JP2008003756A

JP2008003756A - レーザマーキング方法及び装置

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Publication number: JP2008003756A
Application number: JP2006171074A
Authority: JP
Inventors: Isamu Kihana; 勇木花
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-06-21
Also published as: JP4895699B2

Abstract

【課題】パターン（特に曲線部分）を多数の線分で定義するマーキングデータについて最適なデータ圧縮を行ってマーキング速度や編集処理速度の向上およびマーキングデータの効率的削減等をはかる。
【解決手段】この実施形態においては、所望のパターンを定義するＣＡＤデータにデータ圧縮処理を施すことにより、パターンを定義するデータをレーザマーキング用に変換ないし最適化する。たとえば、所与のパターン「１２」を構成する個々の単位パターン「１」，「２」の枠線または連続線Ｍ₁，Ｍ₂について、データ圧縮処理により、曲線部分を多数の微小線分Ｓに代えて必要最小限の個数の円弧Ｅで定義する。
【選択図】図２２

Description

本発明は、スキャニング方式のレーザマーキング技術に係り、特に所望のパターンを構成する連続線を多数の線分の集まりとしてマーキングするレーザマーキング方法および装置に関する。

スキャニング式のレーザマーキング方法は、被加工物に高密度に集光されたレーザ光を照射し、該レーザ光をスキャニング・ミラーで振って、被加工物表面上でレーザビームのスポットをスキャニングし、ビームスポットの当たった被加工物表面の微小部分をレーザエネルギーで瞬間的に改質（溶融、蒸発、変色等）させながら、文字、図形、記号等の所望のパターンを描画するようにしてマーキング（刻印または印字）する技術である。レーザ光には、ピークパワーの高いＱスイッチ方式の高速繰り返しパルスレーザ光を用いるのが通例である。

今日のスキャニング式レーザマーキング装置は、レーザマーキング専用の作図ソフトを用いて装置画面上で任意のパターンを作図できるだけでなく、汎用ＣＡＤで作成したパターンを外部のパソコン等から取り込んでこれをそのままレーザマーキング用のパターンとすることも可能となっている。この場合、レーザマーキング専用の作図ソフトで作成したマーキングパターンとＣＡＤで作成したマーキングパターンとは、パターンを規定するデータの形態が異なるので、異種形式のファイルとして扱われる。もっとも、いずれのファイル形式でも、各パターンは直線または円弧の集まりとして定義されており、レーザマーキングの実行段階では、それら直線または円弧を順次繋いでできる連続線に沿ってレーザビームスポットをスキャニングして、目的とするパターンのマーキングを形成するようにしている。

上記のような汎用ＣＡＤの中には、パターンの曲線部分を多数の微小な線分（直線）に分解し、曲線部分を定義するマーキングデータとして一連の線分データを生成するものがある。従来のスキャニング式レーザマーキング装置は、そのような曲線部分を定義する一連の線分データ（ＣＡＤデータ）を取り込むと、それら一連の線分をそのままレーザビームスポットのスキャニング行路を規定するマーキングデータに用いるので、マーキング速度の低下やマーキングデータの膨大化を来たしている。さらには、ハッチング（塗り潰し）やオフセットコピー等の編集機能において、パターンの枠線を検出ないし認識する際に枠線（特にその曲線部分）を構成する線分が細々し過ぎて数が多いため、編集処理速度が低下するという問題があった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、パターン（特に曲線部分）を多数の線分で定義するマーキングデータについて最適なデータ圧縮を行ってマーキング速度や編集処理速度の向上およびマーキングデータの効率的削減等をはかるレーザマーキング方法および装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１のレーザマーキング方法は、多数の線分を順次繋いで１つまたは複数の連続線を定義し、被加工物上でレーザビームのスポットを前記連続線に沿ってスキャニングして、前記連続線で規定された所望のパターンをレーザマーキングするレーザマーキング方法であって、各々の線分について、当該線分の代表点と前記連続線上で当該線分の前または後に位置する１つまたは複数の他の線分の代表点とから当該線分に近似する近似円弧を定義する工程と、前記近似円弧の円弧としての妥当性を第１の判定基準にしたがって判定する工程と、前記近似円弧に円弧としての妥当性があるとの判定結果が出たときは、当該線分に代えて前記近似円弧を前記連続線の一区間とし、前記近似円弧に円弧としての妥当性がないとの判定結果が出たときは、当該線分をそのまま前記連続線の一区間とする工程とを有する。

また、本発明の第１のレーザマーキング装置は、多数の線分を順次繋いで１つまたは複数の連続線を定義し、被加工物上でレーザビームのスポットを前記連続線に沿ってスキャニングして、前記連続線で規定された所望のパターンをレーザマーキングするレーザマーキング装置であって、各々の線分について、当該線分の代表点と前記連続線上で当該線分の前または後に位置する１つまたは複数の他の線分の代表点とから当該線分に近似する近似円弧を定義する近似円弧定義部と、前記近似円弧の円弧としての妥当性を第１の判定基準にしたがって判定する判定部と、前記近似円弧に円弧としての妥当性があるとの判定結果が出たときは、当該線分に代えて前記近似円弧を前記連続線の一区間とし、前記近似円弧に円弧としての妥当性がないとの判定結果が出たときは、当該線分をそのまま前記連続線の一区間とする連続線区間定義部とを有する。

