JP2001334374A - 樹脂成形品へのレーザ加飾の制御方法及びその装置 - Google Patents
樹脂成形品へのレーザ加飾の制御方法及びその装置Info
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Abstract
際のレーザ条件を簡単に目的とする表面粗さ、発色度と
なるように再設定できる。 【解決手段】 樹脂成形品1の表面にレーザ加工を施す
ことにより文字や模様を加工する工程と、前記樹脂成形
品1の表面のレーザ加工部2の表面粗さを計測する工程
と、得られた表面粗さが目標とする表面粗さと等しくな
るようにレーザ照射のドット3のエネルギー密度を変化
させる工程と、前記目標の表面粗さを満たしたレーザ加
工部2の発色度を計測する工程と、得られた発色度が目
標の発色度と等しくなるようにレーザ照射のドット3の
密度を変化させる工程からなる。
Description
にレーザ加工を施すことにより文字や模様を加工する樹
脂成形品へのレーザ加飾の制御方法及びその装置に関す
るものである。
接レーザ加工することにより文字や模様を加工する工程
において、レーザ加工部の発色度を計測して、あらかじ
め実験的に得られたデータに基づいてレーザ加工条件を
変化させ、レーザ加工部の発色度及び表面粗さを制御し
ていた。つまり、ある樹脂成形品の基材を例に取ると、
レーザのエネルギーと、樹脂成形品の基材色と色差との
関係、及び、レーザのエネルギーと樹脂成形品の基材の
表面粗さとの関係は図10のような関係となっており、
色及び表面粗さの両方を満たすように実験によりデータ
を求め、このデータに基づいてレーザ加工条件を設定し
て樹脂成形品へのレーザ加飾を行っていた。
は、材料ロットが異なる場合や、新材料を使用する場合
はレーザ条件に対するレーザ加飾特性を測定し直す必要
があり、この場合、材料ロットが異なる場合や、新材料
毎に図10のグラフにおけるレーザのエネルギーと、樹
脂成形品の基材色と色差との関係、及び、レーザのエネ
ルギーと樹脂成形品の基材の表面粗さとの関係を実験に
より新たに求め、その材料に応じた色及び表面粗さの両
方を満たす加工条件を求める必要があり、このため、量
産時の材料ロットの変更時や、新材料を使用する際のレ
ーザ条件設定に時間がかかるという問題があった。
みてなされたものであり、材料ロットが異なる場合や新
材料を使用する際のレーザ条件を簡単に目的とする表面
粗さ、発色度となるように再設定できる樹脂成形品への
レーザ加飾の制御方法及びその装置を提供することを課
題とするものである。
に本発明に係る樹脂成形品へのレーザ加飾の制御方法
は、樹脂成形品1の表面にレーザ加工を施すことにより
文字や模様を加工する工程と、前記樹脂成形品1の表面
のレーザ加工部2の表面粗さを計測する工程と、得られ
た表面粗さが目標とする表面粗さと等しくなるようにレ
ーザ照射のドット3のエネルギー密度を変化させる工程
と、前記目標の表面粗さを満たしたレーザ加工部2の発
色度を計測する工程と、得られた発色度が目標の発色度
と等しくなるようにレーザ照射のドット3の密度を変化
させる工程からなることを特徴とするものである。この
ような方法を採用することで、樹脂成形品1の材料ロッ
トが異なる場合や新材料を使用する際、先ず樹脂成形品
1の表面に予備的にレーザ加工をし、その後、レーザ照
射のドット3のエネルギー密度を変化させることで目標
とする表面粗さとし、その後、レーザ照射のドット3の
密度を変化させることで目標とするする発色度となるよ
うにレーザ加工条件を調整できるものであり、レーザ加
工条件の再設定が容易に行えることになる。
射面積を変化させることでドット3のエネルギー密度を
変化させることが好ましい。このような方法を採用する
ことで、レーザの照射面積を変化さてエネルギー密度の
微調整をおこなうことができるものである。
