JP2018051599A - レーザーマーカー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回折光学素子を介した指標光出射部からの指標光を用い、走査部を駆動させることなくワークに指標を明確に表示でき、幅広い印字が可能なレーザーマーカー装置を提供すること。【解決手段】レーザーマーカー装置は、走査部により走査され、載置面に対して第１方向から収束レンズを介してガイドパターンを描写するための可視ガイド光を出射するガイド光出射部と、可視ガイド光との対比により、収束レンズとワークとの距離を調整するための指標光を、第１方向に対して所定の傾斜角度から出射する指標光出射部と、指標光出射部と載置面との間に配置され、指標光出射部からの指標光を回折してワークに指標パターンを形成する回折光学素子とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザーマーカー装置に関するものである。

レーザーマーカー装置においては、マーキングするワークに応じて最適なレーザースポット径となるようにワークディスタンスを調整可能とすることのできる発明が知られている。例えば、特開２００５−１０３６１４号公報に係る発明は、ガルバノミラーを駆動してガイド用可視光源からのガイド光を走査させることにより、ワーク上に基準目盛線を投射する。そして、可視光スポット用光源から斜めに投射され、収束レンズとワークとの距離調整のため、可視光スポットをワーク上で移動させる。このようにして、基準目盛線上の可視光スポットの位置を指標として、マーキングの際のスポット径を判別することを特徴とするものである。

特開２００５−１０３６１４号公報

しかし、文献１に係る発明においては、ガイド光を走査させてワークに目盛線を投射させるので、継続して目盛線を明確に表示するのが困難な場合がある。また、ガルバノミラーを駆動させてガイド光を走査させることによって基準目盛線をワークに投射させると、駆動電力が大きくなり、ガルバノミラーにも大きな負荷が掛かるため望ましくない。

そこで、本発明は、回折光学素子を介した指標光出射部からの指標光をワークに明確に表示することによって、走査部（ガルバノスキャナ）の駆動電力が高くなるのを防止して、幅広い印字が可能なレーザーマーカー装置を提供することを目的とする。

請求項１に係るレーザーマーカー装置においては、載置面に載置されたワークにレーザー光を照射して印字するレーザーマーカー装置であって、加工用のレーザー光を出射するレーザー光出射部と、レーザー光出射部からのレーザー光を走査する走査部と、走査部を介してレーザー光出射部から出射されたレーザー光を載置面に向けて収束させる収束レンズと、走査部により走査され、載置面に対して第１方向から収束レンズを介してガイドパターンを描写するための可視ガイド光を出射するガイド光出射部と、可視ガイド光との対比により、収束レンズとワークとの距離を調整するための指標光を、第１方向に対して所定の傾斜角度から出射する指標光出射部と、指標光出射部と載置面との間に配置され、指標光出射部からの指標光を回折してワークに指標パターンを形成する回折光学素子と、を備えたことを特徴とする。これにより、収束レンズと載置面との相対距離の調整、ワークの加工位置合わせを容易に行うことが可能となり、これらにより幅広い印字加工を行うことができる。また、走査部を走査して指標パターンを形成するのではなく、回折光学素子を介して指標パターンを形成するので、指標パターンを明確にワークに表示できる。さらに、走査部を走査して指標パターンを形成させないので、走査部の走査のための駆動電力を低減できる。

請求項２に係るレーザーマーカー装置においては、複数の回折光学素子を有しており、これら複数の回折光学素子を切り替え可能な保持部を備えた請求項１に記載のレーザーマーカー装置であることを特徴とする。これにより、複数の回折光学素子から使用状況に適合する回折光学素子に切り替えることができる。

請求項３に係るレーザーマーカー装置においては、回折光学素子は、光学素子に複数の回折部を有しており、これら複数の回折部を切り替え可能な保持部を備えた請求項１に記載のレーザーマーカー装置であることを特徴とする。これにより、複数の回折部から使用状況に適合する回折部に切り替えることができる。

請求項４に係るレーザーマーカー装置においては、複数の回折光学素子として、収束レンズとワークとの距離を調整するための第１指標パターンを形成可能な第１回折光学素子、及び、載置面に対するワークの位置合わせのための第２指標パターンを形成可能な第２回折光学素子、を有し、保持部は、第１回折光学素子と第２回折光学素子を切り替え可能に保持することを特徴とする請求項２に記載のレーザーマーカー装置であることを特徴とする。これにより、複数の第１回折光学素子、複数第２回折光学素子から使用状況に適合する第１回折光学素子、第２回折光学素子に切り替えることができる。すなわち、第１回折光学素子と第２回折光学素子を切り替えることで、例えば、収束レンズとワークとの距離の調整を行ったあとで、載置面に対するワークの位置合わせを行うことなどもでき、ユーザーの利便性が向上する。

請求項５に係るレーザーマーカー装置においては、保持部は、収束レンズに適合する回折光学素子、又は、回折部を保持することを特徴とする請求項２乃至請求項４のうちいずれか一に記載のレーザーマーカー装置であることを特徴とする。これにより、収束レンズに適合する回折光学素子、又は、回折部に切り替えることができる。

本願によれば、収束レンズと載置面との相対距離の調整、ワークの加工位置合わせを容易に行うことが可能となり、これらにより幅広い印字加工を行うことができるレーザーマーカー装置を提供することができる。

本実施形態に係るレーザー加工システムの概略構成である。 本実施形態に関するレーザーマーカー装置本体部を示す外観斜視図である。 レーザー加工システムの制御系を示すブロック図である。 （Ａ）は、回折光学素子によって指標光を拡散させてワークに照射した状態の図である。（Ｂ）は、回折部が格子状である回折光学素子の平面図である。（Ｃ）は、回折部が同心円状である回折光学素子の平面図である。 （Ａ）は、回折光学素子に複数の回折部を備えた一例を示す図である。（Ｂ）は、円盤状の回転保持板に複数個の回折部を備えた一例を示す図である。 （Ａ）は、回折光学素子を介して指標光をワークに照射した状態の概略図である。（Ｂ）は、回折光学素子の回折部の目盛構成（間隔）を図示した図である。 指標光の移動について説明する説明図である。 （Ａ）は、可視ガイド光の枠に１つの指標光を合わせるように、載置面をＺ軸方向に調整した状態の概略図である。（Ｂ）は、可視ガイド光の枠に複数の指標光を合わせるように、載置面をＺ軸方向に調整した状態の概略図である。 本実施形態に関する印字処理プログラムのフローチャートである。

