JP2017209827A

JP2017209827A - ガイド光機能付き刻印機およびガイド光機能付き刻印機による打刻方法

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Publication number: JP2017209827A
Application number: JP2016103139A
Authority: JP
Inventors: 將介宮木; Shiyousuke Miyaki
Original assignee: ECTOR CO Ltd
Current assignee: ECTOR CO Ltd
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2036-05-24
Also published as: JP6748481B2

Abstract

【課題】本発明は、ワークの被刻印面とスタイラスとの間隔を適正値に調節できる機能を備えた刻印機の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、加工ヘッドとスタイラスがＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動自在に設けられ、加工ヘッド周囲のＸ軸方向とＹ軸方向の一側に、それぞれスタイラス先端前方の標準打刻位置に向けて所定の傾斜角度で斜め向きに検査光を照射し、加工ヘッドとともに移動する２つ以上の光源が取り付けられ、これら光源からの検査光が、ワーク被刻印面上にそれぞれの検査光による投影図形を描く検査光であり、少なくとも１つの光源から照射される投射図形にＸ軸に平行な長さを有する図形が含まれ、他の光源から照射される投射図形にＹ軸に平行な長さを有する図形が含まれ、標準打刻位置にワーク被刻印面を位置合わせさせた場合に複数の投射図形が中央部で重ねられる検査光とされたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、刻印用のスタイラスを備え、スタイラス先端とワーク被刻印面との相対間隔を調節するガイド光機能を備えた刻印機およびガイド光機能付き刻印機による打刻方法に関する。

自動車や建設機械などの自動化された工場において、ロット番号等の英数字や合いマークの刻印を行うためにマーキング装置が使用されている。例えば下記の特許文献１には、往復運動するピストンと、このピストンの往復運動に追従して先端部でワーク表面を打刻するスタイラスとを備えたマーキング装置用の振動ペンが開示されている。

特許文献１には、シリンダーと、シリンダー内で往復運動するピストンと、ピストンを基端側に付勢する弾性部材と、このピストンの往復運動に追従して先端部でワークの表面を打刻するスタイラスとを備えたマーキング装置が開示されている。
このマーキング装置を用いて機械部品に印字を行うには、圧縮性流体を利用してピストンおよびスタイラスを振動させてワーク表面の規定位置に打刻し、このスタイラスを振動ペンごと移動させながら必要な位置毎に打刻を繰り返す。この操作により、機械部品の被刻印面の必要な位置に文字、数字、記号などをマーキングすることができる。また、スタイラスを一ヵ所で振動させるとその部分にドットが形成されるので、そのドットを所定のパターンになるように複数形成することにより、いわゆる二次元コードを形成することができる。

この種のマーキング装置において、安定した品質の刻印を行うためには、刻印対象のワークの被刻印面とスタイラス先端との間隔調節が重要である。ところが、ワークのサイズや肉厚は様々であり、また部品毎の肉厚のバラツキもあることから、ワークの被刻印面とスタイラス先端との相対距離を常に規定範囲に治めることは容易ではない。

図４に従来のマーキング装置の一例を示すが、この例のマーキング装置Ｍは、水平方向のＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在、かつ、上下方向のＺ軸方向に移動自在に支持された加工ヘッド１００と、この加工ヘッド１００の下端側に振動機構１００Ａを介し装着されたスタイラス１０１を備えている。このスタイラス１０１をＸ軸方向あるいはＹ軸方向に移動し、Ｚ軸方向の位置を適正に調整した後、Ｚ軸方向にスタイラス１０１の先端をワークの被刻印面１０２に突き当てる打刻動作を行い、この打刻動作を繰り返すことでワークの被刻印面１０２に文字やバーコードなどの情報を打刻することができる。
図４では一例として打刻動作により形成したドット１０３の集合体により、ワークの被刻印面１０２にアルファベット文字Ａを描こうとしている状態を示している。

従って安定した品質の打刻を行うためには、スタイラス１０１の先端とワークの被刻印面１０２との間隔ｅの調節が重要となるが、この間隔ｅが適正間隔となっているか否かは目視では正確に判定し難い問題がある。このため、従来、ワークに打刻を開始する前に複数のワークに対し試し刻印を行い、試し刻印が正常になされる上下の間隔ｅを把握した上で正式な打刻を行う必要があった。なお、試し刻印を行ったワークは試し刻印後に廃棄対象物となるので無駄になる問題がある。
このような背景から、従来、下記の特許文献２に示すようにワークを撮像する画像処理カメラを備え、画像処理カメラで得られた画像処理情報に基づいて刻印機のスタイラス先端位置を調整する刻印機が提案されている。

