JP2017202646A - 二次元加工装置および二次元加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業に習熟していない作業者であっても、容易に被加工物の適正な位置に加工を行うことができるようにする。【解決手段】被加工物の面を加工する二次元加工装置において、被加工物の面に加工対象の加工画像を投影する画像投影装置と、被加工物の面と画像投影装置との間の距離を取得する取得手段と、取得手段により取得された距離に基づいて、画像投影装置から被加工物の面へ投影される加工画像が被加工物の面上において原寸大となり、かつ、鮮明に視認可能に画像投影装置のフォーカスおよび投影サイズを制御する画像投影装置制御手段とを有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、二次元加工装置および二次元加工方法に関し、さらに詳細には、材料の面、例えば、金属材料や樹脂材料などの面に、打刻により所望の画像を形成することのできる打刻装置、切削により所望の画像の彫刻を施すことのできる彫刻装置あるいは専用のフィルムにコーティングされた色材を転写することのできる箔押し装置などのような、所謂、材料の面を加工する二次元加工装置および二次元加工方法に関する。

従来より、材料の面を加工する二次元加工装置として、金、プラチナ、真鍮、アルミニウム、ステンレス鋼などの比較的塑性変形しやすい金属材料あるいはアクリルなどの樹脂材料などの被加工物の面に点状の打刻痕を複数形成することにより、例えば、写真画像や二次元シンボルなどの所望の画像を形成する打刻装置が知られている。

なお、二次元シンボルとしては、例えば、セルと呼ばれる正方形をマトリックス状に配置した二次元コードがあり、具体的には、ＱＲコード（登録商標）やデータマトリックスなどがある。

こうした打刻装置は、固定治具により固定した被加工物の面に対し、針状に形成された加工工具の先端部を当該被加工物の面に打ち付け、当該面上に点状の打刻痕を複数形成するものである。

こうした打刻装置によって、例えば、メスや鉗子などの医療用鋼製小物の面に二次元シンボルを形成するには、まず、二次元シンボルを形成する対象となる医療用鋼製小物たる被加工物を固定治具に固定しながら被加工物の位置決めを行う。

その後、加工工具による被加工物の面への打刻力や打刻により形成される画像（以下、「打刻画像」と称する。）のサイズなどの各種の設定を行う。

こうした設定が終わると、打刻装置に設けられたマイクロコンピューターなどに入力された二次元シンボルを表すデータおよび各種の設定に基づいて、被加工物の面へ打刻処理を行うためのデータたる打刻データを作成する。

そして、被加工物への打刻処理の指示がなされると、マイクロコンピューターにより打刻ヘッドを制御して、被加工物の面に対して加工工具により打刻を行って、当該面に二次元シンボルの打刻画像を形成することとなる。

ここで、従来の打刻装置によれば、被加工物の位置決めを行う際には、被加工物の面における打刻画像を形成しようとする領域の中心位置にレーザーポインタから照射された光が位置するように、固定治具あるいは被加工物の固定位置を微調整しながら被加工物の位置決めを行っていた。

しかしながら、こうした従来の技術による打刻装置においては、レーザーポインタにより照射された１点のみで被加工物の位置決めを行っていたため、打刻画像が被加工物のどの位置に形成されるかがわかりにくく、被加工物の面の適切な位置に二次元シンボルなどの打刻画像を打刻することができず、打刻画像が適正な位置からはみ出したり、形状が歪んで形状判断ができなくなってしまうことがあった。

なお、「適正な位置」とは、打刻画像を打刻する適正な位置であり、被加工物の面において、打刻画像が欠けたり、歪むことなく形成することができる位置である。

このようにして、打刻画像を正確に打刻することができなかった場合には、被加工物における打刻画像が打刻された面をグラインダーなどにより切削して、打刻画像を削除し、その後、再度被加工物の位置を調整して二次元シンボルなどの打刻画像を打刻する。

そして、被加工物の面の適正な位置に打刻画像が打刻されるまで、被加工物の位置決め、打刻、打刻画像の削除といった処理を繰り返し行うこととなる。

従って、作業に習熟していない作業者が被加工物の面に二次元シンボルなどの打刻画像を打刻する際には、被加工物の位置決め、打刻、打刻画像の削除といった処理を繰り返し行うこととなり、被加工物の面に打刻画像を形成する作業に時間を要してしまい、作業効率が悪くなることが問題点として指摘されていた。

また、上記したような被加工物の位置決めに伴う問題は、打刻装置以外の二次元加工装置、例えば、彫刻装置や箔押し装置などで被加工物の面に加工を行う際における被加工物の位置決めでも問題点として指摘されていた。