以下、本発明に関するレーザーマーカー装置１を、レーザーマーカー装置１を含むレーザー加工システム１００として具体化した実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜レーザー加工システムの概略構成＞
本実施形態に係るレーザー加工システム１００の概略構成について図１を用いて説明する。本実施形態に係るレーザー加工システム１００は、レーザーマーカー装置１、ＰＣ（Personal Computer）７などを備え、レーザーマーカー装置１は、レーザーマーカー装置本体部２およびレーザーコントローラ５、電源ユニット６等により構成されている。レーザーマーカー装置１は、ＰＣ７から送信される情報に基づいて、レーザー光ＬをワークＷの加工面ＷＡに対して２次元走査して文字、記号、図形等をマーキングするレーザー加工を行う。以下の説明において、レーザー加工を印字と記載する場合がある。

ＰＣ７は、例えばノートＰＣなどで実現され、液晶ディスプレイ７７、キーボードやマウスなどで構成される入力操作部７６を備え、ユーザーからの加工命令を受け付ける。レーザーコントローラ５はコンピュータで実現され、レーザーマーカー装置本体部２およびＰＣ７と双方向通信可能に接続されている。レーザーコントローラ５はＰＣ７から送信された印字情報、制御パラメータ、各種指示情報等に基づいてレーザーマーカー装置本体部２を制御する。

まず、レーザーマーカー装置本体部２の構成について説明する。尚、レーザーマーカー装置本体部２の説明において、図１の左方向、右方向、上方向、下方向が、それぞれレーザーマーカー装置本体部２の前方向、後方向、上方向、下方向である。また、レーザーマーカー装置本体部２の上下方向及び前後方向に直交する方向が、レーザーマーカー装置本体部２の左右方向である。

レーザーマーカー装置本体部２は、本体ベース１１と、レーザー光Ｌを出射するレーザー発振ユニット１２と、光シャッター部１３と、不図示の光ダンパーと、不図示のハーフミラーと、ガイド光部１５と、不図示の反射ミラーと、光センサ１７と、ガルバノスキャナ（走査部）１８と、収束レンズ１９等から構成され、略直方体形状の筐体カバーで覆われている。

レーザー発振ユニット１２は、レーザー発振器２１と、ビームエキスパンダ２２と、取付台２３とから構成されている。レーザー発振器２１は、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー等で構成され、ワークＷの加工面ＷＡに加工を行うためのレーザー光Ｌを出力する。ビームエキスパンダ２２は、レーザー光Ｌのビーム径を調整する（例えば、ビーム径を拡大する。）ものであり、レーザー発振器２１と同軸に設けられている。取付台２３は本体ベース１１の前後方向中央位置よりも後側の上面に複数の取付ネジ２５で固定されている。また、レーザー光Ｌの光軸が調整可能に、レーザー発振器２１が取付台２３に取り付けられている。

光シャッター部１３は、シャッターモータ２６と、平板状のシャッター２７とから構成されている。シャッターモータ２６は、ステッピングモータ等で構成されている。シャッター２７は、シャッターモータ２６のモータ軸に取り付けられて同軸に回転する。シャッター２７は、ビームエキスパンダ２２から出射されたレーザー光Ｌの光路を遮る位置に回転された際には、レーザー光Ｌを光シャッター部１３に対して右方向に設けられた不図示の光ダンパーへ反射する。一方、シャッター２７がビームエキスパンダ２２から出射されたレーザー光Ｌの光路上に位置しないように回転された場合には、ビームエキスパンダ２２から出射されたレーザー光Ｌは、光シャッター部１３の前側に配置された不図示のハーフミラーに入射する。

不図示の光ダンパーは、シャッター２７で反射されたレーザー光Ｌを吸収する。不図示のハーフミラーは、レーザー光Ｌの光路に対して斜め左下方向に４５度の角度を形成するように配置される。不図示のハーフミラーは、後側から入射されたレーザー光Ｌのほぼ全部を透過する。また、不図示のハーフミラーは、後側から入射されたレーザー光Ｌの一部、例えば、レーザー光Ｌの１％を、反射ミラーへ４５度の反射角で反射する。反射ミラーは、不図示のハーフミラーのレーザー光Ｌが入射される後側面の略中央位置に対して左方向に配置される。

ガイド光部１５は、可視ガイド光として、例えば、赤色レーザー光を出射するガイド光出射部２８と、ガイド光出射部２８から出射された可視ガイド光Ｍを平行光に収束するレンズ群（図示せず）とから構成されている。可視ガイド光Ｍは、レーザー発振器２１から出射されるレーザー光Ｌと異なる波長である。ガイド光部１５は、ハーフミラーのレーザー光Ｌが出射される略中央位置に対して右方向に配置されている。この結果、可視ガイド光Ｍは、ハーフミラーのレーザー光Ｌが出射される略中央位置において、ハーフミラーの前側面にあたる反射面に対して４５度の入射角で入射され、４５度の反射角でレーザー光Ｌの光路上に反射される。即ち、ガイド光出射部２８は、可視ガイド光Ｍをレーザー光Ｌの光路上に出射する。

反射ミラーは、レーザー光Ｌの光路に対して平行な前後方向に対して斜め左下方向に４５度の角度を形成するように配置され、ハーフミラーの後側面において反射されたレーザー光Ｌの一部が、反射面の略中央位置に対して４５度の入射角で入射される。そして、反射ミラーは、反射面に対して４５度の入射角で入射されたレーザー光Ｌを、４５度の反射角で前側方向へ反射する。

光センサ１７は、レーザー光Ｌの発光強度を検出するフォトディテクタ等で構成され、反射ミラーのレーザー光Ｌが反射される略中央位置に対して、前側方向に配置されている。この結果、反射ミラーで反射されたレーザー光Ｌが光センサ１７に入射される。光センサ１７は、入射されたレーザー光Ｌの発光強度に応じた信号をレーザーコントローラ５へ出力する。