特開平１１−９９７９８号公報特開２０００−１２７５９０号公報

特許文献２に記載されている刻印機は、ワークの厚みを測定する厚みセンサーを備え、ワーク厚みの測定結果に基づいて刻印時にワークを支持する下型の上下位置を調整した上で画像処理カメラが捉えた画像からワークのＸＹ方向の位置ずれやＺ軸周りの角度ずれを補正する機能を有していた。この刻印機は、これらの補正機能と画像による上下位置情報の組み合わせにより刻印機の上下位置を調整し、規定の刻印を実現できる装置であった。
しかし、特許文献２に記載の技術によれば、ワーク画像の撮影とその画像の解析、並びにワークの厚み測定とワーク厚みに合わせたワーク上下位置の調節に時間がかかり、大量のワークに刻印する場合に迅速な処理が難しい問題があった。このため、より簡単な処理で迅速にスタイラスの上下位置決めが可能な刻印機の提供が望まれている。

また、図４に示すマーキング装置Ｍにおいてワークの被刻印面１０２に対し加工ヘッド１００のＸ軸方向およびＹ軸方向とワークの被刻印面１０２のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置合わせが正確になされていないと、文字やバーコードなどの刻印を正確な向きに打刻できない問題がある。しかし、図４に示す従来の刻印機においてはこれらの方向や位置を把握する手段が無く、ワークに対し試し刻印を施して試し刻印により方向を確認するしか手段がなかった。

本発明は前記事情に鑑みなされたものであり、簡単な操作でスタイラス先端とワーク被刻印面との間隔調節ができ、刻印の向きも合わせて安定した品質の刻印ができるガイド光機能付き刻印機と打刻方法の提供を目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のガイド光機能付き刻印機は、ワーク被刻印面の面方向に沿って移動自在かつワーク被刻印面に対し接近離間する方向に移動自在に加工ヘッドが設けられ、前記加工ヘッドの先端部に前記ワーク被刻印面に打刻するためのスタイラスが設けられ、前記加工ヘッドが互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向に移動自在に、かつ、前記Ｘ軸方向とＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動自在に設けられ、前記スタイラスの軸線方向が前記Ｚ軸方向に一致され、前記ワーク被刻印面が前記Ｚ軸と交差する向きに配置される刻印機であって、前記加工ヘッドの周囲において前記Ｘ軸方向の一側と前記Ｙ軸方向の一側に、それぞれ前記スタイラス先端前方の標準打刻位置に向けて前記加工ヘッドの側方から前記スタイラスの延長軸線に対し所定の傾斜角度で斜め向きに検査光を照射し、前記加工ヘッドとともに移動する２つ以上の光源が取り付けられ、前記複数の光源のうち、１つの光源からの検査光と前記他の光源からの検査光が、前記ワーク被刻印面上にそれぞれの検査光による投影図形を描く検査光であり、かつ、前記検査光の前記延長軸線に対する照射角度が等しくされるとともに、前記１つの光源と前記他の光源のうち、少なくとも１つの光源から前記ワーク被刻印面に照射される投射図形に前記Ｘ軸に平行な長さと前記Ｙ軸に平行な幅を有する図形が含まれ、他の光源から前記ワーク被刻印面に照射される投射図形に前記Ｙ軸に平行な長さと前記Ｘ軸に平行な幅を有する図形が含まれ、前記標準打刻位置に前記ワーク被刻印面を位置合わせさせた場合に前記複数の投射図形がそれらの長さ方向中央部で重ねられる検査光とされたことを特徴とする。

２つ以上の光源から検査光をワーク被刻印面に照射した状態でスタイラス先端をスタイラスの軸方向一方側あるいは他方側に移動すると、ワーク被刻印面上に照射された検査光による投影図形がワーク被刻印面に沿って移動する。スタイラス先端を軸方向に沿って一方側あるいは他方側に移動させ、複数の検査光の投影図形の位置を把握して複数の投影図形が重なるようにスタイラス先端の位置を調整すると、被刻印面とスタイラス先端との間隔調整ができる。ワーク被刻印面上の複数の投影図形を重ねることでワーク被刻印面に対するスタイラス先端の間隔調整が完了するので、投影図形の重なりを目視確認することにより容易にスタイラス先端の被刻印面に対する間隔調整ができる。
スタイラスの打刻位置は、スタイラスの真上から見るのが正確であるがスタイラスの真上にはヘッドや装置自体があってスタイラスの真上から打刻位置を見ることができないため、斜めから覗くこととなる。斜めから覗いた場合、スタイラス先端側の打刻位置を正確に把握するのは難しい。この点において、２つ以上の光源からの投影図形が重なった位置の中央が打刻位置となるのでワーク被刻印面上の打刻点の正確な位置確認ができ、打刻位置の正確な位置決めができる。
このため、ワーク被刻印面に対し望ましい距離に配置したスタイラスを用いて正確な位置にワーク被刻印面に対し高品質の打刻ができる。即ち、本発明の刻印機により鮮明な文字やバーコードなど、表示品質の良好な打刻を目的の位置に正確に形成できる。