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。

本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、作業に習熟していない作業者であっても、容易に被加工物の適正な位置に加工を行うことができるようにした二次元加工装置および二次元加工方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明による二次元加工装置は、被加工物の面を加工する二次元加工装置において、被加工物の面に加工対象の加工画像を投影する画像投影装置と、上記被加工物の上記面と上記画像投影装置との間の距離を取得する取得手段と、上記取得手段により取得された距離に基づいて、上記画像投影装置から上記被加工物の上記面へ投影される加工画像が上記被加工物の上記面上において原寸大となり、かつ、鮮明に視認可能に上記画像投影装置のフォーカスおよび投影サイズを制御する画像投影装置制御手段とを有するようにしたものである。

また、本発明による二次元加工装置は、上記した本発明による二次元加工装置において、上記取得手段は、上記被加工物の上記面との間の距離を測定して取得する距離測定装置と、上記距離測定装置により取得された距離と、上記距離測定装置と上記画像投影装置との位置関係とに基づいて、上記被加工物の上記面と上記画像投影装置との間の距離を取得する距離取得手段とを有するようにしたものである。

また、本発明による二次元加工方法は、被加工物の面を加工し、上記被加工物の上記面に加工対象の加工画像を投影する画像投影装置を備えた二次元加工装置における二次元加工方法であって、被加工物の面と画像投影装置との間の距離を取得する取得工程と、上記取得工程により取得された距離に基づいて、上記画像投影装置から上記被加工物の上記面へ投影される加工画像が上記被加工物の上記面上において原寸大となり、かつ、鮮明に視認可能に上記画像投影装置のフォーカスおよび投影サイズを制御する画像投影装置制御工程とを有するようにしたものである。

また、本発明による二次元加工方法は、上記した本発明による二次元加工方法において、上記取得工程は、距離測定装置により上記被加工物の上記面との間の距離を測定して取得し、上記距離測定装置により取得された距離と、上記距離測定装置と上記画像投影装置との位置関係とに基づいて、上記被加工物の上記面と上記画像投影装置との間の距離を取得するようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、作業に習熟していない作業者であっても、容易に被加工物の適正な位置に加工を行うことができるようになるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明による二次元加工装置の一例である打刻装置の一部を破断した概略構成斜視説明図である。 図２は、図１示す打刻装置のマイクロコンピューターの機能的構成を示すブロック構成説明図である。 図３は、図１示す打刻装置により被加工物を位置決めする際の処理を示す説明図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による二次元加工装置および二次元加工方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

図１には、本発明による二次元加工装置の実施の形態の一例である打刻装置の一部を破断した概略構成斜視説明図が示されており、図２には、図１示す打刻装置のマイクロコンピューターの機能的構成を示すブロック構成説明図が示されている。

この図１に示す打刻装置１０は、筐体部２０を備えている。

筐体部２０は、固定系のベース部材１２と、ベース部材１２の後方側においてベース部材１２上に垂直に立設された後方部材１４と、後端部において後方部材１４に接続されるとともに、ベース部材１２の左方側においてベース部材１２上に垂直に立設された側方部材１６Ｌと、後端部において後方部材１４に接続されるとともに、ベース部材１２の右方側においてベース部材１２上に垂直に立設された側方部材１６Ｒと、後方部材１４および側方部材１６Ｌ、１６Ｒの上端部において、ベース部材１２と対向して配設された上方部材１８とにより構成されている。

そして、この筐体部２０の内側においては、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動する移動機構を介して打刻ヘッド３８と、表面が面２００ａにより形成されている被加工物２００を固定する固定治具２４とが配設されている。

即ち、打刻装置１０は、側方部材１６Ｌ、１６Ｒの近傍において、それぞれＺ軸方向に延設されたガイドレール２６ａ、２６ｂに摺動自在に配設された昇降部材２８と、昇降部材２８の下方側においてＹ軸方向に延設されたガイドレール３０ａ、３０ｂに摺動自在に配設されたスライド部材３２と、スライド部材３２の前方側においてＸ軸方向に延設されたガイドレール３４ａ、３４ｂに摺動自在に配設されたキャリッジ３６と、キャリッジ３６に配設された打刻ヘッド３８と、ベース部材１２の上面１２ａの前方側において被加工物２００を固定的に保持する固定治具２４とを有して構成されている。

なお、昇降部材２８、スライド部材３２およびキャリッジ３６の移動や打刻ヘッド３８により被加工物２００の面２００ａへの打刻といった動作を含む全体の動作については、マイクロコンピューター４０によって制御されている。