ガルバノスキャナ１８（走査部）は、本体ベース１１の前側端部に形成された貫通孔の上側に取り付けられ、レーザー発振器２１から出射されたレーザー光Ｌと、ハーフミラーで反射された可視ガイド光Ｍとを下方へ２次元走査する。ガルバノスキャナ１８は、ガルバノＸ軸モータ３１と、ガルバノＹ軸モータ３２と、本体部３３により構成されており、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２は、それぞれのモータ軸が互いに直交するように外側からそれぞれの取付孔に嵌入されて本体部３３に取り付けられている。従って、当該ガルバノスキャナ１８においては、各モータ軸の先端部に取り付けられた走査ミラーが内側で互いに対向している。そして、ガルバノＸ軸モータ３１、ガルバノＹ軸モータ３２の回転をそれぞれ制御して、各走査ミラーを回転させることによって、レーザー光Ｌと可視ガイド光Ｍとを下方へ２次元走査する。この２次元走査方向は、前後方向（Ｘ軸方向）と左右方向（Ｙ軸方向）である。

収束レンズ１９は、下方に配置されたワークＷの表面に対して、ガルバノスキャナ１８によって２次元走査されたレーザー光Ｌと可視ガイド光Ｍとを同軸に集光する。そして、当該収束レンズ１９は、レーザー光Ｌや可視ガイド光Ｍ等を収束した焦点を、平面状の焦点面とすると共に、レーザー光Ｌや可視ガイド光Ｍの走査速度が一定になるように補正する。従って、ガルバノＸ軸モータ３１、ガルバノＹ軸モータ３２の回転を制御することによって、レーザー光Ｌと可視ガイド光Ｍが、ワークＷ表面上において、所望の加工パターンで前後方向（Ｘ軸方向）と左右方向（Ｙ軸方向）に２次元走査される。

次に、加工容器４の概略構成について、図２に基づいて説明する。図２に示すように、加工容器４は、前面側が開放された略箱体状の本体箱部３５と、本体箱部３５の前面側を覆う観音開きの各扉３６と、ワークＷを配置する為の載置面（不図示）等から構成されている。当該載置面は、加工容器４の本体箱部３５内部において、上下方向（即ち、Ｚ軸方向）へ移動可能に配設されており、当該レーザーマーカー装置１は、レーザーコントローラ５を介して、当該載置面の移動を制御することによって、載置面上に設置されたワークＷに対する焦点位置を調整し得る。本体箱部３５と各扉３６は、ワークＷ上で反射されたレーザー光Ｌを遮光する鉄やステンレス等の材料で形成されている。

本体箱部３５は、レーザーヘッド部３が設置される略矩形状の上面板部３５Ａと、奥側壁面部を形成する矩形状の背面板部３５Ｂと、左右側壁部を形成する矩形状の各側面板部３５Ｃと、四角枠状に形成された底面部３５Ｄとから構成されている。底面部３５Ｄは、各側面板部３５Ｃよりも前方に、例えば、約３０ｃｍ突出するように配置される。従って、本体箱部３５は、本体箱部３５の前面側であって、前方に突出した底面部３５Ｄの上側に、開口部を有している。

各扉３６は、本体箱部３５前面側の開口部を左右対称に覆うと共に、各蝶番を介して、各側面板部３５Ｃの前側縁部を回動軸として、それぞれ左右方向外側へ中心角度約１８０度回動する観音開きに取り付けられる。各扉３６の前側上端部には、略コの字形の把手３６Ａが取り付けられている。各把手３６Ａの下側には、それぞれ一対の四角形状の透孔３６Ｂが上下に隣接して形成されている。各一対の透孔３６Ｂは、透明なガラスやアクリル板等で形成されて可視光を透過する透過板によって閉塞されている。

そして、加工容器４は、本体箱部３５の底面部３５Ｄの下面の四隅に、脚部材３７を有している。従って、レーザーヘッド部３及び加工容器４は、これら脚部材３７を介して床等の上に配置される。又、左右両側の側面板部３５Ｃにおける上端部には、把持部材３８が、それぞれ、前後方向略中央部に嵌め込まれており、把持部材３８は、横長四角形に開口されて内側に窪んでいる。従って、ユーザーは、各把持部材３８を持ってレーザーヘッド部３及び加工容器４を運搬することができる。

さらに、レーザーマーカー装置１には、指標光出射部３９が配設されており、収束レンズ１９によって収束されたレーザー光Ｌの焦点位置に向かって、指標光出射部３９から指標光Ｎを出射する。

そして、本発明では、さらに、指標光出射部３９と載置面との間に配置され、指標光出射部３９からの指標光Ｎを回折してワークＷに指標パターンを形成する回折光学素子８０を備えている。すなわち、指標光Ｎは、載置面に対して第１方向から収束レンズ１９を介してガイドパターンを描写する可視ガイド光Ｍに対して、所定の傾斜角度から出射され、回折光学素子８０を介することによってワークＷに指標パターンが形成される。

回折光学素子８０とは、周知のように、光の回折現象を利用した光学素子であり、例えば、複数のドットパターン又は目盛りからなり、このドットパターンが所定の大きさ、所定の間隔で形成され、又は、目盛りが所定の間隔で形成されているような、高さ調整用（Ｚ軸方向調整用）のものが挙げられる。その他、ワークＷ上に形成した指標パターンを図示した図４（Ａ）のような、ドットパターンの近傍に数字等が形成されているようなものも挙げられる。したがって、高さ調整用（Ｚ軸方向調整用）のドットパターンの近傍に数字等が形成されているような回折光学素子８０に指標光Ｎを入射させた場合には、図４（Ａ）に示すように、ワークＷの加工面ＷＡ上にドットパターンと数字が視認可能に形成（投影）される。

また、例えば、図４（Ｂ）で図示した格子状の回折格子や、図４（Ｃ）で図示した曲線状の回折部、いわゆるフレネルゾーンプレート等の、ワークＷの位置合わせ用（ＸＹ軸方向調整用）のものも挙げられる。

