レーザ加工装置
【課題】加工対象物に照射するレーザパワーを常に目的のパワーに維持することができ、常に同一品質のレーザ加工を加工対象物に施すことのできるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】偏光ビームスプリッター１５を通過しないで反射する実反射レーザ光を検知する第１受光素子Ｓ１を設ける。制御装置２４は、第１受光素子Ｓ１からの検知信号ＳＧ１に基づいて、その時々の偏光ビームスプリッター１５を通過し加工対象物Ｗに照射される実通過レーザ光の実通過パワー値Ｐｓを求める。そして、求めた実通過パワー値Ｐｓと入力装置２３にて設定力した設定加工パワー値Ｐｏとを比較し、実通過パワー値Ｐｓが設定加工パワー値Ｐｏと相違したとき、制御装置２４は、回動装置１８を介して、１／２波長板１４を回動制御しての偏光ビームスプリッター１５に対する相対回動角を調整し、実通過パワー値Ｐｓを設定加工パワー値Ｐｏに一致させる。
【解決手段】偏光ビームスプリッター１５を通過しないで反射する実反射レーザ光を検知する第１受光素子Ｓ１を設ける。制御装置２４は、第１受光素子Ｓ１からの検知信号ＳＧ１に基づいて、その時々の偏光ビームスプリッター１５を通過し加工対象物Ｗに照射される実通過レーザ光の実通過パワー値Ｐｓを求める。そして、求めた実通過パワー値Ｐｓと入力装置２３にて設定力した設定加工パワー値Ｐｏとを比較し、実通過パワー値Ｐｓが設定加工パワー値Ｐｏと相違したとき、制御装置２４は、回動装置１８を介して、１／２波長板１４を回動制御しての偏光ビームスプリッター１５に対する相対回動角を調整し、実通過パワー値Ｐｓを設定加工パワー値Ｐｏに一致させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を加工対象物に照射して加工を行うレーザ加工装置がある。そのレーザ加工装置の１つとして、レーザマーキング装置がある。レーザマーキング装置は、金属、樹脂、セラミック、半導体装置、紙、図形等の多種多様の加工対象物の表面に、レーザを照射して多種多様な文字・記号・図形等のマーキングを行う。
【０００３】
レーザマーキング装置は、加工対象物の素材に応じて、または、マーキング濃度に応じて、照射するレーザ光のパワーを調整する必要がある。そこで、レーザ光のパワーの調整として、１／２波長板の回動角度を変えることにより、その回動角度に応じて出力レーザとして取り出せるレーザ光のレーザパワーを調整することができるレーザ加工装置（レーザマーキング装置）が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
この種の１／２波長板は、０度から４５度の回動角の範囲で回動することで、レーザ発振器から出力されたレーザ光のパワーを０％から１００％の範囲で光学的に調整することができる。これによって、レーザマーキング装置は、加工対象物を、所望のマーキング濃度にマーキングすることができることになる。
【特許文献１】特開２００７−２６８５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したレーザ加工装置（レーザマーキング装置）において、レーザ発振器から出力されたレーザ光のパワーを光学的に調整しても、何らかの原因で目的にパワーを得られない場合がある。このような場合、加工対象物を、当初目的としていたマーキング濃度でマーキングすることができない。
【０００６】
また、複数のレーザマーキング装置を使って、同一の加工対象物に対して同じマーキングを大量に行う場合、装置ごとで加工対象物のマーキングが一様であることが必要である。しかしながら、装置ごとに機差（個体差）があるため、レーザ発振器から出力されたレーザ光のパワーを同一になるように光学的に調整しても、全てが同一にならないことが多々生じていた。
【０００７】
その結果、全ての加工対象物に一様なマーキングを生産することは、同一品質を維持する上で大きな問題となっていた。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、加工対象物に照射するレーザパワーを常に目的のパワーに維持することができ、常に同一品質のレーザ加工を加工対象物に施すことのできるレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の本発明は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から入射したレーザ光のうち、予め定めた偏光方向の光を出射させる光通過手段と、前記レーザ発振器と前記光通過手段との相対的な回動角度を変更する角度変更手段とを備えたレーザ加工装置であって、前記光通過手段からのレーザ光の一部を受光する第１受光手段と、前記第１受光手段の受光量に基づいて、前記角度変更手段を駆動して前記レーザ発振器と前記光通過手段との相対的な回動角度を調整する角度微調整制御手段とを設けた。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記第１受光手段は、前記光通過手段から通過又は反射するレーザ光のいずれか一方を受光する。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ発振器がレーザ光を出射する前に、前記レーザ発振器から出射するレーサ光の相対的パワーを設定する外部操作可能なレーザパワー設定手段と、前記レーザパワー設定手段にて設定した相対的パワーの設定量に基づいて、前記レーザ発振器がレーザ光を出射する前に、前記角度変更手段を駆動させて前記相対的な回動角度を変化させ、加工対象物に照射される前記光通過手段で通過または反射する一方の前記レーザ光のパワーを調整するパワー調整制御手段とを備え、前記角度微調整制御手段は、加工前に前記レーザ発振器からレーザ光を出射させた状態であって、前記光通過手段で通過または反射する一方の前記レーザ光が加工対象物に照射される前に、前記第１受光手段の受光量に基づいて、前記一方のレーザ光のパワーが前記レーザパワー設定手段により設定した設定量になるように、前記角度変更手段を駆動して前記レーザ発振器と前記光通過手段との相対的な回動角度を調整する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ加工装置において、前記レーザ発振器と前記光通過手段との間に配設され、前記レーザ発振器からのレーザ光を前記光通過手段側へ導くとともに、このレーザ光の一部を前記光通過手段側とは別方向に分岐する分岐手段と、前記一部のレーザ光を受光する第２受光手段と、前記第２受光手段の受光量に基づいて、前記レーザ発振器から出射されるレーザ光の予め設定された基準レーザ出力値になるように、前記レーザ発振器への駆動信号を調整するレーザ駆動制御手段とを備えた。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のレーザ加工装置において、少なくとも前記第１受光手段、及び、前記第２受光手段を収容するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットに、励起光又はレーザ光を伝搬させる光ファイバとを備えた。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項３〜５のいずれ１つに記載のレーザ加工装置において、前記第１受光手段の受光量が、予め設定される前記設定量に対応する受光量に対して所定量以上の開きがあった場合には、レーザパワーの異常と判断して報知手段にて報知させるエラー報知制御手段を備えた。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれ１つに記載のレーザ加工装置において、前記第２受光手段からの受光量が、予め設定される下限基準値を下回った場合には、レーザ劣化と判断して表示手段に劣化を出力するレーザ劣化検知制御手段を備えた。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、第１受光手段を設けたことにより、角度微調整制御手段は、第１受光手段が受光した受光量に基づいて、角度変更手段を駆動してレーザ発振器と光通過手段との相対的な回動角度を調整する。従って、何らかの原因で光通過手段から出射するレーザ光のパワーが変動したとき、角度微調整制御手段は、第１受光手段が受光した受光量にてその変動を検出し、一方のレーザ光のパワーがレーザパワー設定手段により設定した設定量になるように制御することができる。
【００１５】
その結果、加工対象物に照射するレーザパワーを常に目的のパワーに維持することができ、常に同一品質のレーザ加工を加工対象物に施すことができる。
