受光素子へ入射して位置検出を行う光学式エンコーダであって、前記受光素子の読み取り面側に、所定の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタを設けたことを特徴とする光学式エンコーダである。
請求項2に係る発明は、前記所定の波長が、前記光源よりの光の波長であることを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダである。
請求項3に係る発明は、前記バンドパスフィルタが、前記所定の波長以外の波長の光の前記受光素子への入射を遮断することを特徴とする請求項1、2のいずれかに記載の光学式エンコーダである。
請求項4に係る発明は、前記光学式エンコーダが、レーザ光をワークに照射して加工を施すファイバレーザ加工機に使用され、前記所定の波長以外の波長の光が、前記ファイバレーザ加工機よりの迷光であることを特徴とする請求項3に記載の光学式エンコーダである。
請求項5に係る発明は、少なくとも前記所定スケールで反射された光を透過して前記受光素子へ供給する透明基板を有し、前記バンドパスフィルタが、前記透明基板の前記所定スケール側に設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光学式エンコーダである。
請求項6に係る発明は、光源よりの光を所定のスケールへ照射し、前記所定スケールで反射された光を受光素子へ入射して位置検出を行う光学式エンコーダであって、前記受光素子の読み取り面側に、前記光源よりの光のみを透過させるバンドパスフィルタを設けたことを特徴とする光学式エンコーダである。
請求項7に係る発明は、レーザ発振器よりのレーザ光を、第1のレンズにより平行光にし、前記平行光にされたレーザ光を第2のレンズで集光し、前記集光されたレーザ光をワークに照射して加工を施すファイバレーザ加工機であって、前記第1のレンズを前記レーザ光の進行方向と平行な方向に沿って移動させる移動制御部を有し、前記移動制御部が、前記第1のレンズの位置検出を行うための位置検出部を有し、前記位置検出部が、前記第1のレンズに備えられたスケールと、前記スケールと対向するように備えられた光学式エンコーダを有し、前記光学式エンコーダが、光源よりの光を所定のスケールへ照射し、前記所定スケールで反射された光を受光素子へ入射して位置検出を行う構造であり、前記受光素子の読み取り面側に、所定の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタを設けたことを特徴とするファイバレーザ加工機である。
請求項8に係る発明は、前記所定の波長が、前記光源よりの光の波長であることを特徴とする請求項7に記載のファイバレーザ加工機である。
請求項9に係る発明は、前記バンドパスフィルタが、前記所定の波長以外の波長の光の前記受光素子への入射を遮断することを特徴とする請求項7、8のいずれかに記載のファイバレーザ加工機である。
請求項10に係る発明は、前記所定の波長以外の波長の光が、前記ファイバレーザ加工機で使用されるレーザ光の迷光であることを特徴とする請求項9に記載のファイバレーザ加工機である。
請求項11に係る発明は、少なくとも前記所定スケールで反射された光を透過して前記受光素子へ供給する透明基板を有し、前記バンドパスフィルタが、前記透明基板の前記所定スケール側に設けられていることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載のファイバレーザ加工機である。
本発明によれば、ファイバレーザ加工機におけるコリメータレンズの移動制御に光学式リニアエンコーダを使用した場合に、コリメータレンズを透過するビームの散乱光による誤検出を防止することができる。
図1は、本願発明を実施した光学式リニアエンコーダの設けられたファイバレーザ加工装置3の概略構成図である。
図1に示すように、ファイバレーザ加工装置3は、ワークWに対してレーザ加工を行うファイバレーザ加工機5と、ファイバレーザ加工機5に対しレーザ光を、プロセスファイバFB1を介して供給するファイバレーザ発振器7と、を備えている。
ファイバレーザ加工機5は、プロセスファイバFB1の出口端面から拡がって出射したレーザ光Lを、コリメータレンズ9で平行光にするコリメータユニット11と、コリメータレンズ9により平行光にされたレーザ光を反射するベンドミラー13と、ベンドミラー13で反射したレーザ光を集光レンズ15で高エネルギ密度のレーザ光に集光するレーザ加工ヘッド17と、集光したレーザ光を照射して加工を施すワークWを支持する加工テーブル19とを備えている。なお、ベンドミラーを備えない場合も、逆に複数のベンドミラーを備える場合も、どちらも可能であって、プロセスファイバFB1の出射端と集光レンズまたは焦点位置までの光学的な距離設定によって自在である。
