JP2014046330A

JP2014046330A - レーザマーキング装置及びウォブル印字端部処理パターン生成プログラム並びにコンピュータで読取可能な記録媒体

Info

Publication number: JP2014046330A
Application number: JP2012190608A
Authority: JP
Inventors: Hidehito Nakagawa; 秀仁中河
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-03-17

Abstract

【課題】ウォブル印字の品質を高める。
【解決手段】ウォブル印字加工の基本パターンを生成した後、始端部Ｅsの延長線Ｌex上において、基準座標Ｃpから送りピッチＰt隔てた中心座標Ｆcを求め、各中心座標Ｆc毎に延長線Ｌexの上側に比較的小さな追加の円弧Ａscを仮想的に加え、追加の円弧Ａscと最外郭輪郭図形との交点を求める。同様に、延長線Ｌexの下側に比較的大きな追加の円弧Ａbcを仮想的に加え、追加の円弧Ａbcと最外郭輪郭図形との交点を求める。
【選択図】図10

Description

本発明はウォブル(Wobble)印字の始端部及び/又は終端部の処理に関し、典型的にはレーザマーキング装置（レーザマーカ）の印字加工に適用される。

レーザマーキング装置（通称：レーザマーカ）はレーザビームを対象物の表面に当てて非接触の熱加工で印字することから、印字した文字が半永久的に消えない、微少な文字も印字できる等の利点を有し、樹脂、ガラス、木材、金属などの材料に対して広く適用されている。

レーザマーカはレーザビームを対象物の表面上で走査させることにより印字するが、印字加工の方法としてWobble（ウォブル）法が一部のレーザマーカで採用されている。レーザ印字はレーザ加工の一例であり、レーザ加工はワークの切断、溶接などにも適用されているが、上述したウォブル法はワークの切断や溶接では汎用的に採用されている（特許文献１）。

特開平８−１９２２８６号公報

ウォブル(Wobble)加工法は、レーザビームが開始端（始端）から終了点（終端）まで螺旋を描きながら進む。ワークの切断では始端と終端での問題は発生しないが、印字の場合には、始端と終端との間の途中部分ではレーザビームが当たる部分が連続的であるためレーザビームが当たる部分の熱を適度に蓄積した状態でウォブル(Wobble)印字を施すことができるが、始端部及び終端部ではレーザビームが当たる密度が小さいためにレーザビームによる熱がその周囲に逃げてしまい印字品質が低下し易い。この問題は例えば金属に黒などの濃色の印字を施すときに顕著に表れる。

本発明は、ウォブル印字の品質を高めることのできるレーザマーキング装置、ウォブル印字端部処理パターン生成プログラム並びにコンピュータで読取可能な記録媒体を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明の一つの観点によれば、
レーザビームでワークの表面に螺旋状に印字するウォブル加工を実行するためにウォブル加工パターンを生成可能なプログラムを備えたレーザマーキング装置であって、
前記ウォブル加工パターンの端部の密度を高めるために、該端部に追加の線分を所望のピッチで付加する端部処理パターン生成プログラムを備えていることを特徴とするレーザマーキング装置を提供することにより達成される。

上記の技術的課題は、本発明の他の観点によれば、
ワークの表面にレーザビームを当てて、該ワークの表面に螺旋状に印字するウォブル加工を実行するためにウォブル加工パターンを生成する機能を有するレーザマーキング装置に、該ウォブル加工パターンの端部に追加の加工パターンを付加するウォブル印字端部処理パターン生成プログラムであって、
前記レーザマーキング装置に、
前記ウォブル加工パターンの端を規定する最外郭輪郭図形を設定する機能と、
前記ウォブル加工パターンの端を構成する円弧と前記最外郭輪郭図形とに接する追加の線分を予め設定したピッチで複数前記ウォブル加工パターンの端部に加える機能とを実現させることを特徴とするウォブル印字端部処理パターン生成プログラム及びこれを記録した記録媒体を提供することにより達成される。

本発明によれば、ウォブル印字パターンの端部に追加のパターンを付加することで、ウォブル印字加工を施す際にウォブル印字加工の端部にレーザビームを当てる密度が高まるためウォブル印字の品質を向上できる。ここに、ウォブル印字パターンの端部は始端部であってもよいし終端部であってもよい。勿論、ウォブル印字パターンの始端部及び終端部の双方に追加のパターンを付加してもよい。

本発明の他の目的、作用効果は、後に説明する実施例の詳細な説明から明らかになろう。

実施例のレーザマーカシステムの全体概要図である。図１のレーザマーカシステムのブロック図である。他の実施例のレーザマーカシステムの全体ブロック図である。ウォブル印字加工の基本パターンを説明するための図である。ウォブル印字加工パターンを生成する基礎となる入力線分を説明するための図である。ウォブル印字加工パターンを生成するためのプログラムを起動したときのＧＵＩであり、線幅、オーバーラップ率などを設定するための入力ダイアログを表示させた状態のディスプレイ表示画面を示す。ウォブル印字加工パターンを生成する第１工程を説明するための図である。ウォブル印字加工パターンを生成する第２工程を説明するための図である。第１、第２の工程の組み合わせによって螺旋状のウォブル印字加工パターンが生成可能であることを説明するための図である。ウォブル印字加工パターンの始端部に付加される追加の処理パターンの生成方法を説明するための図である。ウォブル印字加工パターンの終端部に付加される追加の処理パターンの生成方法を説明するための図である。実施例のウォブル印字加工パターン生成の基本的なフローを説明するためのフローチャートである。ウォブル印字加工の基本パターンを生成する手順を説明するためのフローチャートである。ウォブル印字基本パターンの始端部に追加の加工パターンを付加する手順を説明するためのフローチャートである。本発明に従う手法で作成したウォブル印字加工パターンの一例を示す図である。本発明に従う手法で作成したウォブル印字加工パターンの他の例を示す図である。実施例のウォブル印字加工パターンを生成する際に必要とされる最外郭輪郭図形を説明するための図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

