JP2006315035A - レーザーマーキング方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像認識装置でも精度良く読み取れるマークを容易且つ安定に刻印することができる様にする。
【解決手段】 レーザー光１２でワーク１表面にマークを刻印するレーザーマーキングにおいて、ワーク１の表面に照射するレーザー光１２の合焦点位置ｂをワーク１の表面位置からずらした位置に制御して刻印を行う。これにより、レーザーパワーが変動してもワーク表面のフォーカスがぼけた集光点内でレーザーパワー密度が拡散してしまうため、残留物が発生しない様に刻印を行うことができ、目視でも画像認識装置でも良好にマークを識別することが可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、パッケージ等に文字や記号等のマークをレーザー光によって刻印するレーザーマーキング方法及びその装置に関する。

電子部品等の製品（以下、ワークという。）には製造番号等のマークを刻印し、このマークによって製品管理を行う様になっている。マークの刻印は、例えば下記特許文献１に記載されているように、レーザー光が用いられる。

図５は、ワーク１の表面に、点ａの集合としてマークが刻印された一例を示している。図示の例では数字の“２”が点ａの集合として刻印されており、各点ａの箇所にレーザー光が照射される。

従来のレーザーマーキング装置は、レーザー光でワーク表面に刻印を施す場合、図６に示す様に、レーザー光２がＦθレンズ３によってワーク１表面でちょうど合焦点ｂを結ぶ位置となる様に、レンズ３とワーク１との間の距離ＷＤが調整されている。このため、図５中の１点ａの断面は、図７に示す様に、レーザー光２が当たった箇所が深く溶けて蒸発し、削られている。これにより、各点ａ内に当たった照明光が乱反射してワーク１の地色に比べ白っぽく見え、ワーク１の表面に刻印されているマークを識別することが可能となる。

特開平１１―１０３７２号公報

レーザーマーキング装置で刻印されたマークは、従来は、製品検査員等が目視でマークを確認できることが前提であったため、目視で確認できるマークが刻印される様にレーザーマーキング装置が調整されている。しかし、近年では、省力化のために、マークを画像認識装置で読み取り、各種の製品管理を自動で行う様になってきているので、マークの刻印は、目視ばかりでなく、画像認識装置でも精度良く読み取れる様にしなければならなくなっている。

例えば、レーザーマーキングを行っているときに、図７に示す三角形の穴４の内部にワーク１の材料が蒸発せずに、図８に示す様に、残留物５がガラス化する等して残ると、残留物５と穴４の内壁面の反射率が異なるため、画像認識装置は、安定してマークの認識をすることができなくなってしまう。このため、残留物５が残らないようレーザーマーキングを行う必要があるが、これが困難である。その理由は、以下の通りである。

残留物５は、レーザーマーキングを行うレーザーパワーが強すぎても、弱すぎても発生してしまう。残留物５が発生しないレーザーパワーの許容範囲は±５％程度である。これに対し、レーザー発振器の出力は、±８％の範囲で変動する。従って、一定のレーザーパワーでマークを刻印する様に調整しても、マーク中の所々で、上記許容範囲を逸脱したレーザーパワーによる刻印が為されてしまう。

例えば、固体撮像素子を内部に封止したパッケージは、融点や沸点が高いセラミック製であるため、高出力のレーザー発振器を使用しなければならず、レーザーパワーを上記許容範囲内に制御するのが困難である。

本発明の目的は、目視ばかりでなく、画像認識装置でも精度良く読み取れるマークを容易且つ安定に刻印することができるレーザーマーキング方法及びその装置を提供することにある。

本発明のレーザーマーキング方法は、レーザー光でワーク表面にマークを刻印するレーザーマーキング方法において、前記ワーク表面に照射する前記レーザー光の合焦点位置を前記ワーク表面位置からずらした位置に制御して前記刻印を行うことを特徴とする。

本発明のレーザーマーキング方法は、前記レーザー光を前記ワーク表面でスキャンさせるスキャンスピードを、レーザー光の合焦点位置をワーク表面位置に合わせた状態で刻印を行うときのスキャンスピードより低いスピードとすることを特徴とする。

本発明のレーザーマーキング装置は、レーザー光でワーク表面にマークを刻印するレーザーマーキング装置において、前記ワーク表面に照射する前記レーザー光を集光するレンズと、前記ワーク表面と前記レンズとの間の距離調整を行い前記レーザー光の合焦点位置を前記ワーク表面位置からずらした位置に調整する距離調整手段を備えることを特徴とする。

本発明のレーザーマーキング装置は、前記レーザー光を前記ワーク表面でスキャンさせるスキャンスピードを、レーザー光の合焦点位置をワーク表面位置に合わせた状態で刻印を行うときのスキャンスピードより低いスピードに調整するスキャンスピード調整手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、レーザーパワーが変動してもワーク表面のフォーカスがぼけた集光点内でレーザーパワー密度が拡散してしまうため、残留物が発生しない様に刻印を行うことが可能となり、目視でも画像認識装置でも良好にマークを識別することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るレーザーマーキング装置の概略構成図である。このレーザーマーキング装置１０は、レーザー光を出射するレーザー発振器１１と、レーザー発振器１１から出射されたレーザー光１２を反射するガルバノミラー１３と、図示しない制御装置からの指示によりガルバノミラー１３を揺動して反射レーザー光をスキャン（走査）させるガルバノミラー駆動装置１４と、ガルバノミラー１３で反射されたレーザー光１２を集光するＦθレンズ１５と、ワーク１とＦθレンズ１５との間の距離ＷＤを調整する距離調整器１６と、距離調整器１６が後述のように調整されたときガルバノミラー１３のスキャンスピードを調整するスキャンスピード調整手段１７とを備える。スキャンスピード調整手段１７は、上記の制御装置がソフトウェアによって実現してもよい。