請求項２に記載の発明によれば、角度微調整制御手段は、第１受光手段が受光する光通過手段から通過又は反射するレーザ光のいずれか一方に基づいて、角度変更手段を駆動してレーザ発振器と光通過手段との相対的な回動角度を調整する。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、加工対象物にレーザ光を直接照射してレーザ加工する前に、レーザ光のパワーがレーザパワー設定手段にて設定したレーザパワーに調整することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、第２受光手段を設けたことにより、レーザ駆動制御手段は、第２受光手段が受光した受光量に基づいて、レーザ発振器から出射されるレーザ光の予め設定された基準レーザ出力値になるように、レーザ発振器の駆動信号を調整する。従って、何らかの原因でレーザ発振器から出射されるレーザ光のパワーが変動したとき、又はしているとき、レーザ駆動制御手段は、第２受光手段が受光した受光量にてその変動を検出し、レーザ発振器から出射されるレーザ光のパワーが予め設定した基準レーザ出力値になるように制御することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、ヘッドユニットに光ファイバを介してレーザ光又は励起光が伝搬して離間した位置あるヘッドユニットからレーザ光を出射することができる。
請求項６に記載の発明によれば、第１受光手段を設けたことにより、エラー報知制御手段は、第１受光手段が受光した受光量に基づいてレーザパワーの異常を判断でき、その異常を報知手段にて報知させることができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、第２受光手段を設けたことにより、レーザ劣化検知制御手段は、第２受光手段は受光した受光量に基づいてレーザ加工装置の劣化を判断でき、劣化しているときはその旨を表示手段に表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明のレーザ加工装置をレーザマーキング装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、レーザマーキング装置１は、励起光に基づいて発振するレーザ光を加工対象物Ｗに出射するヘッド部１０、前記励起光を生成するコントロール部２０、ヘッド部１０とコントロール部２０との間に接続され励起光をヘッド部１０に伝送する可撓性の光ファイバ３０とを備えている。ヘッド部１０は、励起光に基づいてレーザ光を発振し、発振したレーザ光を光学的にパワー調整してレーザ光を加工対象物Ｗに出射する。コントロール部２０は、レーザ光を発振させるための励起光であって、該レーザ光のパワーを制御する励起光を生成し光ファイバ３０を介してヘッド部１０に出射するようになっている。
【００２１】
まず、ヘッド部１０について説明する。
ヘッド部１０は、コリメータレンズ１１、レーザ発振器１２、第１〜第３全反射ミラー１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、光通過手段を構成する１／２波長板１４、光通過手段を構成する偏光ビームスプリッター１５、ガルバノミラー１６、収束レンズ１７を備えている。また、ヘッド部１０は、１／２波長板１４を回動させる角度変更手段としての回動装置１８、加工対象物Ｗに出射される光学的にパワー調整されたレーザ光のパワーを検出する第１受光手段としての第１受光素子Ｓ１、レーザ発振器１２から出射されるレーザ光のパワーを検出するための第２受光手段としての第２受光素子Ｓ２を備えている。
【００２２】
コリメータレンズ１１は、後述するコントロール部２０からの出射される励起光を、光ファイバ３０を介して入射し、平行光にしてレーザ発振器１２に出射する。
レーザ発振器１２は、入射した励起光に基づいて共振してレーザ光を出射する。レーザ発振器１２は、入射した励起光のパワー値に基づいて、該レーザ発振器１２から出射するレーザ光のパワーが制御される。レーザ発振器１２から出射したレーザ光は、第１〜第３全反射ミラー１３ａ，１３ｂ，１３ｃを介して１／２波長板１４に出射される。
【００２３】
１／２波長板１４は、第１〜第３全反射ミラー１３ａ，１３ｂ，１３ｃを介してレーザ発振器１２から出射されたレーザ光の光軸に対して垂直かつ該光軸を回動中心に回動可能に設けられていて、その回動角度（レーザ発振器１２との相対的な回動角度）に応じて該レーザ光の偏光方向（向き）を変更するようになっている。
【００２４】
例えば、１／２波長板１４は、０°〜４５°で回動されることにより、直線偏光（レーザ発振器１２から出射されたレーザ光）の偏光面の角度を０°〜９０°に偏光し、水平な直線偏光を垂直な直線偏光に変える。
【００２５】
偏光ビームスプリッター１５は、１／２波長板１４を通過したレーザ光の光軸に対して垂直に設けられ、１／２波長板１４を通過したレーザ光を入射する。偏光ビームスプリッター１５は、１／２波長板１４との相対回動角度（１／２波長板１４との偏光面の相対回動角度）に応じて該レーザ光の偏光方向（向き）を変更させ且つ該レーザ光のうち、所定の偏光方向のレーザ光のみを通過させるようになっている。つまり、偏光ビームスプリッター１５は、所定の偏光方向以外のレーザ光を通過させずに該レーザ光を予め設定した反射方向に反射させる。
【００２６】
偏光ビームスプリッター１５を通過したレーザ光は、ガルバノミラー１６及び収束レンズ１７を介して加工対象物Ｗに照射される。ガルバノミラー１６は、図示しないモータにて回動制御されて回動し、偏光ビームスプリッター１５を通過したレーザ光を走査する。その走査されたレーザ光は収束レンズ１７の焦点距離に配置された加工対象物Ｗの表面に結像されて照射される。そして、加工対象物Ｗの表面に照射されレーザ光により、多種多様な文字、記号、図形等がマーキングされる。
【００２７】
前記１／２波長板１４は、回動装置１８にて回動制御される。回動装置１８は、ステッピングモータを備え、ステッピングモータにて１／２波長板１４をレーザ光の光軸を回動中心に回動制御する。回動装置１８は、ステッピングモータに駆動電流が供給されることで、本実施形態では１／２波長板１４を、０°〜４５°の範囲において１ステップの単位で回動させて所定の回動角度に回動させるようになっている。
【００２８】
回動装置１８にて１／２波長板１４を回動させることによって、偏光ビームスプリッター１５に対する１／２波長板１４の相対回動角度が変更される。これによって、偏光ビームスプリッター１５を通過して加工対象物Ｗに照射されるレーザ光（実通過レーザ光）と、偏光ビームスプリッター１５を通過しないで予め設定した反射方向に反射させるレーザ光（実反射レーザ光）との割合が変更される。
【００２９】
つまり、レーザ光の偏光方向（向き）を変更させることによって、偏光ビームスプリッター１５を通過して加工対象物Ｗに照射されるレーザ光（実通過レーザ光）のパワーを光学的に調整することができる。
【００３０】
第１受光素子Ｓ１は、レーザ光が偏光ビームスプリッター１５にて反射される反射方向に配置され、偏光ビームスプリッター１５にて反射されたレーザ光にパワーを検知する。第１受光素子Ｓ１は、偏光ビームスプリッター１５を通過して加工対象物Ｗに照射されるレーザ光（実通過レーザ光）を除く、偏光ビームスプリッター１５を通過しないで予め設定した反射方向に反射させるレーザ光（実反射レーザ光）を受光する。
【００３１】
そして、第１受光素子Ｓ１は、偏光ビームスプリッター１５を通過しないで予め設定した反射方向に反射する実反射レーザ光を受光して、偏光ビームスプリッター１５を通過して加工対象物Ｗに照射される実通過レーザ光のパワーを算出するための第１検知信号ＳＧ１を出力するようになっている。
【００３２】
第２受光素子Ｓ２は、分岐手段としての第３全反射ミラー１３ｃの裏面側に設けられている。第２受光素子Ｓ２の受光面は、第２全反射ミラー１３ｂと第３全反射ミラー１３ｃとの間で形成されるレーザ光の光軸の延長線上に配置されている。
【００３３】
第２受光素子Ｓ２は、第２全反射ミラー１３ｂからのレーザ光が、第３全反射ミラー１３ｃを反射しないで、そのまま通過する一部レーザ光のパワーを検知する。本実施形態の第３全反射ミラー１３ｃは、第２全反射ミラー１３ｂからレーザ光を１／２波長板１４へ１００％反射するものではなく、僅かに透過する反射ミラーである。そして、第２受光素子Ｓ２は、その僅かに第３全反射ミラー１３ｃを透過したレーザ光を受光して、レーザ発振器１２が出射するレーザ光のパワーを算出するための第２検知信号ＳＧ２を出力するようになっている。
【００３４】
コントロール部２０は、励起光発生装置２１、駆動装置２２、レーザパワー設定手段としての入力装置２３、パワー調整制御手段、角度微調整制御手段、レーザ駆動制御手段、エラー報知制御手段又はレーザ劣化検知制御手段としての制御装置２４を備えている。
【００３５】