図2は、図1に示したコリメータユニット11の概略構成図である。
図2に示すように、コリメータユニット11内においては、コリメートレンズ9の出射側の光の平行具合を調整することが可能であって、更にズーミング機構のようなビームコントロールを行うため、コリメータレンズ9を少なくとも1枚以上のレンズで構成して光軸方向Xに沿ってリニア移動させてもよく、それらのレンズ構成を移動させる移動制御部21が設けられている。なお、コリメータユニットから出射されるレーザ光は、発散気味の平行光、全くの平行光、集束気味の平行光の何れであっても設定可能であって、またそのときのビーム径も自在である。更に、コリメータユニット内のレンズ構成によっては、その中間に集束点を設定することも可能である。
移動制御部21は、レール23を上部に備えたベース25と、そのレール23上を光軸方向Xに沿って移動可能な台車27と、その台車27上に備えられたスライドテーブル29と、スライドテーブル29を方向Xに沿って移動させるリニアアクチュエータ(図示省略)とを有しており、スライドテーブル29上にコリメータレンズ9が備えられている。
そして、移動制御部21は、コリメータレンズ9の正確な位置検出を行うための位置検出部31を有している。
位置検出部31は、スライドテーブル29の下側に備えられたリニアスケール33と、リニアスケール33と対向するように、ベース25上に備えられた反射型の光学式リニアエンコーダ35(図3参照)とを有している。
なお、リニアスケール33には、その下面33aに、例えば、格子のような目盛が備えられている。
また、光学式リニアエンコーダ35よりの位置検出信号は、増幅されてNC装置等の制御手段に送られ、その制御手段は、その位置検出信号に基づいて、リニアアクチュエータによるコリメータレンズ9のリニア移動を制御して正確なビームコントロールを行うようになっている。
図3は、図2に示した位置検出部31における反射型の光学式リニアエンコーダ35の概略構成図である。
図3に示すように、光学式リニアエンコーダ35は、リニアスケール33へ所定の波長の光L1を照射する光源35aと、(リニアスケール33の下方の)透明基板35bと、(透明基板35bの下面35b1の)受光素子35cとを有する。また、エンコーダ35は、透明基板35bの上面35b3のリニアスケール33側に、その全面に渡って、光源35aよりの所定の波長の光L1のみを透過させるバンドパスフィルタ35dを有する。
なお、光源35aは、透明基板35bの下側の受光素子35cの近傍に設けられており、バンドパスフィルタ35dの上端とリニアスケール33の下端との間は、所定のギャップGが空けられている。
そして、光学式リニアエンコーダ35のバンドパスフィルタ35dの上面35d1が、光学式リニアエンコーダ35の読み取り面となる。
次に、光学式リニアエンコーダ35の動作について説明する。
図3に示すように、光源35aよりの所定の波長の光L1が、透明基板35bを介してリニアスケール33へ照射されると、リニアスケール33で反射される。
リニアスケール33で反射された光L1は、バンドパスフィルタ35dおよび透明基板35bを透過して受光素子35cの読み取り面側へ入射されて検出される。
光L1がリニアスケール33で反射される際には、リニアスケール33の下面に備えられた格子等の目盛が読み取られて受光素子35cへ入射されて位置検出される(リニアスケールの原理自体は周知であるのでその説明は省略する)。
従って、受光素子35cの読み取り面で検出された光信号に基づいて、コリメータレンズ9の位置が特定される。
なお、前述したように、透明基板35bの上側に設けられたバンドパスフィルタ35dは、光源35aよりの所定の波長の光L1のみを透過させるようになっている。
次に、バンドパスフィルタ35dの作用を詳細に説明する。
このバンドパスフィルタ35dは、受光素子35cの読み取りに必要な所定の波長の光のみを透過させる仕様となっている。
言い換えるならば、このバンドパスフィルタ35dは、光源35aよりの所定の波長以外の波長の光は透過しない構成となっている。
この実施形態では、所定の波長は、受光素子35cの読み取りに必要な860〜890nmの波長となっている。
従って、スライドテーブル29上に設置されたコリメータレンズ9をレーザ光L(波長1μm帯)が透過する際、そのビームの一部がレンズ表面から反射して発生した散乱光が、壁などに当たったりして迷光として光学式リニアエンコーダ35に到達しても、光学式リニアエンコーダ35の誤検出が起こる事は無い。
すなわち、図4に示すように、リニアスケール33と光学式リニアエンコーダ35の読み取り面(バンドパスフィルタ35dの上面35d1)との間のギャップGに、迷光L3が入り込み、光学式リニアエンコーダ35の読み取り面であるバンドパスフィルタ35dの上面35d1に当たってしまっても、このバンドパスフィルタ35dは、860〜890nm以外の波長は透過しないで遮断する構成となっているので、この1μm帯の迷光が、バンドパスフィルタ35dを透過することがない。