実施例のレーザマーカシステム（図１、図２）：
図１は実施例のレーザマーカシステムの全体概要を示す。図示のレーザマーカシステム１００は、マーキングヘッドと呼ばれるマーキング装置２と、マーキング装置２に接続されてこれを制御するレーザ制御部を構成するコントローラ４と、コントローラ４とデータ通信可能に接続された３次元加工データ設定装置６とを有し、３次元加工データ設定装置６は、コントローラ４に対して印字パターンを３次元の３次元加工データとして設定する。３次元加工データ設定装置６は３次元加工データ設定プログラムをインストールしたコンピュータやプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）で構成されるのがよい。

コントローラ４には、必要に応じて各種外部機器８が接続される。外部機器８としては、例えばライン上に搬送されるワークの種別、位置等を確認するイメージセンサ等の画像認識装置、ワークとマーキング装置２との距離に関する情報を取得する変位計等の距離測定装置、所定のシーケンスに従って機器の制御を行うＰＬＣ、ワークの通過を検出するＰＤセンサその他各種のセンサ等を例示的に挙げることができる。

レーザマーカシステム１００は、入力された対象物の印字面に加工パターンを仮想的に一致させるように加工パターン情報を平面状から３次元空間座標データに変換して、対象物の印字面が３次元の凹凸面であっても比較的容易に印字パターンを設定してこれを対象物の表面に印字できる。３次元加工データの設定は例えば特開２００７−１１１７６３号公報に３次元加工データの具体的な手法が記載されていることから、この特開２００７−１１１７６３号公報の全文を本明細書に援用することにより、その説明を省略する。

３次元のレーザ印字が可能なマーキング装置２のハード構成を図２を参照して説明する。なお、印字とは文字や記号、図形等のマーキングを意味し、具体的には、ひらがな、カタカナ、漢字、アルファベットや数字、記号、絵文字、アイコン、ロゴ、バーコードや２次元コード等のグラフィックを含む。

マーキング装置２はレーザ励起部２００とレーザ出力部２０２とを含み、レーザ出力部２０２に含まれるレーザ発振部２０４のレーザ媒質２０６で発振されたレーザビームＬbを対象物（ワーク）Ｗの表面で走査させることで対象物Ｗの表面に印字する。印字動作を制御する印字信号は、そのＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じてレーザビームＬbのＯＮ／ＯＦＦが切り替えられ、その１パルスが発振されるレーザビームＬbの１パルスに対応するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号は、その周波数に応じたデューティ比に基づいてレーザ強度を規定することができる。変形例として、周波数に基づいた走査速度によってレーザ強度を規定してもよい。

レーザ励起部２００はレーザ励起光源２０８と集光部２１０を備え、レーザ励起光源２０８には電源部から定圧電源が供給される。レーザ励起光源２０８は半導体レーザやランプ等で構成される。具体的には、レーザ励起光源２０８は複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイで構成され、各素子からのレーザ発振がライン状に出力され、集光部２１０の入射面に入射される。集光部２１０は典型的にはフォーカシングレンズ等で構成され、そして、集光部２１０の出射面からレーザ励起光をレーザ出力部２０２に向けて出力する。

レーザ励起部２００とレーザ出力部２０２とは光ファイバーケーブル２１２によって連結され、レーザ励起部２００が生成したレーザ励起光は上述したレーザ媒質２０６に入る。ここに、レーザ媒質２０６はロッド状の固体レーザ媒質（例えばＮｄ：ＹＶＯ₄）で構成され、その一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザビームＬbを出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式が採用されている。レーザ媒質２０６は、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザビームＬbの波長を任意の波長に変換できるようにしてもよい。

レーザ媒質２０６の変形例として、固体レーザ媒質の代わりに、換言すると、レーザビームを発振させる共振器でレーザ媒質２０６を構成しないで、波長変換のみを行う波長変換素子でレーザ媒質２０６を構成してもよい。この場合は、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行えばよい。波長変換素子としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＰＯ₄）、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばＫＮ（ＫＮｂＯ₃）、ＫＡＰ（ＫＡｓＰＯ₄）、ＢＢＯ、ＬBＯや、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂＯ₃（Periodically Polled Lithium Niobate ：ＰＰＬＮ）、ＬｉＴａＯ₃等）が利用できる。また、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｓｍ、Ｎｄ等の希土類をドープしたフッ化物ファイバーを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。

レーザ出力部２０２は、レーザビームＬbを発生させる上述したレーザ発振部２０４を備える。レーザ発振部２０４は、上述したレーザ媒質２０６が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Ｑスイッチ等を備える。レーザ媒質２０６が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間での多重反射により増幅し、Ｑスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザビームＬbを出力する。

