JP2720002B2 - レーザマーキング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スキャニング方式のレ
ーザマーキング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザマーキングは、被加工物（対象
物）に高い密度に集光されたレーザ光を照射し、レーザ
エネルギによって被加工物表面の微小部分を瞬間的に蒸
発または変色させて、文字、図形等の任意のパターンを
刻印するマーキング方法である。レーザマーキングの方
式には、文字、記号等のパターンを型抜きしてあるマス
クにレーザ光をあて、透過した光像を被加工物表面に集
束するマスク方式と、対象物上でレーザ光を走査して被
加工物表面に文字、記号等のパターンを描画するスキャ
ニング方式とがある。

【０００３】図５および図６に、代表的なスキャニング
方式のレーザマーキング装置で用いられるＹＡＧレーザ
の構成を示す。図５において、レーザ発振部は、ＹＡＧ
ロッド１００、励起ランプ１０２、反射ミラー１０４、
出力ミラー１０６、Ｑスイッチ１０８から主に構成され
る。励起ランプ１０２にランプ電流Ｉが供給され、励起
ランプ１０２が点灯すると、励起ランプ１０２からの光
のエネルギを励起エネルギとしてＹＡＧロッド１００が
レーザ発振し、その両端面よりレーザ光ＬＢを出射す
る。このレーザ光ＬＢは、反射ミラー１０４と出力ミラ
ー１０６との間で反射を繰り返して増幅されたのち出力
ミラー１０６を抜けて出射される。Ｑスイッチ１０８
は、連続波レーザ光を高速繰り返しパルスレーザ光に変
換するための音響光学素子であり、高周波発振器１１０
より高周波信号ＨＦを入力している間はブラック回折に
よってレーザ光ＬＢを点線方向に向けて連続波発振を止
めておき、高周波信号ＨＦの供給が切られた時にレーザ
光ＬＢを正規の光路に戻して共振器内に溜っているエネ
ルギをパルスとして出力せしめる。

【０００４】図６において、レーザ出射部は、Ｘ軸回転
ミラー１１２、Ｘ軸ガルバノメータ・スキャナ１１４、
Ｙ軸回転ミラー１１６、Ｙ軸ガルバノメータ・スキャナ
１１８、ｆθレンズ１２０から主に構成される。レーザ
発振器の出力ミラー１０６から来たレーザ光ＬＢは、先
ずＸ軸回転ミラー１１２に入射して、そこで全反射して
からＹ軸回転ミラー１１６に入射し、このミラー１１６
で全反射してのちｆθレンズ１２０を通って被加工物１
２２のマーキング面に集光照射する。マーキング面上の
レーザビームスポットの位置は、Ｘ方向においてはＸ軸
回転ミラー１１２の角度によってきまり、Ｙ方向におい
てはＹ軸回転ミラー１１６の角度によってきまる。Ｘ軸
回転ミラー１１２は、Ｘ軸ガルバノメータ・スキャナ１
１４によって矢印Ａ，Ａ’方向に回転振動するようにな
っている。一方、Ｙ軸回転ミラー１１６は、Ｙ軸ガルバ
ノメータ・スキャナ１１８によって矢印Ｂ，Ｂ’方向に
回転振動するようになっている。両スキャナ１１４，１
１８には、電気ケーブル１２４，１２６を介して制御部
（図示せず）からのスキャニング制御信号が与えられ
る。

【０００５】したがって、ＹＡＧレーザ発振器からのレ
ーザ光ＬＢが所定のタイミングで入ってくる度に、それ
と同期して両スキャナ１１４，１１８がＸ軸回転ミラー
１１２，Ｙ軸回転ミラー１１６をそれぞれ所定の角度で
振ることにより、被加工物１２２のマーキング面にレー
ザ光ＬＢのビームスポットが集光照射される。そうする
と、レーザ光ＬＢの照射位置付近では被加工物の表面が
レーザエネルギによって局所的に加熱されて蒸発する。
この蒸発部分が所要のパターンを描くようにレーザビー
ムスポットをスキャンすると、被加工物１２２のマーキ
ング面に該描画パターン（文字、記号、図形等）がマー
キング（刻印）される。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記のようなスキャニン
グ方式のレーザマーキング装置では、被加工物上でレー
ザ光を走査し被加工物表面に文字、記号等のパターンを
描画してマーキングするので、マーキングすべきパター
ンは、コンピュータとの対話型式で、あるいはイメージ
スキャナ等を用いて、任意の文字、記号、図形等を任意
のフォント・図柄で設定入力することが可能となってい
る。一方、ＱスイッチやＸ軸・Ｙ軸ミラーのように高速
度で動作する素子、機構を有しているために、マスク方
式と比較して、マーキング動作は複雑であり、精細な制
御が要求される。