化させることによりレーザの照射面積を変化させること
が好ましい。このような方法を採用することで、レンズ
4から加工面までの距離を変化させてエネルギー密度を
微調整できるものである。
ーザビームの広がり角を変化させることによりレーザの
照射面積を変化させることが好ましい。このような方法
を採用することで、エキスパンダー倍率を変化させてエ
ネルギー密度を微調整できるものである。
エネルギーを変化させることによりドット3のエネルギ
ー密度を変化させることが好ましい。このような方法を
採用することで、ドット3の形状を変化させることなく
エネルギー密度を変化させることができるものである。
を変化させることによりドット3のエネルギー密度を変
化させることが好ましい。このような方法を採用するこ
とで、光学系の調整によって単位時間当たりのパルスエ
ネルギーを変化させてレーザの出力を安定させることが
できるものである。
よりパルスエネルギーを変化させることが好ましい。こ
のような方法を採用することで、パルス周波数を変える
ことで、レーザ加工スピードを変化させることができる
ものである。
よりドット3の密度を変化させることが好ましい。この
ような方法を採用することで、ドット3の間隔を変化さ
せることで色の微調整ができるものである。
ドット3を追加形成することによりドット3の密度を増
加させることが好ましい。このような方法を採用するこ
とで、色が薄い場合に不良品とするのではなく、ドット
3を追加形成することによりドット3の密度を増加させ
て色の調整をすることができるものである。
の制御装置は、樹脂成形品1の表面にレーザ加工を施す
ことにより文字や模様を加工する手段と、前記樹脂成形
品1の表面のレーザ加工部2の表面粗さを計測する手段
と、得られた表面粗さが目標とする表面粗さと等しくな
るようにレーザ照射のドット3のエネルギー密度を変化
させる手段と、前記目標の表面粗さを満たしたレーザ加
工部2の発色度を計測する手段と、得られた発色度が目
標の発色度と等しくなるようにレーザ照射のドット3の
密度を変化させる手段から成ることを特徴とするもので
ある。このような構成とすることで、材料ロットが異な
る場合や、新材料を使用する際のレーザ条件の再設定が
簡単に行えるものである。
施形態に基づいて説明する。
示してあり、レーザ加飾装置5は樹脂成形品1の表面に
レーザ加工を施すことにより文字や模様を加工する手段
を有しており、文字や模様を加工する手段はYAGレー
ザのようなレーザ発生装置6、レーザ発生装置6で発生
させたレーザビームを照射対象物である樹脂成形品1に
照射するための照射部7を有している。また、照射部7
にはレーザビームの広がり角を調整するためのエキスパ
ンダー8、レンズ4を備えている。制御部9からの制御
信号により電源装置10から電源がレーザ発生装置6に
供給されると共にレーザ発生装置6におけるレーザ発生
が制御され、また、制御部9からの制御信号により照射
部7がスキャンして樹脂成形品1の表面にレーザビーム
を照射して樹脂成形品1の表面にレーザ加工を施すこと
により文字や模様を加工するようになっている。
Lの照射部7よりも下流側に樹脂成形品1の表面のレー
ザ加工部2の表面粗さを計測する手段、レーザ加工部2
の発色度を計測する手段が配置してある。表面粗さを計
測する手段は例えば非接触式の三次元粗さ測定器11に
より構成してあり、また、レーザ加工部2の発色度を計
測する手段は測色計12により構成してある。更に、レ
ーザ加飾装置5には後述のレーザ照射のドット3のエネ
ルギー密度を変化させる手段、レーザ照射のドット3の
密度を変化させる手段が設けてある。
脂成形品1の表面にレーザ加工を施して文字や模様を形
成するのであるが、材料ロットが異なる場合や新材料を
使用する際のレーザ条件を簡単に目的とする表面粗さ、
発色度となるように再設定しレーザ加工を行う必要があ
る。
が異なる場合や新材料を使用する際、加飾加工ラインL