励起光発生装置２１は、励起光を出射する半導体レーザを備えている。半導体レーザから出射された励起光は、前記レーザ発振器１２においてレーザ光を生成し出射させるための励起光であって、その励起光のパワーを調整することによってレーザ発振器１２にて生成されるレーザ光のパワーが制御される。励起光のパワーは、駆動装置２２から励起光を出射する半導体レーザに供給する電気的駆動量としての駆動電流（パルス幅、波高値等）によって制御されるようになっている。
【００３６】
駆動装置２２は、励起光発生装置２１に備えた励起光を出射する半導体レーザに対して、制御装置２４からの励起光のパワーを決定するパルス幅、波高値を指定する制御信号に基づいて駆動信号を供給する。そして、駆動装置２２から半導体レーザに供給される駆動電流に基づいて、励起光のパワーが制御され、レーザ発振器１２で生成されるレーザ光のパワーが変更される。
【００３７】
入力装置２３は、ユーザがレーザ発振器１２から出射するレーザ光の基準レーザ出力値としてのパワー上限値（設定パワー上限値Ｐｋ）を設定するため操作スイッチ、及び、そのパワー上限値（設定パワー上限値Ｐｋ）の範囲で加工対象物Ｗに照射するレーザ光のパワー値（設定加工パワー値Ｐｏ）を設定するため操作スイッチを備えている。そして、入力装置２３は、これらの操作スイッチの操作に基づいて、設定した設定パワー上限値Ｐｋ及び設定加工パワー値Ｐｏを、それぞれ相対的パワーの設定量として制御装置２４に出力する。
【００３８】
制御装置２４は、中央処理装置（ＣＰＵ）及び記憶装置（ＲＯＭ及びＲＡＭ）を備え、記憶装置に記憶した制御プログラム及びアプリケーションプログラムに従って、回動装置１８及び駆動装置２２に制御信号ＳＧ３，ＳＧ４をそれぞれ出力する。
【００３９】
制御装置２４は、入力装置２３から入力したレーザ発振器１２が出射するレーザ光の設定パワー上限値Ｐｋに基づいて、励起光発生装置２１に備えた励起光を出射する半導体レーザが、レーザ発振器１２が設定パワー上限値Ｐｋを出射するために必要な、半導体レーザに供給するための駆動電流を算出する。制御装置２４は、駆動電流を算出すると、その算出した駆動電流を半導体レーザに供給するための、即ち、半導体レーザが出射する励起光のパワーを決定する駆動電流のパルス幅、波高値を指定する制御信号ＳＧ３を生成し駆動装置２２に出力する。
【００４０】
また、制御装置２４は、入力装置２３から入力した加工対象物Ｗに照射するレーザ光の設定加工パワー値Ｐｏに基づいて、偏光ビームスプリッター１５を通過する実通過レーザ光のパワーが該設定加工パワー値Ｐｏとなるための該偏光ビームスプリッター１５に対する１／２波長板１４の相対回動角度を算出する。制御装置２４は、相対回動角度を算出すると、その算出した相対回動角度に１／２波長板１４を回動するための制御信号ＳＧ４を生成し回動装置１８に出力する。
【００４１】
さらに、制御装置２４は、第１受光素子Ｓ１からの第１検知信号ＳＧ１を入力する。制御装置２４は、第１検知信号ＳＧ１に基づいて、その時の偏光ビームスプリッター１５を通過しないで反射した実反射レーザ光のパワー値（実反射パワー値Ｐｒ）を算出する。制御装置２４は、算出した実反射パワー値Ｐｒと、その時の偏光ビームスプリッター１５に対する１／２波長板１４の相対回動角度とから、偏光ビームスプリッター１５を通過する実通過レーザ光のパワー値（実通過パワー値Ｐｓ）を求める。
【００４２】
制御装置２４は、実通過パワー値Ｐｓを求めると、その実通過パワー値Ｐｓと入力装置２３から入力した設定加工パワー値Ｐｏとを比較する。そして、実通過パワー値Ｐｓが何らかの原因で設定加工パワー値Ｐｏと相違したとき、制御装置２４は、実通過パワー値Ｐｓを設定加工パワー値Ｐｏに一致させるべく、１／２波長板１４を回動制御しての偏光ビームスプリッター１５に対する相対回動角を調整する。
【００４３】
詳述すると、制御装置２４は、実通過パワー値Ｐｓと設定加工パワー値Ｐｏの偏差（＝Ｐｓ−Ｐｏ）を求め、その偏差に基づいて１／２波長板１４の回動方向とその回動量を算出する。制御装置２４は、算出した回動方向と回動量に１／２波長板１４を回動すべく、回動装置１８に制御信号ＳＧ４を出力する。回動装置１８は、この制御信号ＳＧ４に基づいて１／２波長板１４を算出した回動制御して実通過パワー値Ｐｓを設定加工パワー値Ｐｏにする。
【００４４】
なお、実通過パワー値Ｐｓが設定加工パワー値Ｐｏと同じのときは、制御装置２４は、１／２波長板１４を回動制御して光学的パワー調整のための処理は行わない。
また、制御装置２４は、実通過パワー値Ｐｓが設定加工パワー値Ｐｏより予め定められた基準値より開きがあるとき、レーザマーキング装置１が何らかの原因で異常があると判断する。制御装置２４は、レーザマーキング装置１に異常があると判断すると、入力装置２３の表示パネルに設けた報知手段又は表示手段としての表示部２３ａにその旨を表示させるようになっている。なお、基準値は、予め試験等で求めた値であって、制御装置２４の記憶装置に予め記憶させている。
【００４５】
さらにまた、制御装置２４は、第２受光素子Ｓ２からの第２検知信号ＳＧ２を入力する。制御装置２４は、第２検知信号ＳＧ２に基づいて、その時のレーザ発振器１２から出射された実パワー上限値Ｐｍを算出する。詳述すると、制御装置２４は、第２検知信号ＳＧ２に基づいて、第３全反射ミラー１３ｃを透過したレーザ光のパワー値Ｐｍｓを演算し、その演算したパワー値Ｐｍｓと予め求められている第３全反射ミラー１３ｃのレーザ透過率ａとで実パワー上限値Ｐｍ（＝Ｐｍｓ／ａ）を求める。なお、レーザ透過率ａは、予め試験等で求めた値であって、制御装置２４の記憶装置に予め記憶させている。
【００４６】
制御装置２４は、算出した実パワー上限値Ｐｍと入力装置２３から入力した設定パワー上限値Ｐｋとを比較する。そして、実パワー上限値Ｐｍが何らかの原因で設定パワー上限値Ｐｋと相違したとき、制御装置２４はレーザ光の実パワー上限値Ｐｍを設定パワー上限値Ｐｋに一致させるべく、励起光発生装置２１の半導体レーザから出射する励起光のパワー値を調整する。
【００４７】
詳述すると、制御装置２４は、実パワー上限値Ｐｍと設定パワー上限値Ｐｋの偏差（＝Ｐｍ−Ｐｋ）を求め、その偏差に基づいて、励起光を出射する励起光発生装置２１に備えた半導体レーザに供給する駆動電流を算出する。制御装置２４は、算出した駆動電流を半導体レーザに供給するための制御信号ＳＧ３を生成し、該制御信号ＳＧ３を駆動装置２２に出力する。駆動装置２２は、この制御信号ＳＧ３に基づいて半導体レーザに算出した駆動電流を供給し励起光のパワーを制御して実パワー上限値Ｐｍを設定パワー上限値Ｐｋにする。
【００４８】
なお、実パワー上限値Ｐｍが設定パワー上限値Ｐｋと同じのときは、制御装置２４は、励起光のパワーを制御して実パワー上限値Ｐｍの調整のための処理は行わない。
また、制御装置２４は、実パワー上限値Ｐｍが設定パワー上限値Ｐｋより予め定められた下限基準値より小さいとき、目的のパワーが得られないとしてレーザマーキング装置１の部材が何らかの原因で劣化したと判断する。制御装置２４は、レーザマーキング装置１の部材が劣化したと判断すると、入力装置２３の表示パネルに設けた表示部２３ａにその旨を表示させるようになっている。なお、下限基準値は、予め試験等で求めた値であって、制御装置２４の記憶装置に予め記憶させている。
【００４９】
ヘッド部１０とコントロール部２０との間に接続された光ファイバ３０は、励起光発生装置２１に備えた半導体レーザから出射した励起光を伝搬し、ヘッド部１０のコリメータレンズ１１を介してレーザ発振器１２に出射する。従って、半導体レーザから出射した励起光は、離間したレーザ発振器１２に出射され、レーザ発振器１２は励起光に基づいて発振しレーザ光を出射する。
【００５０】
次に、上記のように構成した実施形態の効果を以下に記載する。
（１）本実施形態によれば、偏光ビームスプリッター１５を通過しないで反射する実反射レーザ光を検知する第１受光素子Ｓ１を設けたので、その時々の偏光ビームスプリッター１５を通過し加工対象物に照射される実通過レーザ光の実通過パワー値Ｐｓを求めることができる。
【００５１】
そして、求めた実通過パワー値Ｐｓと入力装置２３にて設定力した設定加工パワー値Ｐｏとを比較し、実通過パワー値Ｐｓが何らかの原因で設定加工パワー値Ｐｏと相違したとき、１／２波長板１４を回動制御して偏光ビームスプリッター１５に対する相対回動角を調整し、実通過パワー値Ｐｓを設定加工パワー値Ｐｏに一致させるようにした。従って、加工対象物Ｗに照射するレーザパワーを常に一定のパワーに維持することができ、常に同一品質のレーザ加工を加工対象物Ｗに施すことができる。
【００５２】
（２）また、本実施形態によれば、求めた実通過パワー値Ｐｓが入力装置２３から入力した設定加工パワー値Ｐｏより予め定められた基準値より開きが生じたとき、制御装置２４は、レーザマーキング装置１が何らかの原因で異常があると判断し、入力装置２３の表示パネルの表示部２３ａにその旨を表示した。従って、ユーザは、入力装置２３の表示部２３ａを見て、レーザマーキング装置１の異常を、即座に確認できる。