そのため、透明基板35bの下面に設けられた受光素子35cに、1μm帯の迷光が到達して入射することが防止され、受光素子35cが迷光に反応することにより発生するNC装置における表示座標が実際の座標とずれてしまうなどのトラブルも防止される。
なお、言い換えれば、光学式リニアエンコーダ35における光源35aは、コリメータレンズ9を通過するレーザ光Lの波長と異なる波長の光L1を照射し、その異なる波長の光L1を受光素子35cで受光して位置検出を行う構造となっている。
この実施形態では、光源35aよりの光L1の波長は、約875nmであり、コリメータレンズ9を通過する加工用レーザ光Lの波長は、約1μmとなっている。
図4は、図3に示した光学式リニアエンコーダ35において迷光が入り込む様子を示した説明図である。
図5は、光学式リニアエンコーダ35の読み取り面側に貼り付けたバンドパスフィルタ35dの一例の仕様を示す説明図である。
図5に示すような仕様の材料からなるバンドパスフィルタ35dを、光学式リニアエンコーダ35の読み取り面側の全面に渡って貼り付けることにより、レーザ光L(波長1μm帯)の一部がコリメータユニットにより発生した迷光として光学式リニアエンコーダ35に到達してしまっても、そのバンドパスフィルタ35dにより遮断される。
なお、光学式リニアエンコーダ35の読み取り面側に、所定の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタ35dを貼り付けると、光の波長が制限されるので、透過光の光強度が低下する。
また、バンドパスフィルタ35dの屈折率に起因する受光素子35cでの焦点ずれによっても、受光の光強度が低下する。
これにより、受光素子35cをフォトダイオードで構成した場合には、そのフォトダイオードの出力電流が低下する。
そのため、この実施形態では、受光素子35cのフォトダイオードの出力電流を電流電圧変換回路の出力電圧の増幅度を大きくするようにしている。
なお、受光素子35cの前記出力電圧の増幅度を大きくする以外にも、例えば、光源35aの輝度をアップしたり、発光方向の規制を行ったり、光源35aから受光素子35cへの経路を短縮するようにしても良い。
なお、光源35aよりの光L1の透明基板35bへの入射角は、透明基板35bでの透過率が下がらないように設定されており、その入射角に合せてバンドパスフィルタ35dが設定される。
この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。
すなわち、この実施形態では、所定の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタ35dが、透明基板35bの上側に設けられていたが、透明基板35bの下側に設けても良い。
また、この実施形態では、所定の波長の光のみを透過させ、かつ所定の波長以外の波長の光である迷光を透過させない手段として、バンドパスフィルタを用いたが、それに限定されず、所定の波長の光のみを透過させ、かつ所定の波長以外の波長の光である迷光を透過させない回析格子を用いても良い。
3…ファイバレーザ加工装置
5…ファイバレーザ加工機
7…ファイバレーザ発振器
9…コリメータレンズ
11…コリメータユニット
13…ベンドミラー
15…集光レンズ
17…レーザ加工ヘッド
19…加工テーブル
21…移動制御部
23…レール
25…ベース
27…台車
29…スライドテーブル
31…位置検出部
33…リニアスケール
35…光学式リニアエンコーダ
35a…光源
35b…透明基板
35c…受光素子
35d…バンドパスフィルタ
5…ファイバレーザ加工機
7…ファイバレーザ発振器
9…コリメータレンズ
11…コリメータユニット
13…ベンドミラー
15…集光レンズ
17…レーザ加工ヘッド
19…加工テーブル
21…移動制御部
23…レール
25…ベース
27…台車
29…スライドテーブル
31…位置検出部
33…リニアスケール
35…光学式リニアエンコーダ
35a…光源
35b…透明基板
35c…受光素子
35d…バンドパスフィルタ
Claims (11)
- 光源よりの光を所定のスケールへ照射し、前記所定スケールで反射された光を受光素子へ入射して位置検出を行う光学式エンコーダであって、前記受光素子の読み取り面側に、所定の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタを設けたことを特徴とする光学式エンコーダ。
- 前記所定の波長が、前記光源よりの光の波長であることを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。