１つの光源から被刻印面上に投影される投影図形にＸ軸とＹ軸に平行な部分を有し、他の光源から被刻印面上に投影される投影図形にＸ軸とＹ軸に平行な部分を有すると、１つの光源と他の光源から被刻印面上に投影される投影図形の傾きを確認することができる。これら投影図形の傾きを認識することで、スタイラスが被刻印面上に打刻するべき文字やバーコードなどの書き込み情報の傾き状態や位置ずれ状態を把握できる。ワーク被刻印物がワーク上の機銘板などであって、刻印する場所に枠がある場合などにおいて、投影図形の状態に応じワークの傾きを修正することで枠内の正確な位置に打刻ができる。

本発明において、前記１つの光源と前記他の光源から前記標準打刻位置に照射される検査光の前記スタイラス延長軸線を基準とする入射角度が等しくされた構成とすることができる。
１つの光源と他の光源で検査光の入射角度を等しくしておくと、被刻印面に対するスタイラス先端の距離を調節する際、スタイラスの移動に合わせて被刻印面上を投影図形が均等距離移動するので、投影図形どうしの位置合わせを行ってスタイラスの位置調節を行うことが容易にできる。

本発明において、前記１つの光源から前記ワーク被刻印面に投射される検査光による投射図形がＸ軸に沿う−形状を含む図形であり、前記他の光源から前記ワーク被刻印面に投射される検査光による投射図形がＹ軸に沿う−形状を含む図形であり、前記位置合わせ時に前記複数の投射図形から形成される合成投射図形がＸ軸方向の−印とＹ軸方向の−印を含む図形である構成にできる。
スタイラスの移動により−形状の投影図形どうしの位置合わせを行ってＸ軸方向の−印とＹ軸方向の−印を含む図形にすることで被刻印面に対するスタイラス先端の位置決めができる。また、−形状の投影図形の傾き状態により被刻印面に対するスタイラスの傾き不良、Ｘ軸とＹ軸の向きの不良なども把握できる。
更に、ワークとの距離が変わった場合、合成投影図形の＋印のバランスが崩れたり、合成投影図形がＬ型になるが、−形状の投影図形と−形状の投影図形の交点が常にスタイラスの打刻点を示す。このため、打刻点を確実に把握できる。
また、−形状の長さを適宜選択することで、−形状の投影図形と−形状の投影図形が重なっている範囲を被刻印面に対するスタイラス先端の位置決め許容範囲に調整することができる。

本発明の打刻方法は、ワーク被刻印面の面方向に沿って移動自在かつワーク被刻印面に対し接近離間する方向に移動自在に加工ヘッドが設けられ、前記加工ヘッドの先端部に前記ワーク被刻印面に打刻するためのスタイラスを備えた刻印機であって、前記加工ヘッドの前記Ｘ軸方向の一側と前記Ｙ軸方向の一側に、それぞれ前記スタイラス先端前方の標準打刻位置に向けて前記加工ヘッドの側方から前記スタイラスの延長軸線に対し等しい傾斜角度で斜め向きに検査光を照射し、前記加工ヘッドとともに移動する２つ以上の光源を取り付けた刻印機を用いて打刻を行う方法であって、前記１つの光源からの検査光と前記他の光源からの検査光を前記ワーク被刻印面上にそれぞれの検査光による投影図形を描く検査光とし、かつ、前記標準打刻位置に前記ワーク被刻印面を位置合わせさせた場合に前記複数の投射図形を重ねる向きに前記検査光の照射角度を調節し、前記ワーク被刻印面を前記スタイラスの延長軸線方向に沿って移動させて前記ワーク被刻印面上の複数の投射図形が重なる位置を調整し、前記複数の投影図形の交差する位置を打刻点として把握し、前記複数の投影図形の重なり状態における各投影図形の前記Ｘ軸とＹ軸に対する傾きを把握して該傾きを無くするように前記ワークの位置を修正して前記ワークの被刻印面に対する位置決めを完了した後、前記スタイラスで前記ワーク被刻印面に打刻することを特徴とする。

本発明によれば、スタイラス先端をその延長軸方向に沿って一方側あるいは他方側に移動させ、ワークの被刻印面上の複数の検査光の投影図形の位置を把握し、スタイラス先端の前記被刻印面に対する距離の変更に応じて被刻印面上を移動する複数の投影図形が重なるようにスタイラス先端の位置を調整した場合、スタイラス先端の被刻印面に対する間隔調節を完了できる。また、複数の投影図形の交差部を打刻位置として把握することができ、複数の投影図形のワーク上でのＸ軸、Ｙ軸への傾きに応じてワークの位置調節を行えばスタイラス先端の被刻印面に対する間隔を適正値としてから目的の位置と方向に正確な打刻ができるのでワークに対しスタイラスの正確な位置決めができ、正確な打刻ができる。

