JP4971901B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガルバノスキャニング方式のレーザ加工装置に関する。

レーザ加工装置には、レーザ光源からのレーザ光を偏向するためのガルバノミラーを備えるガルバノスキャニング方式を採用したものがある。これは、駆動モータの回転軸にミラーを取り付けて構成されたガルバノスキャナと、駆動手段と、制御手段とを備える。制御手段は加工対象物上の各位置に対応した駆動信号を駆動手段に与える。駆動手段は、上記駆動信号を増幅回路にて増幅し、その増幅後の駆動信号に応じた電流を上記駆動モータに流してミラーの回転角度を制御する。
ここで、従来から、上記増幅回路の出力端と駆動モータとの間に回路保護のためのヒューズを設けるとともに、ヒューズの両端電圧差を所定の電圧と比較することによりヒューズの断線を検知する技術がある（特許文献１参照）。
特開平９−３８７８７号公報

確かに、上記従来の技術では、駆動手段に駆動信号が入力されている間にヒューズが断線した場合には、ヒューズの両端電圧差が所定の電圧を超えるためヒューズの断線を検知することができる。しかし、駆動手段に駆動信号が入力される前に既にヒューズが断線している場合にはヒューズの両端電圧差がほとんど生じない。即ち、加工開始指令をして駆動信号が駆動手段に与えられない限りヒューズの断線を検知することができないという問題があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、ヒューズの断線を早期に検知することが可能なレーザ加工装置を提供するところにある。

上記の目的を達成するための手段として、第１の発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を偏向するミラーと、前記ミラーが回転軸に取り付けられた駆動モータと、加工対象物上の各位置に対応した駆動信号を出力する制御手段と、前記駆動信号が入力されるオペアンプを備えて構成された帰還増幅回路を有し、当該帰還増幅回路の出力に応じた駆動電流を前記駆動モータに流す駆動手段と、を備えるレーザ加工装置であって、前記オペアンプ及び前記駆動モータの間の信号経路と、前記オペアンプの帰還経路との共通ラインにヒューズを設け、前記オペアンプと前記ヒューズとの間の点の電位に基づき前記ヒューズの断線を検知する検知手段を備える。
本発明によれば、帰還増幅回路に駆動信号が入力されている間にヒューズが断線したときには、オペアンプとヒューズとの間の点の電圧がヒューズの断線前に比べて大きく変化するため、この変化に基づきヒューズの断線を検知することができる。また、帰還増幅回路に駆動信号が入力される前に既にヒューズが断線しているときには、オペアンプの入力端子間のオフセット電圧によってオペアンプとヒューズとの間の点の電圧がやはりヒューズの断線前に比べて大きく変化するから、この変化に基づきヒューズの断線を検知することができる。即ち、帰還増幅回路に駆動信号が入力される前であってもヒューズの断線を早期に検知することができる。

第２の発明は、第１の発明のレーザ加工装置であって、前記検知手段は、前記ヒューズの両端電圧差に基づき前記ヒューズの断線を検知する構成である。
本発明によれば、ヒューズの両端電圧差に基づきヒューズの断線を検知する構成であり、ヒューズの断線を直接的に検知することができる。

本発明によれば、ヒューズの断線を早期に検知することができる。

本発明の一実施形態を図１〜図５によって説明する。
（レーザマーキング装置の全体構成）
図１は、本実施形態に係るレーザマーキング装置１（レーザ加工装置の一例）の全体構成図である。同図中、符号１０は、レーザ光源であって、ここから出射されたレーザ光１１は、ガルバノスキャナ２０によって向きが変更されて印字エリアＥ上に照射される。ガルバノスキャナ２０は、一対のガルバノミラー２１Ｘ，２１Ｙ（ミラーの一例）と収束レンズ２２を備えており、一方のガルバノミラー２１Ｘはガルバノ駆動装置２３Ｘによって縦方向に反射角度を変移させることができ、他方のガルバノミラー２１Ｙはガルバノ駆動装置２３Ｙによって横方向に反射角度を変移させることができる。これら両ガルバノミラー２１Ｘ，２１Ｙによりレーザ光１１は直交する２方向において向きが調整可能とされ、その結果、レーザ光１１の照射点が加工対象物Ｗ上の印字エリアＥ内のいずれの位置にも移動可能となる。

