JP3425553B2 - レーザマーキング装置 - Google Patents

レーザマーキング装置

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JP3425553B2
JP3425553B2 JP2000146263A JP2000146263A JP3425553B2 JP 3425553 B2 JP3425553 B2 JP 3425553B2 JP 2000146263 A JP2000146263 A JP 2000146263A JP 2000146263 A JP2000146263 A JP 2000146263A JP 3425553 B2 JP3425553 B2 JP 3425553B2
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薫 水谷
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を被マー
キング対象物上で2次元方向に走査して、文字・記号・
図形等をマーキングするガルバノスキャン方式のレーザ
マーキング装置に関する。 【0002】 【従来の技術】この種のレーザマーキング装置では、印
字すべき文字・記号・図形等を表す座標データを生成し
てガルバノスキャナに出力し、そのガルバノスキャナが
レーザ光源から出射されるレーザ光を前記座標データに
基づいて被マーキング対象物上で2次元方向に走査し、
そのレーザ光の照射点の移動軌跡にて目的の文字・記号
・図形等をマーキングする構成である。 【0003】この装置では、例えばコンソールを操作し
て印字すべき文字を入力し、印字開始操作を行うと、そ
の文字に対応するフォントデータがメモリから読み出さ
れ、それに基づいてその文字を構成する各線分要素が算
出され、その線分を印字すべく、予め固定的に設定され
ている所定長の間隔、例えばレーザ光のビームスポット
の半径に相当する長さ毎に、各線分の始点及び終点を含
む複数の座標データが順次生成される。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】この種のレーザマーキ
ング装置において、マーキングのための座標データを、
前述したようにレーザ光のビームスポットの半径という
細かい間隔で生成している理由は次の通りである。すな
わち、印字すべき文字等は複数本の線分を要素として構
成されているが、実際にマーキングのためにガルバノミ
ラーに与えられるデータは、上述したように各線分の始
点及び終点を含む複数個のドットの座標データである。
印字速度が小さい場合には、ガルバノミラーは与えられ
る座標データに充分に追従することができるので、座標
データに対応する点が正確に再現されて各線分が歪みな
く対象物にマークされる。従って、座標データの間隔
(ドット間隔)を大きく設定してしまうと、印字される
文字等は直線的な線分の組み合わせで正確に表現される
ため、滑らかさが欠けたものとなってしまう。 【0005】これに対し、高速で印字する場合には、ガ
ルバノミラーにはその機械的特性上、与えられる座標デ
ータに対してある程度の追従遅れが発生することを避け
られないから、複数の線分で曲線を表現しようとして
も、正確に直線を連ねた形に再現できず、自ずと滑らか
な曲線が描かれてしまう。すなわち、複数の線分を連ね
て曲線を表現しようとしたときには、それらの線分のつ
ながり部分は自然と滑らかになるから、予め座標データ
を細かく出力する必要はないのである。しかしながら、
従来では、低速印字時の品質を考慮し、低速印字時でも
滑らかな曲線を描けるように、印字の最低速度を基準に
細かなドット間隔で座標データを出力する構成としてい
た。 【0006】ところが、常に細かなドット間隔で座標デ
ータを出力することは、制御部が多量のデータを処理し
て高速で転送する必要があることを意味する。高速印字
時には、座標データの転送速度も速くする必要がある。
しかしながら、データの転送速度には電気回路上の制約
があって、いくらでも速くすることはできない。このた
めに、実際にはデータの転送速度上の制約によって高速
印字を実現できないというのが実情であったのである。
もちろん、高速印字時のデータ転送上の制約を回避する
にはドット間隔を広げてデータ量を減らすことが有効で
