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JPH0526596B2 - - Google Patents
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JPH0526596B2 - - Google Patents

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JPH0526596B2
JPH0526596B2 JP60012104A JP1210485A JPH0526596B2 JP H0526596 B2 JPH0526596 B2 JP H0526596B2 JP 60012104 A JP60012104 A JP 60012104A JP 1210485 A JP1210485 A JP 1210485A JP H0526596 B2 JPH0526596 B2 JP H0526596B2
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JP
Japan
Prior art keywords
optical system
workpiece
mask
laser
laser beam
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP60012104A
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Japanese (ja)
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JPS61172695A (en
Inventor
Ken Ishikawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS61172695A publication Critical patent/JPS61172695A/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は被加工物の表面に文字、図形などの
パターンを加工するレーザー加工装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a laser processing device for processing patterns such as letters and figures on the surface of a workpiece.

〔発明の技術的背景とその問題点〕 被加工物の表面に文字や図形などの特定のパタ
ーンを加工するには、従来種々のものが開発され
ている。その一つに、被加工物上に所定のパター
ンを打抜いた金属板からなるマスクを載置し、こ
のマスクの上方からレーザビームを走査させ、上
記マスクを透過したレーザビームを被加工物面に
照射しパターンに応じた加工を行なうものがあ
る。しかし、この場合には上記マスクを被加工物
面と密着させる必要があるので被加工物面に凹凸
がある場合には鮮明なパターンを加工することが
できない。
[Technical background of the invention and its problems] Various methods have been developed in the past for processing specific patterns such as letters and figures on the surface of a workpiece. In one method, a mask made of a metal plate with a predetermined pattern punched out is placed on the workpiece, a laser beam is scanned from above the mask, and the laser beam that has passed through the mask is directed onto the workpiece surface. There are some types that process according to the pattern by irradiating it. However, in this case, it is necessary to bring the mask into close contact with the surface of the workpiece, so if the surface of the workpiece has irregularities, it is not possible to process a clear pattern.

また、集光したレーザビームを所定のプログラ
ムにしたがつてマスク上に照射し、照射部分をパ
ターンに応じて加工する方法も実用化されている
が、集光ビームを走査するので大面積の加工には
長時間が必要になる。
In addition, a method has also been put into practical use in which a focused laser beam is irradiated onto a mask according to a predetermined program and the irradiated area is processed according to the pattern, but since the focused beam is scanned, large area processing is required. requires a long time.

また、別の方法としてマスクを透過したレーザ
ビームを集光光学系で被加工物に結像させ、被加
工物表面にパターンを加工する方法も実用化され
ているが、集光光学系の画角に制限されるので大
面積の加工ができない。
Another method that has been put into practical use is to form a pattern on the surface of the workpiece by focusing the laser beam that has passed through the mask onto the workpiece using a condensing optical system. Since it is limited to corners, it is not possible to process large areas.

このように、従来技術では、桁数の多い文字、
数字のマーキングを能率的に行なうことができな
いという欠点があつた。
In this way, in the conventional technology, characters with a large number of digits,
The disadvantage was that it was not possible to mark numbers efficiently.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的とするところは、大面積の加工を能
率的に行なうことができるレーザー加工装置を提
供しようとするものである。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a laser processing device that can efficiently process large areas.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