レーザ発振部２０４の変形例として、ＣＯ₂やヘリウム−ネオン、アルゴン、窒素等の気体を媒質として用いる気体レーザ方式を採用してもよい。例えば炭酸ガスレーザを用いた場合のレーザ発振部２０４は、内蔵電極を含むレーザ発振部２０４の内部に炭酸ガス（ＣＯ₂）が充填され、コントローラ４から与えられる印字信号に基づいて内蔵電極により炭酸ガスを励起してレーザ発振させる。

マーキング装置２はレーザビーム走査系２２０を有する。レーザビーム走査系２２０は、レーザ発振部２０４と光路を一致させたＺ軸スキャナを内蔵するビームエキスパンダ２４２と、Ｘ軸スキャナ２２４と、このＸ軸スキャナ２２４と直交するよう配置されたＹ軸スキャナ２２６とを備える。このレーザビーム走査系は、レーザ発振部より出射されるレーザビームＬbをＸ軸スキャナ２２４、Ｙ軸スキャナ２２６で対象物Ｗの表面上の作業領域で２次元的に走査させ、さらにＺ軸スキャナ１４ｃで高さ方向にワーキングディスタンスすなわち焦点距離を調整することができ、３次元状に印字加工が可能となる。なお、集光レンズであるｆθレンズは図示を省略している。

Ｘ軸、Ｙ軸スキャナ２２４、２２６は、光を反射する反射面として全反射ミラーであるガルバノミラー２２４a、２２６a、ガルバノミラー２２４a、２２６aを回動軸に固定して回動するためのガルバノモータ２２４b、２２６bと、回動軸の回転位置を検出して位置信号として出力する位置検出部を備える。また各Ｘ軸、Ｙ軸スキャナ２２４、２２６はスキャナ駆動回路２２８に接続されている。スキャナ駆動回路２２８はコントローラ４に接続され、コントローラ４から供給される制御信号に基づいてＸ軸、Ｙ軸スキャナ２２４、２２６を駆動する。

ビームエキスパンダ２４２は、これに含まれるＺ軸スキャナによって、レーザ媒質２０６から出射するレーザビームＬbのスポット径を調整する機能が付加されている。スポット径を調整することで、ワーキングディスタンス（焦点距離）を調整することができる。すなわち、ビームエキスパンダ２４２で入射レンズと出射レンズとの相対距離を変化させることでレーザビームＬbのビーム径を拡大／縮小し、焦点位置も変化させることができる。このビームエキスパンダ２４２の具体的な構成は特開２００７−１１１７６３号公報に詳細に記載されていることから、この特開２００７−１１１７６３号の記載を援用することにより、ビームエキスパンダ２４２のこれ以上の説明を省略する。

ビームエキスパンダ２４２に含まれるＺ軸スキャナ及びＸ軸、Ｙ軸スキャナ２２４、２２６を制御することにより、ワーキングディスタンスを調整しながらレーザビームＬbを走査することができる。したがって、曲面状や段差状の対象物（ワーク）Ｗの３次元印字領域の全エリアに対して焦点距離を合わせた状態で高精度に且つ最小スポットで印字加工できる。

他の実施例のレーザマーカシステム（図３）：
図３は他の実施例のレーザマーカシステムの全体概要を示す。図３に図示のレーザマーカシステム５００は、本体５０２とヘッド部５０４とで構成され、本体５０２に接続されたコンソール５０６は、対象物（ワーク）Ｗの加工条件などを入力し、或いは、ディスプレイ上にパラメータの設定画面などを表示する表示部を備えた入出力手段である。

本体５０２は、メイン制御回路５０８、ワーク加工情報記憶部５１０、電源回路５１２、励起光源５１４及びレーザビーム増幅器５１６を含むレーザ発振器ユニットで構成され、この本体５０２によってレーザ発振の制御やレーザビームの走査制御が実行される。励起光源５１４は、レーザ媒質を励起するための励起光を生成するＬＤ（レーザダイオード）などの発光素子と集光レンズとを含む。

レーザビーム増幅器５１６は、コアにレーザ媒質が添加された光ファイバーを含み、このファイバー式のレーザビーム増幅器５１６を用いてレーザビームを増幅することによりエネルギー密度の高い高出力のレーザビームを生成することができる。このレーザビーム増幅器５１６は、低出力の種光を発生させるマスターオシレータ部、種光を増幅するパワーアンプ部、ポンピング用光源装置、アイソレータなどで構成され、マスターオシレータ部及びパワーアンプ部は、レーザ媒質としてイッテルビウム（Ｙｂ）などの希土類元素が添加された希土類ドープ光ファイバーによって構成される。

レーザビーム増幅器５１６は、例えば、レーザ発振を制御するためのＱスイッチを設けるのが好ましく、Ｑスイッチの切り替えにより、連続発振をパルス発振に変換することができ、ピークパワーの大きなパルス波を生成することができる。なお、レーザビーム増幅器５１６としては、種光を生成するＬＤを直接にオン又はオフすることによって、パルス発振可能な発振器のように、Ｑスイッチ無しで構成してもよい。

本体５０２とヘッド部５０４とは光ファイバーケーブル５２０によって連結され、光ファイバーケーブル５２０には、レーザビーム増幅器５１６でレーザビームが直接的に入力される。すなわち、光ファイバーケーブル５２０は、レーザビーム増幅器５１６によって増幅されたレーザビームをヘッド部５０４に伝送するデリバリファイバーである。