本発明の第１実施形態に係るガイド光機能付き刻印機の一例を示す斜視図。同ガイド光機能付き刻印機においてスタイラス先端とワーク被刻印面の距離が標準距離よりも近い場合の斜視図。同ガイド光機能付き刻印機においてスタイラス先端とワーク被刻印面の距離が標準距離よりも遠い場合の斜視図。従来の刻印機の一例を示す斜視図。

以下に、本発明に係る第一実施形態のガイド光機能付き刻印機について、図面を適宜参照しながら説明する。
図１〜図３は第一実施形態のガイド光機能付き刻印機を示すもので、この実施形態の刻印機Ａは、図示略の３軸ステージ機構などの駆動機構により加工ヘッド１を水平方向のＸ軸方向とＹ軸方向に移動自在に、かつ、鉛直方向のＺ軸方向に沿って移動自在に支持されている。なお、この実施形態ではＸ軸方向とＹ軸方向を水平面に沿う方向、Ｚ軸方向を鉛直方向として説明するが、これらの方向に限定するものではなく、例えば、Ｚ軸を水平横向き方向として、Ｘ軸かＹ軸を鉛直方向としても良い。
３軸ステージ機構はＸ軸とＹ軸とＺ軸のそれぞれの軸に沿って移動自在にステージが設けられ、それらの各軸のステージを支持する支柱や支持体、アクチュエーターなどを備えて構成される公知の駆動機構である。各軸をスクリュウ軸としてスクリュウ軸に沿ってステージが移動される機構、各軸に取り付けられたリニアアクチュエーターによってステージが移動される機構など公知の種々の機構があるが、本実施形態では加工ヘッド１をＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向に３軸移動できる構造であれば、公知の範囲でいずれの構造の３軸ステージ機構を用いても良い。ＸＹＺ軸に沿う方向に加工ヘッド１を移動するステージ機構は、ＸＹＺ軸に沿う方向それぞれ設けられた案内レールに加工ヘッドを支持するステージ（架台）を備え、各ステージを案内レールに沿って移動自在に支持した一般的な３軸ステージ機構を広く採用することができる。

図１に示す実施形態の構成において、加工ヘッド１は下向きに円筒状の駆動部２を有し、その下端部にピン型のスタイラス３が着脱自在に取り付けられている。
駆動部２の一般的な構造は、シリンダーと、該シリンダーに往復移動自在に取り付けられたピストンと、該ピストンの先端側に取り付けられたスタイラス装着部と、前記ピストンの基端側に備えられて前記ピストンをその長手方向に振動させる振動手段とを具備してなる。スタイラス３は前記ピストンに接続されるスタイラス本体と、スタイラス本体の先端側に取り付けられて被加工体に打ち付けられる超硬、多結晶ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化ホウ素などの硬質材料からなる打刻体からなる。
ここでは駆動部２の構造について詳述はしないが、シリンダーの往復移動に応じてスタイラスをその軸方向に振動させて打刻を行うことができる構造が一例として適用される。駆動部２の具体例として、特許文献１に記載されている構造を適用することができる。また、ピストンを往復駆動する機構は空気圧を利用した往復駆動機構を用いることができるが、電磁力を利用したスタイラスの往復駆動機構を適用しても良い。

筒状の駆動部２の下端（先端）中央部にスタイラス３が下向きに取り付けられ、スタイラス３の先端部３ａは円錐形状に加工されている。スタイラス３は駆動部２に対し着脱自在に取り付けられ、スタイラス３の先端部が摩耗した場合にスタイラス３を単独で交換できるように構成されている。
スタイラス３の先端部３ａをその下方に設置されるワークの被刻印面５に打ち付けることによりドット形状をワークに打刻することができ、３軸ステージ機構によってワークの被刻印面７に対するドット形状の打刻位置を順次変更することで文字やバーコードなどの刻印ができるようになっている。文字やバーコードなどの刻印ができる点については図４を基に説明した従来のマーキング装置Ｍと同等であり、一例として図４に示すように打刻したドット１０３の集合体としてアルファベット文字を刻印することができる。
図１に示す刻印機Ａにおいて、スタイラス３の中心軸線が鉛直向きに設置され、スタイラス３の中心軸線はＺ軸と一致されている。また、Ｚ軸と直角な軸としてＸ軸とＹ軸が規定され、Ｘ軸とＹ軸は水平面に沿って加工ヘッド１の中心部で互いに直角に交わる軸として規定される。

