JP2002137081A - レーザーマーキング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー光の焦点合わせ作業を容易に行い得
るようにする。 【解決手段】 レーザー光源１１からのレーザー光を収
束レンズ２４により収束して焦点を結ばせる。一方、調
整用光源１２から出射される可視光を二焦点レンズ２５
によって２つの焦点Ｆ１，Ｆ２を結ばせる。ここで、可
視光の焦点Ｆ１，Ｆ２は、レーザー光の焦点合わせ方向
に関して前後両側に位置するように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光の焦点
合わせを容易に行いうるようにしたレーザーマーキング
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】レーザ
ーマーキング装置は、被マーキング対象物上にレーザー
光を照射して文字・記号・図形等を描く。このため、こ
の種の装置では、レーザー光源から出射されるレーザー
光を収束レンズを通して被マーキング対象物上に焦点を
結んで微小なスポットを形成させることで、レーザー光
のエネルギー密度を高くするようにしている。したがっ
て、マーキングを行う際には被マーキング対象物上にレ
ーザー光が焦点を結ぶようにしなくてはならない。とこ
ろが、一般にマーキング装置に使用されるレーザー光は
赤外線等の不可視光であるからレーザー光のスポットを
直接に目で観察することができない。このため、焦点合
わせ作業は、設計された焦点位置に被マーキング対象物
が位置するように、作業者がメジャーなどを用いて、マ
ーキングヘッドと被マーキング対象物との間の距離を測
りながら調整しなくてはならず、作業性が悪いという問
題がある。このような焦点合わせ作業が不十分である
と、被マーキング対象物に照射されているレーザースポ
ットが大きくなると共にエネルギー密度が低くなるた
め、細い明確な線が描けなかったり、金属等の反射率の
高いものにはマーキングができなくなるという問題を生
ずる。

【０００３】一方、このような問題を避けるため、例え
ば特開平０６−１１４５８４に示されるように、集光レ
ンズの内部に中空部を形成し、ここに着色した冷却媒質
を循環させ、レーザー光が集光レンズを通過する際に着
色して焦点スポットを可視化するという技術も提案され
ている。

【０００４】しかしながら、たとえレーザー光を可視化
したとしても、マーキング装置に使用されるレーザー光
の焦点スポットの大きさは例えば数十μと非常に小さい
ため、作業者がレーザー光の焦点スポットを見ながらそ
れが最小の径となるようにぴったりと１点に合わせるこ
とは非常に困難であり、その焦点合わ作業に多大な時間
を要してしまうという問題があった。

【０００５】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、レーザー光の焦点合わせ作業を容
易に行いうるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの手段として、請求項１の発明は、レーザー光を出射
するレーザー光源と、このレーザー光源から出射される
レーザー光を収束させて被マーキング対象物上に焦点を
形成させる収束レンズとを備えたレーザーマーキング装
置において、可視光を出射する調整用光源と、この調整
用光源から出射される可視光を透過させることによって
第１及び第２の焦点を形成させる二焦点レンズとを設
け、前記二焦点レンズの前記第１及び第２の焦点を前記
収束レンズによるレーザー光の焦点合わせ方向に関して
前後に位置させるようにしたところに特徴を有する。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記二焦点レンズの前記第１及び第２の焦点を、前
記収束レンズによるレーザー光の焦点合わせ方向に関し
てそのレーザー光の焦点の前後に位置させたところに特
徴を有する。請求項３の発明は、請求項１または２の発
明において、レーザー光源からのレーザー光及び調整用
光源からの可視光は、一方がハーフミラーにより反射さ
れ、他方がその反射光と同軸になるようにハーフミラー
を透過する構成としたところに特徴を有する。