【０００７】従来のこの種レーザマーキング装置では、
マーキングすべき所望のパターンを設定入力する設定部
（第１の設定部）と、Ｑスイッチ周波数やスキャニング
速度等のマーキング動作条件を設定入力する設定部（第
２の設定部）とがそれぞれ別個に機能していた。そし
て、第２の設定部では、製品（被加工物）の種類に応じ
たパターン毎に作業員がマニュアル操作によってマーキ
ング動作条件を設定入力して切り替えるようになってお
り、その切替操作の間はマーキングを中断しなければな
らなかった。したがって、マーキング動作がいったん開
始されたならば、マーキングされるべきパターンが全て
描画・刻印されるまでは、マーキング動作条件を切り替
えることなく、つまり同一のレーザ出力、Ｑスイッチ周
波数、スキャニング速度等で、マーキングが行われてい
た。しかし、そうすると、表面状態が部分的に異なる被
加工物にマーキングする場合、たとえば金属面とプラス
チック面とにまたがってマーキングする場合には、同一
のマーキング動作条件によってマーキングを行っても、
結果的に全体のマーキング品質に誤差またはバラツキが
生じて、具合が悪かった。また、１つの合成パターンに
対しては、複雑または密な部分パターンも簡単または粗
な部分パターンも同一のマーキング動作条件によってマ
ーキングするので、たとえば複雑または密な部分パター
ンがぼけたりする等の不都合が生じることもあった。

【０００８】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、被加工物の表面状態やパターンの内容等に応じ
てマーキング動作を自動的に切り替えて、最適または所
望通りのマーキング品質を得るようにしたレーザマーキ
ング方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のレーザマーキング方法は、被加工物にレ
ーザ光を照射して文字、図形等の任意のパターンをマー
キングするレーザマーキング方法において、前記パター
ンを所定の条件にしたがって複数個の部分パターンに分
割する工程と、各々の前記部分パターン毎にその部分パ
ターンを規定する描画データとその部分パターンに対す
るマーキング動作を規定する条件データとを対応させて
設定入力し、かつ記憶手段に格納する工程と、１回分の
マーキングスタート信号に応答して、予め定められた順
序で各々の前記部分パターンについて、前記記憶手段よ
り対応する描画データおよび条件データを読み出し、そ
の読み出した描画データおよび条件データに基づいて前
記部分パターンのマーキングを実行する工程とを有す
る。

【００１０】

【作用】パターン定義工程では、たとえば被加工物の表
面状熊に応じてマーキング１回分のパターンを複数個の
部分パターンに分割して定義する。マーキングデータ設
定工程では、各々の部分パターンを規定する描画データ
と該パターンに対するマーキング動作を規定する条件デ
ータとを相互に対応関係をもって設定入力し、記憶手段
に記憶することにより、たとえば表示部の画面上で描画
データと条件データとの対応関係を確認することができ
る。マーキング実行工程では、各部分パターンについて
互いに対応関係にある描画データと条件データとを同時
的に読み出し、その読み出した条件データにしたがっ
て、その読み出した描画データの部分パターンをマーキ
ングするようマーキング装置の各動作部を制御する。そ
して、ある部分パターンについてのマーキング動作が終
了すると、次の部分パターンについて互いに対応関係に
ある描画データと条件データとを同時的に読み出して、
その読み出した条件データにしたがって、その読み出し
た描画データの部分パターンをマーキングするよう各動
作部を制御する。これにより、被加工物の表面では、異
なる条件でマーキングされた複数個の部分パターンが合
成されるようにして、全体のパターンがマーキングされ
る。

【００１１】

【実施例】以下、図１〜図４を参照して本発明の実施例
を説明する。図１は、本発明の一実施例によるスキャニ
ング式レーザマーキング装置の構成を示すブロック図で
ある。このレーザマーキング装置は、設定・制御部１
０、インタフェース回路３０、駆動部４０および動作部
５０から構成される。