ヘッド部５０４は、光アイソレータ５２２、ビームエキスパンダ５２４、ビームサンプラー５２６、シャッタ５２８、フォトインタラプタ５３０、ダイクロイックミラー５３２、Ｚ軸スキャナ５３４、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ５３６、パワーモニタ５３８及びガイド光源５４０を含む。

光アイソレータ５２２は、光ファイバーケーブル５２０の端面から出射されたレーザビームを通過させ、戻り光を抑制する戻り光抑制手段を構成し、光ファイバーケーブル５２０を介して伝送されたレーザビームをビームエキスパンダ５２４へ入力する順方向の伝送を許容し、逆方向への伝送を禁止する。光アイソレータ５２２は、例えば、アパーチャ、偏光子、ファラデー回転子によって構成される。アパーチャは、通過光を制限するための遮断板である。偏光子は、複屈折結晶からなるロッド状の光学素子である。ファラデー回転子は、磁界の印加によって偏光面を回転させる磁気光学素子である。

ビームエキスパンダ５２４は、レーザビームのビーム径を可変に制御するビーム径可変手段を構成し、光アイソレータ５２２と光軸を一致させて配置される。このビームエキスパンダ５２４は、光路上に配置された複数のレンズによって構成され、レンズ間の距離を調整することにより、ビーム径を所望の値に変換している。ビームサンプラー５２６は、ビームエキスパンダ５２４を通過したレーザビームの一部をダイクロイックミラー５３２に向けて反射させ、他の一部をパワーモニタ５３８側へ透過させる光学素子である。

パワーモニタ５３８は、ビームサンプラー５２６を透過したレーザビームを受光し、レーザパワーを検出するレーザパワー検出用センサであり、レーザパワーの検出結果をパワーレベル検出信号として本体５０２内のメイン制御回路５０８へ出力する。この様なパワーモニタ５３８としては、例えば、サーモパイル（熱電堆）、或いは、フォトダイオードが用いられる。

シャッタ５２８は、レーザビームを必要に応じて遮断するための遮断装置であり、遮断板や遮断板を移動させる駆動機構によって構成される。このシャッタ５２８は、ビームサンプラー５２６及びダイクロイックミラー５３２間に配置されている。

フォトインタラプタ５３０は、シャッタ５２８が閉じているか否かを光学的に検出する光学センサである。ダイクロイックミラー５３２は、特定波長の光のみを反射し、他の波長の光を透過させる光学素子であり、シャッタ５２８を通過したレーザビームをＺ軸スキャナ５３４に向けて反射し、ガイド光源５４０からのガイド光をそのまま透過させる。

Ｚ軸スキャナ５３４は、光路上に配置された１又は２以上のレンズと、レンズを移動させるレンズ駆動用モーターによって構成されるレーザビームの走査機構であり、レンズを変位させることによって、ヘッド部５０４から出射されるレーザビームの焦点位置を光軸方向に調整することができる。また、Ｚ軸スキャナ５３４は、レーザビームの集光機能を有している。なお、このＺ軸スキャナ５３４は、ワークＷの高さに追随してレーザビームの焦点位置を光軸方向に移動させることが可能な走査機構である。

Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ５３６は、交差する回転軸にそれぞれ配置された２つのガルバノミラーと、これらのガルバノミラーを回転させるガルバノミラー駆動用モーターによって構成されるレーザビームの走査機構であり、ガルバノミラーを軸回転させることによって、レーザビームを光軸と交差する方向に走査させる。ここでは、加工対象面に照射されるレーザビームの光軸方向をＺ軸方向と呼び、光軸と交差する互いに平行でない２つの方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向と呼ぶ。

Ｚ軸スキャナ５３４を通過したレーザビームは、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ５３６のガルバノミラーによって反射され、ワークＷに照射される。ガイド光源５４０は、レーザビームＬbの照射位置をワークＷ上で可視化するためのガイド光を生成する光源装置である。ガイド光源５４０から出射されたガイド光は、ダイクロイックミラー５３２を透過し、レーザビームの光路に入る。レーザビームの光路に入ったガイド光は、Ｚ軸スキャナ５３４及びＸ軸・Ｙ軸スキャナ５３６を経てワークＷに照射される。

ワーク加工情報記憶部５１０は、ワークＷのレーザ加工に関する情報をワーク加工情報として保持するメモリであり、ワーク加工情報として、文字などをワークＷ上に加工する際の加工線の描画情報、レーザ発振を制御するためのレーザ出力制御情報などが保持される。加工線の描画情報は、レーザビームの照射目標を示す３次元位置情報、例えば、座標データからなる。また、レーザ出力制御情報としては、例えば、レーザビームのピークパワー、パルス幅、繰返し周波数などが保持される。

ピークパワーは、パルスエネルギーをパルス幅で除算することによって得られる物理量である。パルス幅は、ピークパワーの半分程度のパワーレベルにおけるパルス波の時間長であり、繰返し周波数は、パルス発振の周波数である。また、中心波長は、レーザビーム増幅器５１６により生成されるレーザビームの波長である。