上方部材１８の下面には、マイクロコンピューター４０によりその駆動が制御されるステッピングモーター４２が配設されている。

そして、このステッピングモーター４２には、ネジ溝が形成されたネジ軸がＺ軸方向に沿って延長する形状のＺ軸方向送りネジ４４が接続されている。

従って、このＺ軸方向送りネジ４４は、ステッピングモーター４２の駆動によりそのネジ軸がＺ軸方向周りに回転することとなる。

昇降部材２８は、略中央部においてＺ軸方向送りネジ４４が貫通しており、Ｚ軸方向送りネジ４４が貫通する貫通部分において送りナット４６が設けられ、当該送りナット４６にＺ軸方向送りネジ４４がネジ結合している。

これにより、ステッピングモーター４２の駆動によってＺ軸方向送りネジ４４が回転すると、昇降部材２８がＺ軸方向において上方側および下方側に移動することとなる。

また、昇降材２８は、後端部においてマイクロコンピューター４０によりその駆動が制御されるステッピングモーター４８が配設されている。

そして、このステッピングモーター４８には、ネジ溝が形成されたネジ軸がＹ軸方向に沿って延長するＹ軸方向送りネジ５０が接続されている。

従って、このＹ軸方向送りネジ５０は、ステッピングモーター４８の駆動によりそのネジ軸がＹ軸方向周りに回転することとなる。

スライド部材３２は、上方側後方においてＹ軸方向送りネジ５０が貫通しており、Ｙ軸方向送りネジ５０が貫通する貫通部分において送りナット５２が設けられ、当該送りナット５２にＹ軸方向送りネジ５０がネジ結合している。

これにより、ステッピングモーター４８の駆動によってＹ軸方向送りネジ５０が回転すると、スライド部材３２がＹ軸方向において前方側および後方側に移動することとなる。

また、スライド部材３２は、右方側前方においてマイクロコンピューター４０によりその駆動が制御されるステッピングモーター５４が配設されている。

そして、このステッピングモーター５４には、ネジ溝が形成されたネジ軸がＸ軸方向に沿って延長する形状のＸ軸方向送りネジ５６が接続されている。

従って、このＸ軸方向送りネジ５６は、ステッピングモーター５４の駆動によりそのネジ軸がＸ軸方向周りに回転することとなる。

キャリッジ３６は、側面においてＸ軸方向送りネジ５６が貫通しており、Ｘ軸方向送りネジ５６が貫通する貫通部分において送りナット（図示せず。）が設けられ、当該送りナットにＸ軸方向送りネジ５６がネジ結合している。

これにより、ステッピングモーター５４の駆動によってＸ軸方向送りネジ５６が回転し、キャリッジ３６がＸ軸方向において右方側および左方側に移動することが可能となる。

従って、キャリッジ３６は、マイクロコンピューター４０の制御により駆動するステッピングモーター４２、４８、５４によって、３次元方向で移動することが可能となる。

打刻ヘッド３８は、加工工具５８およびホルダー６０により構成されている。

ホルダー６０に被加工物２００の面２００ａに所定の深さの打刻痕を形成するための加工工具５８が着脱可能な構成となっており、加工工具５８をＺ軸方向に振動させるものである。

また、固定治具２４は、ベース部材１２の前方側において着脱可能に配設され、鉗子やメスなどの医療用鋼製小物などの被加工物２００を確実に固定することが可能であるとともに、固定した被加工物２００をＸ軸方向およびＹ軸方向において移動することが可能な構成となっている。

こうした固定治具２４の具体的な構成としては、例えば、特開２０１３−１０１５４号公報に開示された技術を用いることができるものであるため、その詳細な説明は省略することとする。

そして、この打刻装置１０は、打刻画像の画像データに基づいて、被加工物２００の面２００ａへ打刻画像を投影するための画像投影装置としてのプロジェクター７０を備えている。

プロジェクター７０は、上方部材１８の下面に配設されている。

さらに、打刻装置１０は、被加工物２００の面２００ａとの間の距離を測定して取得するための距離測定装置たるレーザー測定器８０を備えている。

このレーザー測定器８０は、プロジェクター７０と同様に、上方部材１８の下面に配設されている。

ここで、プロジェクター７０とレーザー測定器８０との位置関係は予め設定されており、レーザー測定器８０により当該レーザー測定器８０と被加工物２００の面２００ａとの間の距離を測定して取得すると、マイクロコンピューター４０の距離算出部４０ｅ（後述する。）により、被加工物２００の面２００ａとプロジェクター７０との間の距離が算出されて取得される。