【００１２】動作部５０はＹＡＧレーザに相当する部分
であり、Ｑスイッチ１０８、励起ランプ１０２、Ｘ軸ガ
ルバノメータ・スキャナ１１４、Ｙ軸ガルバノメータ・
スキャナ１１８は、図５および図６に示されているもの
であってよい。アパーチャプレート１２８は、図５に示
されていないが、ＹＡＧロッド１００と出力ミラー１０
６との間に配設される回転可能な遮光板であり、この遮
光板に同心状に設けた径の異なるアパーチャ（開口）を
選択的に光軸上にセットすることで、レーザ光ＬＢのビ
ーム径ひいては描画パターンの線径を選択できるように
なっている。

【００１３】駆動部４０は、設定・制御部１０からの制
御信号にしたがって動作部５０の各部を駆動する回路ボ
ードである。Ｑスイッチ駆動回路４２は、図５の高周波
電源１１０および切換スイッチ１１１等からなり、Ｑス
イッチ１０８を駆動する。レーザ電源回路４４は、ＹＡ
Ｇロッド１００に連続波発振レーザ光を発振出力させる
ようなランプ電流Ｉを励起ランプ１０２に供給する。ガ
ルバノメータ駆動回路４６は、Ｘ軸回転ミラー１１２お
よびＹ軸回転ミラー１１６を設定速度（スキャニング速
度）で振らせるようＸ軸ガルバノメータ・スキャナ１１
４およびＹ軸ガルバノメータ・スキャナ１１８に駆動電
流を供給する。アパーチャプレート駆動回路４８は、設
定されたアパーチャ径（アパーチャ番号）のアパーチャ
が光路上にセットされるようアパーチャプレート１２８
を回転移動させるための駆動電流をアパーチャプレート
駆動部に供給する。

【００１４】設定・制御部１０は、ＣＰＵ１２、ＲＯＭ
１４、ＲＡＭ１６、ディスプレイ１８、イメージスキャ
ナ２０、イメージスキャナ・インタフェース回路２２、
キーボード２４、キーボード・インタフェース回路２６
などからなる。ＲＯＭ１４には、ＣＰＵ１２の動作を規
定するプログラム、たとえば起動Ｎｏ．単位で所望のパ
ターンを規定する描画データを設定入力するためのソフ
トウェア、起動Ｎｏ．単位でマーキング動作条件データ
を設定入力するためのソフトウェア、起動Ｎｏ．単位で
マーキング動作を実行制御するためのソフトウェア等が
格納される。ＲＡＭ１６には、各起動Ｎｏ．毎に設定入
力された描画データおよび条件データ等が格納される。
イメージスキャナ２０は描画データの設定入力に用いら
れ、キーボード２４は主に条件データの設定入力に用い
られる。なお、描画データの設定入力のために、ディジ
タイザやマウス（図示せず）等をＣＰＵ１２に接続する
ことも可能である。ディスプレイ１８は、設定入力時に
は設定入力されたデータを表示し、マーキング実行時に
はマーキング状況や各種動作条件の測定値、警報メッセ
ージ等を表示する。

【００１５】図２に、設定入力時にディスプレイ１８の
画面に表示されるフォーマットの一例を示す。画面の左
側領域において、最上段には１回のマーキング動作を指
定するための起動Ｎｏ．が表示され、その下にその起動
Ｎｏ．のマーキング動作を規定する条件データすなわち
Ｑスイッチ周波数、マーキング速度、ランプ電流、アパ
ーチャＮｏ．等の各種条件データの設定入力値が列挙し
て表示される。画面の右側領域には、当該起動Ｎｏ．の
パターンを規定する描画データが画像としてＸＹ座標上
に表示される。このように、設定・制御部１０では、１
回のマーキング動作を指定する起動Ｎｏ．の単位で、所
望のパターンを規定する描画データの設定入力画像と該
パターンに対するマーキング動作を規定する条件データ
の設定入力値とが同一画面上に表示される。そして、起
動Ｎｏ．単位で設定入力された描画データとマーキング
動作条件データとは、ＲＡＭ１６において互いに関連し
た記憶番地つまり同一の起動Ｎｏ．に基づいて同時的に
読出可能な記憶番地に格納される。