【０００８】

【発明の作用及び効果】請求項１の発明によれば、調整
用光源から出射された可視光は二焦点レンズによって２
つの焦点を結ぶ。従って、レンズ側と被マーキング対象
物との距離を変化させることにより、被マーキング対象
物上に２つの焦点スポットが観察されるようになる。そ
こで、例えば請求項２の発明のように、２つの焦点の間
にレーザー光の焦点を位置させる等、可視光の２つの焦
点の位置と、レーザー光の焦点との間に予め所定の関係
を付けておけば、被マーキング対象物のレーザー照射面
が上記２つのスポット間に位置するように被マーキング
対象物とレンズ側との間の距離を調節するだけで、自ず
と被マーキング対象物のレーザー照射面にレーザー光が
焦点を結ぶことになる。このように被マーキング対象物
のレーザー照射面を可視光の２つの焦点スポットの間に
位置させる作業は、それを１つの焦点スポットにぴった
りと合わせることに比べれば、極めて容易であり、その
作業時間を短縮することができる。

【０００９】また、請求項３の発明によれば、レーザー
光ビームと調整用の可視光ビームとが同軸上に位置する
ことになるから、小型の被マーキング対象物であっても
正確に焦点合わせ作業を行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１１】本実施形態のレーザーマーキング装置の外
観は図２に示す通りで、本体１０の側部にマーキングヘ
ッド２０が取り付けられ、これがベルトコンベア３０の
上方に設置されている。ベルトコンベア３０には複数個
の被マーキング対象物３１が載せられて順次搬送され、
マーキングヘッド２０の下方でマーキングヘッド２０か
ら照射される例えば赤外線のレーザー光（同図に模式的
に矢印Ｌにて示す）によってマーキングが施される。こ
こで、マーキングヘッド２０はベルトコンベア３０に対
する距離を調節可能に設置されており、レーザー光Ｌが
被マーキング対象物３１上に焦点を結ぶように調節する
ことができる。

【００１２】さて、マーキングヘッド２０の内部構造は
図１に示すようである。なお、ここでレーザー光源１１
及び調整用光源１２は実際には本体１０内に設けられ、
図示しない光ファイバにてマーキングヘッド２０側に導
かれる。レーザー光源１１からのレーザー光は、マーキ
ングヘッド２０内に固定して設けたハーフミラー２１に
照射されて第１のガルバノミラー２２方向に反射され
る。その反射光は第２のガルバノミラー２３に照射さ
れ、ここで反射して収束レンズ２４を通って被マーキン
グ対象物３１に向けて照射される。第１のガルバノミラ
ー２２は図示しないコントローラからの信号を受けてＸ
軸の軸周りに回動するように駆動され、第２のガルバノ
ミラー２３は上記Ｘ軸とは直交するＹ軸周りに回動する
ように駆動されるようになっており、両ミラー２２，２
３の回動角度を変化させることによりレーザー光Ｌを被
マーキング対象物３１の表面上を走査可能になってい
る。また、収束レンズ２４はそのレンズ中心から所定距
離離れたところにレーザー光の焦点を結ばせるようにな
っており、その焦点位置に前記被マーキング対象物３１
が位置するようにマーキングヘッド２０の設置高さが調
整される。

【００１３】一方、調整用光源１２は例えば赤色発光型
のＬＥＤにより構成され、赤色の可視光を出射する。そ
の可視光はマーキングヘッド２０内に設けた二焦点レン
ズ２５を通って前記ハーフミラー２１に前記レーザー光
と同軸となるように照射される。これによりハーフミラ
ー２１から被マーキング対象物３１に至る光路において
レーザー光と赤色可視光とが同軸上を進行することにな
る。そして、上記二焦点レンズ２５は、図３に模式的に
示すように、赤色可視光をレンズ２５の光軸上において
奥行き方向に異なる位置に第１及び第２の焦点Ｆ１，Ｆ
２を結ばせる機能を有し、その焦点位置は同軸上にある
レーザー光の焦点Ｆr に対して等距離離れた前後に位置
する。すなわち、レーザー光の焦点Ｆr は、収束レンズ
２４によるレーザー光の焦点合わせ方向（収束レンズ２
４の光軸に沿った方向）に関して可視光の第１及び第２
の両焦点Ｆ１，Ｆ２の中間に位置する。