マイクロコンピューター４０は、制御部４０ａと、記憶部４０ｂと、打刻データ作成部４０ｃと、レーザー測定器制御部４０ｄと、距離算出部４０ｅと、プロジェクター制御部４０ｆとを有して構成されている。

制御部４０ａは、ステッピングモーター４２、４８、５４を介して昇降部材２８、スライド部材３２およびキャリッジ３６の移動による打刻位置の制御や打刻ヘッド３８による被加工物２００の面２００ａへの打刻力の制御などを含め、打刻装置１０の全体の動作の制御を行う。

記憶部４０ｂは、打刻力や打刻画像のサイズなどの各種の設定や打刻画像の画像データならびに打刻データ作成部４０ｃが作成した打刻データなどを記憶する。

打刻データ作成部４０ｃは、設定された各種のデータや記憶部４０ｂに記憶された画像データなどに基づいて、被加工物２００の表面２００ａへの打刻を実行して打刻画像を打刻するためのデータたる打刻データを作成する。

レーザー測定器制御部４０ｄは、レーザー測定器８０を制御して、レーザー測定器８０により測定された距離、即ち、レーザー測定器８０と被加工物２００の面２００ａとの間の距離を示す距離データを取得する。

距離算出部４０ｅは、プロジェクター７０とレーザー測定器８０との位置関係を示すデータとレーザー測定器制御部４０ｄにより取得された距離データとに基づいて、被加工物２００の面２００ａとプロジェクター７０との間の距離を算出して取得する。

プロジェクター制御部４０ｆは、距離算出部４０ｅで算出された距離データに基づいて、プロジェクター７０から被加工物２００の面２００ａへ投影される打刻画像が、被加工物２００の面２００ａ上において当該打刻されるべき打刻画像の原寸大となり、かつ、鮮明に視認可能なようにプロジェクター７０のフォーカスおよび投影サイズを制御する。

以上の構成において、本発明による打刻装置１０により被加工物２００の面２００ａに打刻画像を打刻形成する際には、作業者は始めに面２００ａに打刻画像を形成する被加工物２００を固定治具２４に固定する処理を行う。

この被加工物２００を固定治具２４に固定する処理は、作業者がプロジェクター７０により被加工物２００の面２００ａに投影された打刻画像を視認しながら、被加工物２００が適正な位置に固定されるように調整しながら行われる。

図３を参照しながら詳細に説明すると、作業者は操作パネル（図示せず。）などの操作により、レーザー測定器制御部４０ｄの制御によりレーザー測定器８０からレーザー光Ｌを照射させる。

そして、作業者は、被加工物２００の面２００ａにおける打刻領域の略中心位置にレーザー光が照されるように、被加工物２００の固定位置をおおまかに調整する。

それから、作業者は操作パネル（図示せず。）などの操作して、レーザー測定器制御部４０ｄの制御により当該レーザー測定器８０による距離測定を実行させ、レーザー測定器制御部４０ｄは測定した距離を示す距離データを取得する。

レーザー測定器制御部４０ｄが距離データを取得すると、距離算出部４０ｅはプロジェクター７０とレーザー測定器８０との位置関係を示すデータとレーザー測定器制御部４０ｄにより取得された距離データとに基づいて、被加工物２００の面２００ａとプロジェクター７０との間の距離を算出して取得する。

距離算出部４０ｅが被加工物２００の面２００ａとプロジェクター７０との間の距離を取得すると、プロジェクター制御部４０ｆは以下の処理を行う。

即ち、記憶部４０ｂに記憶された打刻画像の画像データを参照して、被加工物２００の面２００ａに打刻形成する対象の打刻画像の画像データを取得する。

次に、距離算出部４０ｅで算出された距離データに基づいて、プロジェクター７０から被加工物２００の面２００ａへ投影される打刻画像が被加工物２００の面２００ａ上において当該打刻されるべき打刻画像の原寸大となり、かつ、鮮明に視認可能なようにプロジェクター７０のフォーカスおよび投影サイズを制御し、プロジェクター７０から上記により取得した打刻画像を投影させる。

作業者は、被加工物２００の面２００ａ上に投影された打刻画像を視認しながら、被加工物２００が適正な位置に固定されるように微調整を行って被加工物２００を固定治具２４に固定する。

上記のようにして、被加工物２００を固定治具２４に固定する処理を終了した後に、打刻装置１０により被加工物２００の面２００ａに打刻画像を打刻形成する処理を行う。

なお、被加工物２００を固定治具２４に固定する処理を終了した後に、打刻装置１０により被加工物２００の面２００ａに打刻画像を打刻形成する処理については、例えば、特開２０１５−１９９２５０号公報に開示されているような従来より公知の技術を適用することができる。