この発明においては、レーザ発振器から発振振
されるレーザビームを走査用光学系と反転結像光
学系とで構成された光学系により被加工物に加工
する特定のパターンを設けたマスクに対して走査
するように構成し上記目的を達成するようにした
ものである。
In this invention, a laser beam oscillated from a laser oscillator is scanned against a mask provided with a specific pattern to be processed into a workpiece by an optical system composed of a scanning optical system and an inverted imaging optical system. The present invention is configured to achieve the above object.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、この発明の一実施例を添付図面を参照し
て説明する。第1図において、1はレーザ発振器
で、光軸2を有するレーザビーム3を発振するよ
うになつている。このレーザビーム3はパルス式
のものでもCW発振光のいずれでもよい。レーザ
ビーム3の進行方向には走査用光学系としての反
射鏡4が傾斜して保持体5に固定されている。ま
た、この保持体5には上記反射鏡4から反射する
レーザビーム3を被加工物6の表面に反転結像さ
せ、被加工物6に文字や図形などのパターン7…
を刻設するため、3個の反射鏡8,9,10と集
光レンズ11とが配設され、これらは反転結像光
学系Pを構成している。上記保持体5の上部に
は、この保持体5を矢印Aに示すように上記レー
ザ発振器1が発振するレーザビーム3と平行する
ように移動させるための駆動機構12が設けられ
ている。この駆動機構12は右端に設けられたモ
ータ13に駆動されて正逆方向に回転自在の送り
ガイドネジ14の左端を軸受15により支持し、
この送りガイドネジ14にナツト16,16を螺
入し、このナツト16,16を保持体5に固定し
たものである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1, a laser oscillator 1 is adapted to oscillate a laser beam 3 having an optical axis 2. In FIG. This laser beam 3 may be either a pulsed type or a CW oscillation light. A reflecting mirror 4 serving as a scanning optical system is tilted in the traveling direction of the laser beam 3 and fixed to a holder 5. The holder 5 also forms an inverted image of the laser beam 3 reflected from the reflecting mirror 4 on the surface of the workpiece 6, and forms patterns 7, such as letters and figures, on the workpiece 6.
In order to engrave the image, three reflecting mirrors 8, 9, 10 and a condensing lens 11 are provided, and these constitute an inversion imaging optical system P. A drive mechanism 12 is provided on the upper part of the holder 5 for moving the holder 5 in parallel with the laser beam 3 oscillated by the laser oscillator 1 as shown by arrow A. This drive mechanism 12 supports the left end of a feed guide screw 14 which is rotatable in forward and reverse directions by a bearing 15 and is driven by a motor 13 provided at the right end.
Nuts 16, 16 are screwed into the feed guide screw 14, and the nuts 16, 16 are fixed to the holder 5.

上記反射鏡4において反射したレーザビーム3
の光路にはこの光軸2と直交してマスク17が図
示しない装置本体に固定されている。このマスク
17は不透明体からなり、上記被加工物6に刻設
されるパターンに応じた透孔または透明部からな
る透過部18…が形成されている。そして、この
マスク17の上記透過部18…により形成された
パターンと被加工物6に刻設されるパターン7と
はその像結倍率を1:1となるように上記反転結
像光学系が配設されている。この実施例において
は、上記マスク17と被加工物6の光路長の中間
に集光レンズ11が位置決めされている。
Laser beam 3 reflected by the reflecting mirror 4
A mask 17 is fixed to the main body of the apparatus (not shown) in the optical path perpendicular to the optical axis 2. The mask 17 is made of an opaque material, and has transparent portions 18 formed of through holes or transparent portions corresponding to the pattern engraved on the workpiece 6. The inverted imaging optical system is arranged so that the pattern formed by the transparent portions 18 of the mask 17 and the pattern 7 engraved on the workpiece 6 have an imaging magnification of 1:1. It is set up. In this embodiment, the condenser lens 11 is positioned midway between the optical path lengths of the mask 17 and the workpiece 6.