はあるが、そうすると今度は、前述したように低速印字
時の印字品質を低下させてしまうというジレンマに陥
る。本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、低速時
における印字品質を低下させることなく、高速印字を可
能に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。 【0007】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のレーザマーキング装置は、レーザ光を出射
するレーザ光源と、レーザ光の方向を変えて被マーキン
グ対象物上にレーザ光を照射するガルバノミラーと、被
マーキング対象物上にマーキングしようとする文字・記
号・図形等を構成する各線分の始点、終点を含む複数の
点の座標データを生成するデータ生成手段と、このデー
タ生成手段で生成された複数の座標データを前記ガルバ
ノミラーに出力する制御手段とを備え、予め設定された
印字速度で制御手段から出力される座標データに基づき
レーザ光を被マーキング対象物上に走査して文字・記号
・図形等を形成するレーザマーキング装置において、前
記データ生成手段を、設定された印字速度が速い程、座
標データの間隔を長くするように決定し、その座標デー
タ間隔で前記線分の始点から終点までの各点を構成する
座標データを生成する構成としたところに特徴を有す
る。 【0008】 【発明の作用及び効果】上記構成とすると、データ生成
手段は、設定された印字速度が速い程、座標データの間
隔を長くするように決定し、その座標データ間隔で文字
等を構成する各線分の始点から終点までの各点を構成す
る座標データを生成する。その結果、印字速度が速いほ
どドット間隔が広い線分が印字されるが、印字速度が速
い場合には自ずとガルバノミラーの追従遅れが生じて線
分を斜めにつなぐところで内回り現象が発生して滑らか
な線が描かれることになるから、ドット間隔が広くても
印字品質が低下しない。また、ドット間隔が広い分、座
標データの総データ量が少なくなるから、転送速度の制
約があっても、高速印字が可能になる。また、設定され
た印字速度が遅いときにはバルバノミラーの追従遅れは
生じにくく、精密な図形が描かれるが、座標データの間
隔が短くなるからドットは密になって滑らかな印字が可
能になる。このとき、転送すべき総データ量は多くなる
が、転送速度の制約があっても印字速度が遅いから、充
分に転送可能である。 【0009】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。 【0010】本実施形態のレーザマーキング装置は、図
1に全体が示されており、同図において、符号210
は、レーザ光源であって、ここから出射されたレーザ光
はガルバノスキャナ220によって向きが変更される。
ガルバノスキャナ220は、一対のガルバノミラー22
0V,220Wを備えており、一方のガルバノミラー2
20Wは、駆動手段220Yによって縦方向に角度を変
移させることができ、他方のガルバノミラー220V
は、駆動手段220Xによって横方向に角度を変移させ
ることができる。これら両ガルバノミラー220V,2
20Wにより、レーザ光が2方向に向きを変えられ、そ
のレーザ光の照射点が、ワークW上を二次元的に移動す
る。 【0011】本実施形態のレーザマーキング装置の電気
的構成は、図2に示されており、レーザ光源210及び
ガルバノスキャナ220を含むヘッド部200と、コン
トローラ部100とが、それぞれのラインドライバ/レ
シーバ50A,50Bを介して接続されている。 【0012】コントローラ部100のうち図2の110
は、マーキングすべき文字・記号・図形等を入力するた
めの設定手段であるコンソールであって、図示はしない
が併せて表示部を備えて入力した文字等を確認できる。
120はデータ生成手段であって、それぞれCPUから
なる第1処理手段121と、第2処理手段122と、各
種の文字・記号・図形に関するフォント情報を記録した
フォントメモリ123とを備え、後に詳述するが前記コ
ンソール110に入力された文字等を表すコードデータ
に基づいて、複数の座標データを順次生成する。 【0013】140は記憶手段であって、メモリ142
及びカウンタ141を備え、そのメモリ142に前記デ
ータ生成手段120で生成した複数の座標データが記憶
