JP2555468B2 - レーザマーキング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は鋼材等の表面に数字、文字、記号等をドット
マーキングするマーキング装置に関する。

（従来の技術） 一般に、自動製造ラインにおいて生産された製品を管
理するために、製品の表面に固有の文字や記号が刻印さ
れる。この文字や記号は後工程で読み取られ、製品の工
程間の流れ、種類等について制御用計算機のデータと照
合されて管理される。

従来、製品の表面の文字や記号を刻印するには人手に
よってポンチで打たれていたが、自動読み取りの要求か
ら品質が制限され、最近ではレーザマーキング装置やイ
ンクジェットマーキング装置が使用され、中でも特に耐
久性に優れているレーザマーキング装置が主流になって
いる。

ところで、このレーザマーキング装置でマーキングさ
れる文字や記号は、表面状態の良い金属加工面の場合に
は連続線による文字や記号のマーキングで充分に読み取
ることがでるが、鋼材の黒皮表面などの場合には充分な
コントラストを得ることが困難なために、ドットによっ
て構成された文字や記号が採用されている。この場合、
レーザ光のエネルギーをドットに集中させて表面の黒皮
を破壊、溶融飛散させることによって鋼材の下地を露光
させてコントラストを確保している。この方法は、酸
化、還元雰囲気のアシストガスを切り替えることによっ
て鋼材の加工面、黒皮面のいずれにもマーキングするこ
とができる。

しかし、黒皮面は表面状態が一定していないため、文
字や記号を構成する全ドットについて均一にマーキング
することが難しく、読み取り不能や誤読が生じる。第７
図（ａ）は本来このように読み取られることが期待され
ているマーキングの例であるが、同図（ｂ）では黒丸で
示したドットが正しく読み取られずに欠落したことを示
す。このような場合は、データとの照合結果が一致しな
いので、ラインアウトされてしまう。そこで、製品の材
質および表面状態を目視検査することによって、その都
度マーキング条件を変便し、マーキングの品質を安定化
する努力が払われている。

（発明が解決しようとする課題） このように従来のレーザマーキング装置では、製品個
々の複雑な表面状態に対応させたマーキングが困難であ
り、ドットの生成が不均一になって後工程のマーキング
読み取り装置での誤読および読み取り不能を発生してい
た。そのため、常にマーキングの品質をチェックしなけ
ればならないばかりか、誤読および読み取り不能による
ラインアウトが発生し、製品の歩留まりの低下を避ける
ことができなかった。また、ラインアウトされた製品を
チェックして再度ラインへ戻す作業が発生するため、流
れ作業の能率を著しく阻害する原因となっていた。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたもの
で、マーキングしたドットの品質を検出してフィードバ
ック制御可能にすることにより、ドットの品質を一定に
保つことができるレーザマーキング装置を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、レーザ光を鋼材
等の表面に照射することによって文字や記号をドットマ
ーキングするレーザマーキング装置において、マーキン
グ用のレーザ光を発振するレーザ発振器と、このレーザ
発振器から出力されるレーザ光をマーキング対象物に照
射して文字や記号をドットマーキングすると共にそのマ
ーキングされたドット画像光を前記レーザ発振器のレー
ザ光路側へ導く光学系と、前記マーキングされたドット
画像光を撮像する撮像装置と、前記レーザ発振器と光学
系との間に設けられドットマーキング時には前記レーザ
光路より外れた位置に存しドット画像撮像時には前記レ
ーザ光路位置に存して前記光学系を通して得られる前記
ドット画像光を前記撮像装置に反射する反射装置と、こ
の反射装置を前記レーザ光路位置又は外れた位置に移動
させる駆動装置と、前記撮像装置で撮像された画像信号
が入力され、その画像信号を処理してその良否を判定す
る画像処理装置と、この画像処理装置の判定信号を受け
画像信号が不良と判定されると前記駆動装置に駆動指令
を与えて前記反射装置を前記レーザ光路より外れた位置
へ移動させると共に、前記レーザ発振器に再照射指令を
与えるマーキング制御装置とを備えた構成とするもので
ある。

