JP2009125762A - レーザマーキング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】露光範囲のどの場所でも迅速に歪みのないマーキングを行うことができ、しかも、高精度を要求される２次元コード等のマーキングに適するレーザマーキング装置を提供する。
【解決手段】レーザ光を反射するＸ方向ミラー２及びＹ方向ミラー３と、前記各ミラーを回転させる駆動モータ２１，３１と、前記ミラー２，３によって反射されたレーザ光１を集光する集光レンズ４を設ける。前記駆動モータ２１，３１の制御ユニット６に設けた主要制御部６０のマーキング位置指令信号ｘ，ｙの出力部と、前記駆動モータ２１，３１間にそれぞれ所期のマーキング位置Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍにマーキングさせるための指令信号Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃに変換させる指令信号変換演算部７１，７２を設ける。
【選択図】図８

Description

本発明は、レーザ光をＸ方向とＹ方向ミラーで反射し、各ミラーの回転角をモータで任意に制御することにより、露光面に配置された液晶パネルなどの材料の任意の場所にレーザ光を集光して２次元コード等のマーキングを行うレーザマーキング装置に関するものである。

図１は従来装置の要部構成を摸式的に表したもので、入射レーザ光１はＸ方向ミラー２とＹ方向ミラー３にて反射された後、集光レンズ４を通り、露光面５に焦点を結ぶ。そしてＸ方向ミラー２とＹ方向ミラー３の回転角θｘ，θｙにより、露光面５での焦点位置座標Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍが一意的に定まる。しかしながら、このような構成の装置では、集光レンズ４の特性や集光レンズと各ミラー２，ミラー３の幾何学的配置に起因するレーザ光の照射位置の歪みにより回転角θｘ，θｙを等間隔で回転させても座標Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍの間隔は等間隔にならない。

図２は、Ｘ，Ｙ方向に回転角θｘ，θｙを等間隔で回転させてマーキングした場合の理想的な結果物の例をグラフで表したもので、白丸の１点がθｘ，θｙの回転角に対応している。また図３は、マーキングされた露光面上の座標Ｘ_ｍ、Ｙ_ｍが、図２の白丸の位置に対してどのような位置になるかを示したもので、黒丸の１点がＸ_ｍ、Ｙ_ｍの位置に対応している。

図２では、白丸は等間隔の格子状となっているが、図３の黒丸は上下が膨らみ、左右が凹んだ形状となっている。従って、図５に示すように、露光面上での座標Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍが等間隔の格子状になるようにするには、各ミラーの回転角θｘ，θｙを等間隔でない位置（図４の白丸）になるように制御する必要がある。

そこで、本発明者が先に開発した装置では、露光面上の座標が図５の黒丸の位置になるように図４の白丸の位置のミラー回転角を装置調整時に算出し、補正用テーブルとして装置内に設ける構成としたが、露光範囲の全ての点をテーブルにすることはできないため、黒丸の間隔が数十ｍｍとなるような位置についてのみ対応する白丸の回転角を前記補正用テーブルに書き込んでおき、補正用テーブルにない位置はデータを補間することによってミラーの回転角を決めるようにしていた。

即ち、本発明が先に開発したレーザマーキング装置では、レーザを照射したい露光面上の位置から、それに対応するミラーの回転角を算出する際に、あらかじめ作成してある補正用テーブル（図６に一例を示す）から検索し、データを補間することによってミラーの回転角制御を行っていた。例えば、Ｘ＝１００，Ｙ＝５０の位置にマーキングを行うとき、θｘは図６の上の表より、θｘ＝−１１．１７６、θｙは図８の下の表より、θｙ＝−１１．３６３となる。

しかし、上記の先に開発したレーザマーキング装置で、２次元コードをマーキングするような場合には、マーキングされる２次元コードは、数百もの点で構成されており、その全ての点について検索と補間作業を行っていては時間がかかりすぎ、実用装置として成り立たないため、従来装置では２次元コードの中心位置のみをテーブルにより変換し、コード内の点の位置は中心位置からの相対位置としてミラーの回転角を等間隔に変化させていた。そのため露光位置によっては、図７（ａ）に示すように２次元コードの形状がひし形に歪んでしまっていた。

又、所期の位置にマーキングするためにパターン認識装置を用いて、格子点における誤差量を計測し、現在位置と行き先位置の間の相対移動量にプラスして、各点における誤差量の差を補正量として、ガルバノメータ駆動信号に加えるようにして位置補正を行う方法(特許文献２参照)が提案されているが、図３のような非直線的な歪みをもつ系では、誤差量と補正量は厳密には等しくなく数百μｍのずれがあるため、数百μｍ程度の精度で済むマーキングの場合は良いが、数十μｍの精度を要求される２次元コードのマーキングには不十分であった。
特開昭６２−９４３４３号公報 特開平７−１６４１６９号公報