上記の構成においては、連続線の元の一区間を構成する各線分が第１の判定基準の下で円弧に近似できるのであれば、該線分が近似円弧に置き換えられる。この線分から近似円弧への置換は、連続線の曲線部分で大きな意味をもってくる。つまり、本発明の好適な一態様によれば、近似円弧の円弧としての妥当性があるとの判定結果が出て、かつその１つ前の区間が円弧であるときは、１つ前の円弧と近似円弧との間に結合性があるか否かを第３の判定基準にしたがって判定する。その結果、１つ前の円弧と近似円弧との間に結合性があるとの判定結果が出たときは、１つ前の円弧と近似円弧とを統合する１つの結合円弧を連続線の新たな一区間とする。これにより、連続線の曲線部分では、多数の線分が１つの結合線分に統合されることになる。なお、上記第３の判定基準の下で近似円弧と１つ前の円弧との間に結合性がないとの判定結果が出たときは、１つ前の円弧に繋げて近似円弧を連続線の新たな一区間とする。

本発明の好適な一態様によれば、近似円弧は、当該線分の両端および１つ前の線分の始端の３点を通る円弧のうち当該線分の始端と終端とを結ぶ部分として定義される。また、上記第１の判定基準は、近似円弧の中心角が所定の下限角度以下であるとき、あるいは仮想円弧の半径が所定の上限半径以上であるときは、円弧としての妥当性がないとする。

本発明の好適な一態様によれば、上記第３の判定基準は、近似円弧の円中心と１つ前の円弧の円中心との距離が第１の上限距離以上であるときは両円弧の間に結合性がないとする。ここで、第１の上限距離は、レーザビームスポットのスキャニング速度をパラメータとし、スキャニング速度が高いほど大きな値に設定され、スキャニング速度が低いほど小さな値に設定されるのが好ましい。

また、好適な一態様によれば、レーザビームはＱスイッチパルスのレーザビームであり、第１の上限距離は、Ｑスイッチパルスの繰り返し周波数をパラメータとし、繰り返し周波数が高いほど小さな値に設定され、繰り返し周波数が低いほど大きな値に設定される。

本発明の第２のレーザマーキング方法は、多数の線分を順次繋いで１つまたは複数の連続線を定義し、被加工物上でレーザビームのスポットを前記連続線に沿ってスキャニングして、前記連続線で規定された所望のパターンをレーザマーキングするレーザマーキング方法であって、各々の線分について、当該線分の代表点と前記連続線上で当該線分の前または後に位置する１つまたは複数の他の線分の代表点とから当該線分に近似する近似円弧を定義する工程と、前記近似円弧の円弧としての妥当性を第１の判定基準にしたがって判定する工程と、前記近似円弧に円弧としての妥当性があるとの判定結果が出たときは、当該線分に代えて前記近似円弧を前記連続線の一区間とする工程と、前記近似円弧に円弧としての妥当性がないとの判定結果が出て、かつ１つ前の区間が円弧であるときは、当該線分をそのまま前記連続線の一区間とする工程と、前記近似円弧に円弧としての妥当性がないとの判定結果が出て、かつ１つ前の区間が直線であるときは、その１つ前の直線と当該線分とを統合する１つの結合直線を定義する工程と、前記結合直線の直線近似としての妥当性を第２の判定基準にしたがって判定する工程と、前記結合直線に直線近似としての妥当性があるとの判定結果が出たときは、前記１つ前の直線および当該線分に代えて前記結合直線を前記連続線上の一区間とし、前記結合直線に近似性がないとの判定結果が出たときは、前記１つ前の直線に繋げて当該線分をそのまま前記連続線の一区間とする工程とを有する。

また、本発明の第２のレーザマーキング装置は、多数の線分を順次繋いで１つまたは複数の連続線を定義し、被加工物上でレーザビームのスポットを前記連続線に沿ってスキャニングして、前記連続線で規定された所望のパターンをレーザマーキングするレーザマーキング装置であって、各々の線分について、当該線分の代表点と前記連続線上で当該線分の前または後に位置する１つまたは複数の他の線分の代表点とから当該線分に近似する近似円弧を定義する近似円弧定義部と、前記近似円弧の円弧としての妥当性を第１の判定基準にしたがって判定する第１の判定部と、前記近似円弧に円弧としての妥当性があるとの判定結果が出たときは、当該線分に代えて前記近似円弧を前記連続線の一区間とする第１の連続線区間定義部と、前記近似円弧に円弧としての妥当性がないとの判定結果が出て、かつ１つ前の区間が円弧であるときは、当該線分をそのまま前記連続線の一区間とする第２の連続線区間定義部と、前記近似円弧に円弧としての妥当性がないとの判定結果が出て、かつ１つ前の区間が直線であるときは、その１つ前の直線と当該線分とを統合する１つの結合直線を定義する結合直線定義部と、前記結合直線の直線近似としての妥当性を第２の判定基準にしたがって判定する第２の判定部と、前記結合直線に直線近似としての妥当性があるとの判定結果が出たときは、前記１つ前の直線および当該線分に代えて前記結合直線を前記連続線上の一区間とし、前記結合直線に近似性がないとの判定結果が出たときは、前記１つ前の直線に繋げて当該線分をそのまま前記連続線の一区間とする第３の連続線区間定義部とを有する。