【００１６】図３および図４に、本実施例における作用
の具体例を示す。この例は、図３の(A) に示すように、
３つの領域ｗ1 ，ｗ2 ，ｗ3 で表面状態が異なる被加工
物Ｗに二重線の円Ｍをマーキングする場合であり、同一
のマーキング動作条件でこの円Ｍをマーキングしたなら
ば、これらの領域ｗ1 ，ｗ2 ，ｗ3 間でマーキング品質
が不均一になるものと仮定する。

【００１７】この場合、本実施例によれば、図３の
（Ｂ）に示すように、それらの領域ｗ１，ｗ２，ｗ３に
それぞれ起動Ｎｏ．１，２，３を割り当てる。そして、
図４に示すように、起動Ｎｏ．１では、領域ｗ１内の部
分パターンｍ１（以下、単にパターンｍ１と称する。）
を規定する描画データＤｍ１を設定するとともに、領域
ｗ１の表面状態に応じた条件データ（マーキング速度は
５０ｍｍ／ｓ、Ｑスイッチ周波数は２．０ｋＨｚ、ラン
プ電流は１０．０Ａ、アパーチャＮｏ．は３）を設定す
る。起動Ｎｏ．２では、領域ｗ２内の部分パターンｍ２
（以下、単にパターンｍ１と称する。）を規定する描画
データＤｍ２を設定するとともに、領域ｗ２の表面状態
に応じた条件データ（マーキング速度は６０ｍｍ／ｓ、
Ｑスイッチ周波数は３．２ｋＨｚ、ランプ電流は１２．
０Ａ、アパーチャＮｏ．は３）を設定する。紀動Ｎｏ．
３では、領域ｗ３内の部分パターンｍ３（以下、単にパ
ターンｍ１と称する。）を規定する描画データＤｍ３を
設定し、かつ領域ｗ３の表面状態に応じた条件データ
（マーキング速度は７０ｍｍ／ｓ、Ｑスイッチ周波数は
４．０ｋＨｚ、ランプ電流は１４．０Ａ、アパーチャＮ
ｏ．は３）を設定する。

【００１８】したがって、各起動Ｎｏ．１，２，３毎
に、設定入力された描画データの画像と設定入力された
条件データの値とが、図２に示すようなフォーマットで
ディスプレイ１８の画面上に一括表示されるとともに、
図４に示す配列に対応したフォーマットでＲＡＭ１６内
の所定の記憶番地に格納される。

【００１９】上記のような設定入力が行われた後、マー
キングが行われるときは、たとえばインタフェース回路
３０を介してマーキングスタート信号ＭＳがＣＰＵ１２
に入力される。ＣＰＵ１２は、マーキングスタート信号
ＭＳを受け付けると、先ず起動Ｎｏ．１のマーキング動
作を実行するため、起動Ｎｏ．１で設定されている描画
データＤｍ１および各種条件データ（マーキング速度は
５０ｍｍ／ｓ、Ｑスイッチ周波数は２．０ｋＨｚ、ラン
プ電流は１０．０Ａ、アパーチャＮｏ．は３）をＲＡＭ
１６より読み出して、所定のレジスタ、バッファまたは
画像メモリ（図示せず）に移す。そして、それら読み出
した描画データＤｍ１および各種条件データに基づいて
駆動部４０の各部４２〜４８に所要の制御信号を送り、
動作部５０の各部１０８，１０２，１１４，１１８，１
２８に所要のマーキング動作を行わせる。これによっ
て、被加工物Ｗの領域ｗ１には、起動Ｎｏ．１で設定さ
れた条件データにしたがってパターンｍ１がマーキング
される。

【００２０】領域ｗ１におけるマーキングが終了する
と、ＣＰＵ１２は、次に起動ＮＯ．２のマーキング動作
を実行するため、起動Ｎｏ．２で設定されている描画デ
ータＤｍ２および各種条件データ（マーキング速度は６
０ｍｍ／ｓ、Ｑスイッチ周波数は３．２ｋＨｚ、ランプ
電流は１２．０Ａ、アパーチャＮｏ．は３）をＲＡＭ１
６より読み出し、それら読み出した描画データＤｍ２お
よび各種条件データに基づいて駆動部４０の各部を介し
て動作部５０の各部に所要のマーキング動作を行わせ
る。これによって、被加工物Ｗの領域ｗ２には、起動Ｎ
ｏ．２で設定された条件データにしたがってパターンｍ
２がマーキングされる。次に、起動Ｎｏ．３のマーキン
グ動作が実行され、被加工物Ｗの領域ｗ３には、起動Ｎ
ｏ．３で設定された条件データにしたがってパターンｍ
３がマーキングされる。

