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 - Google Patents
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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
【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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
6 3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
2 レーザマーキング装置
4 コントローラ
6 3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 (10)
- 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。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012190608A JP2014046330A (ja) | 2012-08-30 | 2012-08-30 | 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 |
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-
2012
- 2012-08-30 JP JP2012190608A patent/JP2014046330A/ja active Pending
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