される。130は制御手段であって、前記記憶手段14
0に前記複数の座標データを格納し、かつ、それら座標
データを記憶手段140から順番に取り出してラインド
ライバ/レシーバ50Aに出力させる。また、制御手段
130は、前記複数の座標データが、始点および終点で
ある端点の座標データであるか否かを認識し、前記複数
の座標データの出力、および、前記レーザ光源210の
ON/OFFを制御する。 【0014】一方、ヘッド部200のうち図2の230
は、D/A変換手段であって、前記コントローラ部10
0の記憶手段140からラインドライバ/レシーバ50
A,50Bを介して送られてきた複数の座標データを、
それぞれに対応する電圧に変換する。240は、サーボ
回路であって、D/A変換手段230からの電圧に基づ
いて、前記ガルバノスキャナ220の駆動手段220
X,220Y(図1参照)を制御する。 【0015】250は、接近状態検出手段であって、コ
ンパレータ253(以下、単に「第1コンパレータ25
3」という)とウィンドコンパレータ254(以下、単
に「第2コンパレータ254」という)と、角度センサ
251と、微分回路252とから構成されている。そし
て、D/A変換手段230からの各座標データに対応す
る電圧と、前記ガルバノスキャナ220の駆動量に対応
する電圧とに基づいて、前記端点の座標データに対す
る、レーザ光の照射位置の接近状態を検出する。 【0016】次に、本実施形態の動作を説明する。これ
により、制御手段130及びデータ生成手段120にお
けるソフトウエア的構成が明らかにされるはずである。
まず、コンソール110を操作して、マーキングする文
字・記号・図形等を入力する。コンソール110は入力
装置と出力装置を兼ね備えており、入力された文字等を
表示部によって確認することができ、入力された文字等
をコード化してデータ生成手段120に与える。そし
て、コンソール110からマーキングデータ生成開始の
トリガ信号が入力されると、このトリガ信号を受けて、
データ生成手段120の第1処理手段121では、その
文字等を構成する全ての線分の始点および終点のデータ
を所定の直交座標中の座標データに割り付ける。なお、
このデータの中には、この線分要素が直線であるのか曲
線であるのかという線種の情報も含まれている。 【0017】次に、データ生成手段120の第2処理手
段122では、第1処理手段121からの座標データを
受け取ると制御手段130に格納開始信号を出力し、制
御手段130はこの信号を受けて、記憶手段140内の
メモリ142を座標データの書き込みが可能な状態(書
き込みモード)にセットする。そして、第1処理手段1
21からの座標データの情報を元にして、第2処理手段
122では各線分要素を、始点から終点までの間を更に
細かく分解し、始点及び終点を含めた複数の軌跡点の座
標データを演算して求め、それぞれの座標データにアド
レスを付してメモリ142に順次格納していく。このと
き生成された軌跡点の座標データには、それが始点の座
標データであるのか、終点の座標データであるのか、あ
るいは、中点の座標データであるのかという点データの
情報も含まれている。 【0018】上記のデータ生成手段120の処理につい
て図3も参照して更に詳細に述べると次の通りである。
コンソール110から第1処理手段121に文字コード
が与えられると、その文字コードに対応するフォント情
報をフォントメモリ123から読み出し、印字しようと
する文字等を構成する全ての線分の始点および終点のデ
ータ(ベクトルデータ)を得て、これを所定の座標中の
座標データに割り付ける(ステップS01)。次に、第
2処理手段122は、コンソール110により設定され
た設定印字速度υset と、予め設定されている座標デー
タの生成間隔である基準座標データ間隔dから座標デ
ータ転送時間TOUT を算出する(ステップS02)。そ
して、ステップS02において求められた座標データ転
送時間TOUT と、予め設定されている基準座標データ転
送時間TDRと比較する(ステップS03)。 【0019】ここで、座標データ転送時間TOUT が基準
座標データ転送時間TDRより小さくなる場合(設定印字
速度υset が速い場合)には、ステップS03において
「YES」と判断されるから、座標データ転送時間T
OUT を、基準座標データ転送時間TDRをn倍した値に補