回折光学素子８０は、表面に指標光Ｎの波長と同程度のサイズの微細なパターンを有する。そして、各回折光学素子８０は、指標光Ｎが入射された場合に、この微細なパターンに入射した指標光Ｎの干渉によって、ワークＷの加工面ＷＡ上のマーキング（印字）可能な加工有効領域内に指標光Ｎを反射して、加工有効領域を示す指標パターンを形成する。

本発明の回折光学素子８０としては、第１回折光学素子と第２回折光学素子が挙げられる。第１回折光学素子とは、収束レンズ１９とワークＷとの距離を調整するための指標パターンを形成可能な回折光学素子８０である。すなわち、第１回折光学素子は、収束レンズ１９とワークＷの距離指標として用いられるものである。
例えば、ラメラー型回折光学素子等が挙げられる。これによる指標パターンとしては、ワークＷ上に目盛りとして利用可能な等間隔のドットパターン等が形成される。

次に、第２回折光学素子とは、載置面に対するワークＷの位置合わせのための指標パターンを形成可能な回折光学素子８０である。すなわち、第２回折光学素子は、ＸＹ軸方向のワークＷの位置合わせ用として用いられるものである。例えば、ホログラム等が挙げられる。これによる指標パターンとしては、ワークＷ上に格子等が形成される。

また、レーザーマーカー装置１には、複数の回折光学素子８０、又は、光学素子に複数の回折部８１を有することができる。すなわち、レーザーマーカー装置１には、ユーザーが使用する回折光学素子８０又は回折部８１を切り替え可能に保持する保持部（不図示）を備えることができる。したがって、ユーザーは、複数のパターンを有する回折光学素子８０又は回折部８１を状況に応じて適宜選択して使用することができる。

複数の回折光学素子８０を切り替える場合の具体的な保持部の構成としては、例えば、回折光学素子８０を光路に対して挿脱可能なように、たとえば、スライドレール（不図示）に摺動自在に設けられるスライダー（不図示）に設置してもよい。又、回折光学素子８０の一端を回転軸と回転可能にし、光路への挿脱を可能にしてもよい。なお、これらの切り替えに関しては、自動、又は、手動で行うことができる。

図５（Ａ）では、１つの回折光学素子８０に複数のパターン（ここではＡパターン乃至Ｃパターン）の回折部８１を備えており、この各パターンに区分けされた部分の適所に凹溝状の切欠き８２を備えた回折光学素子８０を図示している。この凹溝状の切欠き８２でどのパターンの回折部８１かを判別することができる。判別方法としては、例えば、スライドレールに摺動自在に設けられるスライダーに回折光学素子８０を保持し、回折光学素子８０をスライドさせて、切欠き８２で機械的に判別する等によって行う。なお、切欠きの他、センサ、識別子等を備えることにより、同様の効果を奏することができる。

具体的には、Ｚ軸方向の調整用として、回折光学素子８０に、例えば、Ａパターン（例えば、目盛りのみ表示）の回折部８１、Ｂパターン（例えば、目盛り及び数字が表示）の回折部８１を備えることとした場合、このＡパターン、又はＢパターンの回折部８１に指標光Ｎが入射できるようにスライダーを手動でスライドさせる。又は、制御部によって判別し、自動でスライドさせることが考えられる。

また、ＸＹ軸方向の調整用として、回折光学素子８０に、例えば、Ｃパターン（例えば、格子状）又は、Ｄパターン（例えば、同心円状）の回折部８１を備えることとした場合、このＡパターン、又はＢパターンの回折部８１に指標光Ｎが入射できるようにスライダーを手動でスライドさせる。又は、制御部によって判別し、自動でスライドさせることが考えられる。

このような構成により、スライダーによってＡパターンの回折部８１、Ｂパターンの回折部８１、Ｃパターンの回折部８１、Ｄパターンの回折部８１を適宜切替えすることができる。

その他の保持部の例として、図５（Ｂ）では、平面視で円形の回転保持板８５と、この回転保持板８５の中心部と外周との間の領域に適宜間隔で配置された複数のパターン（ここではＡパターン乃至Ｄパターン）の回折部８１と、回転保持板８５をその中心部を軸８７に回転させる回転手段（不図示）とを含んだ構成を図示している。

この例では、複数個の回折部８１のうちの１個だけが光路と重なる（すなわち、指標光Ｎが入射する）所定位置に配置され、それ以外の３個の回折部８１は光路から外れた位置に配置されるように、レーザーマーカー装置１、又は、加工容器４内の適所に取り付けられている。そして、上記図５（Ｂ）の例では、回転保持板８５が中心部を軸に９０゜間隔で回転することによって切替えられるようになっている。この例でも手動で回転保持板８５を回転させるか、又は、制御部によって判別し、自動で回転させてもよい。

また、保持部は、収束レンズ１９に適合する回折光学素子８０、又は、回折部８１を保持することも可能である。焦点距離を変更させるため収束レンズ１９を交換した場合に、収束レンズ１９に適合した回折光学素子８０、又は、回折部８１に切り替えることができる。なお、この切替えも手動、又は、自動で行うことができる。具体的には、例えば、収束レンズ１９（ここでは１９Ａとする）に対応する回折光学素子８０（ここでは８０Ａとする）、又は、回折部８１（ここでは８１Ａとする）を使用していたときに、収束レンズ１９Ａを別の収束レンズ１９（ここでは１９Ｂとする）に交換した場合には、回折光学素子８０Ａ、又は、回折部８１Ａから、別の収束レンズ１９Ｂに対応する回折光学素子８０（ここでは８０Ｂとする）、又は、回折部８１（ここでは８１Ｂとする）に切替えて使用するようにする。

従来の可視ガイド光と指標光Ｎを使ったレーザー光の焦点調整は、図８（Ａ）で図示したように、可視ガイド光Ｍの四角の枠の中に指標光Ｎが入るようにＺ軸方向の位置合わせを行い、ガイド光の四角の枠の中に指標光Ｎが入ったところ、すなわち、集光ポイントのところがレーザーの強度が強い部分であるため、この部分を照射位置として焦点調整していた。