（作用） 本発明はこのような手段を講じたことにより、一つの
ドットをマーキングする度にマーキングされたドット画
像光を撮像装置さら画像信号として出力し、画像処理装
置において前記画像信号の良否を判定して、不良の場合
は品質基準を満たすドットがマーキングされるまでマー
キング制御装置によりレーザ発振器が再起動されるの
で、常に安定した品質のドットから成るマーキングを施
すことができる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は本発明のレーザマーキング装置の一実施例
の構成図である。同図において、１はレーザ光を発生さ
せるレーザ発振器、２はドット画像光を反射する反射装
置であり、ミラー、ハーフミラー、プリズム等を使用す
ることができる。３はミラー駆動装置であり、反射装置
２にミラーまたはプリズムを使用する場合にレーザ光の
光路から反射装置２を移動させたり、挿入したりするた
めのものである。４は光ファイバであり、マーキング時
にはレーザ発振器１からのレーザ光をマーキング対象物
に伝えるために使用され、ドット画像光を読み取るとき
はレーザ光とは反対方向へドット画像光を伝える。５は
マーキングヘッド、６はマーキング対象物の表面に焦点
を結ぶように取り付けたレンズ、７はマーキング時に発
生するヒュームからレンズを保護するためのシールドガ
ラス、８はドット画像光を読み取るためにドットを照射
する照射装置、９はドット画像光を入力して電気信号に
変換された画像信号を出力する撮像装置、10は撮像装置
９の出力信号を入力してドットの品質の良否を判定する
画像処理装置、11は画像処理装置10においてドットの品
質が不良と判定された場合、レーザ発振器１を起動する
マーキング制御装置、12はマーキング対象物のワークで
ある。

次に、上記実施例の動作について第２図のフローチャ
ートを参照して説明する。マーキングをするワーク12が
所定の位置にあり、マーキングの準備が完了すると（ス
テップS1）、図示しないアシストガス供給装置からマー
キングを効果的に行うためのアシストガスが供給される
（ステップS2）。次に、マーキング制御装置11はミラー
駆動装置３に指令を与え、反射装置２をレーザ光の光路
から（ロ）で示した位置へ移動させ、続いてレーザ発振
器１にレーザの発振条件をセットすることにより、レー
ザ発振器１からレーザ光が発射され、光ファイバ４を通
り、レンズ６で集光されてワーク12上にドットがマーキ
ングされる（ステップS3）。レーサ光の発振が終了する
と、マーキング制御装置11はミラー駆動装置３に指令を
出して反射装置２を第１図の実線の位置（イ）に移動さ
せることにより、照明装置８によって照明されたワーク
12上にマーキングされたドットの画像がレンズ６を通っ
て平行光線になり、光ファイバ４を経由して反射装置２
によって反射される。このドット画像は撮像装置９によ
って電気信号に変換され、画像処理装置10において正し
く認識することができるか判定する（ステップS4）。正
しく認識できない場合は、マーキングのやり直しをマー
キング制御装置11へ指示することによってステップS3へ
戻り、再度このドット上にレーザ光を照射してステンプ
S4において、再照射された前記ドットが正しく認識でき
るかを判定する。このように、レーザ光の照射とドット
の認識性の判定を繰り返し行うことによって、完全なマ
ーキングを可能にする。所定数のドットが全てマーキン
グされたかをマーキング制御装置11において判断し（ス
テップS5）、所定数のマーキングが終了していなければ
マーキングヘッド５を次のマーキング位置へ移動し（ス
テップS6）、ステップS3へ戻る。所定数のマーキングが
終了したならばこのワークについてのマーキングが完了
する（ステップS7）。

したがって、以上のような実施例の構成によれば、一
つのドットをマーキングする度に、正しく認識できるか
を自動的に判定し、正しく認識できなければ、正しく認
識できようになるまでレーザ光を再照射するので、確実
に読み取り可能なマーキングをすることができる。

次に、第３図乃至第５図を参照してミラー駆動装置３
の異なる三つの実施例の構成と動作について説明する。
いずれも、図の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図であ
る。第３図において、13はミラー２を固定するためにミ
ラーホルダ、14はミラー２を確実に保持するためのミラ
ーガイドで、ミラー２はこのミラーガイド14に沿って上
下方向に滑らかに移動することができるようになってい
る。15はロータリアクチェータ、16−１、16−２はロー
タリアクチュエータ15の回転運動をミラー２の往復運動
に変換するためのリンクで、リンク16−１とミラーホル
ダ13は自在に回転することができるようにピン17−１に
よって連結されている。同様に、リンク16−１とリンク
16−２はピン17−２によって連結されている。また、リ
ンク16−２の他方の端はロータリアクチュエータ15の回
転軸に固定されていて、ロータリアクチュエータ15が回
転する度にミラーホルダ13が上下方向に往復運動をし
て、ミラー２はレーザ光の光路から移動したり、光路に
入ったりする。なお、19はロータリアクチュエータ15と
ミラーガイド14とを固定するための架台である。