【００１４】次に本実施形態の作用について説明する。
レーザー光源１１及び調整用光源１２を発光させると、
図１に実線と破線で示すように、無色のレーザー光及び
赤色の可視光がハーフミラー２１部分で一緒になって同
軸上を進み、被マーキング対象物３１上に照射されるよ
うになる。なお、同図において、レーザー光と可視光と
はハーフミラー２１以降は同軸上を進むが、図面上明確
にするために、位置をずらして描いてある。また、ガル
バノミラー２２，２３が駆動されても、レーザー光と可
視光とは同様に反射角度を変化させるから、常に被マー
キング対象物３１の同一位置に照射される。

【００１５】ここで、レーザー光Ｌが被マーキング対象
物３１上に確実に焦点を結ぶようにするには、マーキン
グヘッド２０のベルトコンベア３０に対する高さ位置を
調整する必要がある。それには次のような焦点合わせ作
業を行う。ベルトコンベア３０上に被マーキング対象物
３１を載せ、調整用光源１２を点灯させた状態でマーキ
ングヘッド２０を上下に移動させる。この状態で、可視
光は二焦点レンズ２５を通過しているから光軸上で２つ
の焦点を結ぶようになっており、被マーキング対象物３
１の近辺での照射エネルギー密度は光軸に沿って図３の
グラフ部分に示すようである。従って、マーキングヘッ
ド２０を移動させることにより二焦点レンズ２５と被マ
ーキング対象物３１との間の光軸上の距離が焦点Ｆ１，
Ｆ２に一致するようになったところで、２つの焦点スポ
ットが順に明るく輝くように観察される。そこで、それ
らの焦点スポットが観察される位置の中間でマーキング
ヘッド２０の高さ位置を設定すれば、その位置がレーザ
ー光の焦点位置であるから、被マーキング対象物３１上
にレーザー光の焦点スポットが正確に形成されることに
なる。

【００１６】従って、本実施形態によれば、可視光によ
って焦点合わせ作業を行うことができるだけでなく、そ
の可視光の２つの焦点Ｆ１，Ｆ２の中間に被マーキング
対象物３１のレーザー照射面を位置させればよいから、
１つの焦点スポットにぴったりと合わせることに比べれ
ば極めて容易であり、焦点合わせ作業に要する時間を大
幅に短縮することができる。また、特に本実施形態で
は、可視光とレーザー光とが同軸上を進んで被マーキン
グ対象物３１に照射されるようにしたから、微小な照射
範囲で焦点合わせ作業を行うことができる。

【００１７】ただし、必ずしも上記実施形態のようにレ
ーザー光と同軸上に可視光を照射しなくとも、図４に示
す第２実施形態のようにレーザー光の光軸と可視光の光
軸とを傾けるようにしてもよい。なお、同図において４
１はレーザー光源で収束レンズ４２により一点Ｆr に焦
点を結ぶ。４３はＬＥＤ等の調整用光源で可視光を出射
し、二焦点レンズ４４によって第１及び第２の焦点Ｆ
１，Ｆ２を形成する。この焦点Ｆ１，Ｆ２は、収束レン
ズ４２によるレーザー光の焦点合わせ方向（同図中矢印
Ａにて示す）に関して、そのレーザー光の焦点Ｆr の前
後に位置するようになっている。この構成によっても、
可視光の焦点スポットが観察される位置の中間でマーキ
ングヘッドの位置を設定すればよく、焦点合わせ作業は
極めて簡単である。