上記ガルバノスキャナ２０の各ガルバノ駆動装置２３Ｘ，２３Ｙは駆動制御部３０（制御手段の一例）により制御される。この駆動制御部３０には図示しないコンソールが接続され、マーキングしたい所望の文字・記号・図形等（以下「文字等」という）をそのコンソールに設定すると、駆動制御部３０がそれに応じた駆動信号Ｖ1 をガルバノスキャナ２０に与える。より詳細には、駆動制御部３０には文字等のフォントデータを記憶したメモリが内蔵され、マーキングすべき文字等が設定されるとそのフォントデータに基づき、その文字等を構成する線分のデータが読み出され、これに基づいて図示しないＣＰＵが印字エリアＥへの照射位置を決定する座標データを生成し、Ｄ／Ａ変換して駆動信号Ｖ1 としてガルバノスキャナ２０の各ガルバノ駆動装置２３Ｘ，２３Ｙに与えるようになっている。

（ガルバノ駆動装置の電気的構成）
各ガルバノミラー２１Ｘ，２１Ｙ毎に設けられた各ガルバノ駆動装置２３Ｘ，２３Ｙの電気的構成の主要部は共通しており、図２に示したように構成されている。同図において、駆動モータ４０は、その回転軸４０Ａをケーシング４０Ｂに対して回動可能に備え、その回転軸４０Ａには前記したガルバノミラー２１Ｘ（２１Ｙ）が固定されている。

図２において、符号４０Ｃは、駆動モータ４０を回動させるための駆動コイルであって、例えば、駆動コイル４０Ｃに流される駆動電流Ｉの大きさ及び向きに対応して、ガルバノミラー２１Ｘ（２１Ｙ）が所定の角度に回動される。

各ガルバノ駆動装置２３Ｘ，２３Ｙに備えられた駆動回路４２（駆動手段の一例）は、主として駆動制御アンプ４３、非反転増幅器４４（帰還増幅回路の一例）を備え、駆動制御部３０から出力されＤ／Ａ変換された駆動信号Ｖ1 を増幅して、前記駆動コイル４０Ｃに与える駆動電流Ｉを生成する。

具体的には、駆動制御部３０からの駆動信号Ｖ１は駆動制御アンプ４３を介して、非反転増幅器４４に与えられる。非反転増幅器４４はオペアンプ４６を備え、このオペアンプ４６の出力端子と負入力端子との間の負帰還経路Ｌ２に帰還抵抗４７が設けられている。また、このオペアンプ４６の正入力端子に駆動制御アンプ４３からの信号Ｖ２が与えられる。

非反転増幅器４４の出力とグランドラインとの間には、上記駆動モータ４０の駆動コイル４０Ｃ、及び、電流測定回路５０が設けられている。従って、駆動コイル４０Ｃには、非反転増幅器４４の出力電圧に応じた駆動電流Ｉが流れることになる。そして、その駆動電流Ｉが電流測定回路５０にてＩ／Ｖ変換されアンプ５１にて増幅されて、測定信号Ｖ３として上記駆動制御アンプ４３の入力側にフィードバックされる。これにより回転軸４０Ａの回動動作（回動速度）の安定化が図られている。

さて、本実施形態の駆動回路４２には回路保護（特に駆動コイル４０Ｃの断線保護）のためにヒューズ５２が設けられているが、このヒューズ５２は、非反転増幅器４４と駆動コイル４０Ｃとの間の駆動電流経路Ｌ１（信号経路の一例）と、非反転増幅器４４の負帰還経路Ｌ２との共通ラインＬ３上に設けられている。また、ヒューズ５２の両端電圧差は差動アンプ５３を介して増幅され、検知信号Ｖ４として駆動制御部３０に与えられる。駆動制御部３０は、次に示すように、受けた検知信号Ｖ４に基づきヒューズ５２の断線を検知する。このとき駆動制御部３０は検知手段として機能する。

（ヒューズ断線の検知）
以下の説明では、図２において、非反転増幅器４４の入力Ａの電圧を「ＶＡ」、非反転増幅器４４とヒューズ５２との間の点Ｂの電圧（非反転増幅器４４の出力電圧）を「ＶＢ」、ヒューズ５２と駆動コイル４０Ｃとの間の点Ｃの電圧を「ＶＣ」とする。