【００５３】
（３）上記実施形態によれば、第３全反射ミラー１３ｃを反射しないで、そのまま透過する僅かなレーザ光のパワーを検知する第２受光素子を設けたので、その時々のレーザ発振器１２からから出射された実パワー上限値Ｐｍを求めることができる。
【００５４】
そして、求めた実パワー上限値Ｐｍと入力装置２３にて設定した設定パワー上限値Ｐｋとを比較し、実パワー上限値Ｐｍが何らかの原因で設定パワー上限値Ｐｋと相違したとき、励起光発生装置２１の半導体レーザから出射する励起光のパワー値を調整して、レーザ光の実パワー上限値Ｐｍを設定パワー上限値Ｐｋに一致させるようにした。
【００５５】
従って、加工対象物Ｗに照射するレーザパワーを常に一定のパワーに維持することができ、常に同一品質のレーザ加工を加工対象物Ｗに施すことができる。
（４）また、本実施形態によれば、求めた実パワー上限値Ｐｍが設定パワー上限値Ｐｋより予め定められた下限基準値より小さくなったとき、制御装置２４は、レーザマーキング装置１の部材が何らかの原因で劣化したと判断し、入力装置２３の表示パネルに設けた表示部２３ａにその旨を表示した。従って、ユーザは、入力装置２３の表示部２３ａを見て、レーザマーキング装置１が劣化したことを、即座に確認できる。
【００５６】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、レーザ光を加工対象物Ｗに照射してレーザ加工を行っている時々に、レーザパワーの調整をフィードバック制御した。これを、レーザ加工を開始する前に、レーザ発振器１２を発振させ第１受光素子Ｓ１及び第２受光素子Ｓ２からの検出信号に基づいて、設定加工パワー値Ｐｏになるように事前に調整した後に、レーザ加工を開始するようにして実施してもよい。
【００５７】
・上記実施形態では、偏光ビームスプリッター１５を通過する実通過レーザ光を一方のレーザ光として加工対象物Ｗに照射し、偏光ビームスプリッター１５を反射する実反射レーザ光を他方のレーザ光として第１受光素子Ｓ１に受光させたが、これを反対にして、実反射レーザ光を加工対象物Ｗに照射し、実通過レーザ光を第１受光素子Ｓ１に受光させて実施してもよい。
【００５８】
・上記実施形態では、偏光ビームスプリッター１５を反射する実反射レーザ光を他方のレーザ光として第１受光素子Ｓ１に受光させた。これを偏光ビームスプリッター１５を通過した実通過レーザ光の実通過レーザ光の一部を取り出す分割手段（ハーフミラー、ビームスプリッタ、部分透過ミラー、部分反射ミラー等）を設け、その分割手段から取り出した実通過レーザ光の一部を第１受光素子Ｓ１で受光するようにして実施してもよい。
【００５９】
・上記実施形態では、１／２波長板１４を偏光ビームスプリッター１５に対して回動させるようにしたが、偏光ビームスプリッター１５を１／２波長板１４に対して回動させるように実施してもよい。
【００６０】
・上記実施形態では、波長板として１／２波長板１４を用いたが、他の波長板、例えば１／４波長板等を用いて実施してもよい。この場合、１／４波長板を０度〜９０度の範囲で回転させることで、レーザ発振器１２から出射されるレーザ光のパワーを０％〜１００％の間で変更される。
【００６１】
・上記実施形態では、第２受光素子は第３全反射ミラー１３ｃの僅かな透過光を検知したが、これを、第１又は第２全反射ミラー１３ａ，１３ｂの僅かな透過光を検知するようにして実施してもよい。
【００６２】
・上記実施形態では、１／２波長板１４と偏光ビームスプリッター１５を、第３全反射ミラー１３ｃとガルバノミラー１６との間に設けた。これを、第１全反射ミラー１３ａと第２全反射ミラー１３ｂと間に設けたり、第２全反射ミラー１３ｂと第３全反射ミラー１３ｃと間に設けて実施してもよい。
【００６３】
・上記実施形態では、ヘッド部１０にレーザ発振器１２を設けたが、レーザ発振器１２をコントロール部２０に設けても良い。この場合、光ファイバ３０は、コントロール部２０に設けたレーザ発振器１２が出射したレーザ光を、ヘッド部１０に設けた例えば第１全反射ミラー１３ａに出射することになる。
【００６４】
・上記実施形態では、表示部２３ａに異常、及び、劣化を表示するようにしたが、ブザーで知らせたり、音声で知らせるようにしてもよい。また、制御装置２４が算出したその時々の実パワー上限値Ｐｍ及び実通過パワー値Ｐｓを、表示部２３ａに表示するようにしてもよい。
【００６５】
・上記実施形態では、本発明のレーザ加工装置をレーザマーキング装置に具体化したが、例えば、加工対象物の表面に溝を形成するレーザ加工装置等に応用してもよい。この場合、常に、加工対象物に均一な深さの溝を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本実施形態のレーザマーキング装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００６７】
１…レーザマーキング装置、１０…ヘッド部、１１…コリメータレンズ、１２…レーザ発振器、１３ａ…第１全反射ミラー、１３ｂ…第２全反射ミラー、１３ｃ…第３全反射ミラー、１４…１／２波長板、１５…偏光ビームスプリッター、１６…ガルバノミラー、１７…収束レンズ、１８…回動装置、２０…コントロール部、２１…励起光発生装置、２２…駆動装置、２３…入力装置、２３ａ…表示部、２４…制御装置、３０…光ファイバ、Ｐｋ…設定パワー上限値、Ｐｏ…設定加工パワー値、Ｐｍ…実パワー上限値、Ｐｍｓ…パワー値、Ｐｓ…実通過パワー値、Ｐｒ…実反射パワー値、Ｓ１…第１受光素子、Ｓ２…第２受光素子、Ｗ…加工対象物。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を加工対象物に照射して加工を行うレーザ加工装置がある。そのレーザ加工装置の１つとして、レーザマーキング装置がある。レーザマーキング装置は、金属、樹脂、セラミック、半導体装置、紙、図形等の多種多様の加工対象物の表面に、レーザを照射して多種多様な文字・記号・図形等のマーキングを行う。
【０００３】
レーザマーキング装置は、加工対象物の素材に応じて、または、マーキング濃度に応じて、照射するレーザ光のパワーを調整する必要がある。そこで、レーザ光のパワーの調整として、１／２波長板の回動角度を変えることにより、その回動角度に応じて出力レーザとして取り出せるレーザ光のレーザパワーを調整することができるレーザ加工装置（レーザマーキング装置）が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
この種の１／２波長板は、０度から４５度の回動角の範囲で回動することで、レーザ発振器から出力されたレーザ光のパワーを０％から１００％の範囲で光学的に調整することができる。これによって、レーザマーキング装置は、加工対象物を、所望のマーキング濃度にマーキングすることができることになる。
【特許文献１】特開２００７−２６８５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したレーザ加工装置（レーザマーキング装置）において、レーザ発振器から出力されたレーザ光のパワーを光学的に調整しても、何らかの原因で目的にパワーを得られない場合がある。このような場合、加工対象物を、当初目的としていたマーキング濃度でマーキングすることができない。
【０００６】
また、複数のレーザマーキング装置を使って、同一の加工対象物に対して同じマーキングを大量に行う場合、装置ごとで加工対象物のマーキングが一様であることが必要である。しかしながら、装置ごとに機差（個体差）があるため、レーザ発振器から出力されたレーザ光のパワーを同一になるように光学的に調整しても、全てが同一にならないことが多々生じていた。
【０００７】