上記の構成においては、連続線の曲線部分については、上記した第１のレーザマーキング方法または装置と同様の作用が奏されるとともに、略直線部分については、略直線部分を構成する複数の線分が第２の判定基準の下で１つに統合できるのであれば、１本の結合直線に置き換えられる。

本発明の好適な一態様によれば、第２の判定基準は、当該線分の始端から統合直線までの最短の距離が第２の上限距離以上であるときは結合直線に直線近似としての妥当性がないとする。ここで、第２の上限距離は、レーザビームスポットのスキャニング速度をパラメータとし、スキャニング速度が高いほど大きな値に設定され、スキャニング速度が低いほど小さな値に設定されてよい。

本発明のレーザマーキング方法または装置によれば、上記のような構成および作用により、パターン（特に曲線部分）を多数の線分で定義するマーキングデータについて最適なデータ圧縮を行ってマーキング速度や編集処理速度の向上およびマーキングデータの効率的削減等をはかることができる。

以下、添付図を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態によるスキャニング式レーザマーキング装置の外観を示す。このレーザマーキング装置は、制御電源ユニット１０とレーザ発振ユニット１２とスキャニング・ヘッド１４とを有する。

制御電源ユニット１０において、上部室にはディスプレイ１６が設けられ、中間室の前扉１８の奥にはキーボードや制御基板等が設けられ、下部室の前扉２０の奥にはレーザ電源やレーザ冷却装置等が配置されている。中間室内の制御部より発生されたスキャニング制御信号は所定の信号線（図示せず）を介してスキャニング・ヘッド１４へ伝送される。スキャニング・ヘッド１４はレーザ発振ユニット１２のレーザ出射口に取り付けられ、ヘッド１４の真下に作業台２２が配置されている。この作業台２２の上で、被加工物ＷにレーザビームＬＢが照射され、レーザマーキングが施される。

制御電源ユニット１０内の上記制御基板は、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）や、このＣＰＵに所定の処理を行わせるための各種プログラムおよび各種設定値またはデータを保持するためのメモリ、および各部と制御信号やデータのやりとりを行うためのインタフェース回路等からなり、機能的には図２に示すように、入力部３０、表示部３２、操作盤インタフェース３４、マーキングデータ記憶部３６、マーキング作成・編集部３８、マーキングデータ圧縮部４０、マーキング条件記憶部４２、マーキング条件設定部４４、マーキング実行制御部４６を有している。

入力部３０は、キーボードやマウス等のポインティングデバイスを含み、さらには通信ケーブルを介して外部装置からデータを取り込めるようになっている。表示部３２は、ディスプレイ１６（図１）および表示出力回路等を含み、各種設定画面や運転（状態表示）画面等を表示出力する。操作盤インタフェース３４は、入力部３０および表示部３２と演算処理部および記憶部（３６〜４６）との間での信号のやりとりをインタフェースする。

マーキングデータ記憶部３６は、この装置に設定入力されたマーキングパターン（文字、図形、図形等）のデータを格納する。マーキングパターンを設定入力する形態は２種類あり、１つはマーキング作成・編集部３８が入力部３０および表示部３２を通じたマン・マシン・インタフェースにより画面入力でユーザの希望するパターンを作成する形態である。他の１つは、たとえば外部のパソコン等で作成したマーキングパターンのデータ（典型的にはＣＡＤデータ）を入力部３０から取り込む形態である。

マーキング作成・編集部３８は、いったん設定入力された任意のパターンについて、マーキングデータ記憶部３６に格納されている該当マーキングデータを基に、入力部３０および表示部３２を通じたマン・マシン・インタフェースにより画面入力でハッチング、オフセットコピー、回転、合成等の様々な編集を行う機能も有している。

マーキングデータ圧縮部４０は、いったん設定入力された任意のパターンについて、そのパターンを定義するマーキングデータをデータ（情報）圧縮するものである。このマーキングデータ圧縮部４０の機能はこの実施形態の主要な特徴部分であり、後に詳しく述べる。

マーキング条件記憶部４２は、スキャニング方式のマーキング動作を規定する加工条件つまりＱスイッチ周波数、マーキング速度、電流（レーザ出力）等の設定値データを保持する。マーキング条件設定部４４は、入力部３０および表示部３２を通じたマン・マシン・インタフェースによりユーザの希望するマーキング条件を設定入力して、マーキング条件記憶部４２に格納する。

マーキング実行制御部４６は、入力部３０より入力されるスケジュールコードまたは起動番号に応答し、その起動番号の指定するマーキングパターンをその起動番号の指定するマーキング条件にしたがってマーキングするように、レーザ電源４８、レーザ発振器５０およびガルバノメータ・スキャナ５２の各動作を制御する。