（１）駆動信号の入力中のヒューズ断線
レーザマーキング装置１が起動され、作業者によるマーキング指令により駆動制御部３０から駆動信号Ｖ１が駆動回路４２に与えられているときに、図３に示すように、非反転増幅器４４の出力電圧ＶＢは、入力電圧ＶＡの電圧値（Ｖin）を非反転増幅器４４の増幅率ｋに応じて増幅した値（ｋＶin）になっている。このとき点Ｃの電圧は出力電圧ＶＢとほぼ同じ（厳密に言えばヒューズ５２での電圧降下分低下した電圧差があるが、この電圧差はほとんど無視できる）を示す。

この駆動信号Ｖ１の入力中にヒューズ５２が断線すると、非反転増幅器４４の負帰還経路Ｌ２が開放するため、入力電圧ＶＡがオペアンプ４６の開放ゲインに応じて増幅されることになり、出力電圧ＶＢは、このオペアンプ４６に与えられている電源電圧Ｖ０に達する。一方、点Ｃの電圧Ｖは、ヒューズ５２の断線直後、駆動コイル４０Ｃによる逆起電力によって一時的に上昇し、その後略ゼロＶに低下していく。従って、ヒューズ５２の断線直後、及び、点Ｃの電圧Ｖが略ゼロに低下したときに、ヒューズ５２の両端間電圧（＝｜ＶＢ−ＶＣ｜）が所定値を超えることになり、駆動制御部３０はヒューズ５２の断線と判定し、例えば駆動信号Ｖ１の出力を停止する。

（２）駆動信号の入力前のヒューズ断線
次に、レーザマーキング装置１を起動できたが、作業者による上記マーキング指令前にヒューズ５２が断線している。或いは、上記（１）の駆動信号Ｖ１の入力中にヒューズ５２が断線し、一旦駆動信号Ｖ１の出力が停止された後に、作業者がレーザマーキング装置１を再起動することもある。

ここで、仮に、従来構成と同様、ヒューズ５２を、共通ラインＬ３ではない駆動電流経路Ｌ１上（オペアンプ４６の出力端）に設けた場合、図４に示すように、マーキング指令がされ駆動信号Ｖ１が駆動制御部３０から出力されない限り、入力電圧ＶＡ、出力電圧ＶＢ及びＣ点電圧ＶＣはともにゼロであり、駆動制御部３０はヒューズ５２の断線を検出できない。その後、マーキング指令により駆動信号Ｖ１が駆動制御部３０から出力されると、出力電圧ＶＢが非反転増幅器４４によって増幅された値となり、これによりヒューズ５２の両端間電圧が所定値を超えることになるから駆動制御部３０はヒューズ５２の断線を検知できるようになる。即ち、従来の構成ではレーザマーキング装置１に電源が投入されてもマーキング指令がされない限りヒューズ５２の断線を検知することができない。

これに対して、本実施形態では、上述したようにヒューズ５２は共通ラインＬ３上に設けられている。この場合、入力電圧ＶＡ及びＣ点電圧ＶＣは略ゼロのままである。しかし、ヒューズ５２が断線すると非反転増幅器４４の負帰還経路Ｌ２が開放となるため、オペアンプ４６の入力端子間のオフセット電圧が開放ゲインに応じて増幅されることになり、出力電圧ＶＢは、このオペアンプ４６に与えられている電源電圧Ｖ０に達する。従って、ヒューズ５２の両端間電圧（＝｜ＶＢ−ＶＣ｜）が所定値を超えることになり、駆動制御部３０はヒューズ５２の断線として検知することができる。そして、駆動制御部３０はこのヒューズ５２の断線検知状態が解消されない限り、マーキング指令がされても駆動信号Ｖ１を出力しない強制停止を維持する。

このように本実施形態によれば、マーキング指令前にヒューズ５２の断線を検知することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）「レーザ加工装置」は、ドットマーキング方式や、ヘッドユニット自体が移動して走査するものであってもよい。

