JP2005186080A - レーザマーキング装置及びレーザマーキング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、微細で複雑な図形等をマーキングするときに、最適なマーキング条件を容易に取得することが可能な、レーザマーキング装置及びレーザマーキング方法を提供する。
【解決手段】 ドットマーキング方式によりワークにレーザマーキングを行うレーザ照射手段と、１ドット当たりのマーキング回数、１ドット当たりのレーザ照射時間、ドット密度、ドットサイズの少なくともいずれかを含むマーキング条件をワークＷ毎に記憶する記憶部と、マーキング条件を段階的に変更した変更条件を形成する変更条件形成部と、変更条件に基づいてレーザ照射手段を制御する照射制御部とを有する制御手段とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明はレーザマーキング装置及びレーザマーキング方法に係り、特に、サンプリング機能を持ったレーザマーキング装置及びレーザマーキング方法に関する。

従来より、工場での製造管理や、店舗での商品管理、或いは販売時の売上計算を行うために、ガラス，金属，セラミックス，樹脂等からなる製品の表面に、文字や２次元コード等をレーザマーキングすることが行われている。
このとき、製品に汚れや損傷を発生させることなく、明瞭なマーキングを行うために、製品の素材毎にレーザマーキングの最適条件が設定され、マーキングが行われている。

レーザマーキングの最適条件を得るためには、条件値を試行錯誤で模索し、満足できるマーキング結果が得られるまで、試験マーキングを何度も繰り返し行わなければならず、非常に面倒で手間のかかる作業となっていた。
このため、トライアルマーキングの設定を行うことができる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１参照）。
特許文献１のレーザマーキング装置は、スキャニング速度、周波数、電流の３つの条件について複数の仮設定値を設定することができ、１回の動作で複数のマーキングを行うことを可能としたものである。

特開２０００−１５８１５８号公報（第７−９頁、図８）

レーザマーキングには、ベクトルマーキングとドットマーキングとがある。
ベクトルマーキングは、例えば黒いセルを形成するとき、図８に示すように上から下へ線状に塗りつぶすことにより作成する。
これに対して、ドットマーキングでは、図９に示すように、一つのセルを形成するために、ｎ×ｎまたはｍ×ｎ（ｎ，ｍは自然数）に縦横に配列されるドットを、マトリクス状に展開配置して、正方形或いは長方形のセルを形成するものである。
ドットマーキングでは、例えば二次元コードのセルを形成する場合、各セルについて一つの個体として認識し、セル内にドットを配列してマーキングを行うため、マーキングがセルの外に飛び出したり、空白部分が生まれる等のマーキングミスが発生しない。
このため、微細で複雑なマーキングを行う場合は、ドットマーキングを採用するのが好ましい。
上記特許文献１の技術では、スキャニング速度、周波数、電流について複数の仮設定値を設定し、複数のサンプルマーキングを行うことができるものであるが、例えば微小部品に付される２次元コードのように、微細で複雑なマーキングを行う場合には、上記マーキング条件だけでは不十分であり、対応することができなかった。

本発明の目的は、微細で複雑な図形等をマーキングするときに、最適なマーキング条件を容易に取得することが可能な、レーザマーキング装置及びレーザマーキング方法を提供することにある。

前記課題は、本発明の請求項１に係るレーザマーキング装置によれば、ドットマーキング方式によりワークにレーザマーキングを行うレーザ照射手段と、１ドット当たりのマーキング回数、１ドット当たりのレーザ照射時間、ドット密度、ドットサイズの少なくともいずれかを含むマーキング条件を前記ワーク毎に記憶する記憶部と、前記マーキング条件を段階的に変更した仮設定条件を形成する仮設定条件形成部と、前記仮設定条件に基づいて前記レーザ照射手段を制御する照射制御部とを有する制御手段と、を備えてなる、ことにより解決される。

このように、本発明のレーザマーキング装置によれば、ドットマーキング方式によるレーザマーキングを行う場合に、マーキング回数、１ドット当たりのレーザ照射時間、ドット密度、ドットサイズのいずれかを含むマーキング条件を段階的に変更し、それぞれの条件に基づいてレーザマーキングを行うことができるので、特に、微細で複雑な図形等のマーキングを行う場合に、明瞭で精度の高いマーキングを行うためのマーキング条件を容易に得ることが可能である。

また、上記課題は、本発明の請求項２に係るレーザマーキング方法によれば、ドットマーキング方式によりワークにレーザマーキングを行う方法であって、マーキング回数、１ドット当たりのレーザ照射時間、ドット密度、ドットサイズのいずれかを含むマーキング条件を前記ワーク毎に取得する工程と、前記マーキング条件を段階的に変更した仮設定条件を形成する工程と、前記仮設定条件に基づいて前記ワークにドットマーキングを行う工程と、を備えたことにより解決される。

