JP4030731B2 - レーザマーキング制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザマーキング制御技術に関し、特に、情報処理機器に対するレーザマーキング技術等に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や周辺機器、さらには携帯電話、ＰＤＡ等の情報処理機器では、製品筐体に対するユーザ固有のロゴやシリアル番号等の管理情報の刻印（マーキング）による個性化サービスが普及してきている。
【０００３】
ところで、製品筐体に対するロゴ等の刻印方法としては、樹脂あるいは金属等の対象物の材質を問わずに安定なマーキングが可能なレーザマーキング技術を用いることが考えられる。
【０００４】
すなわち、文字や図形や画像から構成されるマーキングデータをレーザパルスに対応するビットイメージに展開し、刻印（マーキング）領域を、水平方向のラスタ走査（主走査）と、垂直方向における主走査開始位置のステップ移動（副走査）にてラスタ順にスキャンして、レーザマーキングを行うものである。
【０００５】
ところで、レーザマーキングにおける表現力の向上の一つとして、たとえば、特開昭６２−２０３６９２号公報に記載されているように、レーザによる材料の除去が可能なことを利用し、予め異なる色素を含む多色層を設け、選択的に前記多色層を除去し、カラー画像のレーザマーキングを実現することが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、たとえば多色マーキングをおこなうためには、基材に発色数分の多色層を塗布することが必要となる。このため、ＰＣケース等のマーキング対象物にレーザマーキングをおこなう際には、部分的あるいは全面に多色層の塗装をおこなう必要があり、マーキングコストの増大が技術的課題となる。
【０００７】
また、発色数が塗布する層数に依存するため、マーキングの表現色に限界がある。
【０００８】
ここで、プリンタで慣用されているように、ＲＧＢまたはＣＭＹの色の三原色で多色層を構成することにより、フルカラーマーキングをおこなう方法もあるが、この場合には、レーザマーキングスポットを微細に制御する必要がある。また、文字・図形では、複数のスポットで文字・図形の１ドット（画素）が構成されるため、分解能が低下し、品質が低下するという技術的課題がある。
【０００９】
さらに、従来技術による多色マーキングでは、各色毎に個別のマーキングデータが必要となり、また、影付き文字等の修飾文字をマーキングする場合に、文字の影の部分のデータを作成する必要があり、データを作成するユーザへの負担が大きくなるという技術的課題もある。
【００１０】
本発明の目的は、コスト増大やマーキングデータ作成の負担増加等を招くことなく、レーザマーキングにおける表現能力の向上を実現することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、コスト増加、品質の低下等を招くことなく、多階調のレーザマーキングを実現することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、ユーザに余分なデータ作成等の負担を強いることなく、レーザマーキングにおける装飾文字指定等の表現能力の向上を実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マーキング対象物にレーザを走査してマーキングを行うレーザマーキング制御方法であって、マーキング対象物のマーキング領域に対するレーザの走査回数または照射回数を制御することでマーキング領域に形成されるマーキングパターンの濃淡を制御する。
【００１４】
また、本発明は、マーキング対象物にレーザを走査してマーキングを行うレーザマーキング制御方法であって、マーキング領域を形成する多諧調のマーキングデータを、その諧調レベルに応じて、レーザ照射の有無を示す複数のプレーンに展開し、展開した複数のプレーンの各々に応じたレーザ走査またはレーザ照射を、展開したプレーンの数だけ重複してマーキング領域に実行する。
【００１５】
また、本発明は、マーキング対象物にレーザを走査してマーキングを行うレーザマーキング制御方法であって、複数の画素から成る多階調のマーキングデータを、画素ごとに階調レベルに応じた複数回のレーザ照射を行う。
【００１６】
すなわち、発明者らは、樹脂基材等のマーキング対象物にレーザ照射をおこなった場合に、レーザ照射エネルギー量、すなわち同一領域へのレーザ照射回数等に応じて基材の変色のレベルが異なることを見出した。
【００１７】
この現象を利用し、一例として、（１）多階調のマーキングデータを階調レベルごとに分解し、分解したマーキングデータに応じてレーザを照射し、レーザマキングをおこなうようにした。あるいは、（２）複数のドットから成る多階調のマーキングデータを、そのドットごとに階調レベルに応じて複数回のレーザ照射をおこない、レーザマーキングをおこなうようにした。