正する(ステップS04)。なお、基準座標データ転送
時間TDRはデータ転送時間における最短の限界時間であ
り、具体的には、コントローラ部100とヘッド部20
0との間でデータのやりとりを行うラインドライバ/レ
シーバ50Aおよび50Bにおけるデータ送受信の最短
の限界時間である。また、nは予め設定される1以上の
一定の整数値であって、このとき、n×T DRは、ガルバ
ノミラーの特性である挙動遅れ時間と加速時間を合わせ
た時間、つまり、ガルバノミラーが静止している状態か
ら設定される設定印字速度υset に達するまでの立ち上
がり時間TGより小さくなるように、nが決定されてい
る。そして、次にステップS04において求められた座
標データ転送時間TOUT と、予め設定される設定印字速
度υset とを掛け合わせて座標データ間隔dを求める
(ステップS05)。これは、基準座標データ間隔d
をn倍したことに相当する。逆に、座標データ転送時間
OUT が基準座標データ転送時間TDR以上である場合
(設定印字速度υset が遅い場合)には、ステップS0
3において「NO」と判断され、ステップS21で座標
データ間隔dを基準座標データ間隔dにとして設定す
る。 【0020】次に、線分要素の始点の座標データと、終
点の座標データから線分の長さLを算出し(ステップS
06)、その線分長さLをステップS05において求め
られた座標データ間隔dと比較する(ステップS0
7)。通常の場合には線分長さLは座標データ間隔dよ
りも大きいから、ステップS07で「NO」となり、こ
の線分における、始点から終点までを上述の座標データ
間隔dで分解し、始点から終点までの複数の軌跡点であ
る中点の座標データを生成する(ステップS09)。 【0021】なお、ステップS06において算出した線
分の長さLが座標データ間隔dより小さいという微小線
分の場合には、ステップS07において「YES」とな
るから、座標データ間隔dが線分の長さLに置き換えら
れる(ステップS08)。このように、座標データ間隔
dを線分の長さLに置き換えると、座標データ間隔d
と、座標データ転送時間TOUT との関係が変わり、計算
上、この線分については予め設定された設定印字速度υ
set にならない。しかし、このような微小長さの線分を
印字する場合には、ガルバノミラーの特性上、予め設定
された設定印字速度υset に達することはなく、座標デ
ータ間隔がdであっても、Lであっても、両者は無視で
きるぐらいの印字速度の差であるので座標データ間隔d
を線分の長さLに置き換えても問題はない。 【0022】そして、ステップS10で、印字しようと
する文字を構成する最後の線分であるか否かを判定す
る。ここで、全ての線分について全ての軌跡点の座標デ
ータを生成し終えていないならば、判断結果は「NO」
となるから、ステップS06に戻って上述の処理を繰り
返し、全ての線分について全ての軌跡点を生成し終わる
と、判断結果は「YES」となってステップS11に移
行して「READY信号」を出力し、マーキングトリガ
の入力を待つ。 【0023】このようにして、第2処理手段122は、
予め設定された設定印字速度υsetに応じて、座標デー
タ間隔dを決定し、これに基づいて、複数の座標データ
を生成し、記憶手段140内のメモリ142にすべての
座標データを格納する。そして、第2処理手段122か
らの「READY信号」を受けて、制御手段130は、
図示しない外部からのマーキング開始のトリガ信号が入
力されることに伴い、メモリ142に格納されたこれら
座標データを出力する際に、制御手段130はメモリ1
42をデータを読み出し可能な状態(読み出しモード)
にセットすると共に、記憶手段140内にあるカウンタ
141にカウンタ制御信号を出力して、カウンタ141
はこの制御信号を受けてメモリ142のアドレスを順次
カウントしていき座標データを読み出し、出力する。 【0024】メモリ142から出力された座標データ
は、コントローラ部100のラインドライバ50Cから
ヘッド部200のラインレシーバ50Hを介して、D/
A変換手段230へ送出されると共に、制御手段130
にも送出される。制御手段130では、ラインドライバ
50Cから送出された座標データが、始点の座標データ
であるのか、終点の座標データであるのかに基づき、後
述するレーザ制御信号であるON/OFF信号をレーザ光源2