しかし、ワークＷの材質（金属、樹脂等）によっては、レーザーの強度が弱い状態で加工したほうがよい場合もある。また、ワークＷによっては、あまりに強い強度のレーザーを出射すると、内部の精密機械等に不具合を生じさせる場合がある。さらには、焦点位置をズラすことによって、ブラックマーキングや濃淡表現等、幅広い印字表現が可能となる場合もある。すなわち、レーザー光で集光ポイントの照射位置でブラックマーキングを行うと、掘り込んでしまうおそれがあるため、デフォーカス（焦点ポイントをズラす）してブラックマーキングを行うことが必要な場合がある。

本発明では、指標光Ｎを基準として載置面を上下動してレーザーの強度をコントロールすることによって、ワークＷの印字の深さをコントロールすることができることにより、ワークＷに幅広い印字が可能となる。また、走査部を走査して指標パターンを形成するのではなく、回折光学素子８０を介して指標パターンを形成するので、指標パターンを明確にワークに表示できる。さらに、走査部を走査して指標パターンを形成させないので、走査部の走査のための駆動電力を低減できる。

図６（Ａ）のように、回折光学素子８０によって指標光Ｎを拡散させることができるため、複数の指標光Ｎがワークに出射される。具体的には、中心の指標光Ｎと、その他の拡散された指標光ＮがワークＷ上に明確に表示される。図６（Ｂ）で図示したように、回折光学素子８０を介して出射された指標光Ｎ（ドットパターン）の間隔をデフォーカス間隔とし、光学的に指標を作り出すことができる。そして、図７、図８（Ｂ）で図示したように、載置面をＺ軸方向に調整して、集光ポイントを＋１、−１等の位置にすることができ、このような載置面の調整によって印字箇所をデフォーカスすることができる。

（電源ユニットの概略構成）
次に、レーザーマーカー装置１における電源ユニット６の概略構成について、図１を参照しつつ説明する。図１に示すように、電源ユニット６は、励起用のレーザー光出射部４０と、レーザードライバ５１と、電源部５２と、冷却ユニット５３とを、ケーシング５５内に有している。電源部５２は、励起用のレーザー光出射部４０を駆動する駆動電流を、レーザードライバ５１を介して励起用のレーザー光出射部４０に供給する。レーザードライバ５１は、レーザーコントローラ５から入力される駆動情報に基づいて、励起用のレーザー光出射部４０を直流駆動する。

励起用のレーザー光出射部４０は、光ファイバＦによってレーザー発振器２１に光学的に接続されている。励起用のレーザー光出射部４０は、レーザードライバ５１から入力されるパルス状の駆動電流に対して、レーザー光を発生する閾値電流を超えた電流値に比例した出力の波長のレーザー光である励起光を、光ファイバＦ内に出射する。従って、レーザー発振器２１には、励起用のレーザー光出射部４０からの励起光が光ファイバＦを介して入射される。励起用のレーザー光出射部４０には、例えば、ＧａＡｓを用いたバー型半導体レーザーを用いることができる。

冷却ユニット５３は、電源部５２及び励起用のレーザー光出射部４０を、所定の温度範囲内に調整する為のユニットであり、例えば、電子冷却方式により冷却することで、励起用のレーザー光出射部４０の温度制御を行っており、励起用のレーザー光出射部４０の発振波長を微調整する。尚、冷却ユニット５３は、水冷式の冷却ユニットや、空冷式の冷却ユニット等を用いるようにしてもよい。

（レーザーマーカー装置１の制御系）
次に、レーザー加工システム１００を構成するレーザーマーカー装置１の制御系構成について、図面を参照しつつ説明する。図３に示すように、レーザーマーカー装置１は、レーザーマーカー装置１の全体を制御するレーザーコントローラ５と、レーザードライバ５１と、ガルバノコントローラ５６と、ガルバノドライバ５７と、可視ガイド光ドライバ５８と、指標光ドライバと、等を有して構成されている。レーザーコントローラ５には、レーザードライバ５１と、ガルバノコントローラ５６と、光センサ１７と、可視ガイド光ドライバ５８と、指標光ドライバ５９等が電気的に接続されている。

レーザーコントローラ５は、レーザーマーカー装置１の全体の制御を行う演算装置及び制御装置としてのＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、時間を計測するタイマ６４等を備えている。又、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、タイマ６４は、バス線（不図示）により相互に接続されて、相互にデータのやり取りが行われる。

ＲＡＭ６２は、ＣＰＵ６１により演算された各種の演算結果や描画パターンのＸＹ座標データ等を一時的に記憶させておくためのものである。ＲＯＭ６３は、各種のプログラムを記憶させておくものであり、ＰＣ７から送信された描画データに基づいて描画パターンのＸＹ座標データを算出してＲＡＭ６２に記憶する等の各種プログラムが記憶されている。ＲＯＭ６３には、フォントの種類別に、直線と楕円弧とで構成された各文字のフォントの始点、終点、焦点、曲率等のデータが記憶されている。

そして、ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３に記憶されている各種の制御プログラムに基づいて各種の演算及び制御を行なうものである。例えば、ＣＰＵ６１は、ＰＣ７から入力された描画データに基づいて算出した描画パターンのＸＹ座標データ、ガルバノ走査速度情報等をガルバノコントローラ５６に出力する。又、ＣＰＵ６１は、ＰＣ７から入力された描画データに基づいて設定した励起用のレーザー光出射部４０の励起レーザー光出力、励起レーザー光の出力期間等の励起用のレーザー光出射部４０の駆動情報をレーザードライバ５１に出力する。又、ＣＰＵ６１は、描画パターンのＸＹ座標データ、ガルバノスキャナ１８の動作を指示する制御信号等をガルバノコントローラ５６に出力する。

レーザードライバ５１は、レーザーコントローラ５から入力されたレーザー発振器２１のレーザー出力、レーザー光Ｌのレーザーパルス幅等のレーザー駆動情報と、レーザー発振器２１のレーザー出力制御信号等に基づいて、レーザー発振器２１を駆動する。また、可視ガイド光ドライバ５８は、レーザーコントローラ５から入力されたオン信号又はオフ信号に基づいて、ガイド光出射部２８を点灯又は、消灯する。

ガルバノコントローラ５６は、レーザーコントローラ５から入力された描画パターンのＸＹ座標データ、ガルバノ走査速度情報等に基づいて、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２の駆動角度、回転速度等を算出して、駆動角度、回転速度を表すモータ駆動情報をガルバノドライバ５７へ出力する。