そこで本発明は、露光範囲のどの場所でも迅速に歪みのないマーキングを行うことができ、しかも、高精度を要求される２次元コード等のマーキングに適するレーザマーキング装置を提供しようとするものである。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、請求項１記載の発明は、レーザ光を反射するＸ方向ミラー及びＹ方向ミラーと、前記各ミラーを回転させる駆動モータと、前記ミラーによって反射されたレーザ光を集光し、露光面に焦点を結ぶ集光レンズを備えたレーザマーキング装置において、制御ユニットのマーキング位置指令信号ｘ，ｙの出力部と，前記駆動モータ間に、前記マーキング位置指令信号ｘ，ｙを所期のマーキング位置Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍにマーキングさせるための指令信号Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃに変換させる２つの指令信号変換演算部を設けたことを特徴とするレーザマーキング装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明における指令信号変換演算部を任意の次数の近似多項式ｆ（ｘ，ｙ），ｇ（ｘ，ｙ）によって指令信号Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ化の演算を行うものとしたことを特徴とするレーザマーキング装置である。

請求項３記載の発明は、請求項１記載又は２記載の発明において、集光レンズを省略すると共に、ミラーの直前にフォーカス制御機構を設けたことを特徴とするレーザマーキング装置である。

本発明では、所期の露光したい位置Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍにマーキングするために、Ｘ方向ミラー及びＹ方向ミラーを駆動するための指令信号Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃをマーキング信号指令信号ｘ，ｙを入力とする２つの指令信号変換演算部によって得るように構成したので、マーキング指令信号ｘ，ｙに補正量を加える方法に比し、指令信号Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃに内在する誤差量は極めて少なく、数十μｍの精度を要求される２次元コードのマーキングにも適用することができると共に、補正用テーブルを用いる方法に比し、マーキングを迅速に行うことができる。

しかも、従来のように、光学装置の調整を全く必要とせず、レーザマーキング装置固有の歪み発生状態に応じて、指令信号変換演算部における近似多項式ｆ（ｘ，ｙ），ｇ（ｘ，ｙ）の係数を、歪み発生状態に応じて設定すれば対応することができるので、レーザマーキング装置の運転開始前に要する調整等の準備時間短縮化の効果がある。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図８は、本発明の第１の実施例の要部構成を示す模式図で、光学装置部は、図１に示した従来装置と同一であるが、制御ユニット６の構成を異にするものである。

即ち、制御ユニット６は、レーザ制御部６１、マーキング点を数十ｍｍの等間隔で格子状配置の誤差量検出用テストパターン発生部６２及びネットワークを介して入力するマーキングパターン情報Ｐのマーキング位置情報出力部６３を備えた主要制御部６０と、指令信号変換演算部７とを備え、前記レーザ制御６１は、Ｑスイッチ制御信号Ｐ１と励起光源制御信号Ｐ２を送出し、誤差量検出用テストパターン発生部６２は、格子点の位置信号ｘ，ｙを送出し、マーキング位置情報出力部６３はマーキングパターン情報Ｐによるマーキング位置信号Ｘ，Ｙを送出する。

指令信号変換演算部７は、指令信号Ｘ_ｃ，指令信号Ｙ_ｃを得るための２つの演算部７１，７２からなり、それぞれ前記マーキング位置信号Ｘ，Ｙを入力として，所期のマーキング位置Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍを得るための指令信号Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃの演算を行うもので、任意の次数の近似多項式ｆ（ｘ，ｙ），ｇ（ｘ，ｙ）を用いて演算が行われる。そして、各近似多項式の係数ａ_ｉ，ｂ_ｉ（ｉ＝０，１，２，３・・・）は、後述の誤差量検出用テストパターンのマーキング結果を見て設定値等指令部８により設定する。

次に本実施例装置の取扱いについて説明すると、先ず、設定値等指令部８によりＯＮ信号Ｐ３を送出させて電子開閉部Ｓ１を開き、次に読み出し信号Ｐ５により誤差量検出パターン発生部６２のメモリに記憶されている図２に示すような格子点状のテストパターンを読み出すと共に、テストパターンのマーキング指令信号ｘ，ｙを電子開閉部Ｓ１及び電力増幅器９，９’を介してミラー２，３の駆動モータ２１と３１に与えて、前記テストパターンのマーキングを行う。

その結果物は前述のように光学装置部の幾何学的配置や集光レンズの特性により例えば図３に示すように歪曲する。

この歪曲した結果物の各点(図３の黒点)の位置を測長機で測定し、黒点を結ぶＸ軸方向とＹ軸方向の曲線の逆曲線の近似多項式を求め、その逆曲線の近似多項式を指令信号変換演算部７の演算部７１，７２に設定する。

曲線の近似多項式は係数が異なるだけであるので、装置としては、演算部７１，７２に近似多項式の主要部は予め設定しておき、上記の計算結果を見て、設定値等指令部８で各演算部７１，７２に各近似多項式の係数ａ_ｉ，ｂ_ｉを設定する。