レーザ電源４８は上記のように制御電源ユニット１０内に設けられており、レーザ発振器５０およびガルバノメータ・スキャナ５２はレーザ発振ユニット１２およびスキャニング・ヘッド１４内にそれぞれ設けられている。レーザ電源４８は、レーザ発振器５０にマーキング条件の一つとして設定されたレーザ励起用電流を供給する。レーザ発振器５０は、たとえばＹＡＧロッド、光共振器、電気光学励起部、Ｑスイッチ等で構成されるＱスイッチ型ＹＡＧレーザ発振器であり、マーキング条件の一つとして設定されたＱスイッチング周波数でＱスイッチパルスのＹＡＧレーザ光ＬＢを発振出力する。ガルバノメータ・スキャナ５２は、直交する２方向に首振り運動の可能な一対の可動ミラーを有しており、マーキング条件の一つとして設定されたマーキング速度で両可動ミラーを振ってそのミラー角を制御することで、レーザ発振器５０からのＱスイッチＹＡＧレーザ光ＬＢを加工テーブル２２上の被加工物Ｗ表面の所望の位置に集光照射する。

次に、このレーザマーキング装置におけるマーキングデータ圧縮機能を説明する。

図３に、ディスプレイ１６に表示される『ファイル作成画面』を示す。この『ファイル作成画面』は、右端から中心部に広がるパターン設定画面５４と、左端寄りのマーキング条件設定画面５６とに２分割されている。パターン設定画面５４には、文字、図形および／または記号からなる所望のパターンを作成ないし設定入力できるようになっている。所望のパターンを作成するためにマウス操作の作図ツール（図示せず）も利用可能となっており、あるいはパターン作成用の別画面で作成したパターンをこのパターン設定画面５４にコピーまたは貼り付けることも可能となっている。さらには、入力部３０を通じて外部のパソコン等からインポートしたＣＡＤデータのパターンをパターン設定画面５４に設定表示することもできるようになっている。

マーキング条件設定画面５６には、縦一列に「起動Ｎｏ．」、「Ｑスイッチ周波数」、「スキャニング速度」、「電流」・・等のマーキング条件項目が表示される。ユーザは、右側のパターン設定画面５４に設定表示されているパターンについて各マーキング条件の設定値を画面入力で設定する。

図４に、ＣＡＤで作成されるパターンの詳細構造の一例を示す。図中、Ｎで示す□印は各線分の端点を示す。図示のように、全体パターン「１２」を構成する個々の単位パターン「１」，「２」の枠線は、多数の線分Ｓをシリアルに繋いだ閉ループの連続線Ｍ₁，Ｍ₂として定義される。より詳細には、各連続線Ｍ₁，Ｍ₂において、直線または略直線の部分は１個ないし数個の長い線分Ｓをシリアルに繋いで形成される。反対に、曲線の部分は多数の短い線分Ｓをシリアルに繋いで形成され、その曲率半径が小さいほど線分Ｓが短小化して高密になる。ユーザはマーキング条件設定画面５６を通じて所望のスキャニング速度を設定できるが、ガルバノメータ・スキャナ５２におけるミラー首振り速度はスキャニング行路の屈曲点で若干速度を落とすため、線分Ｓが短小・高密であるほど、実際にビームスポットを移動させるマーキング速度は低下することになる。

この実施形態では、パターン設定画面５４上に設定表示されたパターン（特にＣＡＤデータのパターン）について、マーキングデータ圧縮部４０がユーザからの所定のコマンド入力に応じてマーキングデータに対するデータ圧縮処理（線分Ｓの数を削減する処理）を行う。

図５および図６に、マーキングデータ圧縮部４０におけるデータ圧縮処理の手順を示す。以下、図７〜図２１につき、このデータ圧縮処理の手法を説明する。

ユーザからのコマンドを入力すると、図７に示すように、先ず初期化の中で当該枠線または連続線Ｍの開始点Ｊおよび進行方向Ｈを決定する（ステップＡ₁）。次に、図８に示すように、開始点Ｊを始端とする最初の線分Ｓ₁のデータを抽出する（ステップＡ₂）。ここで、線分Ｓ_i（ｉ＝１，２，３，・・）のデータは、線分Ｓ_iの始端および終端の位置をそれぞれ表す座標データとして与えられる。次に、当該線分Ｓ₁を線分統合処理にかける（ステップＡ₃）。

図６に、この線分統合処理（ステップＡ₃）の詳細な手順を示す。先ず、この線分Ｓ_iに対応する近似円弧Ｅ₁を定義する（ステップＢ₁）。図８に示すように、この近似円弧Ｅ₁は、当該線分Ｓ₁の両端Ｎ₀，Ｎ₁と１つ前の線分Ｓ₀の始端Ｎ_-1とを通る円弧のうち当該線分Ｓ₁の始端Ｎ₀と終端Ｎ₁とを結ぶ部分であり、３点（Ｎ_-1，Ｎ₀，Ｎ₁）から一義的に定義され、その円中心Ｏ₁の座標位置も求められる。ここで、近似円弧Ｅ_i（ｉ＝１，２，３，・・）のデータは、たとえば円弧両端（Ｎ_i-1，Ｎ_i）の座標データ、円中心Ｏ_iの座標データ、半径ｒ_iのデータ等で構成される。