図２は、距離調整器１６の調整方法説明図である。従来のレーザーマーキング装置におけるワークとＦθレンズとの間の距離ＷＤは、図６に示す様に、レーザー光２がワーク１表面にちょうど合焦する距離としている。例えば、この距離を１９２ｍｍとする。これに対し、本実施形態のレーザーマーキング装置１０では、図２に示す様に、合焦点位置ｂより４ｍｍ程度ワーク１を離し、距離ＷＤを１９６ｍｍとする。

即ち、本実施形態のレーザーマーキング装置１０では、フォーカスをボカシ若干ピンぼけの集光点をワーク１の表面に当て、マークの刻印を行う。尚、図２に示す例は、合焦点位置ｂよりワーク１を若干遠ざけたが、逆に、合焦点位置ｂよりＦθレンズ１５側にワーク１を近づけても良い。

斯かる構成のレーザーマーキング装置１０でマークの刻印を行う場合、図示しない制御装置が、刻印するマークのデータに基づいてガルバノミラー駆動装置１４を制御し、また、レーザー発振器１１が所定パワーのレーザー光１２を出射する。

このレーザー光１２は、ガルバノミラー１３で反射されると共にガルバノミラー１３の揺動に従ってワーク１の表面を前記データに従ってスキャンする。これにより、図３に示す様に、点ｃの集合としてマーク（図示の例は数字の“２”）がワーク１の表面に刻印される。

レーザー発振器１１から所定パワーのレーザー光１２が出射されるのであるが、このレーザーパワーは、上述したように、変動する。しかし、本実施形態のレーザーマーキング装置１０では、図３に示すマークを構成する各点ｃは、図５に示すマークを構成する点ａより、若干面積が広がった面となる。このため、点ｃの断面を図４に示す様に、浅い穴ｃとしてワーク１の表面が削られ、レーザーパワーが±８％程度変動しても、レーザーパワーの密度は面（点）ｃ内に拡散してしまい、残留物が発生しないレーザーパワーの許容範囲±５％内に収まってしまう。

本実施形態では、上述したように、フォーカスをぼかしたレーザー光１２でマークをワーク１に刻印するが、更に、スキャンスピード調整手段１７により、スキャンスピードを遅くする。例えば、図６に示すようにレーザー光の合焦点位置ｂで刻印するときのスキャンスピードに対して５０％のスキャンスピードにする。

このようにスキャンスピードを低下させると、マークの単位面積当たりのドット数が増え、レーザーパワーに変動が生じてもマークの発色性（照明光が点ｃ内に反射して見えるワーク１の地色に対する色）の悪化を低減することができる。また、スキャンスピードを低下させると、必然的にレーザーパワーも低く設定され、レーザー発振器１１自体の発熱量が低減され、この影響で、レーザー発振器１１の熱膨張が抑制され、マーク中のドット位置の変動も抑制される。

本発明によれば、目視でも画像認識装置でも良好に認識できるマークを容易且つ安定に刻印することができるため、レーザーマーキング装置として有用である。

本発明の一実施形態に係るレーザーマーキング装置の概略構成図である。 図１に示す距離調整器の調整方法説明図である。 図１に示すレーザーマーキング装置でマーク（数字の“２”）を刻印した状態を示すワークの表面模式図である。 図３に示すレーザーマーク１点の断面模式図である。 従来のレーザーマーキング装置でマーク（数字の“２”）を刻印した状態を示すワークの表面模式図である。 従来のレーザーマーキング装置におけるワークとＦθレンズとの間の距離の説明図である。 図５に示すレーザマーク１点の断面模式図である。 従来のレーザーマーキング装置の不具合説明図である。

符号の説明

１ ワーク
１０ レーザーマーキング装置
１１ レーザー発振器
１２ レーザー光
１３ ガルバノミラー
１４ ガルバノミラー駆動装置
１５ Ｆθレンズ
１６ 距離調整器
１７ スキャンスピード調整手段
ａ，ｃ マークを構成する１点
ｂ 合焦点位置

Claims (4)

1. レーザー光でワーク表面にマークを刻印するレーザーマーキング方法において、前記ワーク表面に照射する前記レーザー光の合焦点位置を前記ワーク表面位置からずらした位置に制御して前記刻印を行うことを特徴とするレーザーマーキング方法。
2. 前記レーザー光を前記ワーク表面でスキャンさせるスキャンスピードを、レーザー光の合焦点位置をワーク表面位置に合わせた状態で刻印を行うときのスキャンスピードより低いスピードとすることを特徴とする請求項１に記載のレーザーマーキング方法。
3. レーザー光でワーク表面にマークを刻印するレーザーマーキング装置において、前記ワーク表面に照射する前記レーザー光を集光するレンズと、前記ワーク表面と前記レンズとの間の距離調整を行い前記レーザー光の合焦点位置を前記ワーク表面位置からずらした位置に調整する距離調整手段を備えることを特徴とするレーザーマーキング装置。
4. 前記レーザー光を前記ワーク表面でスキャンさせるスキャンスピードを、レーザー光の合焦点位置をワーク表面位置に合わせた状態で刻印を行うときのスキャンスピードより低いスピードに調整するスキャンスピード調整手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のレーザーマーキング装置。

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