メイン制御回路５０８は、ワーク加工情報記憶部５１０内に保持されているワーク加工情報に基づいて、励起光源５１４、レーザビーム増幅器５１６、Ｚ軸スキャナ５３４、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ５３６及びシャッタ５２８を制御する制御手段を構成し、具体的には、レーザ出力制御情報に基づいて、ヘッド部５０４から出射されるレーザビームのピークパワーやパルス幅を調整するための発振器制御信号を生成し、励起光源５１４及びレーザビーム増幅器５１６へ制御信号を出力する。

メイン制御回路５０８は、また、レーザ出力制御情報や描画情報に基づいて、Ｚ軸スキャナ５３４のレンズ駆動用モーター、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ５３６のミラー駆動用モーター、及び、シャッタ５２８を制御するための駆動信号を生成し、この各種の制御信号をＺ軸スキャナ５３４、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ５３６及びシャッタ５２８へ出力する。

この他の実施例のレーザマーカシステム５００においても、Ｚ軸スキャナ５３４及びＸ軸・Ｙ軸スキャナ５３６を制御することにより、ワーキングディスタンスを調整しながらレーザビームＬbを走査することができる。したがって、曲面状や段差状の対象物（ワーク）Ｗの３次元印字領域の全エリアに対して焦点距離を合わせた状態で高精度に且つ最小スポットで印字加工できる。

ウォブル(Wobble)印字加工パターン生成プログラム（図４〜図７）：
ウォブル印字を実行するには、ユーザが設定した情報に基づいて加工パターンを作成する必要がある。このためのウォブル印字加工パターン生成プログラムは基本加工パターン生成プログラムと端部加工パターン生成プログラムとで構成され、これらはレーザマーカシステム１００又は５００の３次元加工データ設定装置６にインストールされる。ウォブル印字加工パターン生成プログラムをユーザに提供する方法は、（１）レーザマーカシステム１００又は５００をユーザに納品する段階で予めウォブル印字加工パターン生成プログラムを組み込む、（２）既にレーザマーカシステム１００又は５００に基本加工パターン生成プログラムを組み込んだ状態でシステム１００又は５００をユーザに提供してあるときには、端部加工パターン生成プログラムを含む記録媒体又は通信によってユーザに提供してもよい、（３）既にユーザに提供済みのレーザマーカシステム１００又は５００がウォブル印字に対応していない場合には、基本加工パターン生成プログラムと端部加工パターン生成プログラムとを記録媒体又は通信によってユーザに提供してもよい。

基本加工パターン生成プログラムはユーザが入力した線分の始点から終点まで所望の線幅内に螺旋状に印字するウォブル加工パターン（図４）を生成するウォブル印字ためのプログラムである。端部処理パターン生成プログラムは、ウォブル加工の端部つまり始端部Ｅs又は終端部Ｅeあるいは始端部Ｅsと終端部Ｅeの双方に対して追加の印字を行うためのプログラムであり、この追加の印字処理を始端部Ｅs、終端部Ｅeのいずれか一方に対して行うか又は始端部Ｅsと終端部Ｅeの双方に行うかに関してユーザが予め選択できる。始端Ｅｓと終端部Ｅｅについて更に説明すると、始端部Ｅｓは、最初の円弧（図８では円弧Ｂｃ（１）に相当）の直径と、ウォブル加工の線幅（図４のＷ）とに基づいて形成される略正方形の矩形領域であって、終端部Ｅｅは、最後の円弧の直径とウォブル加工の線幅とに基づいて形成される略正方形の矩形領域である。別の言い方をすると、始端部Ｅｓ及び終端部Ｅｅのそれぞれは、ウォブル加工の進行経路を示す線分（図５参照）と平行な方向に、螺旋状のパターンを構成する一の円弧（大きな円弧でも小さな円弧でもよい）の直径と略同一の長さを有し、該線分と垂直な方向に、ウォブル加工の線幅と略同一の長さを有する領域であって、中間部Ｔｒの端に隣接する部分であると言える。以下の説明に関して線分に両端部Ｅs、Ｅeに対して追加の印字を行うものとして説明する。

図５、図６を参照して、ウォブル印字加工パターンの基本的な作成方法を説明する。なお、図６はウォブル印字のための加工パターンを生成するプログラムを実行させたときのグラフィカルユーザインターフェース（GUI）を示す。先ず、ユーザが予め線分Ｌを入力する（図５、図６）。また、ウォブル加工の線幅（図４のＷ）及びオーバーラップ率を設定する。この設定は、図６に図示のGUIにおいて、ユーザが設定した線分Ｌと共に入力ダイアログが表示されているが、この入力ダイアログを使って行うことができる。すなわち、入力ダイアログは、線幅を入力する欄、オーバーラップ率を入力する欄を含む。この欄にユーザが入力した線幅、オーバーラップ率に基づいてウォブル加工基本パターンが作成される。

ここに、オーバーラップ率とは、一の円弧と次の円弧に重なり度合い、つまりウォブル印字を生成するための円弧の重なり度合いであり、このオーバーラップ率が高い程、高い密度の螺旋となる。図８を参照して、線幅Ｗ及びオーバーラップ率に基づいて、(i)線分Ｌを挟んで一方側（図では上側）に描く比較的小さな円弧Ｓｃの半径と、(ii)他方側（下側）に描く比較的大きな円弧Ｂｃの半径と、(iii)ウォブル加工を開始する基準座標Ｃｐ(1)と、(iv)線分Ｌに沿って円弧Ｓc、Ｂcの中心の送りピッチＰtとが規定され、この送りピッチＰtは、線幅Ｗとオーバーラップ率に基づいて計算される。