- 前記バンドパスフィルタが、前記所定の波長以外の波長の光の前記受光素子への入射を遮断することを特徴とする請求項1、2のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
- 前記光学式エンコーダが、レーザ光をワークに照射して加工を施すファイバレーザ加工機に使用され、前記所定の波長以外の波長の光が、前記ファイバレーザ加工機よりの迷光であることを特徴とする請求項3に記載の光学式エンコーダ。
- 少なくとも前記所定スケールで反射された光を透過して前記受光素子へ供給する透明基板を有し、前記バンドパスフィルタが、前記透明基板の前記所定スケール側に設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
- 光源よりの光を所定のスケールへ照射し、前記所定スケールで反射された光を受光素子へ入射して位置検出を行う光学式エンコーダであって、前記受光素子の読み取り面側に、前記光源よりの光のみを透過させるバンドパスフィルタを設けたことを特徴とする光学式エンコーダ。
- レーザ発振器よりのレーザ光を、第1のレンズにより平行光にし、前記平行光にされたレーザ光を第2のレンズで集光し、前記集光されたレーザ光をワークに照射して加工を施すファイバレーザ加工機であって、
前記第1のレンズを前記レーザ光の進行方向と平行な方向に沿って移動させる移動制御部を有し、前記移動制御部が、前記第1のレンズの位置検出を行うための位置検出部を有し、前記位置検出部が、前記第1のレンズに備えられたスケールと、前記スケールと対向するように備えられた光学式エンコーダを有し、
前記光学式エンコーダが、光源よりの光を所定のスケールへ照射し、前記所定スケールで反射された光を受光素子へ入射して位置検出を行う構造であり、
前記受光素子の読み取り面側に、所定の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタを設けたことを特徴とするファイバレーザ加工機。 - 前記所定の波長が、前記光源よりの光の波長であることを特徴とする請求項7に記載のファイバレーザ加工機。
- 前記バンドパスフィルタが、前記所定の波長以外の波長の光の前記受光素子への入射を遮断することを特徴とする請求項7、8のいずれかに記載のファイバレーザ加工機。
- 前記所定の波長以外の波長の光が、前記ファイバレーザ加工機で使用されるレーザ光の迷光であることを特徴とする請求項9に記載のファイバレーザ加工機。
- 少なくとも前記所定スケールで反射された光を透過して前記受光素子へ供給する透明基板を有し、前記バンドパスフィルタが、前記透明基板の前記所定スケール側に設けられていることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載のファイバレーザ加工機。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017226541A JP2019095360A (ja) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | ファイバレーザ加工機、及び光学式エンコーダ |
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JP2017226541A JP2019095360A (ja) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | ファイバレーザ加工機、及び光学式エンコーダ |
Publications (1)
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JP2019095360A true JP2019095360A (ja) | 2019-06-20 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI808774B (zh) * | 2021-08-02 | 2023-07-11 | 日商斯庫林集團股份有限公司 | 光照射裝置 |
-
2017
- 2017-11-27 JP JP2017226541A patent/JP2019095360A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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TWI808774B (zh) * | 2021-08-02 | 2023-07-11 | 日商斯庫林集團股份有限公司 | 光照射裝置 |
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