【００１８】また、図５に示す第３実施形態のようにレ
ーザー光の光軸と可視光の光軸とを全く交差しないよう
に平行に設定してもよい。この第３実施形態で５１がレ
ーザー光源で収束レンズ５２により一点Ｆr に焦点を結
ぶ。５３はＬＥＤ等の調整用光源で可視光を出射し、二
焦点レンズ５４によって第１及び第２の焦点Ｆ１，Ｆ２
を形成する。両レンズ５２，５４の光軸は一致せず平行
に設定されているが、収束レンズ５２によるレーザー光
の焦点合わせ方向（同図中矢印Ｂにて示す）に関して、
可視光の焦点Ｆ１，Ｆ２がレーザー光の焦点Ｆr の前後
に位置するようになっている。この構成によっても、被
マーキング対象物５５上で可視光の焦点スポットが観察
される位置の中間でマーキングヘッドの位置を設定すれ
ばよく、焦点合わせ作業は極めて簡単である。

【００１９】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、さらに、下
記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施
することができる。

【００２０】（１）上記各実施形態ではレーザー光の焦
点を可視光の２つの焦点の中間に位置させたが、必ずし
も中間でなくてもよく、特に可視光の２つの焦点が近接
している場合にはその間のいずれの箇所であってもよ
い。また、図５に示した第３実施形態のように、レーザ
ー光の光軸と可視光の光軸とが別々である場合に、被マ
ーキング対象物５５が平坦な場合には可視光の２焦点の
中間にレーザー光の焦点を位置させればよいが、例えば
図６に示すように被マーキング対象物５５の面に高低差
があり、レーザー光の光軸と可視光の光軸とが高低差が
ある別々な部位を照射する場合には、必ずしもレーザー
光の焦点Ｆrは可視光の２焦点Ｆ1，Ｆ2の間にある必要
はなく、要するに、可視光の２つの焦点の位置とレーザ
ー光の焦点との間に予め所定の関係があればよいもので
ある。

【００２１】（２）レーザー光源としては、ＹＡＧレー
ザーや炭酸ガスレーザー等の各種のレーザー光源を使用
することができ、その種類は問わない。

【００２２】（３）また、調整用光源としては可視光を
出射するものであれば、いかなるタイプの光源でもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザーマーキング装置の外観を示す斜視図

【図２】本発明の第１実施形態に係るマーキングヘッド
の内部構造を示す概略的断面図

【図３】二焦点レンズの焦点位置と照射エネルギー密度
との関係を示す図

【図４】本発明の第２実施形態を示すマーキングヘッド
の概略的断面図

【図５】本発明の第３実施形態を示すマーキングヘッド
の概略的断面図

【図６】本発明の他の実施形態についてレーザー光の焦
点と可視光の二焦点との関係を示す図

【符号の説明】

１１……レーザー光源 １２……調整用光源 ２０……マーキングヘッド ２１……ハーフミラー ２４、４２、５２……収束レンズ ２５、４４、５４……二焦点レンズ ３１……被マーキング対象物 Ｆr……レーザー光の焦点 Ｆ１，Ｆ２……可視光の焦点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光を出射するレーザー光源と、
   このレーザー光源から出射されるレーザー光を収束させ
   て被マーキング対象物上に焦点を形成させる収束レンズ
   とを備えたレーザーマーキング装置において、 可視光を出射する調整用光源と、この調整用光源から出
   射される可視光を透過させることによって第１及び第２
   の焦点を形成させる二焦点レンズとを設け、前記二焦点
   レンズの前記第１及び第２の焦点を前記収束レンズによ
   るレーザー光の焦点合わせ方向に関して前後に位置させ
   るようにしたことを特徴とするレーザーマーキング装
   置。
2. 【請求項２】 前記二焦点レンズの前記第１及び第２の
   焦点は、前記収束レンズによるレーザー光の焦点合わせ
   方向に関してそのレーザー光の焦点の前後に位置するこ
   とを特徴とする請求項１記載のレーザーマーキング装
   置。
3. 【請求項３】 前記レーザー光源からのレーザー光及び
   前記調整用光源からの可視光は、一方がハーフミラーに
   より反射され、他方がその反射光と同軸になるように前
   記ハーフミラーを透過することを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載のレーザーマーキング装置。