基本加工パターン生成プログラム（図７〜図９）：
図７〜図９を参照してウォブル印字加工パターンは、基本的には、比較的小さな円弧Ｓcと比較的大きな円弧Ｂcとで構成される。図７、図８を参照して具体的に説明すると、先ず、基準となる中心座標である基準座標Ｃp(1)を中心に線分Ｌの一方側（図では上側）に第１番目の比較的小さな円弧Ｓcを描く（図７）。この円弧Ｓcは線分Ｌ上の始点Ｓc(s)と終点Ｓc(e)とを有している。線分Ｌの他方側（（図では下側））には、基準座標Ｃp(1)から送りピッチＰtだけ離れた第２番目の中心座標Ｃp(2)を中心に第１番目の比較的大きな円弧Ｂcを描く（図８）。この２番目の中心座標Ｃp(2)は基準座標Ｃp(1)よりも線分Ｌの終端側に位置している。第１番目の大きな円弧Ｂcの始点Ｂc(s)が最初に描いた第１番目の小さな円弧Ｓcの終点Ｓc(e)と一致している。

次に、この２番目の中心座標Ｃp(2)を中心に線分Ｌの一方側（図では上側）に第２番目の小さな円弧Ｓcを描く。この２番目の小さな円弧Ｓc(2)の始点Ｓc(s)は上記の１番目の大きな円弧Ｂc(s)と一致している。次に、２番目の中心座標Ｃp(2)から送りピッチＰtだけ離れた第３番目の中心座標Ｃp(3)を中心に２番目の大きな円弧Ｂcを線分Ｌの他方側（図では下側）に描く。図９を参照して、以後、同じ要領で中心座標Ｃpを線分Ｌの上で送りピッチＰtだけ変位させながら線分Ｌの終端まで、線分Ｌの上側に比較的小さな半径の円弧Ｓcを描き、線分Ｌの下型に比較的大きな半径の円弧Ｂcを描いて、これら半径の小さな円弧Ｓcと半径の大きな円弧Ｂcを連続させることを繰り返すことで螺旋状のウォブル印字加工基本パターンが生成される。

端部加工パターン（端部加工パターン生成プログラム）：
図４から理解できるようにウォブル印字加工では端部Ｅs、Ｅeの密度が相対的に小さい。この端部Ｅs、Ｅeの密度を高めるのが追加の端部加工パターンであり、最も好ましい態様として、始端部及び終端部の密度を、この両端部Ｅs、Ｅeで挟まれた中間部分Ｔr（図４）の密度と同じになるように追加の端部加工パターンを付加するのが好ましい。

実施例では、基本ウォブル加工パターンの時に使用したパラメータである比較的小さな円弧の半径Ｓc、比較的大きな円弧の半径Ｂc、送りピッチＰtをそのまま使って端部の印字加工パターンが生成される。これにより両端部Ｅs、Ｅeの加工密度が中間部分Ｔr（図４）の密度と同じになる。

図１０を参照して、始端部Ｅsに関して、小さな第１番目の円弧つまり半円Ｓc(1)及び大きな第１番目の円弧つまり半円Ｂc(1)で規定される空間を埋める複数の追加の円弧Ａが加えられる。この複数の追加の円弧Ａの端は第１番目の小さな円弧Ｓc(1)及び第１番目の大きな円弧Ｂcと合流する。そして、この複数の追加の円弧Ａの隣接する円弧Ａ、Ａのピッチは上述した送りピッチＰtで規定される。

更に詳しくは、この追加の円弧Ａは、上述した小さな円弧Ｓcと同じ半径の比較的小さな半径の追加の円弧Ａscと、上述した大きな円弧Ｂcと同じ半径の比較的大きな半径の追加の円弧Ａbcとで構成され、小さな追加の円弧Ａscは小さな円弧Ｓcと同じ線分Ｌの上側に配置され、他方、大きな追加の円弧Ａbcは、上述した大きな円弧Ｂcと同じ線分Ｌの下側に配置される。また、これら小さな追加の円弧Ａscの線分Ｌ上の端と、大きな追加の円弧Ａbcの線分Ｌ上の端とが合流する。

図１１を参照して、終端部も同様であり、小さな最後の円弧Ｓc(end)及び大きな最後の円弧Ｂc(end)と合流する複数の追加の円弧Ａを上述した送りピッチＰtで加える。最後の小さな円弧Ｓc(end)及び最後の大きな円弧Ｂc(end)で規定される空間を埋める複数の追加の円弧Ａが加えられる。この複数の追加の円弧Ａの端は最後の小さな円弧Ｓc(end)及び最後の大きな円弧Ｂc(end)と合流する。そして、この複数の追加の円弧Ａの隣接する円弧Ａ、Ａのピッチは上述した送りピッチＰtで規定される。

ウォブル加工パターン生成の具体例（図１２〜図１４）：
図１２〜図１４を参照して、ウォブル加工パターンの具体的な生成方法の一例を説明する。図１２は基本フローである。この図１２を参照して、ステップＳ１において変換パラメータの算出が行われる。変換パラメータは、基準座標Ｃp、比較的小さな円弧Ｓcの半径、比較的大きな円弧Ｂcの半径、送りピッチＰtを含み、これらは、ユーザが設定した線分Ｌ、ユーザが入力した線幅Ｗ及びオーバーラップ率に基づいて算出される。