次に、こうして定義した近似円弧Ｅ₁について、この近似円弧Ｅ₁が円弧としての妥当性を有するか否かを所定の判定基準にしたがって判定する（ステップＢ₂）。一実施例として、この判定基準は、（１）円弧角の角度θが所定の下限角度以上であること、（２）円弧角の半径ｒが所定の上限半径以下であることの２要件を満たすか否かである。当該近似円弧Ｅ₁の場合は、上記２要件（１）（２）を満たすので、次のステップＢ₃に進み、所定の判定基準にしたがって１つ前の円弧との結合性を判定する。この線分Ｓ_iの場合は、１つ前の円弧が存在しないので、無条件に結合性はない。そこで、ステップＢ₅に進み、図９に示すように、この近似円弧Ｅ₁を連続線Ｍ上の新たな一区間、つまり線分Ｓ₁に置き換わる一区間とし、近似円弧Ｅ₁のデータをマーキングデータの一要素とする。これで、線分Ｓ₁に対する線分統合処理（ステップＡ₃）を終了する。

次に、２番目の線分Ｓ₂について、該当の線分デ―タを抽出し（ステップＡ₂）、線分統合処理を実行する（ステップＡ₃）。この線分統合処理でも、最初に、この線分Ｓ₂に対応する近似円弧Ｅ₂を定義する（ステップＢ₁）。図１０に示すように、この近似円弧Ｅ₂は、当該線分Ｓ₂の両端Ｎ₁，Ｎ₂と１つ前の線分Ｓ₁の始端Ｎ_-0とを通る円弧のうち当該線分Ｓ₂の始端Ｎ₀と終端Ｎ₁とを結ぶ部分であり、３点（Ｎ₀，Ｎ₁，Ｎ₂）から一義的に定義され、その円中心Ｏ₂の座標位置も求められる。

次に、こうして定義した近似円弧Ｅ₂について、円弧としての妥当性を判定し（ステップＢ₂）。妥当性がある場合は、次にこの近似円弧Ｅ₂と直前の区間を形成している１つ前の円弧Ｅ₁との結合の是非を所定の判定基準にしたがって判定する（ステップＢ₃）。一実施例として、この判定基準は、（ａ）当該近似円弧の円中心と１つ前の円弧の円中心との距離が所定の上限距離Ｒ以下であることである。両円弧Ｅ₁，Ｅ₂はこの要件（ａ）を満たしているので、図１１に示すように、両円弧Ｅ₁，Ｅ₂を１つの結合円弧Ｅ_1-2に統合し、その結合円弧Ｅ_1-2を連続線Ｍ上の新たな一区間とする（ステップＢ₄）。

なお、上記上限距離Ｒは、『ファイル作成画面』中のマーキング条件設定画面５６（図３）で設定入力されている「Ｑスイッチ周波数」、「スキャニング速度」をパラメータとし、「スキャニング速度」に比例し、「Ｑスイッチ周波数」には反比例するように設定される。したがって、「スキャニング速度」を低くするほど、あるいは「Ｑスイッチ周波数」を高くするほど、つまりレーザマーキングの分解能を高くするほど、上限距離Ｒは小さな値をとる（結合要件（ａ）が厳しくなる）。反対に、「スキャニング速度」を高くするほど、あるいは「Ｑスイッチ周波数」を低くするほど、つまりレーザマーキングの分解能を低くするほど、上限距離Ｒが大きな値をとる（結合要件（ａ）が緩くなる）。

なお、両円弧Ｅ₁，Ｅ₂の統合化においては、たとえば両円弧Ｅ₁，Ｅ₂の半径ｒ₁，ｒ₂および円中心Ｏ₁，Ｏ₂の座標位置を平均化したものを結合円弧Ｅ_1-2の半径ｒ_1-2および円中心Ｏ_1-2の座標位置としてよく、結合円弧Ｅ_1-2が元の線分節点Ｎ₀，Ｎ₁，Ｎ₂からずれることもある。

次に、３番目の線分Ｓ₃について、上記と同様に該当の線分デ―タを抽出し（ステップＡ₂）、線分統合処理を実行する（ステップＡ₃）。この線分統合処理でも、図１２および図１３に示すように、２番目の線分Ｓ₂に対するのと同様に、近似円弧Ｅ₃が定義され，この近似円弧Ｅ₃が１つ前の区間を形成している円弧Ｅ_1-2と１つの結合円弧Ｅ_1-3に統合され、この結合円弧Ｅ_1-3が連続線Ｍ上の新たな一区間となる（ステップＢ₁→Ｂ₂→Ｂ₃→Ｂ₄）。

次に、４番目の線分Ｓ₄について、該当の線分デ―タを抽出し（ステップＡ₂）、線分統合処理を実行する（ステップＡ₃）。この線分統合処理では、図１４に示すように、線分Ｓ₄に対応する近似円弧Ｅ₄を定義するものの（ステップＢ₁）、この近似円弧Ｅ₄の半径ｒ₄が上限半径を超えるため円弧としての妥当性がないことが判明する（ステップＢ₂）。この場合は、直前の区間が円弧Ｅ_1-3なので（ステップＢ₆）、図１４に示すように当該線分Ｓ₄をそのまま連続線Ｍ上の一区間とする（ステップＢ₇）。