10へ出力し、レーザ光源210はこの制御信号を受け
てレーザ光をON/OFFさせる。 【0025】D/A変換手段230では、送出されてき
た座標データを電圧に変換してサーボ回路240へ出力
すると共に、接近状態検出手段250に備えられた、第
1の判別手段であるウィンドウコンパレータ253にも
出力している。サーボ回路240ではこの電圧を受けて
回路を駆動させるとともに、ガルバノミラー220の角
度制御を行っており、これによってガルバノミラー22
0の角度が変化して、レーザ光源210からのレーザ光
の方向を制御することで、ワーク300上に照射される
レーザ光を2次元方向に走査する。サーボ回路240内
には角度検出手段251が備えられており、この角度検
出手段251はガルバノミラー220の角度を検出し
て、この角度に対応した電圧をサーボ回路240内にフ
ィードバックすると共に、この電圧をウィンドウコンパ
レータ253にも出力している。 【0026】また、サーボ回路240内には速度検出手
段である微分回路252も備えられており、この微分回
路252は角度検出手段251からの電圧をガルバノミ
ラー220の走査速度に対応した電圧に変換して、サー
ボ回路240内にフィードバックすると共に、この電圧
を接近状態検出手段250に備えられている第2の判別
手段であるコンパレータ254にも出力している。ウィ
ンドウコンパレータ253では、入力されたD/A変換
手段230からの電圧に対する、角度検出手段251か
らの電圧の差を、所定の第1の基準電圧と比較し、その
結果を第1の2値化信号で出力し、この第1の2値化信
号はヘッド部200のラインドライバ50Hからコント
ローラ部100のラインレシーバ50Cを介して制御手
段130へと入力される。また、コンパレータ254で
は、入力された微分回路252からの電圧が所定の第2
の基準電圧と比較し、その結果を第2の2値化信号で出
力し、この第2の2値化信号もヘッド部200のライン
ドライバ50Hからコントローラ部100のラインレシ
ーバ50Cをを介して制御手段130へと入力される。 【0027】そして、制御手段130では、メモリ14
2からラインドライバ50Cを介して送出された座標デ
ータが、始点及び終点の座標データであった場合に、こ
の2値化信号を受け入れて、D/A変換手段230から
の電圧に対する角度検出手段251からの電圧の差が所
定の第1の基準電圧以内であって、かつ、微分回路25
2からの電圧が所定の第2の基準電圧以内の時に、順次
座標データを送出するようにして、それ以外の判別結果
の時は、メモリ142のアドレスをカウントしているカ
ウンタ141をこの始点、或いは終点の座標データのア
ドレスで繰り返しカウントさせるようにする。また、制
御手段130では、メモリ142からラインドライバ5
0Cを介して送出された座標データが、始点の座標デー
タであった場合には、この2値化信号を受け入れて、D
/A変換手段230からの電圧に対する角度検出手段2
51からの電圧の差が所定の第1の基準電圧以内であっ
て、かつ、微分回路252からの電圧が所定の第2の基
準電圧以内の時に、順次座標データを送出するわけだ
が、この際に、メモリ142のアドレスをカウントアッ
プして、次の座標データを送出すると共に、レーザ光源
210にレーザ制御信号(ON信号)を与え、レーザ光を
出射させ、メモリ142からラインドライバ50Cを介
して送出された座標データが、終点の座標データであっ
た場合には、この2値化信号を受け入れて、D/A変換
手段230からの電圧に対する角度検出手段251から
の電圧の差が所定の第1の基準電圧以内であって、か
つ、微分回路252からの電圧が所定の第2の基準電圧
以内の時に、レーザ光源210にレーザ制御信号(OFF
信号)を与え、レーザ光をOFFする。 【0028】このように本実施形態によれば、データ生
成手段120において、設定された設定印字速度υset
と基準座標データ間隔dとから座標データ転送時間T
OUTを算出し(ステップS02)、これがコントローラ
部100とヘッド部200との間でデータのやりとりを
行うデータ送受信の最短の限界時間である「基準座標デ
ータ転送時間TDR」を下回らないように、必要ならn倍
して座標データ転送時間TOUT を算出し(ステップS0
4)、その転送時間TOUT に応じた座標データ間隔dを