を流れてくる樹脂成形品1にレーザ発生装置6において
レーザを発生させ、照射部7から照射してレーザ加工を
しようとする樹脂成形品1の表面に予備的にレーザ加工
を施して文字や模様の加工を行う。その後、この予備的
にレーザ加工した樹脂成形品1の表面のレーザ加工部2
の表面粗さを表面粗さを計測する手段である非接触式の
三次元粗さ測定器11により計測する。次に、後から流
れてくる樹脂成形品1にレーザ照射をする際にエネルギ
ー密度を変化させる手段によりエネルギー密度を変化さ
せて照射し、表面粗さを目標とする表面粗さと等しくな
るように制御する。このようにして目標の表面粗さにな
ると、次に、発色度を計測する手段である測色計12に
より前記目標の表面粗さを満たした樹脂成形品1のレー
ザ加工部2の発色度を計測し、次に流れてくる樹脂成形
品1に上記のような表面密度となるようにレーザ照射を
するに当たって、更に、レーザ照射のドット3の密度を
変化させる手段によりレーザ照射のドット3の密度を変
化させて、得られる発色度を目標の発色度と等しくなる
ように制御する。
品1の材料ロットが異なる場合や新材料を使用する際、
先ず樹脂成形品1の表面に予備的にレーザ加工をし、そ
の後、レーザ照射のドット3のエネルギー密度を変化さ
せることで目標とする表面粗さとし、その後、レーザ照
射のドット3の密度を変化させることで目標とするする
発色度となるようにレーザ加工条件を調整制御するもの
であり、このように表面粗さ、発色度を目標と等しくな
るように再設定する。その後、この再設定したレーザ加
工条件に基づいてレーザ発生装置6により加飾ラインL
を流れてくる材料ロットが異なる樹脂成形品1や新材料
の樹脂成形品1の表面にレーザ加工を施して文字や模様
を加飾するのである。
度を変化させるに当たっては、例えば、レーザ加工部2
におけるレーザの照射面積を変化させることでドット3
のエネルギー密度を変化させるものであり、レーザ加工
部2におけるレーザの照射面積を変化させるには図6
(a)→(b)のようにレンズ4から加工面13までの
距離を変化させることによりレーザの照射面積を変化さ
せたり、あるいは、図7(a)→(b)のようにエキス
パンダー8の倍率を変化させ、レーザビームの広がり角
を変化させることによりレーザの照射面積を変化させる
ものである。
せるに当たって、ドット3を形成するレーザのパルスエ
ネルギーを変化させることによりドット3のエネルギー
密度を変化させるようにしてもよいものである。この場
合。単位時間当たりのパルスエネルギーを変化させるこ
とによりレーザのパルスエネルギーを変化させたり、あ
るいは、パルス照射時間(パルス幅)を変化させること
によりパルスエネルギーを変化させるものである。単位
時間当たりのパルスエネルギーを変化させることにより
レーザのパルスエネルギーを変化させる場合、光学系の
調整により変化させることができてレーザの出力を安定
させることができるものであり、また、パルス照射時間
(パルス幅)を変化させることによりパルスエネルギー
を変化させるものにおいては、パルス周波数を変えるこ
とで、レーザ加工スピードを変化させることができるも
のである。
ば、ドット3の間隔を変化させることによりドット3の
密度を変化させるものであり、ドット3の間隔を変化さ
せて色の微調整ができるものである。
しては、発色度の低い一度加飾した部分に、ドット3を
追加形成することによりドット3の密度を増加させるよ
うにする。この場合には、色が薄い場合に不良品とする
のではなく、ドット3を追加形成することによりドット
3の密度を増加させて色の調整をすることができるもの
である。
(a)のようにレーザでドット3を形成し、ドット3を
密集させて加飾を施した。レーザ条件は、スキャン速度
が600mm/sec、パルス周波数が6kHz、加工
面の平均出力が1.8W、1パルスのエネルギーは0.