次に、５番目の線分Ｓ₅について、該当の線分デ―タを抽出し（ステップＡ₂）、線分統合処理を実行する（ステップＡ₃）。この線分統合処理でも、線分Ｓ₅に対応する近似円弧Ｅ₅（図示せず）を定義しても（ステップＢ₁）、この近似円弧Ｅ₅に円弧としての妥当性がないので（ステップＢ₂）、円弧近似はできず、直線近似を検討する。この場合は、直前の区間が直線Ｓ₄なので（ステップＢ₆）、図１７に示すように１つ前の直線Ｓ₄と線分Ｓ₅とを１つに統合する、つまり直線Ｓ₄の始端と線分Ｓ₅の終端とを結ぶ１本の結合直線Ｇ_4-5を定義する（ステップＢ₈）。そして、この結合直線Ｇ_4-5について近似性つまり直線近似の妥当性があるか否かを所定の判定基準にしたがって判定する（ステップＢ₉）。

一実施例として、この判定基準は、（ア）当該線分の始端から結合直線までの最短の距離ｄが所定の上限距離Ｄ以下であるかどうかである。この結合直線Ｇ_4-5は上記要件（ア）を満たしている。また、後述する累積偏り誤差も上限値をオーバーしていないので（ステップＢ₁₀）、図１８に示すように両直線Ｓ₄，Ｇ_4-5に代えて結合直線Ｇ_4-5を連続線Ｍ上の一区間とする（ステップＢ₁₁）。

上記上限距離Ｄも、『ファイル作成画面』中のマーキング条件設定画面５６（図３）で設定入力されている「Ｑスイッチ周波数」、「スキャニング速度」をパラメータとし、「スキャニング速度」に比例し、「Ｑスイッチ周波数」には反比例するように設定される。したがって、「スキャニング速度」を低くするほど、あるいは「Ｑスイッチ周波数」を高くするほど、つまりレーザマーキングの分解能を高くするほど、上限距離Ｄは小さな値をとる（結合要件（ア）が厳しくなる）。反対に、「スキャニング速度」を高くするほど、あるいは「Ｑスイッチ周波数」を低くするほど、つまりレーザマーキングの分解能を低くするほど、上限距離Ｄが大きな値をとる（結合要件（ア）が緩くなる）。

図１８に示すように、図示の例の連続線Ｍにおいては、５個の線分Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄，Ｓ₅で構成されていた区間が、上記のようなデータ圧縮により１つの結合円弧Ｅ_1-3と１つの結合直線Ｇ_4-5に置き換えられることがわかる。

なお、上記累積偏りのチェック（ステップＢ₁₀）は、図１９に示すように、線分Ｓが少しずつ傾斜していく場合に有効に機能する。すなわち、連続する多数の線分Ｓ_n，Ｓ_n+1，・・，Ｓ_n+5がいずれも進行方向の片側（図１９の場合は右側）に傾いたまま直線近似が続けられると、偏り誤差ｄが累積され、図２０に示すように最終結果の結合直線Ｇ_aが連続線Ｍの元の経路から片側に大きくずれてしまう。そこで、当該線分の始端からみて結合直線が連続線Ｍの進む方向に対して左側に位置するかもしくは右側に位置するかに応じて最短距離ｄに正負の符号を付け、最短距離ｄの累積値Σｄの絶対値が所定の累積上限値を超えたときは直線近似としての妥当性がないと判定し、その場合は当該線分をそのまま連続線Ｍの一区間とする（ステップＢ₇）。このような累積偏りのチェックと是正の処理を行うことで、たとえば図２１に示すように、連続線Ｍの元の経路に近い結合直線Ｇ_b，Ｇ_cで直線近似することができる。

この実施形態においては、マーキングデータ圧縮部４０において上記のようなデータ圧縮処理を実行することにより、図４に示すようなパターン「１２」を定義するＣＡＤデータをレーザマーキング用に変換ないし最適化することができる。すなわち、この実施形態によれば、図２２に示すように、全体パターン「１２」を構成する個々の単位パターン「１」，「２」の枠線または連続線Ｍ₁，Ｍ₂について、曲線部分を多数の微小線分Ｓに代えて必要最小限の個数の円弧Ｅで定義することにより、パターンの原形を保ったままマーキングデータを効果的にデータ（情報）圧縮することができる。

図２３に、この実施形態におけるレーザマーキング加工の様子を示す。マーキング実行処理部４４は、マーキングデータ記憶部４２からパターン「１２」の枠線を定義するマーキングデータを円弧または直線（線分、結合直線）単位で逐次読み出し、各マーキングデータの指示する行路上をレーザビームスポットＢＳが一定のスキャニング速度で移動するようにガルバノメータ・スキャナ５０を動作させる。なお、レーザ発振器４８よりＱスイッチパルスのＹＡＧレーザ光ＬＢを一定の繰り返し周波数（Ｑスイッチ周波数）で発振出力させる。この実施形態によれば、上記のように、マーキングデータをデータ圧縮して、パターンを形成する円弧または直線の数（接続点の数）を大幅に減らしているので、マーキング速度の低下を来たすことなく、レーザマーキング加工の所要時間を大幅に短縮することができる。