なお、上記レーザマーキング方法において、前記ワークにドットマーキングを行う工程では、適用された前記仮設定条件を表示する処理がなされるようにすると、条件をメモする等の手間を省くことができ、作業工数が削減され好適である。

本発明によれば、ドットマーキング方式により微細で複雑な図形等のマーキングを行う際に、マーキング回数、１ドット当たりのレーザ照射時間、ドット密度、ドットサイズのいずれかを含むマーキング条件を段階的に変更して、複数の条件下でのマーキングを一度に行うことができるので、特に、２次元コード等のマーキングを行う場合に、明瞭で精度の高いマーキングを行う際の最適条件を、容易に得ることが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。

図１はレーザマーキング装置の全体構成を示す説明図、図２はレーザマーキング装置のハード構成を示す説明図、図３はレーザマーカーのハード構成を示す説明図、図４はサンプルマーキングの手順を示す流れ図、図５はサンプルマーキングがなされたワークを示す説明図である。

図１は、本実施形態に係るレーザマーキング装置Ｓの全体構成を示す説明図である。
このレーザマーキング装置Ｓは、微細な２次元コード等のように、高い精度を要する図形をマーキングするのに好適に使用されるものであり、図１，図２に示すように、レーザ照射手段としてのレーザマーカー１０と、制御手段としての制御装置２０とを備えている。

レーザマーカー１０は、従来公知のものであり、例えばＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＵＶレーザ、グリーンレーザ等がある。本例では、制御装置２０と、レーザマーカー１０とが１対１で設置されている構成が示されているが、制御装置２０に対して複数のレーザマーカー１０を接続し、被マーキング材に応じて、適切なレーザ光を出射するレーザマーカー１０が選択される構成としても良い。

図３に、レーザマーカー１０の一例としてＹＡＧレーザ装置の構成を示す。レーザマーカー１０において、レーザ発振器から発振されたレーザ光は、レベリングミラー５６により光路を変更され、アパーチャ５５，５８によりビーム径を絞られた後、ガリレオ式エキスパンダ５７によりビーム径を広げられる。さらに、アッテネータ４６により減衰されてから、ガルバノミラー４７により光路を変更・調整され、ｆθレンズ５９で集光されて、ワーク１に照射される。

ＹＡＧレーザ発振器５０には、ピーク出力（尖頭値）の極めて高いパルスレーザ光を得るための超音波Ｑスイッチ素子４３が設けられている。本例のレーザマーカー１０では、所定回のＱスイッチパルスで１個のドットがマーキングされるように構成されている。
レーザ発振器５０は、さらに全反射鏡５１、内部アパーチャ５２、ランプハウス５３、内部シャッタ４４、出力鏡５４を備えており、ＹＡＧレーザ発振器５０の出力側には外部シャッタ４５が設けられている。

上記超音波Ｑスイッチ素子４３、内部シャッタ４４、外部シャッタ４５、アッテネータ４６、ガルバノミラー４７は、コントローラ４２により制御される。コントローラ４２は、制御装置２０から送付された情報に基づいて、上記制御を行う。

制御装置２０は、種々の入力手段や通信回線網等を介して入力されたデータに基づいてマーキングデータを生成し、この生成したマーキングデータによりレーザマーカー１０を動作させるものである。
制御装置２０は、図２に示すように、各種の演算処理や、レーザマーカー１０の制御を行うＣＰＵ２１と、キーボードやマウス等から構成される操作部２２と、モニターや液晶画面等から構成される表示部２３と、画像データ等を取り込むためのインターフェース・ボード等から構成される入力部２４と、通信回線網Ｉに接続されたモデム等から構成される通信部２５と、制御プログラムや、マーキング条件等の各種データを記憶する記憶部２６等を備えている。入力部２４には、スキャナ，タブレット等のデータ入力手段３０が接続されている。

上記制御プログラムは、記憶部２６のＲＯＭ２６ａに記憶されている。
また、上記マーキング条件は、レーザマーキングを行う際の条件を、ワークの性質や形状等に応じて設定したものであり、記憶部２６のハードディスク２６ｂに記憶されている。
マーキング条件は、過去に行ったマーキングの結果として得られたデータであり、これらのデータが記憶されている。
マーキング条件としては、１ドット当たりのマーキング回数、１ドット当たりのレーザ照射時間、ドット密度、ドットサイズ、レーザ周波数、レーザ出力、スピード等がある。これらの条件は、レーザマーキングを行う際にＣＰＵ２１により読み込まれる。