【００２１】このように、本実施例では、起動Ｎｏ．単
位で所望のパターンを規定する描画データと該パターン
に対するマーキング動作を規定する条件データとが相互
に対応関係をもちながら設定入力され、かつ記憶され
る。そして、マーキング動作の実行段階では、起動Ｎ
ｏ．単位で、相互に対応する描画データと条件データと
が読み出され、その読み出された条件データにしたがっ
てその読み出された描画データのパターンがマーキング
される。そして、ある起動Ｎｏ．のマーキング動作が終
了すると、予め設定されている次の起動Ｎｏ．に切り替
えられ、その起動Ｎｏ．で設定されている条件データお
よび描画データに基づいてマーキング動作が実行され
る。したがって、上記の例では、領域ｗ１，ｗ２，ｗ３
に対して個別的に最適なマーキング動作が、見掛け上は
１回のマーキング動作が行われるように、次々と切り替
えられて実行され、結果的には表面状態の異なる領域ｗ
１，ｗ２，ｗ３間で均一なマーキング品質が得られる。

【００２２】上記の例は、３つの領域ｗ1 ，ｗ2 ，ｗ3
で表面状態が異なる被加工物Ｗにパターンをマーキング
する場合であったが、他にも種々の適用例、応用例が可
能である。たとえば、図２に示すように図形と文字を合
成したパターンにおいて、左側の図形パターンと右側の
文字パターンとを別々のマーキング動作条件でマーキン
グすることも可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザマ
ーキング方法によれば、目的のパターンを所定の条件
（たとえば被加工物の表面状態）にしたがって複数個の
部分パターンに分割して、各対応するマーキングデータ
を設定し、１回分のマーキングスタート信号が与えられ
たときは、予め定められた順序で各々の部分パターンに
ついて、描画データおよび条件データを記憶手段より読
み出し、その読み出した描画データおよび条件データに
基づいて各部分パターンのマーキングを実行するように
したので、種々の被加工物表面状態やパターン内容等に
応じて描画データおよび条件データを自動的に切り替え
て各々適確なマーキング動作を行うことが可能であり、
これによりマーキング全体として最適または所期のマー
キング品質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるスキャニング式レーザ
マーキング装置の構成を示すブロック図である。

【図２】設定入力時に設定・制御部１０のディスプレイ
１８の画面に表示されるフォーマットの一例を示す図で
ある。

【図３】実施例における作用を説明するための略平面図
である。

【図４】実施例における設定入力データのフォーマット
の一例を示す表である。

【図５】スキャニング方式のレーザマーキング装置で用
いられるＹＡＧレーザのレーザ発振部の構成を示す斜視
図である。

【図６】スキャニング方式のレーザマーキング装置で用
いられるＹＡＧレーザのレーザ出射部の構成を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１０ 設定・制御部 １２ ＣＰＵ １４ ＲＯＭ １６ ＲＡＭ １８ ディスプレイ ２０ イメージスキャナ ２４ キーボード ４０ 駆動部 ５０ 動作部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物にレーザ光を照射して文字、図
   形等の任意のパターンをマーキングするレーザマーキン
   グ方法において、 前記パターンを所定の条件にしたがって複数個の部分パ
   ターンに分割して定義する工程と、 各々の前記部分パターン毎にその部分パターンを規定す
   る描画データとその部分パターンに対するマーキング動
   作を規定する条件データとを対応させて設定入力し、か
   つ記憶手段に格納する工程と、 １回分のマーキングスタート信号に応答して、予め定め
   られた順序で各々の前記部分パターンについて、前記記
   憶手段より対応する描画データおよび条件データを読み
   出し、その読み出した描画データおよび条件データに基
   づいて前記部分パターンのマーキングを実行する工程と
   を有することを特徴とするレーザマーキング方法。