ガルバノドライバ５７は、ガルバノコントローラ５６から入力された駆動角度、回転速度を表すモータ駆動情報に基づいて、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２を駆動制御して、レーザー光Ｌを２次元走査する。

可視ガイド光ドライバ５８は、レーザーコントローラ５から出力される制御信号に基づいて、ガイド光出射部２８を含むガイド光部１５の制御を行い、例えば、制御信号に基づいて、ガイド光出射部２８から出射される可視ガイド光Ｍの光量を制御する。指標光ドライバ５９は、レーザーコントローラ５から出力される制御信号に基づいて、レーザーマーカー装置１、又は、加工容器４における本体箱部３５内部に配設された指標光出射部３９の制御を行い、指標光Ｎの出射制御を行う。

図１、図３に示すように、レーザーコントローラ５には、ＰＣ７が双方向通信可能に接続されており、ＰＣ７から送信された加工内容を示す描画データ、レーザーマーカー装置本体部２の制御パラメータ、ユーザーからの各種指示情報等を受信可能に構成されている。

（ＰＣの制御系）
続いて、レーザー加工システム１００を構成するＰＣ７の制御系構成について、図面を参照しつつ説明する。図３に示すように、ＰＣ７は、ＰＣ７の全体を制御する制御部７０と、マウスやキーボード等から構成される入力操作部７６と、液晶ディスプレイ７７と、ＣＰＵ７１の命令に基づいて、ＣＤ−ＲＯＭ７９に記憶されているデータの読み出し、および、ＣＤ−ＲＯＭ７９へのデータの書き込みなどを行う、ＣＤドライブ装置７８等から構成されている。

制御部７０は、ＰＣ７の全体の制御を行う演算装置及び制御装置としてのＣＰＵ７１と、ＲＡＭ７２と、ＲＯＭ７３と、時間を計測するタイマ７４と、ＨＤＤ７５等を備えている。又、ＣＰＵ７１と、ＲＡＭ７２と、ＲＯＭ７３と、タイマ７４は、バス線（図示せず）により相互に接続されて、相互にデータのやり取りが行われる。又、ＣＰＵ７１とＨＤＤ７５は、入出力インターフェース（図示せず）を介して接続され、相互にデータのやり取りが行われる。

ＲＡＭ７２は、ＣＰＵ７１により演算された各種の演算結果等を一時的に記憶させておくためのものである。ＲＯＭ７３は、各種の制御プログラムやデータテーブルを記憶させておくものである。

そして、ＨＤＤ７５は、各種アプリケーションソフトウェアのプログラム、各種データファイルを記憶する記憶装置であり、例えば、曲面を有するワークＷの一例である円柱状のワークＷをレーザー光Ｌで加工する為の曲面描画処理プログラム等や、当該曲面描画処理プログラムにおける各サブルーチン等を記憶している。

そして、ＣＤドライブ装置７８は、アプリケーションプログラム、各種データテーブル等のデータ群を、ＣＤ−ＲＯＭ７９から読み込む、又は、ＣＤ−ＲＯＭ７９に対して書き込む。即ち、ＰＣ７は、ＣＤドライブ装置７８を介して、曲面描画処理プログラムや、各種サブルーチンをＣＤ−ＲＯＭ７９から読み込み、ＨＤＤ７５に格納する。

尚、各種描画処理プログラムや、当該各種描画処理プログラムにおける各サブルーチンは、ＲＯＭ７３に記憶されていても良いし、ＣＤ−ＲＯＭ７９等の記憶媒体から読み込まれても良い。又、インターネット等のネットワーク（図示せず）を介して、ダウンロードされてもよい。

そして、ＰＣ７には、入出力インターフェース（図示せず）を介して、マウスやキーボード等から構成される入力操作部７６と、液晶ディスプレイ７７等が電気的に接続されている。従って、ＰＣ７は、入力操作部７６や、液晶ディスプレイ７７を用いて、レーザー光Ｌによる描画を行う際の各種設定を行う際に利用される。

＜加工処理＞
次に、上記のように構成されたレーザーマーカー装置１が実行する処理であって、ワークＷの加工面ＷＡに印字パターンをマーキング（印字）する「加工処理」の印字処理プログラムについての一例を図９に基づいて説明する。

ワークＷを載置面に載置し、レーザーマーカー装置１の電源がＯＮされ、ＰＣ７にて加工処理のためのアプリケーションが起動されると、ＰＣ７は受付画面を液晶ディスプレイ７７に表示する。ユーザーは受付画面にて、加工したい文字、記号、図形などの情報およびワークＷの材質などの印字情報を入力する。ＰＣ７は入力された印字情報に基づくレーザー加工処理を加工ジョブとして処理する。ＰＣ７は、加工したい文字、記号、図形などの情報については、例えば、レイアウト画面（不図示）にて、受け付ける。

図９のＳ１においては、ＣＰＵ７１は、ワークＷの印字情報（ワーク情報）を入力するレイアウト画面の各設定部に対する操作信号に基づいて、ワーク情報の入力を受け付けたか否かを判断する。ワーク情報の入力を受け付けた場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７１は、Ｓ２に処理を移行する。一方、ワーク情報の入力を受け付けていない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ＣＰＵ７１は、ワーク情報の入力を受け付けるまで、処理を待機する。

ワーク情報の入力を受け付け、Ｓ２に移行すると、ＣＰＵ７１は、入力操作部７６からの所定の操作信号に基づいて、載置面上に配置されたワークＷ表面と、レーザー光Ｌの焦点に関してＺ軸方向へ位置調整を行う旨の操作を受け付けたか否かを判断する。Ｚ軸方向位置調整に関する操作を受け付けた場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７１は、Ｓ３に処理を移行する。一方、Ｚ軸方向位置調整に関する操作を受け付けていない場合（Ｓ２：ＮＯ）、ＣＰＵ７１は、Ｚ軸方向位置調整に関する操作を受け付けるまで、処理を待機する。