【００１８】
さらに、影付き文字等の修飾文字をマーキングする場合には、（３）ユーザから指定された修飾文字の基準となる文字データを、階調レベルの大きなマーキングデータと見なし、ひとつのドットを階調レベルに応じて複数回のレーザ照射で濃くマーキングをおこない、文字の影部を階調レベルの小さな文字データのマーキングデータとし、さらに前記文字データと異なるドット位置に薄くマーキングするようにした。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態であるレーザマーキング制御方法にてロゴマーキングが実施された情報処理機器の一例を示す斜視図であり、図２は、本発明の一実施の形態であるレーザマーキング制御方法が実施されるレーザマーキング装置の構成の一例を示すブロック図、図３は、本実施の形態のレーザマーキング装置におけるレーザ照射系の構成の一例を示す斜視図である。
【００２１】
図１に例示されるように、本実施の形態においてレーザマーキングが実施される情報処理機器は、一例として、ノートブックタイプのパーソナルコンピュータ１００からなる。このパーソナルコンピュータ１００は、キーボード１０２等が設けられた本体１０１と、ヒンジ１０３を介して、この本体１０１に折り畳み可能に接続され、内面側に液晶ディスプレイ１０５が設けられた蓋体１０４からなる。
【００２２】
本実施の形態の場合、樹脂等で構成される蓋体１０４の外面には、後述のような本実施の形態のレーザマーキング技術にてマーキングが施されたマーキング領域２１０およびマーキング領域２２０が設けられている。
【００２３】
マーキング領域２１０は、一例として当該パーソナルコンピュータ１００の所有者に固有の名称や図形、画像等からなるロゴ情報がマーキングされ、マーキング領域２２０には、当該所有者における資産管理番号等のユーザシリアル番号情報がマーキングされている。
【００２４】
一方、図２に例示されるように、本実施の形態のレーザマーキング装置３００は、レーザ照射系３１０、上述のパーソナルコンピュータ１００のような製品あるいは部品等のマーキング対象物４００が載置される加工テーブル３２０、レーザ照射系３１０および加工テーブル３２０等の制御を行う制御コンピュータ３３０、制御コンピュータ３３０に入力される制御プログラムやマーキングデータ等が格納される記憶装置３４０、等で構成されている。
【００２５】
加工テーブル３２０は、レーザ照射系３１０の光軸方向に対する移動（上下動）と、この光軸方向に直交する平面内でのｘ−ｙ方向における水平水平移動が可能な図示しない移動機構を備えており、制御コンピュータ３３０の指令等に応じて上記各方向における変位が制御される。
【００２６】
また、前記レーザ照射系３１０の照射範囲を超えるサイズのマーキング領域にレーザマーキングをおこなう場合には、制御コンピュータ３３０の指示により、レーザ照射系３１０と連動してＸ−Ｙ方向に移動することで、大きなサイズのマーキング領域のレーザマーキングが実現可能となっている。
【００２７】
本実施の形態のレーザ照射系３１０は、一例として図３に例示されるように、制御コンピュータ３３０にて発振動作が制御されレーザ３１２を出射するレーザ光源３１１を備えている。
【００２８】
レーザ３１２の光路上には、制御コンピュータ３３０にて回動動作が制御されるモータ３１３ａにて揺動することで加工テーブル３２０のｘ方向におけるレーザ３１２の走査位置を制御するガルバノミラー３１３が配置されている。
【００２９】
ガルバノミラー３１３を経由したレーザ３１２の光路上には、制御コンピュータ３３０にて回動動作が制御されるモータ３１４ａにて揺動することで加工テーブル３２０のｙ方向におけるレーザ３１２の走査位置を制御するガルバノミラー３１４が配置されている。
【００３０】
ガルバノミラー３１４を経由したレーザ３１２の光路上には、当該レーザ３１２を収束してマーキング対象物４００に照射するｆθレンズ３１５が配置されている。
【００３１】
そして、ガルバノミラー３１３およびガルバノミラー３１４の揺動制御の組み合わせにより、レーザ３１２のラスタスキャン（ｘ方向（主走査方向）の走査を１つ終える毎にｙ方向（副走査方向）をステップ移動して新しい走査点からｘ方向の走査を行なう）によるラスタマーキング、およびレーザ３１２のベクタスキャン（一筆書き風の走査）によるベクタマーキング、の双方を行うことが可能である。
【００３２】
記憶装置３４０には、必要に応じて、ユーザから指定されたマーキングデータや、複数のドットから成る多階調のマーキングデータが格納される。
【００３３】