設定する(ステップS05)。従って、座標データ転送
時間TOUT が基準座標データ転送時間TDRを下回るよう
な高速印字を行うときには、座標データ間隔dは基準座
標データ間隔dのn倍と長くされ(nは2以上の整
数)、その座標データ間隔で文字等を構成する各線分の
始点から終点までの各点を構成する座標データを生成す
る。その結果、印字速度が速いときにはドット間隔が広
い線分が印字されるが、印字速度が速い場合には自ずと
ガルバノミラーの追従遅れが生じて滑らかな線が描かれ
ることになるから、ドット間隔が広くても印字品質が低
下しない。 【0029】また、設定印字速度υset が遅いときには
ガルバノミラーの追従遅れは生じにくく、精密な図形が
描かれるが、座標データ間隔dが短く(基準座標データ
間隔dに等しく)なるから、ドットは密になって滑ら
かな印字が可能になる。このとき、転送すべき総データ
量は多くなるが、転送速度の制約があっても印字速度が
遅いから、充分に転送可能である。 【0030】<他の実施形態> 【0031】本発明は、前記実施形態に限定されるもの
ではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本
発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨
を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができ
る。 (1)上記実施形態のレーザマーキング装置は、設定さ
れる設定印字速度υsetと、予め設定されている基準座
標データ間隔dから座標データ転送時間TOUTを求め
(ステップS02)、この座標データ転送時間TOUT
予め設定される基準座標データ転送時間TDRと比較する
ことにより座標データ間隔dを補正し(ステップS0
5,S12)、この補正された座標データ間隔でもって
始点から終点までの中点の座標データを生成するように
していたが、この限りではなく、例えば、設定される設
定印字速度υset を予め設定される基準印字速度と比較
し、前者が後者よりも速い場合には座標データ間隔を長
くするように補正し、この座標データ間隔でもって線分
要素の始点から終点までの複数の軌跡点の座標データを
生成する構成でも良い。 【0032】(2)本実施形態では、座標データ間隔d
としては、d及びn×dの2種類の座標データ間隔
dを設定する構成としたが、この限りではなく、例え
ば、求められた座標データ転送時間に応じて3段階以上
の座標データ間隔を設定し、これらの設定された座標デ
ータ間隔でもって線分要素の始点から終点までの複数の
軌跡点の座標データを生成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の一実施形態に係るレーザマーカ装置
の概略斜視図 【図2】 そのレーザマーカ装置のブロック図 【図3】 データ生成手段における座標データの生成手
順を示すフローチャート 【符号の説明】 110…コンソール 120…データ生成手段 130…制御手段 210…レーザ光源 220…ガルバノスキャナ

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 レーザ光を出射するレーザ光源と、前記
    レーザ光の方向を変えて被マーキング対象物上に前記レ
    ーザ光を照射するガルバノミラーと、前記被マーキング
    対象物上にマーキングしようとする文字・記号・図形等
    を構成する各線分の始点、終点を含む複数の点の座標デ
    ータを生成するデータ生成手段と、このデータ生成手段
    で生成された複数の座標データを前記ガルバノミラーに
    出力する制御手段とを備え、予め設定された印字速度で
    前記制御手段から出力される座標データに基づき前記レ
    ーザ光を被マーキング対象物上に走査して前記文字・記
    号・図形等を形成するレーザマーキング装置において、 前記データ生成手段は、前記設定された印字速度が速い
    程、座標データの間隔を長くするように決定し、その座
    標データ間隔で前記線分の始点から終点までの各点を構
    成する座標データを生成することを特徴とするレーザマ
    ーキング装置。
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