加工ヘッド１は一例として直方体状に形成され、その１つの側面１ａに直角向きにＸ軸に沿って支持軸５ａが延出され、この支持軸５ａの先端部に円筒状の光源５が取り付けられている。また、加工ヘッド１の他の側面１ｂに直角向きにＹ軸に沿って支持軸６ａが延出され、その先端部に円筒状の光源６が取り付けられている。光源５はその下側の端面５ｂを斜め下方に向けて支持軸５ａに取り付けられ、光源６はその下側の端面６ｂを斜め下方に向けて支持軸６ａに取り付けられている。

図１においてスタイラス３の下方にはワークが設置されてその被刻印面７が水平に設置されている。なお、図１ではワーク被刻印面７が単純な平面形状として描かれているが、ワークは機械部品であれば種々の形状の立体形であるので、平面に限らず、円周面や凹凸を有する立体面であるが、説明の簡略化のために図１では平面状に描いている。例えば、ワークがコンロッドやピストンなどの機械部品であれば被刻印面は円周面や曲面となる場合がある。
図１はスタイラス３の下方の適切な位置にワーク被刻印面７が配置されている場合において、光源５、６からワーク被刻印面７に対し検知光８、９を照射した状態が示されている。
この実施形態の光源５は、内部に発光源を有し、斜め下向きに配置された端面側に光を細長い帯状に絞って通過させるスリッターと窓部が発光源の下方に位置するように設けられ、光源５の下向きの端面から横断面−型の細長いビーム形状の検査光８を斜め下向きに照射できるように構成されている。また、光源６も光源５と同様に内部に発光源を有し、斜め下向きに配置された端面側に光を細長い帯状に絞って通過させるスリッターと窓部が設けられ、下向きの端面から横断面−型の細長いビーム形状の検査光９を斜め下方向きに照射できるように構成されている。
なお、この実施形態の光源５、６は、内部に必ずしも発光源を備えている必要は無く、必要な検知光８、９を出射できればよい。このため、発光源を別の位置、例えば加工ヘッド１の一部や内部に備えて光ファイバ等の導光部材を支持軸５ａ、６ａに沿って設けて検知光を案内し、検知光８、９を光源５、６の先端部から目的の方向に出射できるように構成しても良い。

図１に示すようにスタイラス３の先端とワーク被刻印面７との間隔（距離）が適正間隔（適正距離）に設定された場合、光源５から照射される検知光８の中心の光軸８ａとＺ軸とのなす角度（入射角）θは一例として４５゜前後の角度とされ、ワーク被刻印面７とＺ軸とが交差する点に対し検知光８を投影して生成する投影図形１０はＸ軸に沿う−形状とされる。図１に示す状態において投影図形１０の長さ方向中心位置がＺ軸と一致されている。
図１に示す場合、光源６から照射される検知光９の中心の光軸９ａとＺ軸とのなす角度（入射角）θは一例として４５゜前後の角度とされ、ワーク被刻印面７とＺ軸とが交差する点に対し検知光９を投影して生成する投影図形１１はＹ軸に沿う−形状とされる。図１に示す状態において投影図形１１の長さ方向中心位置がＺ軸と一致されている。
以上説明のように光源５と光源６は、加工ヘッド１の周回りに９０゜間隔で配置され、光源５、６からそれぞれ斜め下方向きに−形状の検知光８、９を照射できるように構成されている。
また、図１に示す状態において検知光８が被刻印面７上に形成する−型の投影図形１０の長さは５ｍｍ〜１０ｍｍ程度、投影図形１０の幅は０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度、検知光９が形成する−型の投影図形１１の長さは５ｍｍ〜１０ｍｍ程度、投影図形１１の幅は０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度に形成されることが好ましい。−型の投影図形の長さはＺ軸方向のマーキング範囲と同等程度であることが望ましい。これらの図形が交差する範囲をＺ軸方向のマーキング範囲と同等にしておけば、交差していない位置にワークが存在していた場合、マーキングができない位置にワークがあることを一目で認識できる。十字型を認識容易な寸法として考慮すると、幅の５倍以上の長さを有することが好ましい。