3mJ、ピークパワーは2kW、パルス幅が150ns
ecとした。レーザ加工部2は黒色に変化し、変色径は
83μmであり、ドット3間隔はレーザ走査及びレーザ
走査方向の直角方向が100μmとなった。レーザ加工
部2の表面粗さを非接触式の三次元粗さ測定器11を用
いて測定した。その結果、図2(b)に示すように粗面
粗さRpが5μmとなり、手でレーザ加工部2を触ると
ざらつき感を感じた。ざらつき感を感じないように、レ
ーザの光学系を調整することにより、1パルスのエネル
ギーを0.2mJまで低下させ、図2(d)に示すよう
に表面粗さを目標とする表面粗さRpを2μmにした。
つまり、図2(a)(b)に示す加工面の粗さを図2
(c)(c)に示すような目標とする表面粗さとにし
た。図2(a)(c)において符号20は表面粗さ測定
位置を示している。次に、目標の表面粗さに制御された
レーザ加工部2の発色度を測色計12(ミノルタ製分光
色計CM2002)を用いて測定した。測定エリア21
は直径8mmであるため、測定エリア21内の平均値を
求めた。レーザ加工部2(加飾部)とレーザ加工をして
いない非加飾部との色差ΔEが8であり、目標の色とす
るために、ドット3間隔を100μmから83μmまで
せばめて(つまり図3(a)→(b)にして)レーザ加
工部2(加飾部)とレーザ加工をしていない非加飾部と
の色差ΔEを11にした。
4(a)のようにレーザでドット3を形成し、ドット3
を密集させて加飾を施した。レーザ条件は、スキャン速
度が1200mm/sec、パルス周波数が6kHz、
加工面の平均出力が1.8W、1パルスのエネルギーは
0.3mJ、ピークパワーは2kW、パルス幅が150
nsecとした。レーザ加工部2は黒色に変化し、変色
径は83μmであり、ドット3間隔はレーザ走査及びレ
ーザ走査方向の直角方向が200μmとなった。レーザ
加工部2の表面粗さを非接触式の三次元粗さ測定器11
を用いて測定した。その結果、図4(b)に示すように
粗面粗さRpが5μmとなり、手でレーザ加工部2を触
るとざらつき感を感じた。ざらつき感を感じないよう
に、レンズ4と加工物であるABS樹脂成形品の表面と
の間の距離を130mmから85mmに変化させてスポ
ット径(レーザの照射面積の径)を125μmとし、図
4(d)に示すように表面粗さを目標とする表面粗さR
pを2μmにした。つまり、図4(a)(b)に示す加
工面の粗さを図4(c)(d)に示すような目標とする
表面粗さとにした。図4(a)(c)において符号20
は表面粗さ測定位置を示している。次に、目標の表面粗
さに制御されたレーザ加工部2の発色度をミノルタ製分
光色計CM2002を用いて測定した。測定エリア21
は直径8mmであるため、測定エリア21内の平均値を
求めた。レーザ加工部2(加飾部)とレーザ加工をして
いない非加飾部との色差ΔEが6であり、目標の色とす
るために、ドット2の隙間にパルスエネルギーが0.2
mJでスポット径100μmのドット2aを追加形成し
(つまり図5(a)→(b)にして)、レーザ加工部2
(加飾部)とレーザ加工をしていない非加飾部との色差
ΔEを11にした。
ザ照射面積(スポット径)を変えるに当たり、レンズ4
から加工面13までの距離(ワークディスタンス)を図
6(a)の130mmから図6(b)の83mmに変化
させることによりレーザのスポット径を83μmから1
25μmに変化させてレーザの照射面積を変えた。他は
上記実施例2と同じである。
ザ照射面積(スポット径)を変えるに当たり、図7
(a)のようにエキスパンダー8の倍率を4倍にした場
合焦点でのスポット径が83μmであったので、エキス
パンダー8の倍率を2倍にして焦点でのスポット径を1
25μmに変化させてレーザの照射面積を変えた。他は
上記実施例2と同じである。
ギー密度を変化させるに当たり、単位時間当たりのパル
スエネルギーを0.3mJから0.2mJに変化させて
図8(a)→(b)のようにピークパワーを2kWから