その結果、全ての加工対象物に一様なマーキングを生産することは、同一品質を維持する上で大きな問題となっていた。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、加工対象物に照射するレーザパワーを常に目的のパワーに維持することができ、常に同一品質のレーザ加工を加工対象物に施すことのできるレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の本発明は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から入射したレーザ光のうち、予め定めた偏光方向の光を出射させる光通過手段と、前記レーザ発振器と前記光通過手段との相対的な回動角度を変更する角度変更手段とを備えたレーザ加工装置であって、前記光通過手段からのレーザ光の一部を受光する第１受光手段と、前記第１受光手段の受光量に基づいて、前記角度変更手段を駆動して前記レーザ発振器と前記光通過手段との相対的な回動角度を調整する角度微調整制御手段とを設けた。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記第１受光手段は、前記光通過手段から通過又は反射するレーザ光のいずれか一方を受光する。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ発振器がレーザ光を出射する前に、前記レーザ発振器から出射するレーサ光の相対的パワーを設定する外部操作可能なレーザパワー設定手段と、前記レーザパワー設定手段にて設定した相対的パワーの設定量に基づいて、前記レーザ発振器がレーザ光を出射する前に、前記角度変更手段を駆動させて前記相対的な回動角度を変化させ、加工対象物に照射される前記光通過手段で通過または反射する一方の前記レーザ光のパワーを調整するパワー調整制御手段とを備え、前記角度微調整制御手段は、加工前に前記レーザ発振器からレーザ光を出射させた状態であって、前記光通過手段で通過または反射する一方の前記レーザ光が加工対象物に照射される前に、前記第１受光手段の受光量に基づいて、前記一方のレーザ光のパワーが前記レーザパワー設定手段により設定した設定量になるように、前記角度変更手段を駆動して前記レーザ発振器と前記光通過手段との相対的な回動角度を調整する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ加工装置において、前記レーザ発振器と前記光通過手段との間に配設され、前記レーザ発振器からのレーザ光を前記光通過手段側へ導くとともに、このレーザ光の一部を前記光通過手段側とは別方向に分岐する分岐手段と、前記一部のレーザ光を受光する第２受光手段と、前記第２受光手段の受光量に基づいて、前記レーザ発振器から出射されるレーザ光の予め設定された基準レーザ出力値になるように、前記レーザ発振器への駆動信号を調整するレーザ駆動制御手段とを備えた。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のレーザ加工装置において、少なくとも前記第１受光手段、及び、前記第２受光手段を収容するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットに、励起光又はレーザ光を伝搬させる光ファイバとを備えた。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項３〜５のいずれ１つに記載のレーザ加工装置において、前記第１受光手段の受光量が、予め設定される前記設定量に対応する受光量に対して所定量以上の開きがあった場合には、レーザパワーの異常と判断して報知手段にて報知させるエラー報知制御手段を備えた。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれ１つに記載のレーザ加工装置において、前記第２受光手段からの受光量が、予め設定される下限基準値を下回った場合には、レーザ劣化と判断して表示手段に劣化を出力するレーザ劣化検知制御手段を備えた。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、第１受光手段を設けたことにより、角度微調整制御手段は、第１受光手段が受光した受光量に基づいて、角度変更手段を駆動してレーザ発振器と光通過手段との相対的な回動角度を調整する。従って、何らかの原因で光通過手段から出射するレーザ光のパワーが変動したとき、角度微調整制御手段は、第１受光手段が受光した受光量にてその変動を検出し、一方のレーザ光のパワーがレーザパワー設定手段により設定した設定量になるように制御することができる。
【００１５】
その結果、加工対象物に照射するレーザパワーを常に目的のパワーに維持することができ、常に同一品質のレーザ加工を加工対象物に施すことができる。
請求項２に記載の発明によれば、角度微調整制御手段は、第１受光手段が受光する光通過手段から通過又は反射するレーザ光のいずれか一方に基づいて、角度変更手段を駆動してレーザ発振器と光通過手段との相対的な回動角度を調整する。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、加工対象物にレーザ光を直接照射してレーザ加工する前に、レーザ光のパワーがレーザパワー設定手段にて設定したレーザパワーに調整することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、第２受光手段を設けたことにより、レーザ駆動制御手段は、第２受光手段が受光した受光量に基づいて、レーザ発振器から出射されるレーザ光の予め設定された基準レーザ出力値になるように、レーザ発振器の駆動信号を調整する。従って、何らかの原因でレーザ発振器から出射されるレーザ光のパワーが変動したとき、又はしているとき、レーザ駆動制御手段は、第２受光手段が受光した受光量にてその変動を検出し、レーザ発振器から出射されるレーザ光のパワーが予め設定した基準レーザ出力値になるように制御することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、ヘッドユニットに光ファイバを介してレーザ光又は励起光が伝搬して離間した位置あるヘッドユニットからレーザ光を出射することができる。
請求項６に記載の発明によれば、第１受光手段を設けたことにより、エラー報知制御手段は、第１受光手段が受光した受光量に基づいてレーザパワーの異常を判断でき、その異常を報知手段にて報知させることができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、第２受光手段を設けたことにより、レーザ劣化検知制御手段は、第２受光手段は受光した受光量に基づいてレーザ加工装置の劣化を判断でき、劣化しているときはその旨を表示手段に表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明のレーザ加工装置をレーザマーキング装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、レーザマーキング装置１は、励起光に基づいて発振するレーザ光を加工対象物Ｗに出射するヘッド部１０、前記励起光を生成するコントロール部２０、ヘッド部１０とコントロール部２０との間に接続され励起光をヘッド部１０に伝送する可撓性の光ファイバ３０とを備えている。ヘッド部１０は、励起光に基づいてレーザ光を発振し、発振したレーザ光を光学的にパワー調整してレーザ光を加工対象物Ｗに出射する。コントロール部２０は、レーザ光を発振させるための励起光であって、該レーザ光のパワーを制御する励起光を生成し光ファイバ３０を介してヘッド部１０に出射するようになっている。
【００２１】
まず、ヘッド部１０について説明する。
ヘッド部１０は、コリメータレンズ１１、レーザ発振器１２、第１〜第３全反射ミラー１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、光通過手段を構成する１／２波長板１４、光通過手段を構成する偏光ビームスプリッター１５、ガルバノミラー１６、収束レンズ１７を備えている。また、ヘッド部１０は、１／２波長板１４を回動させる角度変更手段としての回動装置１８、加工対象物Ｗに出射される光学的にパワー調整されたレーザ光のパワーを検出する第１受光手段としての第１受光素子Ｓ１、レーザ発振器１２から出射されるレーザ光のパワーを検出するための第２受光手段としての第２受光素子Ｓ２を備えている。
【００２２】
コリメータレンズ１１は、後述するコントロール部２０からの出射される励起光を、光ファイバ３０を介して入射し、平行光にしてレーザ発振器１２に出射する。
レーザ発振器１２は、入射した励起光に基づいて共振してレーザ光を出射する。レーザ発振器１２は、入射した励起光のパワー値に基づいて、該レーザ発振器１２から出射するレーザ光のパワーが制御される。レーザ発振器１２から出射したレーザ光は、第１〜第３全反射ミラー１３ａ，１３ｂ，１３ｃを介して１／２波長板１４に出射される。
【００２３】
１／２波長板１４は、第１〜第３全反射ミラー１３ａ，１３ｂ，１３ｃを介してレーザ発振器１２から出射されたレーザ光の光軸に対して垂直かつ該光軸を回動中心に回動可能に設けられていて、その回動角度（レーザ発振器１２との相対的な回動角度）に応じて該レーザ光の偏光方向（向き）を変更するようになっている。
【００２４】
例えば、１／２波長板１４は、０°〜４５°で回動されることにより、直線偏光（レーザ発振器１２から出射されたレーザ光）の偏光面の角度を０°〜９０°に偏光し、水平な直線偏光を垂直な直線偏光に変える。
【００２５】