投影図形１０、１１の長さはＺ軸方向のスタイラス３の刻印可能範囲と以下に説明するように関連付けられていることが望ましい。
図１に示すようにスタイラス３の先端とワーク被刻印面７との間隔（距離）が適正距離ａになっている場合、投影図形１０、１１の中心がＺ軸方向の刻印範囲の中心となるように光源５、６が配置されている。一例として、スタイラス３のＺ軸方向の刻印可能範囲を５ｍｍと設定し、投影図形１０（あるいは投影図形１１）の長さを５ｍｍ、検知光８、９の入射角θを４５゜とするならば、ワーク被刻印面７を±２．５ｍｍＺ軸方向（上下方向）に移動させた範囲内において、投影図形１０、１１が交差した状態が保持される。
即ち、スタイラス３の先端とワーク被刻印面７との間隔（距離）が適正距離ａにある場合、光源５の検知光８による−印と光源６の検知光９による−印がそれぞれの長さ方向中央部で交わって＋印となる。
しかし、スタイラス３の先端とワーク被刻印面７との間隔（距離）が接近し過ぎた場合、例えば図２に示す如く間隔（距離）ｂとなった場合、検知光８が描く−印はＸ軸の矢印方向（正方向）に移動して原点（被刻印面７上のＸ軸とＹ軸とＺ軸の交点）から外れ、検知光９が描く−印はＹ軸の矢印方向（正方向）に移動して原点から外れる。また、スタイラス３の先端とワーク被刻印面７との間隔（距離）が離間し過ぎた場合、例えば図３に示す如く間隔ｃとなった場合、検知光８が描く−印はＸ軸の反矢印方向（負方向）に移動して原点から外れ、検知光９が描く−印はＹ軸の反矢印方向（負方向）に移動して原点から外れる。

図２に示す場合、上述のように投影図形１０、１１の長さを５ｍｍとするならば、図２に示す状態はワーク被刻印面７のＺ軸方向の位置が適正位置よりも２．５ｍｍを超えて上昇した場合に相当する。図３に示す場合に上述のように投影図形１０、１１の長さを５ｍｍとするならば、図３に示す状態はワーク被刻印面７のＺ軸方向の位置が適正位置よりも２．５ｍｍを超えて下降した場合に相当する。
即ち、図１に示す構造を採用した場合、ワーク被刻印面７を±２．５ｍｍＺ軸方向に移動させた範囲内において、検知光８による投影図形１０（−印）と検知光９による投影図形（−印）が交わる交点が常にＺ軸と一致するので、ワーク被刻印面７がＺ軸方向に±２．５ｍｍ移動する範囲内であれば検知光８による投影図形１０（−印）と検知光９による投影図形１１（−印）の交点がスタイラス３による打刻位置を正確に示すこととなる。
光源５、６を加工ヘッド１の周回りに９０゜間隔で配置し、検知光８、９の入射角θを同一にしているので、上述の関係が成立する。したがって、本実施形態の刻印機Ａを用いることで被刻印面７上の打刻位置を投影図形１０と投影図形１１の交点位置として正確に把握することができる。
スタイラス３の打刻位置は、スタイラス３の真上から見るのが正確であるがスタイラス３の真上には加工ヘッド１ａや装置自体があってスタイラス３の真上から打刻位置を見ることができないため、斜めから覗くこととなる。斜めから覗いた場合、ワーク被刻印面７においてスタイラス先端側の打刻位置を正確に把握するのは難しい。この点において、２つの光源５、６からの投影図形１０、１１が重なった位置の中央が打刻位置となるのでワーク被刻印面上の打刻点の正確な位置確認ができ、打刻位置の正確な位置決めができる。
このため、ワーク被刻印面に対し望ましい距離に配置し、望ましい位置と方向に配置したスタイラス３を用いて正確な位置にワーク被刻印面に対し高品質の打刻ができる。即ち、本発明の刻印機Ａにより鮮明な文字やバーコードなど、表示品質の良好な打刻を目的の位置に正確に形成できる。

被刻印面７上の投影図形１０、１１の長さを５ｍｍに設定するには、検知光８、９の高さ（縦方向の幅）を５／（２^１／２）に調整しておく必要がある。この幅の検知光８、９を得るには、光源５、６に内蔵されている発光源からの光を光学系レンズの径や位置で調整した上で所定幅のスリットを通すことで得ることができる。
なお、検知光８、９の入射角θを４５゜前後以外の入射角度に設定するとスタイラス３のＺ軸方向の移動距離＝投影図形１０、１１の移動距離の関係とはならなくなるが、スタイラス３のＺ軸方向の移動距離：投影図形１０（あるいは投影図形１１）の移動距離＝１：２の関係などに調整することも可能となる。

以上説明のように構成された刻印機Ａを用いてワーク被刻印面７に打刻を行うには、光源５、６から検知光８、９をスタイラス３の延長軸に対し一例として４５゜の入射角θで照射しつつ加工ヘッド１を３軸ステージ機構により刻印位置に移動させる。
刻印機Ａによってワーク被刻印面７に対し正確で綺麗な質の高い刻印を行うためには刻印機Ａのスタイラス３の先端とワーク被刻印面７との間隔（距離）を目的の範囲内に調整する必要がある。これは、刻印機Ａのスタイラス３が上下方向（スタイラス３の軸方向前後）に振動し、この振動の有効範囲内にワーク被刻印面７の高さ位置を揃えて位置決めする必要があることによる。