本例のレーザマーキング装置Ｓでは、上記マーキング条件を複数設定し、１回の操作で、複数の条件下でのマーキング結果を取得することができるように構成されている。
すなわち、本例のレーザマーキング装置Ｓは、所定のワークに対して、１回の操作で複数のサンプルマーキングを行うことができるように構成されている。
記憶部２６のＲＡＭ２６ｂは、一時的にデータを記憶する作業領域として使用されるものであり、例えば、上記サンプルマーキングを行う際の仮設定条件が記憶される。

図４に、本例のレーザマーキング装置Ｓにおけるサンプルマーキングの処理の流れを示す。
先ず、データ取得ステップにおいて、ワーク１にマーキングされる図形や文字等のデータを取得する（ステップＳ１）。このデータ取得ステップでは、スキャナ，タブレット等のデータ入力手段３０や外部コンピュータ，電子記録媒体等を介して外部からデータを取り込んだり、或いは、制御装置２０の記憶部２６に予め記憶されたデータを読み込むことによりデータが取得される。
次に、マーキング条件の設定を行う（ステップＳ２）。ここでは、記憶部２６のハードディスク２６ｃから、所定のマーキング条件が読み出される。このとき、ワーク１の材質を考慮し、過去にマーキングしたワークのなかで、今回のワーク素材に近いものが読み出される。
マーキング条件として、マーキング回数、１ドット当たりのレーザ照射時間、ドット密度、ドットサイズ、レーザ周波数、レーザ出力、スピードが設定される。
次いで、上記マーキング条件を段階的に変更し、複数の仮設定条件を形成する処理を行う（ステップＳ３）。
ここでは、制御装置２０の表示部２３に、図５に示す画面が表示される。この画面上で、複数の仮設定条件の設定が行われる。画面上での操作については、後述する。
さらに、上記ステップで用意したマーキング条件と仮設定条件に基づいて、制御装置２０の制御のもとにレーザマーカー１０を動作させ、ワーク１にレーザを照射してマーキングパターンを形成する（ステップＳ４）。
すなわち、制御装置２０にて取得したマーキングデータを、レーザマーカー１０のコントローラ４１に送信する。コントローラ４１は、このマーキングデータに基づいて、超音波Ｑスイッチ素子４３、内部シャッタ４４、外部シャッタ４５、アッテネータ（光減衰器）４６及びガルバノミラー４７を制御する。これにより、ワークＷにレーザが照射され、ドットマーキングがなされる。
本例では、マーキング条件と仮設定条件に基づいて、複数のマーキングがなされる。ユーザは、ワーク上にマーキングされた複数のサンプルを目視することにより、最適なマーキング条件を得ることが可能となる。

図５に、上記ステップＳ３で表示部２３に提示される画面を示す。
画面には、マーキング条件の開始値と開始値からの刻み幅が入力・表示される第１の表示部２３ａと、仮設定条件が表示される第２の表示部２３ｂと、サンプリング後に決められた最適なマーキング条件が入力・表示される第３の表示部２３ｃと、サンプルサイズ及びマーキング領域が入力・表示される第４の表示部２３ｄと、サンプル数が入力・表示される第５の表示部２３ｅと、マーキングの際の動作制御を行うための動作制御ボタン２３ｆと、が設けられている。
第１の表示部２３ａには、マーキング条件の開始値と開始値からの刻み幅が入力・表示される。
マーキング条件として、マーキング回数、１ドット当たりのレーザ照射時間、ドット密度、ドットサイズ、レーザ周波数、レーザ出力、スピードが設定される。
マーキング回数は、レーザパルスで刻印されたドットに、さらに重ねてドットを打つ回数であり、回数が増えるに従って、深いドットが形成されることになる。
１ドット当たりのレーザ照射時間は、照射時間が増えるに従って、深いドットが形成されることになる。
ドット密度は、ドット間の距離（ステップサイズ）を調整するものであり、ステップサイズが小さくなるに従って、濃度の濃いマーキングパターンが形成される。
ドットサイズは、ドット径を調整するものであり、ドット径が小さくなるに従って、高精度なマーキングパターンが形成される。

第１の表示部２３ａは、開始値欄と刻み幅欄とを備えており、開始値欄には、過去にマーキングしたワークのなかで、今回のワーク素材に近い材料のマーキング条件が表示される。
なお、開始値を変更したい場合は、適宜行うことが可能である。
刻み幅欄には、開始値欄からどれくらいの刻み幅でマーキング条件を変更していくか、その刻み幅の値が入力される。
例えば、マーキング回数を１つずつ増やしていくなら、刻み幅に「１」が入力される。
同様に、レーザ照射時間、ドット密度（ステップサイズ）、ドットサイズ（ドット径）、レーザ周波数、レーザ出力、スピードについて、刻み幅が入力される。
マーキング条件は、１つの条件だけを段階的に変更していくのでも良く、或いは、複数の条件を同時に変更するのであっても良い。
段階的に変更する条件には、画面上のチェック欄をクリックし、チェックマークを付ければ良い。