Ｓ３においては、ＣＰＵ７１は、Ｚ軸方向調整処理を実行し、本体箱部３５内の載置面に対して鉛直なＺ軸方向に関して、載置面上に配置されたワークＷと、レーザー光Ｌの焦点位置との位置関係を調整する。この場合、ＣＰＵ７１は、Ｚ軸方向調整処理プログラムを実行することで、Ｓ３に関する処理を実行する。以下、Ｚ軸方向調整処理プログラムについて簡単に説明する。

Ｓ４においては、ワークＷの加工面ＷＡ上にガイド光出射部２８から可視ガイド光Ｍを出射させる。具体的には、下記のとおりである。

ＣＰＵ６１は、可視ガイド光Ｍを入射させるためのガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２のそれぞれの角度位置をＲＯＭ６３から読み出し、ガルバノコントローラ５６へ送信する。尚、可視ガイド光Ｍを入射させるためのガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２のそれぞれの角度位置は、ＲＯＭ６３に予め記憶されている。

ガルバノコントローラ５６は、受信したガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２のそれぞれの角度位置まで回転させる駆動角度を算出して、駆動角度を表すモータ駆動情報をガルバノドライバ５７へ出力する。ガルバノドライバ５７は、ガルバノコントローラ５６から入力された駆動角度を表すモータ駆動情報に基づいて、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２を回転させ、回転した位置で静止した状態を維持する。

ＣＰＵ６１は、ガイド光出射部２８の点灯開始を指示するオン信号を可視ガイド光ドライバ５８に出力する。可視ガイド光ドライバ５８は、制御部７０から入力されたオン信号に基づいて、ガイド光出射部２８を点灯駆動して可視ガイド光Ｍを出射する。これにより、ガイド光出射部２８から出射された可視ガイド光Ｍは、ガルバノスキャナ１８及び収束レンズ１９を経て、ワークＷの加工面ＷＡ上のマーキング（印字）可能な加工有効領域内に可視ガイド光Ｍを出射して、ガイドパターンを描写する。

ワークＷにガイドパターンが描写されると、次に、ワークＷの加工面ＷＡ上に指標光出射部３９から指標光Ｎを出射させる（Ｓ５）。具体的には、下記のとおりである。

ＣＰＵ７１は、指標光ドライバ５９を介して、指標光出射部３９を制御して、指標光出射部３９から指標光Ｎを出射する。指標光Ｎに対する可視ガイド光Ｍの位置を相対的に移動させて、収束レンズ１９とワークＷの間隔を調整して焦点位置を決めることもできる。

この指標光Ｎの出射方向には回折光学素子８０が配置され、指標光出射部３９からの指標光Ｎを回折する。この回折光学素子８０は、載置面に対し傾斜方向から出射される指標光Ｎを拡散させるものであり、照射された指標光Ｎの間隔をデフォーカス間隔とし、光学的な指標を作ることができる。すなわち、ワークＷに対して明確に指標パターンを投射でき、また、デフォーカスの位置確認もしやすくなる。ここでの回折光学素子８０としては、例えば、収束レンズとワークとの距離を調整するための第１指標パターンを形成可能な第１回折光学素子等による。

なお、回折光学素子８０を介して指標光Ｎを拡散させても、入射光の中心軸に一番近い０次が一番強く光り、中心としての認識は可能であるため、回折光学素子８０を介してもフォーカシングさせることは可能である。

指標光Ｎを出射しワークＷに指標パターンが形成されると、ユーザーは、図８のように可視ガイド光Ｍの光点と、ワークＷ上の指標光Ｎの光点とを一致、または、ズラすように、例えば、載置面をＺ軸方向に移動させる。具体的には、載置面としてワークＷの下に高さ調整のための台を置いて台の高さを変えるなどして、ワークＷの高さを調整して載置面をＺ軸方向に移動させる。

ユーザーがＺ軸方向の位置合わせを終了し、液晶ディスプレイ７７上にワークＷの位置合わせ完了を示すＯＫボタンが表示され、このＯＫボタンをクリックすると入力操作部７６からの操作信号に基づいてＣＰＵ７１が位置合わせ完了と判断して次の処理へ進む。

Ｓ６においては、ＣＰＵ７１は、入力操作部７６からの操作信号に基づいて、載置面に対して垂直なＺ軸方向への調整（即ち、レーザー光Ｌの焦点位置の調整）を完了したか否かを判断する。Ｚ軸方向への調整を完了している場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７１は、Ｚ軸方向調整処理プログラムを終了し、印字処理プログラムのＳ７に処理を移行する。一方、Ｚ軸方向への調整を完了していない場合（Ｓ６：ＮＯ）、ＣＰＵ７１は、Ｚ軸方向への調整を完了するまで、処理を待機する。

図９に示すように、Ｚ軸方向調整処理（Ｓ６）を終了し、Ｓ７に移行すると、ＣＰＵ７１は、入力操作部７６からの所定の操作信号に基づいて、載置面上に対して任意に設定された印字位置と、載置面上に配置されたワークＷに関してＸＹ軸方向へ位置調整を行う旨の操作を受け付けたか否かを判断する。ＸＹ軸方向位置調整に関する操作を受け付けた場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７１は、Ｓ８に処理を移行する。一方、ＸＹ軸方向位置調整に関する操作を受け付けていない場合（Ｓ７：ＮＯ）、ＣＰＵ７１は、ＸＹ軸方向位置調整に関する操作を受け付けるまで、処理を待機する。

Ｓ８においては、ＣＰＵ７１は、ＸＹ軸方向調整処理を実行し、本体箱部３５内の載置面上のＸＹ軸方向に関して、載置面上の印字位置に対して、ワークＷの位置を調整する。この場合、ＣＰＵ７１は、ＸＹ軸方向調整処理プログラムを実行することで、Ｓ８に関する処理を実行する。以下、ＸＹ軸方向調整処理プログラムについて簡単に説明する。

ここでは、例えば、ＸＹ軸方向のワークＷの位置合わせ用として用いられるものである第２回折光学素子（例えば、ホログラム等）によって、指標光出射部３９からの指標光Ｎを回折してワークＷに指標パターン（第２指標パターン）を形成する。これによる指標パターンとしては、ワークＷ上に格子等が形成される。載置面上のワークＷの印字位置に指標パターンが形成されると、ユーザーは、この指標パターンを基準として、載置面のＸＹ軸方向に関して、ワークＷの位置を調整する。