制御コンピュータ３３０は、記憶装置３４０に格納されたマーキングデータを読み出し、後述の図４および図５等に例示される原理にて、マーキング対象物に濃淡マーキングをおこなえるように、マーキングデータを展開し、レーザ照射系３１０を制御し、多階調データのレーザマーキングをおこなう。また、同一のマーキングデータによる同一領域への重複したマーキングや、全体の位置をずらしてのマーキング等の方法により、影付き文字等の装飾文字の基と成る文字の文字データを読み出し、影文字の影部がマーキングされるように制御する。
【００３４】
ここで、図４を参照して、本実施の形態におけるマーキングの濃淡制御のメカニズムの一例について説明する。
【００３５】
上述のレーザマーキング装置３００で、樹脂等のマーキング対象物４００に濃淡マーキングを実施する場合を例に採る。より具体的には、マーキング対象物４００が、カームシルバーとライムストーンを混ぜたメタルシルバー色のＡＢＳ樹脂では、図４（ａ）のように、レーザ３１２の照射によりマーキング対象物４００の照射部位４０１は白灰色に発色する。レーザ３１２の照射回数を増やすと、灰色（照射部位４０２）へ、さらには褐色（照射部位４０３）に変化する。
【００３６】
すなわち、たとえば、図４（ｃ）に例示されるように、同一位置を異なる照射パターンで３回照射する。最大３回照射とすると、３つのデータフレーム（１：照射有り、０：照射無し）を作る。フレーム１，２，３は、それぞれ１回のレーザ３１２の照射に用いられるデータである。従って、３回重複して照射したいスポット（照射部位）なら、どのフレームにも１を立てる。
【００３７】
この結果、図４（ａ）に例示されるように、マーキング対象物４００の表面は、レーザ３１２照射量（回数）に応じて、材料の変質・変色がおこり、白灰色、灰色、褐色の３つの濃淡をマーキングで表現できる。
【００３８】
この時の材料断面を見ると、図４（ｂ）に例示されるように、レーザ３１２の照射量（回数）に応じて、深さ方向に材料の変質・変色がおこっている。
【００３９】
図４（ａ）で、同一位置に異なるパターンで３回の重複したスキャンをおこなったが、濃淡に応じて同一位置の照射回数を制御するようにしてもよい。つまり、１回の走査内で、図４（ａ）の白灰色部は１回のレーザ照射を行い、灰色部は２回のレーザ照射を行い、褐色部は３回のレーザ照射を行うようにすることもできる。
【００４０】
次に、図５（ａ）および（ｂ）を参照して、本実施の形態における影付き文字等の文字修飾の実現方法の一例を示す。
【００４１】
本実施の形態では、たとえば“Ｅ”等の文字パターンからなる、ユーザ指定された文字部２１２は同一領域に対して、レーザ照射による当該文字部２１２をマーキングする操作を３回重複して実行することにより褐色にマーキングする。
【００４２】
また、文字部２１２に対応した文字影部２１３は、文字部２１２と同じマーキングデータをそのまま使用し、マーキング位置をわずかにずらして１回のマーキング（レーザ照射）を実行し、白灰色のマーキング結果を得る。
【００４３】
これにより、ユーザからの文字データ指定と影付きにするか否か（および右上、右下等の方向の情報等も含む）の指示により、簡易に、影付き文字２１１をマーキングすることができ、影付き文字２１１のための、ユーザおよびマーキング工程での煩雑なデータ作成作業を省くことができる（図５（ａ））。
【００４４】
このとき、文字部２１２は４回（影付き文字２１１のマーキング領域と重なる部分）または３回（影付き文字２１１のマーキング領域と重ならない部分）のレーザ照射がおこなわれるが、３回のレーザ照射で充分にマーキング濃度を得られる条件にレーザ照射条件を設定すれば、４回のレーザ照射をおこなってもマーキング濃度は飽和しているので、両者の差は目立たない（図５（ｂ））。
【００４５】
なお、上述の例では、文字部２１２をマーキングした後に文字影部２１３をマーキングしているが、両者のマーキング順序は逆でも同じ結果が得られる。
【００４６】
このようなマーキング制御により、図１に例示されるパーソナルコンピュータ１００の蓋体１０４に影付き文字２１１を含むロゴ（マーキング領域２１０）を簡便に形成することが可能になる。
【００４７】
図６に、上述の図５のような手法による、本実施の形態のレーザマーキング装置での影付き文字のマーキング工程のフローチャートの一例を示す。
【００４８】
すなわち、制御コンピュータ３３０は、記憶装置３４０からマーキングデータとして文字データを取り込み（ステップ５０１）、当該データを用いて同じ領域に、たとえば３回、重複したマーキングを実行する（ステップ５０２、ステップ５０３、ステップ５０４）。これにより、文字部２１２がマーキングされる。
【００４９】
そして、影付き指定の有無を判別し（ステップ５０５）、指定有りの場合には、たとえば、加工テーブル３２０を移動させるなどにより、照射領域の位置をずらして（ステップ５０６）から、上述のステップ５０２〜５０４と同一データを用いて１回のマーキングを実行する（ステップ５０７）。
【００５０】
これにより、複雑なデータを必要とすることなく、文字部２１２と、対応する文字影部２１３とからなる影付き文字２１１をマーキングすることが可能になる。