従って、その詳細な説明は省略することとするが、操作パネル（図示せず。）を用いて作業者により打刻画像の打刻形成の指示がなされると、マイクロコンピューター４０において、記憶部６４に記憶された打刻データが制御部６２に出力され、制御部６２により当該打刻データに基づいて、昇降部材２８、スライド部材３２、キャリッジ３６および打刻ヘッド３８を制御して、被加工物２００の表面２００ａにおける適正な位置に打刻画像を打刻形成する。

以上において説明したように、本発明による打刻装置１０によれば、作業者は、プロジェクター７０により被加工物２００の面２００ａに投影された打刻画像を視認しながら、被加工物２００が適正な位置に固定されるように調整することができる。

このため、作業に習熟していない作業者であっても、容易に被加工物２００の面２００ａの適正な位置に加工を行うことができるようになる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に示すように変形するようにしてもよい。

（１）上記した実施の形態においては、二次元加工装置として打刻装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明が適用される二次元加工装置は打刻装置に限られるものではないことは勿論である。

即ち、材料の面を加工する二次元加工装置であるならば、どのような二次元加工装置であっても本発明を適用することができるものである。

例えば、彫刻装置や箔押し装置などにおいて、彫刻加工や箔押し加工などの各種の加工を行う対象の画像（「加工を行う対象の画像」を「加工画像」と適宜に称する。）を被加工物の面に投影するようにしてもよい。

（２）上記した実施の形態においては、プロジェクター７０とレーザー測定器８０とを固定的に配設したが、これに限られるものではないことは勿論である。

要するに、被加工物２００の面２００ａとプロジェクター７０との距離を取得して、プロジェクター７０のフォーカスと投影サイズとを調整して被加工物２００の面２００ａに原寸大の画像が鮮明に投影されればよいので、プロジェクター７０とレーザー測定器８０との両方あるいは一方が可動式であっても、被加工物２００の面２００ａとプロジェクター７０との距離が正確に取得できるような構成であればよい。

（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、医療用鋼製小物などの被加工物の所定の位置に、打刻により二次元シンボルを形成する打刻装置などの二次元加工装置に用いて好適である。

１０ 打刻装置、２４ 固定治具、３８ 打刻ヘッド、４０ マイクロコンピューター、４０ａ 制御部、４０ｂ 記憶部、４０ｃ 打刻データ作成部、４０ｄ レーザー測定器制御部、４０ｅ 距離算出部、４０ｆ プロジェクター制御部、７０ プロジェクター、８０ レーザー測定器

Claims (4)

1. 被加工物の面を加工する二次元加工装置において、
   被加工物の面に加工対象の加工画像を投影する画像投影装置と、
   前記被加工物の前記面と前記画像投影装置との間の距離を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された距離に基づいて、前記画像投影装置から前記被加工物の前記面へ投影される加工画像が前記被加工物の前記面上において原寸大となり、かつ、鮮明に視認可能に前記画像投影装置のフォーカスおよび投影サイズを制御する画像投影装置制御手段と
   を有することを特徴とする二次元加工装置。
2. 請求項１に記載の二次元加工装置において、
   前記取得手段は、
   前記被加工物の前記面との間の距離を測定して取得する距離測定装置と、
   前記距離測定装置により取得された距離と、前記距離測定装置と前記画像投影装置との位置関係とに基づいて、前記被加工物の前記面と前記画像投影装置との間の距離を取得する距離取得手段と
   を有することを特徴とする二次元加工装置。
3. 被加工物の面を加工し、前記被加工物の前記面に加工対象の加工画像を投影する画像投影装置を備えた二次元加工装置における二次元加工方法であって、
   被加工物の面と画像投影装置との間の距離を取得する取得工程と、
   前記取得工程により取得された距離に基づいて、前記画像投影装置から前記被加工物の前記面へ投影される加工画像が前記被加工物の前記面上において原寸大となり、かつ、鮮明に視認可能に前記画像投影装置のフォーカスおよび投影サイズを制御する画像投影装置制御工程と
   を有することを特徴とする二次元加工方法。
4. 請求項３に記載の二次元加工方法において、
   前記取得工程は、
   距離測定装置により前記被加工物の前記面との間の距離を測定して取得し、
   前記距離測定装置により取得された距離と、前記距離測定装置と前記画像投影装置との位置関係とに基づいて、前記被加工物の前記面と前記画像投影装置との間の距離を取得する
   ことを特徴とする二次元加工方法。

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