（２）上記実施形態では、駆動回路４２（駆動手段の一例）が、非反転増幅器４４（帰還増幅回路の一例）を備える構成であったが、図６に示すように、非反転増幅器４４に加えて反転増幅器４５（帰還増幅回路の一例）を備える構成であってもよい。具体的には、駆動制御部３０からの駆動信号Ｖ１は駆動制御アンプ４３を介して、非反転増幅器４４及び反転増幅器４５にそれぞれ与えられる。反転増幅器４５はオペアンプ４８を備え、このオペアンプ４８の出力端子と負入力端子との間の負帰還経路に帰還抵抗４９が設けられている。また、このオペアンプ４８の負入力端子に駆動制御アンプ４３からの信号Ｖ２が与えられる。非反転増幅器４４の出力と反転増幅器４５の出力との間には、上記駆動モータ４０の駆動コイル４０Ｃ、及び、電流測定回路５０が設けられている。従って、駆動コイル４０Ｃには、非反転増幅器４４と反転増幅器４５との出力電圧差に応じた駆動電流Ｉが流れることになる。そして、その駆動電流Ｉが電流測定回路５０にてＩ／Ｖ変換されアンプ５１にて増幅されて、測定信号Ｖ３として上記駆動制御アンプ４３の入力側にフィードバックされる。これにより回転軸４０Ａの回動動作（回動速度）の安定化が図られている。
この構成において、ヒューズ５２を、反転増幅器４５に対して駆動電流経路Ｌ１と負帰還経路Ｌ４との共通ラインＬ５上に設ける構成であってもよい。

（３）上記実施形態では、ヒューズ５２の両端間電圧に基づきその断線を検知する構成であったが、これに限らず、上記出力電圧ＶＢと所定電圧との比較に基づき検知する構成であっても勿論よい。但し、上記実施形態の構成であれば、ヒューズ５２の断線に直接影響を受けるヒューズ５２の両端電圧差に基づき検知するため、その検知精度をより向上させることができる。

（４）上記実施形態では、駆動制御部３０は、ヒューズ５２の断線直後のタイミング、及び、点Ｃの電圧Ｖが略ゼロに低下したときのタイミングにヒューズ５２の断線検知（ヒューズ５２の両端間電圧（＝｜ＶＢ−ＶＣ｜）と所定値との比較）を試みる構成であったが、これに限らず、上記２つのタイミングのいずれか一方のみでヒューズ５２の断線検知を試みる構成であってもよい。

本発明の一実施形態に係るレーザマーキング装置の全体構成図 ガルバノ駆動装置の回路図 点Ａ，Ｂ，Ｃの電圧変位を示すタイムチャート（駆動信号入力中にヒューズが断線したとき） 従来構成の点Ａ，Ｂ，Ｃの電圧変位を示すタイムチャート（駆動信号入力前にヒューズが断線しているとき） 本実施形態の点Ａ，Ｂ，Ｃの電圧変位を示すタイムチャート（駆動信号入力前にヒューズが断線しているとき） 変形例のガルバノ駆動装置の回路図

符号の説明

１…レーザマーキング装置（レーザ加工装置）
１０…レーザ光源
１１…レーザ光
２１Ｘ，２１Ｙ…ガルバノミラー（ミラー）
３０…駆動制御部（制御手段、検知手段）
４０…駆動モータ
４２…駆動回路（駆動手段）
４４…非反転増幅器（帰還増幅回路）
４５…反転増幅器（帰還増幅回路）
５２…ヒューズ
４６，４８…オペアンプ
Ｉ…駆動電流
Ｌ３…共通ライン
Ｖ１…駆動信号
Ｗ…加工対象物

Claims (2)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光を偏向するミラーと、
   前記ミラーが回転軸に取り付けられた駆動モータと、
   加工対象物上の各位置に対応した駆動信号を出力する制御手段と、
   前記駆動信号が入力されるオペアンプを備えて構成された帰還増幅回路を有し、当該帰還増幅回路の出力に応じた駆動電流を前記駆動モータに流す駆動手段と、を備えるレーザ加工装置であって、
   前記オペアンプ及び前記駆動モータの間の信号経路と、前記帰還増幅回路の帰還経路との共通ラインにヒューズを設け、
   前記オペアンプと前記ヒューズとの間の点の電位に基づき前記ヒューズの断線を検知する検知手段を備えるレーザ加工装置。
2. 請求項１に記載のレーザ加工装置であって、
   前記検知手段は、前記ヒューズの両端電圧差に基づき前記ヒューズの断線を検知する構成である。

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