制御装置２０は、入力された刻み幅と、指定されたサンプル数とに基づいて、複数のマーキング条件を演算する。
形成されたマーキング条件は、画面上の第２の表示部２３ｂに表示される。
サンプルサイズと、マーキング領域は、第４の表示部２３ｄに入力される。

マーキング条件が設定されたら、レーザマーカー１０によるマーキングを開始する。
動作制御ボタン２３ｆのうち、ガイド表示ボタンを押すことにより、マーキング領域を示すガイドレーザ光が出力されるので、それにワークの位置を合わせる。
マーキング開始ボタンにより、マーキング用レーザ光が出力され、設定されたマーキング条件により、マーキングがなされる。
マーキングを中止するときは、マーキング停止ボタンをクリックする。

図６は、サンプルマーキングＭ_１〜Ｍ_１０がなされたワークＷを示すものである。
このように、複数の条件に基づいて、複数のマーキングがなされる。
ユーザは、ワーク上のマーキングを目視し、適切なマーキングを選択する。

最適なマーキング条件は、図５の画面の第３の表示部２３ｃに入力される。
例えば、マーキング回数についてサンプリングを行い、最適な回数が７であった場合は、第３の表示部２３ｃの「回数」のコンボボックスに「７」を入力する。
その後、決定ボタンを押すことにより、その条件は、今回使用されたワークＷの最適条件として、ハードディスク２６ｂに記録される。

なお、図７に示すように、サンプルマーキングＭ_１〜Ｍ_１０の付近に、マーキング条件Ｊ_１〜Ｊ_１０を同時にマーキングする構成としても良い。
このような構成とすることにより、後から目視を行ったときに、そのサンプルがどのような条件の下に行われたのかを、容易に確認することが可能となる。

本発明に係るレーザマーキーング装置の全体構成を示す説明図である。 本発明に係るレーザマーキング装置のハード構成を示す説明図である。 レーザマーカのハード構成を示す説明図である。 サンプルマーキングの手順を示す流れ図である。 制御装置の表示部に示される画面を示す説明図である。 サンプルマーキングがなされたワークを示す説明図である。 サンプルマーキングがなされたワークを示す説明図である。 ベクトルマーキングの例を示す説明図である。 ドットマーキングの例を示す説明図である。

符号の説明

１ マーキングパターン、 １０ レーザマーカー、 ２０ 制御装置、 ２１ 制御部、 ２２ 操作部、 ２３ 表示部、 ２４ 入力部、 ２５ 通信部、 ２６ 記憶部、 ２６ａ ＲＯＭ、 ２６ｂ ハードディスク、 ２６ｃ ＲＡＭ、 ４１ コントローラ、４３ スイッチ素子、４４ 内部シャッタ、４５ 外部シャッタ、４６ アッテネータ、４７ ガルバノミラー、５０ レーザ発振器、５１ 全反射鏡、５２ 内部アパーチャ、５３ ランプハウス、５４ 出力鏡、５５ アパーチャ、５６ レベリングミラー、５７ ガリレオ式エキスパンダ、５８ アパーチャ、５９ レンズ、 Ｓ レーザマーキング装置、 Ｗ ワーク

Claims (3)

1. ドットマーキング方式によりワークにレーザマーキングを行うレーザ照射手段と、
   １ドット当たりのマーキング回数、１ドット当たりのレーザ照射時間、ドット密度、ドットサイズの少なくともいずれかを含むマーキング条件を前記ワーク毎に記憶する記憶部と、前記マーキング条件を段階的に変更した仮設定条件を形成する仮設定条件形成部と、前記仮設定条件に基づいて前記レーザ照射手段を制御する照射制御部とを有する制御手段と、を備えてなることを特徴とするレーザマーキング装置。
2. ドットマーキング方式によりワークにレーザマーキングを行う方法であって、
   マーキング回数、１ドット当たりのレーザ照射時間、ドット密度、ドットサイズのいずれかを含むマーキング条件を前記ワーク毎に取得する工程と、
   前記マーキング条件を段階的に変更した仮設定条件を形成する工程と、
   前記仮設定条件に基づいて前記ワークにドットマーキングを行う工程と、を備えたことを特徴とするレーザマーキング方法。
3. 前記ワークにドットマーキングを行う工程では、適用された前記仮設定条件を表示する処理がなされることを特徴とする請求項２記載のレーザマーキング方法。

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