偏光ビームスプリッター１５は、１／２波長板１４を通過したレーザ光の光軸に対して垂直に設けられ、１／２波長板１４を通過したレーザ光を入射する。偏光ビームスプリッター１５は、１／２波長板１４との相対回動角度（１／２波長板１４との偏光面の相対回動角度）に応じて該レーザ光の偏光方向（向き）を変更させ且つ該レーザ光のうち、所定の偏光方向のレーザ光のみを通過させるようになっている。つまり、偏光ビームスプリッター１５は、所定の偏光方向以外のレーザ光を通過させずに該レーザ光を予め設定した反射方向に反射させる。
【００２６】
偏光ビームスプリッター１５を通過したレーザ光は、ガルバノミラー１６及び収束レンズ１７を介して加工対象物Ｗに照射される。ガルバノミラー１６は、図示しないモータにて回動制御されて回動し、偏光ビームスプリッター１５を通過したレーザ光を走査する。その走査されたレーザ光は収束レンズ１７の焦点距離に配置された加工対象物Ｗの表面に結像されて照射される。そして、加工対象物Ｗの表面に照射されレーザ光により、多種多様な文字、記号、図形等がマーキングされる。
【００２７】
前記１／２波長板１４は、回動装置１８にて回動制御される。回動装置１８は、ステッピングモータを備え、ステッピングモータにて１／２波長板１４をレーザ光の光軸を回動中心に回動制御する。回動装置１８は、ステッピングモータに駆動電流が供給されることで、本実施形態では１／２波長板１４を、０°〜４５°の範囲において１ステップの単位で回動させて所定の回動角度に回動させるようになっている。
【００２８】
回動装置１８にて１／２波長板１４を回動させることによって、偏光ビームスプリッター１５に対する１／２波長板１４の相対回動角度が変更される。これによって、偏光ビームスプリッター１５を通過して加工対象物Ｗに照射されるレーザ光（実通過レーザ光）と、偏光ビームスプリッター１５を通過しないで予め設定した反射方向に反射させるレーザ光（実反射レーザ光）との割合が変更される。
【００２９】
つまり、レーザ光の偏光方向（向き）を変更させることによって、偏光ビームスプリッター１５を通過して加工対象物Ｗに照射されるレーザ光（実通過レーザ光）のパワーを光学的に調整することができる。
【００３０】
第１受光素子Ｓ１は、レーザ光が偏光ビームスプリッター１５にて反射される反射方向に配置され、偏光ビームスプリッター１５にて反射されたレーザ光にパワーを検知する。第１受光素子Ｓ１は、偏光ビームスプリッター１５を通過して加工対象物Ｗに照射されるレーザ光（実通過レーザ光）を除く、偏光ビームスプリッター１５を通過しないで予め設定した反射方向に反射させるレーザ光（実反射レーザ光）を受光する。
【００３１】
そして、第１受光素子Ｓ１は、偏光ビームスプリッター１５を通過しないで予め設定した反射方向に反射する実反射レーザ光を受光して、偏光ビームスプリッター１５を通過して加工対象物Ｗに照射される実通過レーザ光のパワーを算出するための第１検知信号ＳＧ１を出力するようになっている。
【００３２】
第２受光素子Ｓ２は、分岐手段としての第３全反射ミラー１３ｃの裏面側に設けられている。第２受光素子Ｓ２の受光面は、第２全反射ミラー１３ｂと第３全反射ミラー１３ｃとの間で形成されるレーザ光の光軸の延長線上に配置されている。
【００３３】
第２受光素子Ｓ２は、第２全反射ミラー１３ｂからのレーザ光が、第３全反射ミラー１３ｃを反射しないで、そのまま通過する一部レーザ光のパワーを検知する。本実施形態の第３全反射ミラー１３ｃは、第２全反射ミラー１３ｂからレーザ光を１／２波長板１４へ１００％反射するものではなく、僅かに透過する反射ミラーである。そして、第２受光素子Ｓ２は、その僅かに第３全反射ミラー１３ｃを透過したレーザ光を受光して、レーザ発振器１２が出射するレーザ光のパワーを算出するための第２検知信号ＳＧ２を出力するようになっている。
【００３４】
コントロール部２０は、励起光発生装置２１、駆動装置２２、レーザパワー設定手段としての入力装置２３、パワー調整制御手段、角度微調整制御手段、レーザ駆動制御手段、エラー報知制御手段又はレーザ劣化検知制御手段としての制御装置２４を備えている。
【００３５】
励起光発生装置２１は、励起光を出射する半導体レーザを備えている。半導体レーザから出射された励起光は、前記レーザ発振器１２においてレーザ光を生成し出射させるための励起光であって、その励起光のパワーを調整することによってレーザ発振器１２にて生成されるレーザ光のパワーが制御される。励起光のパワーは、駆動装置２２から励起光を出射する半導体レーザに供給する電気的駆動量としての駆動電流（パルス幅、波高値等）によって制御されるようになっている。
【００３６】
駆動装置２２は、励起光発生装置２１に備えた励起光を出射する半導体レーザに対して、制御装置２４からの励起光のパワーを決定するパルス幅、波高値を指定する制御信号に基づいて駆動信号を供給する。そして、駆動装置２２から半導体レーザに供給される駆動電流に基づいて、励起光のパワーが制御され、レーザ発振器１２で生成されるレーザ光のパワーが変更される。
【００３７】
入力装置２３は、ユーザがレーザ発振器１２から出射するレーザ光の基準レーザ出力値としてのパワー上限値（設定パワー上限値Ｐｋ）を設定するため操作スイッチ、及び、そのパワー上限値（設定パワー上限値Ｐｋ）の範囲で加工対象物Ｗに照射するレーザ光のパワー値（設定加工パワー値Ｐｏ）を設定するため操作スイッチを備えている。そして、入力装置２３は、これらの操作スイッチの操作に基づいて、設定した設定パワー上限値Ｐｋ及び設定加工パワー値Ｐｏを、それぞれ相対的パワーの設定量として制御装置２４に出力する。
【００３８】
制御装置２４は、中央処理装置（ＣＰＵ）及び記憶装置（ＲＯＭ及びＲＡＭ）を備え、記憶装置に記憶した制御プログラム及びアプリケーションプログラムに従って、回動装置１８及び駆動装置２２に制御信号ＳＧ３，ＳＧ４をそれぞれ出力する。
【００３９】
制御装置２４は、入力装置２３から入力したレーザ発振器１２が出射するレーザ光の設定パワー上限値Ｐｋに基づいて、励起光発生装置２１に備えた励起光を出射する半導体レーザが、レーザ発振器１２が設定パワー上限値Ｐｋを出射するために必要な、半導体レーザに供給するための駆動電流を算出する。制御装置２４は、駆動電流を算出すると、その算出した駆動電流を半導体レーザに供給するための、即ち、半導体レーザが出射する励起光のパワーを決定する駆動電流のパルス幅、波高値を指定する制御信号ＳＧ３を生成し駆動装置２２に出力する。
【００４０】
また、制御装置２４は、入力装置２３から入力した加工対象物Ｗに照射するレーザ光の設定加工パワー値Ｐｏに基づいて、偏光ビームスプリッター１５を通過する実通過レーザ光のパワーが該設定加工パワー値Ｐｏとなるための該偏光ビームスプリッター１５に対する１／２波長板１４の相対回動角度を算出する。制御装置２４は、相対回動角度を算出すると、その算出した相対回動角度に１／２波長板１４を回動するための制御信号ＳＧ４を生成し回動装置１８に出力する。
【００４１】
さらに、制御装置２４は、第１受光素子Ｓ１からの第１検知信号ＳＧ１を入力する。制御装置２４は、第１検知信号ＳＧ１に基づいて、その時の偏光ビームスプリッター１５を通過しないで反射した実反射レーザ光のパワー値（実反射パワー値Ｐｒ）を算出する。制御装置２４は、算出した実反射パワー値Ｐｒと、その時の偏光ビームスプリッター１５に対する１／２波長板１４の相対回動角度とから、偏光ビームスプリッター１５を通過する実通過レーザ光のパワー値（実通過パワー値Ｐｓ）を求める。
【００４２】
制御装置２４は、実通過パワー値Ｐｓを求めると、その実通過パワー値Ｐｓと入力装置２３から入力した設定加工パワー値Ｐｏとを比較する。そして、実通過パワー値Ｐｓが何らかの原因で設定加工パワー値Ｐｏと相違したとき、制御装置２４は、実通過パワー値Ｐｓを設定加工パワー値Ｐｏに一致させるべく、１／２波長板１４を回動制御しての偏光ビームスプリッター１５に対する相対回動角を調整する。
【００４３】
詳述すると、制御装置２４は、実通過パワー値Ｐｓと設定加工パワー値Ｐｏの偏差（＝Ｐｓ−Ｐｏ）を求め、その偏差に基づいて１／２波長板１４の回動方向とその回動量を算出する。制御装置２４は、算出した回動方向と回動量に１／２波長板１４を回動すべく、回動装置１８に制御信号ＳＧ４を出力する。回動装置１８は、この制御信号ＳＧ４に基づいて１／２波長板１４を算出した回動制御して実通過パワー値Ｐｓを設定加工パワー値Ｐｏにする。
【００４４】
なお、実通過パワー値Ｐｓが設定加工パワー値Ｐｏと同じのときは、制御装置２４は、１／２波長板１４を回動制御して光学的パワー調整のための処理は行わない。
また、制御装置２４は、実通過パワー値Ｐｓが設定加工パワー値Ｐｏより予め定められた基準値より開きがあるとき、レーザマーキング装置１が何らかの原因で異常があると判断する。制御装置２４は、レーザマーキング装置１に異常があると判断すると、入力装置２３の表示パネルに設けた報知手段又は表示手段としての表示部２３ａにその旨を表示させるようになっている。なお、基準値は、予め試験等で求めた値であって、制御装置２４の記憶装置に予め記憶させている。