次にステップＳ２では、始端部Ｅsでの追加のウォブル加工パターンが生成される。そして、次のステップＳ３ではこの始端部Ｅsに続くウォブル加工パターンが生成され、そして次のステップＳ４では終端部Ｅeの追加のウォブル加工パターンが生成される。

レーザマーカシステム１００又は５００は、図１２の手順で生成されたウォブル加工パターンに従ってウォブル印字を実行する。この印字の実行は、図１２で説明した各ステップで始端部Ｅs、中間部Ｔr、終端部Ｅeの各ウォブル加工パターンが生成される毎に、始端部Ｅs、中間部Ｔr、終端部Ｅeの印字加工を順次ワークＷに対して実行してもよいし、ステップＳ２〜Ｓ４で線分Ｌの全領域の加工パターンが生成し終わった後にウォブル印字加工をワークに対して一気に実行してもよい。

図１３は、上述したステップＳ３のウォブル加工パターンの生成工程での具体的な手順を説明するためのフローチャートである。この図１３を参照して、ステップＳ１１では、ユーザが入力した線分Ｌから基準となる中心座標つまりウォブル加工の基本パターンを生成する際の最初の比較的小さな円弧Ｓc(1)を描くための中心座標つまり基準座標Ｃp(1)が算出される。次のステップＳ１２では、基準座標Ｃp(1)を中心とした第１番目の半径の小さな追加の円弧Ｓc(1)が生成される。次のステップＳ１３では、基準座標Ｃp(1)の隣りに送りピッチＰtだけ終端に向けて離れた第２番目の中心座標Ｃp(2)が設定され、そして、次のステップＳ１４において、この第２番目の中心座標Ｃp(2)を中心とする第１番目の半径の大きな円弧Ｂc(1)が生成される。以後、同じ要領で線分Ｌの終端まで行い（Ｓ１５）、中心座標Ｃpが入力線分Ｌの終点を越えるまで繰り返すことで比較的小さな円弧Ｓcと比較的大きな円弧Ｂcとが連続した螺旋状のウォブル印字加工の基本パターンが生成される。

図１４は、始端部Ｅsの追加の端部印字パターン生成の具体的な手順の一例を示すフローチャートである。ステップＳ２１は、ユーザが指定した最外郭輪郭図形の座標又は式を演算により求めて、これを取得する。ここに最外郭輪郭図形の意義については後に説明するが、この実施例では、最外郭輪郭図形は、小さな第１番目の円弧つまり半円Ｓc(1)及び大きな第１番目の円弧つまり半円Ｂc(1)が相当する。

次のステップＳ２２は、追加の円弧Ａの中心点の初期座標を求めると共に、この中心点の数を求める。このステップＳ２２の工程を図１０を参照して説明すると、図示の始端部Ｅsに関して言えば、入力線分Ｌの左端の延長線Ｌex上において、例えば６回、送りピッチＰtで中心座標を右側に変位させて基準座標Ｃpに接近させたときに、基準座標Ｃpから最も遠い中心座標Ｆcを中心にして入力線分Ｌ又は延長した線分Ｌexの上側に比較的小さな追加の円弧Ａscを仮想的に加え、この追加の円弧Ａscと第１番目の小さな円弧Ｓc(1)つまり最外郭輪郭図形との交点を求める（Ｓ２３）。次のステップＳ２４において交点が存在すれば、ＹＥＳということでステップＳ２５に進んで、第１番目の小さな円弧Ｓc(1)の中に追加の小さな円弧Ａscを加える（Ｓ２５）。

同様に、例えば６回、送りピッチＰtで中心座標を図示の例で言えば右側に変位させて基準座標Ｃpに接近させたときに、基準座標Ｃpから最も遠い中心座標Ｆcを中心にして入力線分Ｌ又は延長した線分Ｌexの下側に比較的大きな追加の円弧Ａbcを仮想的に加え、この追加の円弧Ａbcと第１番目の大きな円弧Ｂc(1)つまり最外郭輪郭図形との交点を求める（Ｓ２６）。次のステップＳ２７において交点が存在すれば、ＹＥＳということでステップＳ２８に進んで、第１番目の大きな円弧Ｂc(1)の中に追加の大きな円弧Ａbcを加える（Ｓ２８）。

以後、順次、中心座標Ｆcを右側に変位つまり基準座標Ｃpに接近させて（Ｓ２９）、ステップＳ２３〜Ｓ２８の工程を繰り返すことにより、始端部Ｅsの第１番目の小さな円弧Ｓc(1)の中に等間隔で且つこの第１番目の小さな円弧Ｓcと同じ半径の追加の円弧Ａscが複数充填され、また、第１番目の大きな円弧Ｂc(1)の中に等間隔で且つこの第１番目の大きな円弧Ｂcと同じ半径の追加の円弧Ａbcが複数充填されることになる。

終端部Ｅeも同様に追加の処理を加えればよい。図１５は始端部Ｅs及び終端部Ｅeに端部処理パターンを加えたウォブル加工パターンを示す。この図１５から、一端から他端まで均一の密度で且つ実質的に同じ円弧の処理ラインでウォブル印字加工が実行されることが理解できるであろう。