1.3kWに変化させることによりドット3のエネルギ
ー密度を変化させた。この場合のパルス幅は図8(a)
(b)いずれも同じで150nsecである。他は上記
実施例1と同じである。
ギー密度を変化させるに当たり、パルス照射時間(パル
ス幅)を図9(a)の150nsecから図9(b)の
100nsecに変化させることによりドット3のエネ
ルギー密度を変化させた。この場合、パルスエネルギー
のピークパワーは図9(a)(b)いずれも同じで2k
Wである。また、パルスエネルギーを変化させる際、下
記の表1に示すように、パルス幅を200nsecにし
た場合は周波数が8kHzとなり、ドット2間隔を83
μmにするために、666mm/secのスキャン速度
でおこなった。また、パルス幅を100nsecにした
場合は、周波数が4kHzとなり、ドット2間隔を83
μmにするために、333mm/secのスキャン速度
で行った。他は上記実施例1と同じである。
明にあっては、樹脂成形品の表面にレーザ加工を施すこ
とにより文字や模様を加工する工程と、前記樹脂成形品
の表面のレーザ加工部の表面粗さを計測する工程と、得
られた表面粗さが目標とする表面粗さと等しくなるよう
にレーザ照射のドットのエネルギー密度を変化させる工
程と、前記目標の表面粗さを満たしたレーザ加工部の発
色度を計測する工程と、得られた発色度が目標の発色度
と等しくなるようにレーザ照射のドットの密度を変化さ
せる工程からなるので、材料ロットが異なる場合や、新
材料を使用する際のレーザ条件の再設定が容易に行え、
時間が短縮できるものである。
記請求項1記載の発明の効果に加えて、レーザ加工部に
おけるレーザの照射面積を変化させることでドットのエ
ネルギー密度を変化させるので、レーザ面積を変化させ
ることで簡単にエネルギー密度の微調整ができるもので
ある。
記請求項2記載の発明の効果に加えて、レンズから加工
面までの距離を変化させることによりレーザの照射面積
を変化させるので、レンズから加工面までの距離を変化
させるという簡単な方法でエネルギー密度の微調整がで
きるものである。
記請求項2記載の発明の効果に加えて、エキスパンダー
倍率を変化させ、レーザビームの広がり角を変化させる
ことによりレーザの照射面積を変化させるので、エキス
パンダー倍率を変化させるという簡単な方法でエネルギ
ー密度の微調整ができるものである。
記請求項1記載の発明の効果に加えて、ドットを形成す
るレーザのパルスエネルギーを変化させることによりド
ットのエネルギー密度を変化させるので、ドットの形状
を変化させることなく簡単にエネルギー密度を変化させ
ることができるものである。
記請求項5記載の発明の効果に加えて、単位時間当たり
のパルスエネルギーを変化させることによりドットのエ
ネルギー密度を変化させるので、光学系の調整により変
化させることができ、レーザの出力を安定させることが
できるものである。
記請求項5記載の発明の効果に加えて、パルス照射時間
を変化させることによりパルスエネルギーを変化させる
ので、パルス周波数を変えることによりレーザ加工スピ
ードを変化させることができるものである。
記請求項1記載の発明の効果に加えて、ドットの間隔を
変化させることによりドットの密度を変化させるので、
ドットの間隔を変化させるという簡単な方法で色の微調
整ができるものである。
記請求項1記載の発明の効果に加えて、発色度の低い一
度加飾した部分に、ドットを追加形成することによりド
ットの密度を増加させるので、ドットを追加形成すると
いう簡単な方法で色の微調整ができるものである。
樹脂成形品の表面にレーザ加工を施すことにより文字や
模様を加工する手段と、前記樹脂成形品の表面のレーザ
加工部の表面粗さを計測する手段と、得られた表面粗さ
が目標とする表面粗さと等しくなるようにレーザ照射の
ドットのエネルギー密度を変化させる手段と、前記目標
の表面粗さを満たしたレーザ加工部の発色度を計測する
手段と、得られた発色度が目標の発色度と等しくなるよ