【００４５】
さらにまた、制御装置２４は、第２受光素子Ｓ２からの第２検知信号ＳＧ２を入力する。制御装置２４は、第２検知信号ＳＧ２に基づいて、その時のレーザ発振器１２から出射された実パワー上限値Ｐｍを算出する。詳述すると、制御装置２４は、第２検知信号ＳＧ２に基づいて、第３全反射ミラー１３ｃを透過したレーザ光のパワー値Ｐｍｓを演算し、その演算したパワー値Ｐｍｓと予め求められている第３全反射ミラー１３ｃのレーザ透過率ａとで実パワー上限値Ｐｍ（＝Ｐｍｓ／ａ）を求める。なお、レーザ透過率ａは、予め試験等で求めた値であって、制御装置２４の記憶装置に予め記憶させている。
【００４６】
制御装置２４は、算出した実パワー上限値Ｐｍと入力装置２３から入力した設定パワー上限値Ｐｋとを比較する。そして、実パワー上限値Ｐｍが何らかの原因で設定パワー上限値Ｐｋと相違したとき、制御装置２４はレーザ光の実パワー上限値Ｐｍを設定パワー上限値Ｐｋに一致させるべく、励起光発生装置２１の半導体レーザから出射する励起光のパワー値を調整する。
【００４７】
詳述すると、制御装置２４は、実パワー上限値Ｐｍと設定パワー上限値Ｐｋの偏差（＝Ｐｍ−Ｐｋ）を求め、その偏差に基づいて、励起光を出射する励起光発生装置２１に備えた半導体レーザに供給する駆動電流を算出する。制御装置２４は、算出した駆動電流を半導体レーザに供給するための制御信号ＳＧ３を生成し、該制御信号ＳＧ３を駆動装置２２に出力する。駆動装置２２は、この制御信号ＳＧ３に基づいて半導体レーザに算出した駆動電流を供給し励起光のパワーを制御して実パワー上限値Ｐｍを設定パワー上限値Ｐｋにする。
【００４８】
なお、実パワー上限値Ｐｍが設定パワー上限値Ｐｋと同じのときは、制御装置２４は、励起光のパワーを制御して実パワー上限値Ｐｍの調整のための処理は行わない。
また、制御装置２４は、実パワー上限値Ｐｍが設定パワー上限値Ｐｋより予め定められた下限基準値より小さいとき、目的のパワーが得られないとしてレーザマーキング装置１の部材が何らかの原因で劣化したと判断する。制御装置２４は、レーザマーキング装置１の部材が劣化したと判断すると、入力装置２３の表示パネルに設けた表示部２３ａにその旨を表示させるようになっている。なお、下限基準値は、予め試験等で求めた値であって、制御装置２４の記憶装置に予め記憶させている。
【００４９】
ヘッド部１０とコントロール部２０との間に接続された光ファイバ３０は、励起光発生装置２１に備えた半導体レーザから出射した励起光を伝搬し、ヘッド部１０のコリメータレンズ１１を介してレーザ発振器１２に出射する。従って、半導体レーザから出射した励起光は、離間したレーザ発振器１２に出射され、レーザ発振器１２は励起光に基づいて発振しレーザ光を出射する。
【００５０】
次に、上記のように構成した実施形態の効果を以下に記載する。
（１）本実施形態によれば、偏光ビームスプリッター１５を通過しないで反射する実反射レーザ光を検知する第１受光素子Ｓ１を設けたので、その時々の偏光ビームスプリッター１５を通過し加工対象物に照射される実通過レーザ光の実通過パワー値Ｐｓを求めることができる。
【００５１】
そして、求めた実通過パワー値Ｐｓと入力装置２３にて設定力した設定加工パワー値Ｐｏとを比較し、実通過パワー値Ｐｓが何らかの原因で設定加工パワー値Ｐｏと相違したとき、１／２波長板１４を回動制御して偏光ビームスプリッター１５に対する相対回動角を調整し、実通過パワー値Ｐｓを設定加工パワー値Ｐｏに一致させるようにした。従って、加工対象物Ｗに照射するレーザパワーを常に一定のパワーに維持することができ、常に同一品質のレーザ加工を加工対象物Ｗに施すことができる。
【００５２】
（２）また、本実施形態によれば、求めた実通過パワー値Ｐｓが入力装置２３から入力した設定加工パワー値Ｐｏより予め定められた基準値より開きが生じたとき、制御装置２４は、レーザマーキング装置１が何らかの原因で異常があると判断し、入力装置２３の表示パネルの表示部２３ａにその旨を表示した。従って、ユーザは、入力装置２３の表示部２３ａを見て、レーザマーキング装置１の異常を、即座に確認できる。
【００５３】
（３）上記実施形態によれば、第３全反射ミラー１３ｃを反射しないで、そのまま透過する僅かなレーザ光のパワーを検知する第２受光素子を設けたので、その時々のレーザ発振器１２からから出射された実パワー上限値Ｐｍを求めることができる。
【００５４】
そして、求めた実パワー上限値Ｐｍと入力装置２３にて設定した設定パワー上限値Ｐｋとを比較し、実パワー上限値Ｐｍが何らかの原因で設定パワー上限値Ｐｋと相違したとき、励起光発生装置２１の半導体レーザから出射する励起光のパワー値を調整して、レーザ光の実パワー上限値Ｐｍを設定パワー上限値Ｐｋに一致させるようにした。
【００５５】
従って、加工対象物Ｗに照射するレーザパワーを常に一定のパワーに維持することができ、常に同一品質のレーザ加工を加工対象物Ｗに施すことができる。
（４）また、本実施形態によれば、求めた実パワー上限値Ｐｍが設定パワー上限値Ｐｋより予め定められた下限基準値より小さくなったとき、制御装置２４は、レーザマーキング装置１の部材が何らかの原因で劣化したと判断し、入力装置２３の表示パネルに設けた表示部２３ａにその旨を表示した。従って、ユーザは、入力装置２３の表示部２３ａを見て、レーザマーキング装置１が劣化したことを、即座に確認できる。
【００５６】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、レーザ光を加工対象物Ｗに照射してレーザ加工を行っている時々に、レーザパワーの調整をフィードバック制御した。これを、レーザ加工を開始する前に、レーザ発振器１２を発振させ第１受光素子Ｓ１及び第２受光素子Ｓ２からの検出信号に基づいて、設定加工パワー値Ｐｏになるように事前に調整した後に、レーザ加工を開始するようにして実施してもよい。
【００５７】
・上記実施形態では、偏光ビームスプリッター１５を通過する実通過レーザ光を一方のレーザ光として加工対象物Ｗに照射し、偏光ビームスプリッター１５を反射する実反射レーザ光を他方のレーザ光として第１受光素子Ｓ１に受光させたが、これを反対にして、実反射レーザ光を加工対象物Ｗに照射し、実通過レーザ光を第１受光素子Ｓ１に受光させて実施してもよい。
【００５８】
・上記実施形態では、偏光ビームスプリッター１５を反射する実反射レーザ光を他方のレーザ光として第１受光素子Ｓ１に受光させた。これを偏光ビームスプリッター１５を通過した実通過レーザ光の実通過レーザ光の一部を取り出す分割手段（ハーフミラー、ビームスプリッタ、部分透過ミラー、部分反射ミラー等）を設け、その分割手段から取り出した実通過レーザ光の一部を第１受光素子Ｓ１で受光するようにして実施してもよい。
【００５９】
・上記実施形態では、１／２波長板１４を偏光ビームスプリッター１５に対して回動させるようにしたが、偏光ビームスプリッター１５を１／２波長板１４に対して回動させるように実施してもよい。
【００６０】
・上記実施形態では、波長板として１／２波長板１４を用いたが、他の波長板、例えば１／４波長板等を用いて実施してもよい。この場合、１／４波長板を０度〜９０度の範囲で回転させることで、レーザ発振器１２から出射されるレーザ光のパワーを０％〜１００％の間で変更される。
【００６１】
・上記実施形態では、第２受光素子は第３全反射ミラー１３ｃの僅かな透過光を検知したが、これを、第１又は第２全反射ミラー１３ａ，１３ｂの僅かな透過光を検知するようにして実施してもよい。
【００６２】
・上記実施形態では、１／２波長板１４と偏光ビームスプリッター１５を、第３全反射ミラー１３ｃとガルバノミラー１６との間に設けた。これを、第１全反射ミラー１３ａと第２全反射ミラー１３ｂと間に設けたり、第２全反射ミラー１３ｂと第３全反射ミラー１３ｃと間に設けて実施してもよい。
【００６３】
・上記実施形態では、ヘッド部１０にレーザ発振器１２を設けたが、レーザ発振器１２をコントロール部２０に設けても良い。この場合、光ファイバ３０は、コントロール部２０に設けたレーザ発振器１２が出射したレーザ光を、ヘッド部１０に設けた例えば第１全反射ミラー１３ａに出射することになる。
【００６４】
・上記実施形態では、表示部２３ａに異常、及び、劣化を表示するようにしたが、ブザーで知らせたり、音声で知らせるようにしてもよい。また、制御装置２４が算出したその時々の実パワー上限値Ｐｍ及び実通過パワー値Ｐｓを、表示部２３ａに表示するようにしてもよい。
【００６５】