図１６は、始端部Ｅs及び終端部Ｅeに付加する追加の円弧Ａsc及びＡbcによってウォブル印字の始端部と終端部の輪郭を矩形にした例を示す。この図１６において参照符号ＯLは、模式的に図示した最外郭輪郭図形を示す。この矩形の最外郭輪郭図形ＯLと接するように追加の円弧Ａsc、Ａbcを付加することで図１６のウォブル印字処理パターンを生成することができる。

この最外郭輪郭図形ＯLの形状をユーザが任意に設定できるようにするのが好ましい。例えば、図１７に図示した数字の「４」の縦線を例示的に示すと、その上端を傾斜線を備えた最外形輪郭図形ＯLで規定し、下端を矩形の最外郭輪郭図形ＯLで規定することで、高品質の数字をウォブル印字できる。

以上、本発明の最も好ましい実施例を説明したが、ウォブル印字処理において線分Ｌの端部の密度を高める場合に、例えば図１０を参照して変形例を説明すれば、図１０に図示の例では、追加の円弧Ａとして、基本パターンを生成するときの比較的小さな円弧Ｓc及び比較的大きな円弧Ｂcとを使ったが、これとは別に追加の円弧を用意して、この追加の円弧を所定のピッチ（間隔）で最外郭輪郭と第１番目の小さな円弧Ｓc(1)及び大きな円弧Ｂc(1)との間を充填するようにしてもよい。

更なる変形例として、追加の円弧に代わりに追加の直線を所定のピッチ（間隔）で最外郭輪郭と第１番目の小さな円弧Ｓc(1)及び大きな円弧Ｂc(1)との間を充填するようにしてもよい。

１００、５００レーザマーカシステム
２レーザマーキング装置
４コントローラ
６３次元加工データ設定装置
８外部機器
Ｌ入力線分
Ｓc 小さな円弧（入力線分の上側に配置）
Ｂc 大きな円弧（入力線分の下側に配置）
Ｃp 基準座標（中心座標）
Ｐt 中心座標の送りピッチ
Ａ追加の円弧
Ａsc 半径の小さな追加の円弧
Ａbc 半径の大きな追加の円弧
Ｅs ウォブル印字加工パターンの始端部
Ｅe ウォブル印字加工パターンの終端部

Claims

レーザビームでワークの表面に螺旋状に印字するウォブル加工を実行するためにウォブル加工パターンを生成可能なプログラムを備えたレーザマーキング装置であって、
前記ウォブル加工パターンの端部の密度を高めるために、該端部に追加の線分を所望のピッチで付加する端部処理パターン生成プログラムを備えていることを特徴とするレーザマーキング装置。
前記ウォブル加工パターンの端が、ユーザが設定した最外郭輪郭図形で規定される、請求項１に記載のレーザマーキング装置。
前記ウォブル加工パターンが、基本加工パターンと、該基本加工パターンの端部に付加する追加の端部加工パターンとで構成され、
前記基本加工パターンが、入力線分上を所定のピッチで離間した中心座標を中心とした比較的小さな円弧と比較的大きな円弧を連続させた螺旋状のパターンで構成され、
前記端部加工パターンが、前記最外郭輪郭図形と前記比較的小さな円弧と前記比較的大きな円弧とに接する複数の追加の円弧で構成され、
該追加の円弧が前記基本加工パターンの延び方向に所定のピッチで配置される、請求項２に記載のレーザマーキング装置。
前記追加の円弧が、前記比較的小さな円弧と同じ半径の比較的小さな追加の円弧と、前記比較的大きな円弧と同じ半径の比較的大きな追加の円弧とで構成され、
前記比較的小さな追加の円弧と前記比較的大きな追加の円弧とが互いに連続している、請求項３に記載のレーザマーキング装置。
前記追加の円弧のピッチが前記基本加工パターンの中心座標のピッチと同じである、請求項４に記載のレーザマーキング装置。
前記レーザマーキング装置が、
レーザビームを発生させるレーザ発振部と、
該レーザ発振部から出射されるレーザビームをワークの加工対象面に対して２次元的に走査させる走査部と、
該走査部によるレーザビームの２次元走査領域と対応付けられた設定画面を表示する表示手段と、
該表示手段に表示された設定画面に入力された入力線分に対するウォブル印字情報のパラメータを設定する入力手段とを更に有する、請求項１〜５に記載のレーザマーキング装置。
前記入力手段によって設定するパラメータが、線幅と、ウォブル印字を生成するための円弧の重なり度合いであるオーバーラップ率とを含む、請求項６に記載のレーザマーキング装置。
前記入力線分の一端又は他端のいずれか一方に対して選択的に前記端部処理パターン生成プログラムを実行することができる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。
ワークの表面にレーザビームを当てて、該ワークの表面に螺旋状に印字するウォブル加工を実行するためにウォブル加工パターンを生成する機能を有するレーザマーキング装置に、該ウォブル加工パターンの端部に追加の加工パターンを付加するウォブル印字端部処理パターン生成プログラムであって、
前記レーザマーキング装置に、
前記ウォブル加工パターンの端を規定する最外郭輪郭図形を設定する機能と、
前記ウォブル加工パターンの端を構成する円弧と前記最外郭輪郭図形とに接する追加の線分を予め設定したピッチで複数前記ウォブル加工パターンの端部に加える機能と、を実現させることを特徴とするウォブル印字端部処理パターン生成プログラム。
請求項９のウォブル印字端部処理パターン生成プログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータで読取可能な記録媒体。