スタイラス３の先端とワーク被刻印面７との距離（間隔）が目的の値より近い（狭い）場合、図２に示すように、検知光８がワーク被刻印面７上に生成する投影図形１０はＸ軸に沿って光源５に近い側に位置し、ワーク被刻印面７をＺ軸が通過する点から外れる。また、検知光９がワーク被刻印面７上に生成する投影図形１１もＹ軸に沿って光源６に近い側に位置し、ワーク被刻印面７をＺ軸が通過する点から外れる。
スタイラス３の先端とワーク被刻印面７との距離（間隔）が目的の値より遠い（広い）場合、図３に示すように、検知光８がワーク被刻印面７上に生成する投影図形１０はＸ軸に沿って光源５から遠い側に位置し、ワーク被刻印面７をＺ軸が通過する点から外れる。また、検知光９がワーク被刻印面７上に生成する投影図形１１もＹ軸に沿って光源６から遠い側に位置し、ワーク被刻印面７をＺ軸が通過する点から外れる。

図２に示す状態であったならば、スタイラス３の先端位置を上方に微調節し、図３に示す状態であったならば、スタイラス３の先端位置を下方に微調節し、−印の投影図形１０と−印の投影図形１１を交差させることでスタイラス３の上下位置合わせを完了でき、打刻位置を被刻印面７上の適正な位置に描くことができる。−印の投影図形１０の長さと−印の投影図形１１の長さを上述の如く適正な長さに設定しておくならば、投影図形どうしが重なって＋印になる位置から、投影図形１０、１１の重なりがずれて両図形が離間する直前状態でＬ字型になる範囲までが刻印可能範囲の上限と下限となる。このため、スタイラス３の上下位置決めと水平方向の位置決めを両方完了できる。

また、検知光８による−印の投影図形１０の移動軌跡がＸ軸と一致し、検知光９による−印の投影図形１１の移動軌跡がＹ軸と一致するので、これら−印の向きからＸ軸とＹ軸の被刻印面７上での向きを知ることができる。このため、検知光８、９による投影図形１０、１１の向きとこれらの交点の状態により被刻印面７とスタイラス３の先端との距離を適正範囲に調整可能であり、更に、被刻印面７に対しスタイラス３の向きを正確に調整できる。このため、本実施形態の刻印機Ａによれば正しい位置に対し正確な向きに刻印ができる。
例えば、ワーク被刻印面７上の２つの投影図形１０、１１の交差する位置を打刻点として把握し、２つの投影図形の重なり状態におけるワーク上のＸ軸とＹ軸に対する傾きを把握して該傾きを無くするようにワークの位置を修正してワークの被刻印面７に対する位置決めを完了した後、スタイラス３でワーク被刻印面７に打刻することができる。例えば、ワーク上の刻印対象範囲が機銘板となっている場合、機銘板には矩形枠が形成されているので、この矩形枠がＸ軸およびＹ軸と合致するようにワークの向きを調整することで矩形枠に沿って打刻方向を正確に調整できる。
次に、−印と−印の投影図形であれば、決まった幅、高さの平行光がガイド光となっているので、投影画像の形の変化でワークとの距離調整ができる利点を有する。

なお、これまで説明した実施形態では投影図形１０、１１として、−印を用いたが、投影図形１０、１１は同じ形状である必要は無く、異なる形状でも良く、また、形状も−印に限らない。
例えば、投影図形１０、１１は、＋印、○印、△印、□印などの図形でも良く、一方が＋印で他方が○印の組み合わせでも良い。また、投影図形１０、１１の大きさは同じである必要は無く、一方が大きく、他方が小さい形状でも良い。例えば、投影図形１０を大きな○印、他方を小さな○印あるいは＋印として大きな○印の範囲内に小さな○印あるいは＋印が入っている範囲をスタイラス３と被刻印面７との適正距離範囲と設定できる構造としても良い。

なお、スタイラス３による刻印の向きが適切な向きであることを把握するためには、ワークの被刻印面７に対し加工ヘッド１の向きが正しいことを把握しやすいように、投影図形１０、１１のそれぞれにＸ軸方向に平行な直線部分かＹ軸方向に平行な直線部分を含む投影図形を選択することが望ましい。これらの直線部分を含む投影図形を選択するならば、スタイラス３と被刻印面７との間隔調整ができる上に、スタイラス３の方向が適正であるか否かの判別について投影図形を基に目視確認ができる。例えば、投影図形１０、１１に−印、△印、□印などを選択するならば、これらの形状のＸ軸あるいはＹ軸に平行な直線部分が被刻印面７を囲む直線部分に対し傾斜しているか否か判別できるので、スタイラス３の刻印方向の確認もできる。あるいは、−印と○印の合成図形として、−○−印、他の合成図形として−△−印、−◇−印、−□−印などの図形を投影図形として選択することもできる。