また、レーザマーキング加工の他にも、データ圧縮後のマーキングデータに基づいてマーキング作成・編集部３８がハッチングやオフセットコピー等の編集処理を行う際にも、外枠Ｍを構成する円弧Ｅおよび直線Ｇ，Ｓの数が少ないため、外枠ないし境界認識が容易であり、編集処理速度が著しく向上する。

本発明において、被加工物Ｗの表面に施されるマーキング加工は、典型的には文字、記号、図形等のパターンを描画するものであるが、トリミング等の表面除去加工等も可能である。

本発明の一実施形態におけるスキャニング式レーザマーキング装置の外観を示す斜視図である。実施形態のレーザマーキング装置における制御部の機能的構成を示すブロック図である。実施形態におけるファイル作成画面を示す図である。ＣＡＤで作成されるパターンの詳細構造の一例を示す図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の手順を示すフローチャート図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の中の線分統合処理の手順を示すフローチャート図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の手法を説明するための連続線のサンプルを示す図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の一段階を示す図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の一段階を示す図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の一段階を示す図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の一段階を示す図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の一段階を示す図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の一段階を示す図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の一段階を示す図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の一段階を示す図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の一段階を示す図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の一段階を示す図である。実施形態におけるデータ圧縮処理の一段階を示す図である。実施形態における累積偏り判定処理を説明するための連続線のサンプルを示す図である。実施形態において累積偏り判定処理を行わない場合の問題点を示す図である。実施形態における累積偏り判定処理の作用を示す図である。ＣＡＤデータ（図４）に実施形態のデータ圧縮処理を適用して得られるマーキングデータの構造をパターンのレベルで示す図である。実施形態におけるレーザマーキング加工の様子を示す斜視図である。

符号の説明

１０制御電源ユニット
１２レーザ発振ユニット
１４スキャニング・ヘッド
１８ディスプレイ
３０入力部
３２表示部
３６マーキングデータ記憶部
３８マーキング作成・編集部
４０マーキングデータ圧縮部
４２マーキング条件記憶部
４４マーキング条件設定部
４６マーキング実行制御部
４８レーザ電源
５０レーザ発振器
５２ガルバノメータ・スキャナ