次に、第４図を参照して他のミラー駆動装置３の実施
例について説明する。同図において、20は円盤状の板の
約1/4を２箇所、対称的に切り欠き、切り欠いていない
部分にミラー２を装着したミラーホルダであり、ロータ
リアクチュエータ15の回転軸18がミラーホルダ20の中心
に固定された構造になっている。したがって、ロータリ
アクチュエータ15を回転させることにより、ミラー２が
レーザ光の光路から移動したり、光路に入ったりする。
本実施例は回転式であるから、滑らかに、かつ、高速に
ミラーを移動させるのに適している。

次に、第５図を参照して他のミラー駆動装置３の実施
例について説明する。同図において、ミラーホルダ22は
ソレノイド23の駆動シャフト24に固定され、架台25に固
定されているガイド26、27に沿って滑らかに左右方向に
移動することができる構造になっている。したがって、
ソレノイド23の電源をオンオフにすることによりシャフ
ト24が動くので、ミラー２を平行移動させることができ
る。

次に、第６図を参照してミラーの代わりに、ハーフミ
ラーを用いた実施例を説明する。同図において、第１図
と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。30は
ハーフミラーであり、右方向からの入射光は若干の透過
損失をもって直進するが、左方向からの入射光は反射さ
せるものである。31はレーザ光が撮像出力装置９に入射
されないように遮るためのシャッターである。さて、こ
のように構成されている本実施例では、レーザ発振器１
から発振されたレーザ光はハーフミラー30を貫通し、光
ファイバ４とレンズ６を通ってワーク12上にドットをマ
ーキングすることができる。マーキングされたドットは
照明装置８により照明され、ドット画像光としてレンズ
６と光ファイバ４を通ってハーフミラー30において反射
され、撮像装置９に入射される。この時、シャッター31
はマーキング制御装置11の指令によって開かれる。一
方、レーザ光が発振されている時は、ワーク12からのレ
ーザ光の反射光が撮像装置９に入射されるのを防ぐ目的
で、シャッター31を閉じるようにマーキング制御装置11
によって制御する。本実施例では、ミラーを動かす必要
がなく、シャッターを開閉するのみであるから、構造が
簡単になるとともに高速の処理をすることができるとい
う利点がある。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、マーキングされ
たドットは確実に読み取ることができる品質を備えてい
るので、人手によるレーザ発振条件の設定、マーキング
状態の確認等の付帯的な作業を無くすることができると
ともに、後工程における誤読や読み取り不能が発生しな
いために、ライン稼働率の改善と生産性の向上に大きく
寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるブロック図、第２図
は動作を説明するフローチャート、第３図乃至第５図は
ミラー駆動装置の実施例の構造図、第６図は本発明の他
の実施例におけるブロック図、第７図はマーキングされ
たドットの状態を示す説明図である。 １……レーザ発振器、２……反射装置、３……ミラー駆
動装置、４……光ファイバ、５……マーキングヘッド、
６……レンズ、７……シールドガラス、８……照射装
置、９……撮像装置、10……画像処理装置、11……マー
キング制御装置、12……ワーク、13、20、22……ミラー
ホルダ、14、26、27……ミラーガイド、15……ロータリ
アクチュエータ、16……リンク、17……ピン、18……回
転軸、19、21、25……架台、23……ソレノイド、24……
シャフト、30……ハーフミラー、31……シャッター。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光を鋼材等の表面に照射することに
   よって文字や記号をドットマーキングするレーザマーキ
   ング装置において、マーキング用のレーザ光を発振する
   レーザ発振器と、このレーザ発振器から出力されるレー
   ザ光をマーキング対象物に照射して文字や記号をドット
   マーキングすると共にそのマーキングされたドット画像
   光を前記レーザ発振器のレーザ光路側へ導く光学系と、
   前記マーキングされたドット画像光を撮像する撮像装置
   と、前記レーザ発振器と光学系との間に設けられドット
   マーキング時には前記レーザ光路により外された位置に
   存しドット画像撮像時には前記レーザ光路位置に存して
   前記光学系を通して得られる前記ドット画像光を前記撮
   像装置に反射する反射装置と、この反射装置を前記レー
   ザ光路位置又は外れた位置に移動させる駆動装置と、前
   記撮像装置で撮像された画像信号が入力され、その画像
   信号を処理してその良否を判定する画像処置装置と、こ
   の画像処理装置の判定信号を受け画像信号が不良と判定
   されると前記駆動装置に駆動指令を与えて前記反射装置
   を前記レーザ光路より外れた位置へ移動させると共に、
   前記レーザ発振器に再照射指令を与えるマーキング制御
   装置とを備えたことを特徴とするレーザマーキング装
   置。