・上記実施形態では、本発明のレーザ加工装置をレーザマーキング装置に具体化したが、例えば、加工対象物の表面に溝を形成するレーザ加工装置等に応用してもよい。この場合、常に、加工対象物に均一な深さの溝を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本実施形態のレーザマーキング装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００６７】
１…レーザマーキング装置、１０…ヘッド部、１１…コリメータレンズ、１２…レーザ発振器、１３ａ…第１全反射ミラー、１３ｂ…第２全反射ミラー、１３ｃ…第３全反射ミラー、１４…１／２波長板、１５…偏光ビームスプリッター、１６…ガルバノミラー、１７…収束レンズ、１８…回動装置、２０…コントロール部、２１…励起光発生装置、２２…駆動装置、２３…入力装置、２３ａ…表示部、２４…制御装置、３０…光ファイバ、Ｐｋ…設定パワー上限値、Ｐｏ…設定加工パワー値、Ｐｍ…実パワー上限値、Ｐｍｓ…パワー値、Ｐｓ…実通過パワー値、Ｐｒ…実反射パワー値、Ｓ１…第１受光素子、Ｓ２…第２受光素子、Ｗ…加工対象物。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から入射したレーザ光のうち、予め定めた偏光方向の光を出射させる光通過手段と、
前記レーザ発振器と前記光通過手段との相対的な回動角度を変更する角度変更手段と
を備えたレーザ加工装置であって、
前記光通過手段からのレーザ光の一部を受光する第１受光手段と、
前記第１受光手段の受光量に基づいて、前記角度変更手段を駆動して前記レーザ発振器と前記光通過手段との相対的な回動角度を調整する角度微調整制御手段と
を設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記第１受光手段は、前記光通過手段から通過又は反射するレーザ光のいずれか一方を受光することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記レーザ発振器がレーザ光を出射する前に、前記レーザ発振器から出射するレーサ光の相対的パワーを設定する外部操作可能なレーザパワー設定手段と
前記レーザパワー設定手段にて設定した相対的パワーの設定量に基づいて、前記レーザ発振器がレーザ光を出射する前に、前記角度変更手段を駆動させて前記相対的な回動角度を変化させ、加工対象物に照射される前記光通過手段で通過または反射する一方の前記レーザ光のパワーを調整するパワー調整制御手段と
を備え、
前記角度微調整制御手段は、
加工前に前記レーザ発振器からレーザ光を出射させた状態であって、前記光通過手段で通過または反射する一方の前記レーザ光が加工対象物に照射される前に、前記第１受光手段の受光量に基づいて、前記一方のレーザ光のパワーが前記レーザパワー設定手段により設定した設定量になるように、前記角度変更手段を駆動して前記レーザ発振器と前記光通過手段との相対的な回動角度を調整することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ加工装置において、
前記レーザ発振器と前記光通過手段との間に配設され、前記レーザ発振器からのレーザ光を前記光通過手段側へ導くとともに、このレーザ光の一部を前記光通過手段側とは別方向に分岐する分岐手段と、
前記一部のレーザ光を受光する第２受光手段と、
前記第２受光手段の受光量に基づいて、前記レーザ発振器から出射されるレーザ光の予め設定された基準レーザ出力値になるように、前記レーザ発振器への駆動信号を調整するレーザ駆動制御手段と
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ加工装置において、
少なくとも前記第１受光手段、及び、前記第２受光手段を収容するヘッドユニットと、
前記ヘッドユニットに、励起光又はレーザ光を伝搬させる光ファイバと
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれ１つに記載のレーザ加工装置において、
前記第１受光手段の受光量が、予め設定された前記設定量に対応する受光量に対して所定量以上の開きがあった場合には、レーザパワーの異常と判断して報知手段にて報知させるエラー報知制御手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれ１つに記載のレーザ加工装置において、
前記第２受光手段の受光量が、予め設定された下限基準値を下回った場合には、レーザ劣化と判断して表示手段に劣化を出力するレーザ劣化検知制御手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から入射したレーザ光のうち、予め定めた偏光方向の光を出射させる光通過手段と、
前記レーザ発振器と前記光通過手段との相対的な回動角度を変更する角度変更手段と
を備えたレーザ加工装置であって、
前記光通過手段からのレーザ光の一部を受光する第１受光手段と、
前記第１受光手段の受光量に基づいて、前記角度変更手段を駆動して前記レーザ発振器と前記光通過手段との相対的な回動角度を調整する角度微調整制御手段と
を設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記第１受光手段は、前記光通過手段から通過又は反射するレーザ光のいずれか一方を受光することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記レーザ発振器がレーザ光を出射する前に、前記レーザ発振器から出射するレーサ光の相対的パワーを設定する外部操作可能なレーザパワー設定手段と
前記レーザパワー設定手段にて設定した相対的パワーの設定量に基づいて、前記レーザ発振器がレーザ光を出射する前に、前記角度変更手段を駆動させて前記相対的な回動角度を変化させ、加工対象物に照射される前記光通過手段で通過または反射する一方の前記レーザ光のパワーを調整するパワー調整制御手段と
を備え、
前記角度微調整制御手段は、
加工前に前記レーザ発振器からレーザ光を出射させた状態であって、前記光通過手段で通過または反射する一方の前記レーザ光が加工対象物に照射される前に、前記第１受光手段の受光量に基づいて、前記一方のレーザ光のパワーが前記レーザパワー設定手段により設定した設定量になるように、前記角度変更手段を駆動して前記レーザ発振器と前記光通過手段との相対的な回動角度を調整することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ加工装置において、
前記レーザ発振器と前記光通過手段との間に配設され、前記レーザ発振器からのレーザ光を前記光通過手段側へ導くとともに、このレーザ光の一部を前記光通過手段側とは別方向に分岐する分岐手段と、
前記一部のレーザ光を受光する第２受光手段と、
前記第２受光手段の受光量に基づいて、前記レーザ発振器から出射されるレーザ光の予め設定された基準レーザ出力値になるように、前記レーザ発振器への駆動信号を調整するレーザ駆動制御手段と
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ加工装置において、
少なくとも前記第１受光手段、及び、前記第２受光手段を収容するヘッドユニットと、
前記ヘッドユニットに、励起光又はレーザ光を伝搬させる光ファイバと
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれ１つに記載のレーザ加工装置において、
前記第１受光手段の受光量が、予め設定された前記設定量に対応する受光量に対して所定量以上の開きがあった場合には、レーザパワーの異常と判断して報知手段にて報知させるエラー報知制御手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれ１つに記載のレーザ加工装置において、
前記第２受光手段の受光量が、予め設定された下限基準値を下回った場合には、レーザ劣化と判断して表示手段に劣化を出力するレーザ劣化検知制御手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【図１】
【公開番号】特開２００９−２６２２２４（Ｐ２００９−２６２２２４Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１８２８４（Ｐ２００８−１１８２８４）
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【出願人】（０００１０６２２１）サンクス株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【出願人】（０００１０６２２１）サンクス株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
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