うにレーザ照射のドットの密度を変化させる手段から成
るので、材料ロットが異なる場合や新材料を使用する際
のレーザ条件の再設定が簡単な構成でできるものであ
る。
例を示す説明図である。
例を示す説明図である。
に他例を示す説明図である。
に他例を示す説明図である。
に求めるレーザのエネルギーと、樹脂成形品の基材色と
色差との関係、及び、レーザのエネルギーと樹脂成形品
の基材の表面粗さとの関係を示す一例のグラフである。
Claims (10)
- 【請求項1】 樹脂成形品の表面にレーザ加工を施すこ
とにより文字や模様を加工する工程と、前記樹脂成形品
の表面のレーザ加工部の表面粗さを計測する工程と、得
られた表面粗さが目標とする表面粗さと等しくなるよう
にレーザ照射のドットのエネルギー密度を変化させる工
程と、前記目標の表面粗さを満たしたレーザ加工部の発
色度を計測する工程と、得られた発色度が目標の発色度
と等しくなるようにレーザ照射のドットの密度を変化さ
せる工程からなることを特徴とする樹脂成形品へのレー
ザ加飾の制御方法。 - 【請求項2】 レーザ加工部におけるレーザの照射面積
を変化させることでドットのエネルギー密度を変化させ
ることを特徴とする請求項1記載の樹脂成形品へのレー
ザ加飾の制御方法。 - 【請求項3】 レンズから加工面までの距離を変化させ
ることによりレーザの照射面積を変化させることを特徴
とする請求項2記載の樹脂成形品へのレーザ加飾の制御
方法。 - 【請求項4】 エキスパンダー倍率を変化させ、レーザ
ビームの広がり角を変化させることによりレーザの照射
面積を変化させることを特徴とする請求項2記載の樹脂
成形品へのレーザ加飾の制御方法。 - 【請求項5】 ドットを形成するレーザのパルスエネル
ギーを変化させることによりドットのエネルギー密度を
変化させることを特徴とする請求項1記載の樹脂成形品
へのレーザ加飾の制御方法。 - 【請求項6】 単位時間当たりのパルスエネルギーを変
化させることによりドットのエネルギー密度を変化させ
ることを特徴とする請求項5記載の樹脂成形品へのレー
ザ加飾の制御方法。 - 【請求項7】 パルス照射時間を変化させることにより
パルスエネルギーを変化させることを特徴とする請求項
5記載の樹脂成形品へのレーザ加飾の制御方法。 - 【請求項8】 ドットの間隔を変化させることによりド
ットの密度を変化させることを特徴とする請求項1記載
の樹脂成形品へのレーザ加飾の制御方法。 - 【請求項9】 発色度の低い一度加飾した部分に、ドッ
トを追加形成することによりドットの密度を増加させる
ことを特徴とする請求項1記載の樹脂成形品へのレーザ
加飾の制御方法。 - 【請求項10】 樹脂成形品の表面にレーザ加工を施す
ことにより文字や模様を加工する手段と、前記樹脂成形
品の表面のレーザ加工部の表面粗さを計測する手段と、
得られた表面粗さが目標とする表面粗さと等しくなるよ
うにレーザ照射のドットのエネルギー密度を変化させる
手段と、前記目標の表面粗さを満たしたレーザ加工部の
発色度を計測する手段と、得られた発色度が目標の発色
度と等しくなるようにレーザ照射のドットの密度を変化
させる手段から成ることを特徴とする樹脂成形品へのレ
ーザ加飾の制御装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000155544A JP3705081B2 (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 樹脂成形品へのレーザ加飾の制御方法及びその装置 |
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- 2000-05-26 JP JP2000155544A patent/JP3705081B2/ja not_active Expired - Fee Related
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