上記のように構成されたレーザー加工装置にお
いてレーザ発振器1からレーザビーム3を発振さ
せると、このレーザビーム3は反射鏡4において
反射され、マスク17の透過部18…を通過し、
奇数個(実施例では3個)の反射鏡8,9および
10で左右対称に反転されて集光レンズ11に入
射する。この集光レンズ11から出射したレーザ
ビーム3は被加工物6の表面に1:1の像倍率で
マスク17の実像を形成する。つぎに、保持体5
をモータ13を回転させることにより矢印Aが示
すように移動させると、走査用光学系としての反
射鏡4と反転結像光学系としての反射鏡8,9,
10および集光レンズ11を保持体5とともに一
体となり矢印Aが示すように水平に移動し、レー
ザビーム3をマスク17の左方向の透過部18に
照射し、その像を被加工物6の表面に結像させ、
パターンを刻設する。このように、反射鏡8,9
および10で左右対称に1度反転され、さらに集
光レンズ11で再度反転されるので走査方向Aに
対してはマスク17の像と被加工物6の表面に結
像された像とが対向し、紙面に垂直方向のみ反転
したものとなつているので、反転結像光学系を水
平方向に左方に移動させても被加工物6上の像は
静止したままで、レーザビーム3がマスク17を
透過した部分のみが被加工物6の表面を蒸発もし
くは溶融させて加工して行く。上記のような走査
方式で加工すると、マスク17に形成した透過部
18…に応じて被加工物6にパターン7が加工さ
れるとともに、レーザビーム3がマスク17の全
面を同時に照射しなくても、一部分ずつ照射する
ことにより広い面積のマスク17に被加工物6の
表面にパターンを刻設することができる。また、
レーザビーム3を矢印A方向と直交する方向すな
わち、紙面と直交する方向にも走査させればレー
ザビーム3の幅と走査ストロークの大きさで決ま
る比較的広い面積のマスク17を透過させて被加
工物6の表面にパターン7を加工することができ
る。実用的には製品のロツト番号や自動車の車体
番号など数行で、しかも多数文字のマーキングを
必要とする場合には、レーザビーム3の断面積が
数行の高さだけあれば、文字数が多数であつて
も、その方向に走査すればよい。
When the laser beam 3 is oscillated from the laser oscillator 1 in the laser processing apparatus configured as described above, the laser beam 3 is reflected by the reflecting mirror 4, passes through the transparent part 18 of the mask 17,
The light is symmetrically reversed by an odd number (three in the embodiment) of reflecting mirrors 8, 9 and 10, and then enters the condenser lens 11. The laser beam 3 emitted from the condenser lens 11 forms a real image of the mask 17 on the surface of the workpiece 6 at an image magnification of 1:1. Next, the holding body 5
When the is moved as shown by arrow A by rotating the motor 13, the reflecting mirror 4 as a scanning optical system and the reflecting mirrors 8, 9, as an inversion imaging optical system are moved.
10 and the condenser lens 11 are integrated with the holder 5 and moved horizontally as shown by the arrow A, and the laser beam 3 is irradiated to the transparent part 18 on the left side of the mask 17, and the image is projected onto the surface of the workpiece 6. to form an image,
Engraving a pattern. In this way, the reflecting mirrors 8, 9
Since the image of the mask 17 and the image formed on the surface of the workpiece 6 are opposite to each other in the scanning direction A, the images are reversed once symmetrically at 10 and 10, and then reversed again at the condenser lens 11. , the image on the workpiece 6 remains stationary even if the inverted imaging optical system is moved horizontally to the left, and the laser beam 3 is inverted only in the direction perpendicular to the plane of the paper. Only the portion that passes through the surface of the workpiece 6 is evaporated or melted and processed. When processing using the scanning method described above, the pattern 7 is processed on the workpiece 6 according to the transparent parts 18 formed on the mask 17, and the laser beam 3 does not irradiate the entire surface of the mask 17 at the same time. By irradiating portions one by one, a pattern can be engraved on the surface of the workpiece 6 using the mask 17 over a wide area. Also,
If the laser beam 3 is also scanned in a direction perpendicular to the direction of arrow A, that is, in a direction perpendicular to the paper surface, the workpiece will be processed by passing through the mask 17, which has a relatively wide area determined by the width of the laser beam 3 and the size of the scanning stroke. A pattern 7 can be processed on the surface of the object 6. Practically speaking, if marking is required in several lines and with many characters, such as product lot numbers or car body numbers, the cross-sectional area of the laser beam 3 should be only a few lines high. Even if it is, it is sufficient to scan in that direction.

また、レーザとしてCO2レーザなどの高ピーク
出力のレーザビーム3を使用すれば複数パルスを
用い、走査しながらマスク17を万遍なく照射す
るという方法をとれば長方形の領域にマーキング
を設けることができる。
Furthermore, if a laser beam 3 with a high peak output such as a CO 2 laser is used as the laser, marking can be made in a rectangular area by using multiple pulses and uniformly irradiating the mask 17 while scanning. can.

つぎに、第1図の同一構成部分に同一の符号を
付けた第2図はこの発明の第2の実施例を示し、
集光レンズ11に代つて、凹面鏡21を用いたも
のであり、これによりコストダウンを図ることが
できる。
Next, FIG. 2, in which the same components in FIG. 1 are given the same reference numerals, shows a second embodiment of the present invention,
A concave mirror 21 is used in place of the condensing lens 11, thereby reducing costs.