【００５１】
図７に、上述のような影付き文字２１１のマーキングにおける、文字影部２１３の文字部２１２に対する位置ずらし方法の各種の例を示す。
【００５２】
図７（ａ）は、文字部２１２の左右いずれかの方向にずらして文字影部２１３をマーキングする例を示している。図７（ｂ）は、文字部２１２の上下いずれかの方向にずらして文字影部２１３をマーキングする例を示している。図７（ｃ）は、文字部２１２の斜め方向（右下、左上）いずれかの方向にずらして文字影部２１３をマーキングする例を示している。なお、影部分を多段階にずらしてマーキングしてもよい。各段階でレーザ照射や操作の回数を変化させてもよい。
【００５３】
次に、図８を参照して、本実施の形態において、一般の階調画像データからレーザマーキングデータを生成する例について説明する。
【００５４】
ここでは、図４で説明したマーキングの濃淡制御方法を、面（パターン）に展開した場合を説明する。
【００５５】
複数のドット６００から成る濃淡マーキングを、３回のレーザ照射でおこなう場合は、白灰色・灰色・褐色の３レベルの濃淡をもつパターンをフレーム１、フレーム２、フレーム３に展開する。図８の各フレームで“１”はレーザ照射をおこなうドット６００を表し、“０”はレーザ照射をしないドット６００を表している。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、一例として、レーザ照射系３１０で発生および制御可能な可能なラスタスキャンベクトル、あるいはベクタスキャンベクトルを、ドットサイズに応じた長さで配列してマーキングの有無を制御することで、各ドット６００単位でのレーザ照射の有無を制御することができる。
【００５７】
褐色のドット６００は、３回のレーザ照射によりマーキングするため、全フレームで対応するドット６００にレーザ照射をおこなう。灰色のドット６００は、２回の重複したレーザ照射によりマーキングするため、フレーム１とフレーム２で対応するドット６００にレーザ照射をおこなう。つまり、目的の濃淡マーキングを複数のレーザ照射をおこなうか否かをしめすフレームの重ねあわせにより得る。
【００５８】
なお、図８で、マーキング外観とあるのはマーキング結果として目視される濃淡である。無とはマーキング対象物４００の下地の色を示す。
【００５９】
図９に、一般の階調画像データから、本実施の形態の濃淡制御のためのレーザマーキングデータを生成する方法の一例を示すフローチャートを例示する。
【００６０】
すなわち、制御コンピュータ３３０は、外部からから入力される一般の階調画像データを取り込み（ステップ７０１）、複数フレーム１〜３の各々のマーキングデータに展開する（ステップ７０２、ステップ７０３、ステップ７０４）。
【００６１】
その後、制御コンピュータ３３０は、複数フレーム１〜３の各々を順に個別に用いたマーキング操作を、同一のマーキング領域内に重複して実行する（ステップ７０５、ステップ７０６、ステップ７０７）。
【００６２】
これによりオリジナルの階調画像データの各ドットの濃淡に対応した濃淡分布を持つマーキング画像（マーキング外観）がマーキング対象物に形成される。
【００６３】
次に、図１０を参照して、本実施の形態において、多値・網点方式により、さらに、より高階調のレーザマーキングを行う場合の濃淡制御の一例について説明する。
【００６４】
従来のように、マーキングの有無による単純な２値のレーザマーキングで１６階調のパターンを得ようとした場合、１ドット（画素）を４×４＝１６個のレーザスポット（あるいはベクトルサイズ）で構成する必要があり、要求される画素の最少サイズによっては、レーザスポット（あるいはベクトルサイズ）をきわめて小さくする必要が生じて場合によっては実現困難となることも考えられる。
【００６５】
これに対して、上述のような、本実施の形態の同一領域への重複マーキングによる濃淡制御技術を適用すると、１画素を２×２＝４個のレーザスポットで構成し、ひとつのスポットを４階調（０〜３回の４段階による重複した照射）のマーキングを行うようにすることで、同一のレーザスポット（あるいはベクトルサイズ）にて、より高精細で同じレベルの階調を得ることができ、レーザマーキングによる画像の階調表現力が格段に向上する。
【００６６】
以上説明したように、本実施の形態のレーザマーキング制御技術によれば、同一のマーキング領域への重複したマーキングの回数を制御することでマーキング画像の濃淡を制御するので、コスト増大やマーキングデータ作成の負担増加等を招くことなく、レーザマーキングにおける表現能力の向上を実現することが可能になる。
【００６７】
また、コスト増加、品質の低下等を招くことなく、多階調のレーザマーキングを実現することができる。
【００６８】
また、同一のマーキングデータによる同一のマーキング領域への重複したマーキングの回数の制御と、マーキング位置の移動とを組み合わせることで、影付き文字等を簡便に実現でき、ユーザに余分なデータ作成等の負担を強いることなく、装飾文字指定等の表現能力の向上を実現することができる。