ユーザーがＸＹ軸方向の位置合わせを終了し、液晶ディスプレイ７７上にワークＷの位置合わせ完了を示すＯＫボタンが表示され、このＯＫボタンをクリックすると入力操作部７６からの操作信号に基づいてＣＰＵ７１が位置合わせ完了と判断して次の処理へ進む。

Ｓ９においては、ＣＰＵ７１は、入力操作部７６からの操作信号に基づいて、印字位置に対するワークＷのＸＹ軸方向への調整を完了したか否かを判断する。印字位置への位置調整を完了している場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７１は、ＸＹ軸方向調整処理プログラムを終了し、印字処理プログラムのＳ１０に処理を移行する。一方、印字位置ＰＡへの位置調整を完了していない場合（Ｓ９：ＮＯ）、ＣＰＵ７１は、印字位置への調整を完了するまで、処理を待機する。

印字位置への位置調整を完了し（Ｓ９：ＹＥＳ）、Ｓ１０に移行すると、ＣＰＵ７１は、入力操作部７６からの操作信号に基づいて、ワークＷ表面に対するレーザー加工の実行を指示する加工実行操作が行われたか否かを判断する。加工実行操作が行われた場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７１は、Ｓ１１に処理を移行する。一方、加工実行操作が行われていない場合（Ｓ１０：ＮＯ）、ＣＰＵ７１は、加工実行操作が行われるまで、処理を待機する。

Ｓ１１に移行すると、ＣＰＵ７１は、加工実行処理を実行し、印字位置に設置されたワークＷ表面に対して、レーザー光Ｌによるレーザー加工を実行する。具体的には、ＣＰＵ７１は、レーザーコントローラ５を介して、レーザー光Ｌをワーク情報に基づいて走査することで、ワークＷに対して文字や記号等を印字する。加工実行処理（Ｓ１１）を終了した後、ＣＰＵ７１は、印字処理プログラムを終了する。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。

ここで、本発明における載置面は、ワークＷを載置することができればどのような台でもよく、レーザーマーカー装置１と別体の構成であってもよい。また、載置面を調整手段によって上下動させることも可能である。例えば、調整手段であるハンドルを回転させると載置面が上下動する構成であってもよい。

加工対象物であるワークＷは、平板上のワークＷや、曲面を有するような円柱状のワークＷ、球面上のワークＷ等であっても、印字可能であればどのような形状であってもよい。

載置面に対してガイドパターンを描写する可視ガイド光Ｍは、垂直方向からの出射の他、水平方向からの出射等、様々な方向から出射することも可能である。

指標光Ｎを回折するその他の例としては、例えば、格子状のパターンによる回折を利用して干渉縞を作るために用いられる回折素子等が挙げられる。回折光学素子８０は、指標光出射部３９と載置面との間に配置されるが、指標光出射部３９と載置面との間であればどの位置であってもよい。また、１つの回折光学素子８０にＸＹ軸方向の調整用の保持部とＺ軸方向の調整用の保持部を混在する構成であってもよい。

保持部に関しては、スライダーや回転保持板８５について説明したが、これらに限定されるものではない。

加工処理においては、その一例を説明した。例えば、ガイド表示のためのパターン表示、ガイドパターンの描写、指標パターンの形成の順序等、一例を示したものであり、これらの説明に拘泥されるものではない。また、ＸＹ軸方向調整処理プログラムや、Ｚ軸方向調整処理プログラムに関してもこれらに拘泥されるものではない。

ワークＷ上に形成するドットパターンの指標パターンの場合、ドットパターンの近傍に形成される数字はどのような数であってもよい。例えば、−１、−２・・・、−１０・・・、−２０・・・、＋１、＋２・・・、＋１０・・・、＋２０・・・等が挙げられる。また、ドットパターンの近傍に数字等が形成されない指標パターンであってもよい。

１ レーザーマーカー装置
２ レーザーマーカー装置本体部
５ レーザーコントローラ
６ 電源ユニット
７ ＰＣ
１８ ガルバノスキャナ
２１ レーザー発振器
２８ ガイド光出射部
３９ ポインタ光出射部
７０ 制御部
７６ 入力操作部
７７ 液晶ディスプレイ

Claims (5)

1. 載置面に載置されたワークにレーザー光を照射して印字するレーザーマーカー装置であって、
   加工用のレーザー光を出射するレーザー光出射部と、
   前記レーザー光出射部からのレーザー光を走査する走査部と、
   前記走査部を介して前記レーザー光出射部から出射されたレーザー光を前記載置面に向けて収束させる収束レンズと、
   前記走査部により走査され、前記載置面に対して第１方向から前記収束レンズを介してガイドパターンを描写するための可視ガイド光を出射するガイド光出射部と、
   前記可視ガイド光との対比により、前記収束レンズと前記ワークとの距離を調整するための指標光を、前記第１方向に対して所定の傾斜角度から出射する指標光出射部と、
   前記指標光出射部と前記載置面との間に配置され、前記指標光出射部からの前記指標光を回折して前記ワークに指標パターンを形成する回折光学素子と、を備えた、レーザーマーカー装置。
2. 複数の前記回折光学素子を有しており、
   これら複数の前記回折光学素子を切り替え可能な保持部を備えた請求項１に記載のレーザーマーカー装置。
3. 前記回折光学素子は、光学素子に複数の回折部を有しており、
   これら複数の前記回折部を切り替え可能な保持部を備えた請求項１に記載のレーザーマーカー装置。
4. 複数の前記回折光学素子として、
   前記収束レンズと前記ワークとの距離を調整するための第１指標パターンを形成可能な第１回折光学素子、及び、
   前記載置面に対する前記ワークの位置合わせのための第２指標パターンを形成可能な第２回折光学素子、を有し、
   前記保持部は、前記第１回折光学素子と前記第２回折光学素子を切り替え可能に保持することを特徴とする請求項２に記載のレーザーマーカー装置。
5. 前記保持部は、前記収束レンズに適合する回折光学素子、又は、回折部を保持することを特徴とする請求項２乃至請求項４のうちいずれか一に記載のレーザーマーカー装置。

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