また、第1図の同一構成部分に同一符号を付け
た第3図はこの発明の第3の実施例を示し、マス
ク17の大きさと被加工物6のパターン7の大き
さの比を1:1とせず、変化させたものである。
そして、反転結像光学系Pとして反射鏡10およ
び集光レンズ11を廃止し、これらの代わりに凹
面鏡22が設けられている。また、マスク17と
被加工物6とをそれぞれモータ22および23に
よりレーザ発振器1から発振されるレーザビーム
3に平行に同期して走査させるようにしたもの
で、この実施例においては、マスク17のパター
ンを被加工物6の表面に縮小投影し、その倍率比
に応じてマスク17と被加工物6の走査スピード
を設定する。すなわち、マスク17のスピードを
v1、被加工物6のスピードをv2とし、倍率比を
1/Mとすると、v1:v2=M:1のようにv1,v2
を設定すればよい。またM倍に拡大するには、
v1:v2=1:Mとなるようにv1,v2を設定すれば
よい。
Further, FIG. 3, in which the same components in FIG. 1 are given the same reference numerals, shows a third embodiment of the present invention, in which the ratio of the size of the mask 17 to the size of the pattern 7 of the workpiece 6 is 1:1. It is not set to 1, but is changed.
The reflecting mirror 10 and the condensing lens 11 are eliminated from the inversion imaging optical system P, and a concave mirror 22 is provided in their place. Further, the mask 17 and the workpiece 6 are scanned by motors 22 and 23, respectively, parallel to and synchronously with the laser beam 3 emitted from the laser oscillator 1. The pattern is reduced and projected onto the surface of the workpiece 6, and the scanning speed of the mask 17 and the workpiece 6 is set according to the magnification ratio. In other words, the speed of the mask 17 is
v 1 , the speed of the workpiece 6 is v 2 , and the magnification ratio is 1/M, then v 1 , v 2 as v 1 :v 2 =M: 1
All you have to do is set . Also, to enlarge by M times,
It is sufficient to set v 1 and v 2 so that v 1 :v 2 =1:M.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、この発明においては、被
加工物の表面に数字、文字などのパターンを刻設
するのに走査用光学系と反転結像光学系とを用
い、結像を反転させて走査するので、レーザビー
ムの直径が小さいビームであつても大面積の加工
パターンを被加工物上に加工することができるよ
うになり、マーキングや彫刻などのレーザ加工に
適用することができるという効果がある。
As explained above, in this invention, a scanning optical system and an inversion imaging optical system are used to inscribe patterns such as numbers and letters on the surface of a workpiece, and the imaging is inverted and scanned. Therefore, even if the diameter of the laser beam is small, it is possible to process a large-area processing pattern on the workpiece, and the effect is that it can be applied to laser processing such as marking and engraving. be.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例を示す縦断側面
図、第2図は同じくこの発明の第2の実施例を示
す縦断側面図、第3図は同じくこの発明の第3の
実施例を示す縦断側面図である。 1…レーザ発振器、2…光軸、3…レーザビー
ム、4…反射鏡(走査用光学系)、5…保持体、
6…被加工物、7…パターン、P…反転結像光学
系、12…駆動装置。
FIG. 1 is a longitudinal side view showing one embodiment of the invention, FIG. 2 is a longitudinal side view showing a second embodiment of the invention, and FIG. 3 is a third embodiment of the invention. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Laser oscillator, 2...Optical axis, 3...Laser beam, 4...Reflector (scanning optical system), 5...Holder,
6... Workpiece, 7... Pattern, P... Inversion imaging optical system, 12... Drive device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 レーザ発振器と、このレーザ発振器から発振
されるレーザビームの光路に設けられたビーム入
射側に被加工物に刻設するパターンが穿設された
マスクと、このマスクのパターンを介して上記レ
ーザビームを走査する走査用光学系と、この走査
用光学系が走査したパターン像を光軸に対し反転
結像する反転結像光学系と、これら走査用光学系
と反転結像光学系とを保持する保持体と、この保
持体を上記被加工物の加工面に沿つて移動させる
駆動機構とから構成されるレーザ加工装置。 2 反転結像光学系と走査用光学系とを一体で反
転結像光学系の反転方向に走査することを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載のレーザ加工装
置。 3 反転結像光学系はレンズもしくは凹面鏡を含
む奇数枚の反射鏡からなることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載のレーザ加工装置。 4 マスクと被加工物とを結像倍率に応じた走査
速度で結像反転方向に同期して走査することを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載のレーザ加工
装置。
[Scope of Claims] 1. A laser oscillator, a mask provided in the optical path of a laser beam emitted from the laser oscillator and having a pattern engraved on a workpiece on the beam incidence side, and a pattern of this mask. a scanning optical system that scans the laser beam through the scanning optical system; an inversion imaging optical system that inverts and forms a pattern image scanned by this scanning optical system with respect to the optical axis; A laser processing device comprising a holder that holds an optical system and a drive mechanism that moves the holder along the processing surface of the workpiece. 2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the inversion imaging optical system and the scanning optical system are integrated to scan in the inversion direction of the inversion imaging optical system. 3. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the inversion imaging optical system comprises an odd number of reflecting mirrors including lenses or concave mirrors. 4. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the mask and the workpiece are scanned in synchronization with the image reversal direction at a scanning speed corresponding to the imaging magnification.
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