以上の事前準備が終わったなら、電子開閉部Ｓ１を閉じ、電子開閉部Ｓ２に設定値等指令部８からＯＮ信号Ｐ４を送出して開き、次にマーキング開始信号Ｐ０を設定値等指令部８から、主要制御部６０に与えマーキングを開始させる。

マーキング開始と共に、マーキング位置情報出力部６３から、マーキング位置信号Ｘ，Ｙが出力され、その出力信号は指令信号変換演算部７によって，所期の位置にマーキングさせるための指令信号Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃに変換され、それぞれ電力増幅器９，９’を介して駆動モータ２１，３１に与えられ、ミラー２，３を駆動して、所期の位置にマーキングを行う。

本発明装置では、例えば、図２に示す格子点状テストパターンをマーキングしようとする場合、従来装置における図３に示すような結果物にならないように、それとは逆の図４に示すようなパターンに対応する指令信号Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ、換言すると、誤差量(偏位量)をキャンセルするような指令信号に変換してマーキングを行うもので、この方法によると、補正テーブルを用いる方法よりマーキング時間が著しく短縮されて装置自体が高速化され、又誤差量が数十μｍの精度が得られるので、マーキングする２次元コードの品質向上が可能となり、二次元コードも歪むことなく図７（ｂ）のようにマーキングできるようになった。なお、近似多項式の次数を多くすれば、精度を向上させることができるが、計算速度が遅くなる。つまりマーキング速度が遅くなるので、次数は要求される精度によって決定すればよい。

図９は第２の実施例の構成を示す模式図で、集光レンズ４の代わりに、フォーカス制御機構１０を設けて露光面にレーザ光を集光させるようにしたものである。

このような構成でも、第１の実施例同様の効果を得ることができる。

図８及び図９に示した実施例では、誤差量検出用パターン発生部６２のメモリにテストパターンを書き込んでおき、レーザマーキング装置固有の近似多項式を決定するに際してメモリから格子点の位置信号ｘ，ｙを読み出し、電子開閉部Ｓ１及び電力増幅器９，９’を介して駆動モータ２１，３１に駆動信号を与えるように構成したが、外部ネットワークを介してテストパターン情報を主要制御部６０に入力させ、電子開閉部Ｓ１及び電力増幅器９，９’を介して駆動モータ２１，３１に駆動信号を与えるように構成しても良いことは勿論である。

従来のレーザマーキング装置の要部構成を示す模式図。 ミラー２，３の回転角θｘ，θｙをグラフ化した図。 ミラー２，３の回転角θｘ，θｙに対応する露光面５上のレーザ焦点位置の座標Ｘ，Ｙをグラフ化した図。 露光面５上のレーザ焦点位置の座標Ｘ，Ｙが等間隔の格子状になるようにしたときのミラー２，３の回転角θｘ，θｙをグラフ化した図。 図４のミラー２，３の回転角θｘ，θｙに対応する露光面５上のレーザ焦点位置のＸ，Ｙをグラフ化した図。 従来の技術でθｘ，θｙの算出に使用していた表の一例を示す図。 (ａ)は従来技術での歪んだ２次元コードの例を示す図で、(ｂ)は本発明適用による歪みのない２次元コードの例を示す図。 本発明の第１の実施例を示す模式図。 本発明の第２の実施例を示す模式図。

符号の説明

１ 入射レーザ光
２ Ｘ方向ミラー
３ Ｙ方向ミラー
２１，３１ 駆動モータ
４ 集光レンズ
５ 露光面
６ 制御ユニット
６０ 主要制御部
６１ レーザ制御部
６２ 誤差量検出用テストパターン発生部
６３ マーキング位置情報出力部
７ 指令信号変換演算部
７１ 指令信号Ｘ_ｃの演算部
７２ 指令信号Ｙ_ｃの演算部
Ｓ１，Ｓ２ 電子開閉部
８ 設定値等指令部
９，９’ 電力増幅器
１０ フォーカス制御機構

Claims (3)

1. レーザ光を反射するＸ方向ミラー及びＹ方向ミラーと、前記各ミラーを回転させる駆動モータと、前記ミラーによって反射されたレーザ光を集光し、露光面に焦点を結ぶ集光レンズを備えたレーザマーキング装置において、制御ユニットのマーキング位置指令信号ｘ，ｙの出力部と，前記駆動モータ間に、前記マーキング位置指令信号ｘ，ｙを所期のマーキング位置Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍにマーキングさせるための指令信号Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃに変換させる２つの指令信号変換演算部を設けたことを特徴とするレーザマーキング装置。
2. 指令信号変換演算部を任意の次数の近似多項式ｆ（ｘ，ｙ），ｇ（ｘ，ｙ）によって指令信号Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ化の演算を行うものとしたことを特徴とする請求項１記載のレーザマーキング装置。
3. 集光レンズを省略すると共に、ミラーの直前にフォーカス制御機構を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザマーキング装置。

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