Claims

多数の線分を順次繋いで１つまたは複数の連続線を定義し、被加工物上でレーザビームのスポットを前記連続線に沿ってスキャニングして、前記連続線で規定された所望のパターンをレーザマーキングするレーザマーキング方法であって、
各々の線分について、当該線分の代表点と前記連続線上で当該線分の前または後に位置する１つまたは複数の他の線分の代表点とから当該線分に近似する近似円弧を定義する工程と、
前記近似円弧の円弧としての妥当性を第１の判定基準にしたがって判定する工程と、
前記近似円弧に円弧としての妥当性があるとの判定結果が出たときは、当該線分に代えて前記近似円弧を前記連続線の一区間とし、前記近似円弧に円弧としての妥当性がないとの判定結果が出たときは、当該線分をそのまま前記連続線の一区間とする工程と
を有するレーザマーキング方法。
多数の線分を順次繋いで１つまたは複数の連続線を定義し、被加工物上でレーザビームのスポットを前記連続線に沿ってスキャニングして、前記連続線で規定された所望のパターンをレーザマーキングするレーザマーキング方法であって、
各々の線分について、当該線分の代表点と前記連続線上で当該線分の前または後に位置する１つまたは複数の他の線分の代表点とから当該線分に近似する近似円弧を定義する工程と、
前記近似円弧の円弧としての妥当性を第１の判定基準にしたがって判定する工程と、
前記近似円弧に円弧としての妥当性があるとの判定結果が出たときは、当該線分に代えて前記近似円弧を前記連続線の一区間とする工程と、
前記近似円弧に円弧としての妥当性がないとの判定結果が出て、かつ１つ前の区間が円弧であるときは、当該線分をそのまま前記連続線の一区間とする工程と、
前記近似円弧に円弧としての妥当性がないとの判定結果が出て、かつ１つ前の区間が直線であるときは、その１つ前の直線と当該線分とを統合する１つの結合直線を定義する工程と、
前記結合直線の直線近似としての妥当性を第２の判定基準にしたがって判定する工程と、
前記結合直線に直線近似としての妥当性があるとの判定結果が出たときは、前記１つ前の直線および当該線分に代えて前記結合直線を前記連続線上の一区間とし、前記結合直線に近似性がないとの判定結果が出たときは、前記１つ前の直線に繋げて当該線分をそのまま前記連続線の一区間とする工程と
を有するレーザマーキング方法。
前記近似円弧は、当該線分の両端および１つ前の線分の始端の３点を通る円弧のうち当該線分の始端と終端とを結ぶ部分である請求項１または請求項２に記載のレーザマーキング方法。
前記第１の判定基準は、前記近似円弧の中心角が所定の下限角度以下であるときは円弧としての妥当性がないとする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザマーキング方法。
前記第１の判定基準は、前記仮想円弧の半径が所定の上限半径以上であるときは円弧としての妥当性がないとする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザマーキング方法。
前記近似円弧の円弧としての妥当性があるとの判定結果が出て、かつその１つ前の区間が円弧であるときは、前記１つ前の円弧と前記近似円弧との間に結合性があるか否かを第３の判定基準にしたがって判定する工程と、
前記１つ前の円弧と前記近似円弧との間に結合性があるとの判定結果が出たときは、前記１つ前の円弧と前記近似円弧とを統合する１つの結合円弧を前記連続線の新たな一区間とし、前記近似円弧と前記１つ前の円弧との間に結合性がないとの判定結果が出たときは、前記１つ前の円弧に繋げて前記近似円弧を前記連続線の新たな一区間とする工程と
を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザマーキング方法。
前記第３の判定基準は、前記近似円弧の円中心と前記１つ前の円弧の円中心との距離が第１の上限距離以上であるときは両円弧の間に結合性がないとする請求項６に記載のレーザマーキング方法。
前記第１の上限距離は、前記レーザビームスポットのスキャニング速度をパラメータとし、前記スキャニング速度が高いほど大きな値に設定され、前記スキャニング速度が低いほど小さな値に設定される請求項７に記載のレーザマーキング方法。
前記レーザビームはＱスイッチパルスのレーザビームであり、
前記第１の上限距離は、前記Ｑスイッチパルスの繰り返し周波数をパラメータとし、前記繰り返し周波数が高いほど小さな値に設定され、前記繰り返し周波数が低いほど大きな値に設定される請求項７に記載のレーザマーキング方法。
前記第２の判定基準は、当該線分の始端から前記統合直線までの最短の距離が第２の上限距離以上であるときは前記結合直線に直線近似としての妥当性がないとする請求項２〜９のいずれか一項に記載のレーザマーキング方法。
前記第２の上限距離は、前記レーザビームスポットのスキャニング速度をパラメータとし、前記スキャニング速度が高いほど大きな値に設定され、前記スキャニング速度が低いほど小さな値に設定される請求項１０に記載のレーザマーキング方法。
前記レーザビームはＱスイッチパルスのレーザビームであり、
前記第２の上限距離は、前記Ｑスイッチパルスの繰り返し周波数をパラメータとし、前記繰り返し周波数が高いほど小さな値に設定され、前記繰り返し周波数が低いほど大きな値に設定される請求項１０に記載のレーザマーキング方法。
前記第２の判定基準は、当該線分の始端からみて前記結合直線が前記連続線の進む方向に対して左側に位置するかもしくは右側に位置するかに応じて前記最短距離に正負の符号を付け、前記最短距離の累積値が所定の上限値を超えたときは直線近似としての妥当性がないとする請求項２〜１２のいずれか一項に記載のレーザマーキング方法。
多数の線分を順次繋いで１つまたは複数の連続線を定義し、被加工物上でレーザビームのスポットを前記連続線に沿ってスキャニングして、前記連続線で規定された所望のパターンをレーザマーキングするレーザマーキング装置であって、
各々の線分について、当該線分の代表点と前記連続線上で当該線分の前または後に位置する１つまたは複数の他の線分の代表点とから当該線分に近似する近似円弧を定義する近似円弧定義部と、
前記近似円弧の円弧としての妥当性を第１の判定基準にしたがって判定する判定部と、
前記近似円弧に円弧としての妥当性があるとの判定結果が出たときは、当該線分に代えて前記近似円弧を前記連続線の一区間とし、前記近似円弧に円弧としての妥当性がないとの判定結果が出たときは、当該線分をそのまま前記連続線の一区間とする連続線区間定義部と
を有するレーザマーキング装置。
多数の線分を順次繋いで１つまたは複数の連続線を定義し、被加工物上でレーザビームのスポットを前記連続線に沿ってスキャニングして、前記連続線で規定された所望のパターンをレーザマーキングするレーザマーキング装置であって、
各々の線分について、当該線分の代表点と前記連続線上で当該線分の前または後に位置する１つまたは複数の他の線分の代表点とから当該線分に近似する近似円弧を定義する近似円弧定義部と、
前記近似円弧の円弧としての妥当性を第１の判定基準にしたがって判定する第１の判定部と、
前記近似円弧に円弧としての妥当性があるとの判定結果が出たときは、当該線分に代えて前記近似円弧を前記連続線の一区間とする第１の連続線区間定義部と、
前記近似円弧に円弧としての妥当性がないとの判定結果が出て、かつ１つ前の区間が円弧であるときは、当該線分をそのまま前記連続線の一区間とする第２の連続線区間定義部と、
前記近似円弧に円弧としての妥当性がないとの判定結果が出て、かつ１つ前の区間が直線であるときは、その１つ前の直線と当該線分とを統合する１つの結合直線を定義する結合直線定義部と、
前記結合直線の直線近似としての妥当性を第２の判定基準にしたがって判定する第２の判定部と、
前記結合直線に直線近似としての妥当性があるとの判定結果が出たときは、前記１つ前の直線および当該線分に代えて前記結合直線を前記連続線上の一区間とし、前記結合直線に近似性がないとの判定結果が出たときは、前記１つ前の直線に繋げて当該線分をそのまま前記連続線の一区間とする第３の連続線区間定義部と
を有するレーザマーキング装置。