１…加工ヘッド、１ａ、１ｂ…側面、２…駆動部、３…スタイラス、３ａ…先端部、５…光源、５ａ…支持軸、６…光源、６ａ…支持軸、７…被刻印面、８、９…検知光、１０、１１…投影図形、θ＝入射角。

Claims

ワーク被刻印面の面方向に沿って移動自在かつワーク被刻印面に対し接近離間する方向に移動自在に加工ヘッドが設けられ、前記加工ヘッドの先端部に前記ワーク被刻印面に打刻するためのスタイラスが設けられ、前記加工ヘッドが互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向に移動自在に、かつ、前記Ｘ軸方向とＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動自在に設けられ、前記スタイラスの軸線方向が前記Ｚ軸方向に一致され、前記ワーク被刻印面が前記Ｚ軸と交差する向きに配置される刻印機であって、
前記加工ヘッドの周囲において前記Ｘ軸方向の一側と前記Ｙ軸方向の一側に、それぞれ前記スタイラス先端前方の標準打刻位置に向けて前記加工ヘッドの側方から前記スタイラスの延長軸線に対し所定の傾斜角度で斜め向きに検査光を照射し、前記加工ヘッドとともに移動する２つ以上の光源が取り付けられ、
前記複数の光源のうち、１つの光源からの検査光と前記他の光源からの検査光が、前記ワーク被刻印面上にそれぞれの検査光による投影図形を描く検査光であり、かつ、前記検査光の前記延長軸線に対する照射角度が等しくされるとともに、
前記１つの光源と前記他の光源のうち、少なくとも１つの光源から前記ワーク被刻印面に照射される投射図形に前記Ｘ軸に平行な長さと前記Ｙ軸に平行な幅を有する図形が含まれ、他の光源から前記ワーク被刻印面に照射される投射図形に前記Ｙ軸に平行な長さと前記Ｘ軸に平行な幅を有する図形が含まれ、前記標準打刻位置に前記ワーク被刻印面を位置合わせさせた場合に前記複数の投射図形がそれらの長さ方向中央部で重ねられる検査光とされたことを特徴とするガイド光機能付き刻印機。
前記１つの光源と前記他の光源から前記標準打刻位置に照射される検査光の前記スタイラスの延長軸線を基準とする入射角度が等しくされたことを特徴とする請求項１に記載のガイド光機能付き刻印機。
前記１つの光源から前記ワーク被刻印面に投射される検査光による投射図形がＸ軸に沿う−形状を含む図形であり、前記他の光源から前記ワーク被刻印面に投射される検査光による投射図形がＹ軸に沿う−形状を含む図形であり、前記位置合わせ時に前記複数の投射図形から形成される合成投射図形がＸ軸方向の−印とＹ軸方向の−印を含む図形であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガイド光機能付き刻印機。
ワーク被刻印面の面方向に沿って移動自在かつワーク被刻印面に対し接近離間する方向に移動自在に加工ヘッドが設けられ、前記加工ヘッドの先端部に前記ワーク被刻印面に打刻するためのスタイラスが設けられ、前記加工ヘッドが互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向に移動自在に、かつ、前記Ｘ軸方向とＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動自在に設けられ、前記スタイラスの軸線方向が前記Ｚ軸方向に一致され、前記ワーク被刻印面が前記Ｚ軸と交差する向きに配置される刻印機であって、
前記加工ヘッドの周囲において前記Ｘ軸方向の一側と前記Ｙ軸方向の一側に、それぞれ前記スタイラス先端前方の標準打刻位置に向けて前記加工ヘッドの側方から前記スタイラスの延長軸線に対し所定の傾斜角度で斜め向きに検査光を照射し、前記加工ヘッドとともに移動する２つ以上の光源が取り付けられた刻印機を用いて打刻を行う方法であって、
前記１つの光源から前記ワーク被刻印面に照射される投射図形に前記Ｘ軸に平行な長さと前記Ｙ軸に平行な幅を有する図形を含む検査光を照射し、
前記他の光源から前記ワーク被刻印面に照射される投射図形に前記Ｙ軸に平行な長さと前記Ｘ軸に平行な幅を有する図形を含む検査光を照射し、
前記標準打刻位置に前記ワーク被刻印面を位置合わせさせた場合に前記複数の投射図形を重ねる向きに前記検査光の照射角度を調節し、
前記ワーク被刻印面を前記スタイラスの延長軸線方向に沿って移動させて前記ワーク被刻印面上の複数の投射図形が重なる位置を調整し、前記複数の投影図形の交差する位置を打刻点として把握し、前記複数の投影図形の重なり状態における各投影図形の前記Ｘ軸とＹ軸に対する傾きを把握して該傾きを無くするように前記ワークの位置を修正して前記ワークの被刻印面に対する位置決めを完了した後、前記スタイラスで前記ワーク被刻印面に打刻することを特徴とするガイド光機能付き刻印機による打刻方法。