【００６９】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００７０】
マーキング対象物の情報処理機器としては、上述の実施の形態で例示したパーソナルコンピュータにかぎらず、その周辺機器、さらには携帯電話、ＰＤＡ等の一般の情報処理機器に広く適用することができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、コスト増大やマーキングデータ作成の負担増加等を招くことなく、レーザマーキングにおける表現能力の向上を実現することができる、という効果が得られる。
【００７２】
本発明によれば、コスト増加、品質の低下等を招くことなく、多階調のレーザマーキングを実現することができる、という効果が得られる。
【００７３】
本発明によれば、ユーザに余分なデータ作成等の負担を強いることなく、レーザマーキングにおける装飾文字指定等の表現能力の向上を実現することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるレーザマーキング制御方法にてロゴマーキングが実施された情報処理機器の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態であるレーザマーキング制御方法が実施されるレーザマーキング装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態であるレーザマーキング装置におけるレーザ照射系の構成の一例を示す斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施の形態であるレーザマーキング制御方法におけるマーキングの濃淡制御のメカニズムの一例を説明する説明図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施の形態であるレーザマーキング制御方法における影付き文字等の文字修飾の実現方法の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態であるレーザマーキング制御方法における影付き文字のマーキング工程の一例を示すフローチャートである。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施の形態であるレーザマーキング制御方法における影付き文字の各種マーキング例を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態であるレーザマーキング制御方法において、一般の階調画像データからレーザマーキングデータを生成する方法の一例を示す概念図である。
【図９】本発明の一実施の形態であるレーザマーキング制御方法における濃淡制御のためのレーザマーキングデータを生成する方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施の形態であるレーザマーキング制御方法において、多値・網点方式により、より高階調のレーザマーキングを行う場合の濃淡制御の一例を説明する説明図である。
【符号の説明】
１００…パーソナルコンピュータ、１０１…本体、１０２…キーボード、１０３…ヒンジ、１０４…蓋体、１０５…液晶ディスプレイ、２１０…マーキング領域、２１１…影付き文字、２１２…文字部、２１３…文字影部、２２０…マーキング領域、３００…レーザマーキング装置、３１０…レーザ照射系、３１１…レーザ光源、３１２…レーザ、３１３…ガルバノミラー、３１３ａ…モータ、３１４…ガルバノミラー、３１４ａ…モータ、３１５…ｆθレンズ、３２０…加工テーブル、３３０…制御コンピュータ、３４０…記憶装置、４００…マーキング対象物、４０１…照射部位、４０２…照射部位、４０３…照射部位、６００…ドット。

Claims (2)

1. マーキング対象物にレーザを走査してマーキングを行うレーザマーキング制御方法であって、
   マーキング領域を形成する多階調のマーキングデータを、その階調レベルに応じてレーザ照射の有無を示す複数のフレームに展開し、
   展開した前記複数のフレームの各々に応じたレーザ走査またはレーザ照射を、展開した前記フレームの数だけ重複して前記マーキング領域に実行することを特徴とするレーザマーキング制御方法。
2. マーキング対象物にレーザを走査してマーキングを行うレーザマーキング制御方法であって、
   複数の画素から成る多階調のマーキングデータを用いたマーキングにおいて、前記画素を構成する複数の単位領域ごとに階調レベルに応じた複数回の重複したレーザ照射を行うことを特徴とするレーザマーキング制御方法。

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