JP4286677B2 - レーザマーキング装置及びレーザマーキング方法 - Google Patents
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Description
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、作業工数を増加させずにマーキングエリアを超えるマーキングパターンをマーキング可能なレーザマーキング装置及びレーザマーキング方法を提供することを目的とする。
本構成によれば、補正手段により、搬送速度入力手段で入力される速度信号と、マーキングエリアに対する、搬送ワーク上のマーキング位置の移動量とに応じて変化する補正信号をガルバノスキャナに与えて、レーザ光の照射点が、データ記憶手段で記憶された座標データに基づく位置から搬送方向の下流側にずらした位置に補正されるから、マーキングエリア内を通過する搬送ワークに対し、レーザ光の照射点を搬送ワークの移動方向(下流側)に追従させることができる。また、搬送ワークの搬送方向においてマーキングエリアを超えるマーキングパターンを、マーキングエリア内に収まる複数の分割パターンとし、この分割パターン毎に、レーザ光の照射点が補正される構成となっている。したがって、搬送ワークに分割パターンの一つをマーキングした後に、次の分割パターンをマーキングする際には補正信号に応じてレーザ光の照射点が補正されるから搬送方向においてマーキングエリアを超えるマーキングパターンであっても、マーキングすることができる。
例えば、作業者の入力操作によって速度信号を搬送速度入力手段に入力する構成では、実際の搬送速度との誤差が生じるおそれがある。そこで、本構成によれば、搬送速度入力手段は、搬送速度検出手段からの搬送手段の実際の搬送速度に応じて変化する速度信号が入力される構成であるから、実際の搬送手段の搬送速度変化に対応した補正信号に基づき搬送ワークの移動に対してより正確に追従させたマーキングを行うことができる。
搬送手段の振動等により搬送ワーク自身が搬送方向において搬送手段に対して相対的に移動することから、搬送手段の搬送速度と実際の搬送ワークの搬送速度とは若干の誤差が生じる場合がある。そこで、本構成によれば、搬送速度入力手段は、ワーク速度検出手段からの搬送ワークの実際の搬送速度に応じて変化する速度信号が入力される構成であるから、実際の搬送ワークの搬送速度変化に対応した補正信号に基づき搬送ワークの移動に対してより正確に追従させたマーキングを行うことができる。
本構成によれば、作業者が設定手段により搬送ワークの搬送速度を設定する。これにより、搬送速度入力手段には、この設定手段により設定された搬送速度に応じた速度信号が入力される。
本構成によれば、作業者は、パターン設定手段にて前記マーキングパターンをマーキングエリアに収まるパターン(分割パターン)毎に設定する。すると、データ生成手段によってマーキングエリアに収まるパターン毎に、パターン設定手段で設定された各パターンに対応する座標データが生成されデータ記憶手段に記憶される。そして、上記各パターン毎の座標データが、搬送ワークにマーキングする順に順次ガルバノスキャナに与えられることで搬送ワークに上記マーキングパターンがマーキングされる。
このように、作業者がマーキングパターンをマーキングエリアに収まるパターン(分割パターン)毎に設定する構成であれば、レーザマーキング装置側でマーキングパターンを分割する処理が必要なくなり処理の簡略化を図ることができる。
例えば、マーキングパターンをそれを構成する文字、記号、図形等単位を基準に分割して複数の分割パターンとする構成も考えられる(上記請求項1に含まれる構成)。しかし、本構成のように、線要素単位を基準として分割する構成の方が各分割パターンの搬送方向における長さ偏差を抑えることができる。
本構成によれば、補正手段は、搬送手段の搬送速度と、各分割パターンの搬送方向における長さとに基づき定められる時間により、分割パターンに対する補正動作から次の分割パターンに対する補正動作に順次切り替わるようになっている。
本発明の一実施形態について、図1〜図6を参照しつつ説明する。
本実施形態のレーザマーキング装置1は、文字、図形、記号等(以下、「文字等」)のマーキングパターン6に対応させてレーザ光の照射点を所定のマーキングエリア5内で走査するように照射させ、当該マーキングエリア5内を通過する搬送ワークWに対しその搬送方向において上記マーキングエリア5を超える長さのマーキングパターン6をマーキングするためのものである。
本実施形態のレーザマーキング装置1は、図1に全体が示されており、同図において、符号は、レーザ光源10であって、ここから出射されたレーザ光Lはガルバノスキャナ20によって向きが変更される。ガルバノスキャナ20は、一対のガルバノミラー20V,20W、駆動手段20X、20Y及び収束レンズ20Zを備えており、一方のガルバノミラー20Vは、駆動手段X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20Wは、駆動手段20Yによって横方向に角度を変移させることができる。他方のガルバノミラー20Wからのレーザ光Lが収束レンズ20Zで収束されて搬送ワークW上にレーザ光Lの照射点が形成される。そして、これら両ガルバノミラー20V,20Wにより、レーザ光Lが方向に向きを変えられ、上記照射点が、搬送ワークW上を二次元的に移動するようになっている。
制御部30は、後述するように、コンソール35により設定したマーキングパターン6に基づいてそれを構成する線要素について始点及び終点を含む複数点に対応した上記マーキングエリア5上の各位置にレーザ光Lの照射点を移動させるようガルバノスキャナを駆動させるための複数の座標データと、オンオフ制御信号を生成する。
以上の構成により搬送ワークW上に上記文字等をマーキングすることができる。
図1に示すように、搬送ラインは同図の右から左に向かって所定の速度vで流れるように制御されており、ベルトコンベア40(本発明の「搬送手段」に相当する)上を搬送ワークWが搬送される。ベルトコンベア40途中の上方にはレーザマーキング装置1本体が配置されており、搬送されてくる搬送ワークWにレーザ光Lを照射して順次マーキングするようになっている。尚、ベルトコンベア40の搬送速度vは、例えば、コンソール35等に設けられた設定手段(図示しない)により設定できるようになっている。
本実施形態では、図2に示すように、レーザ光源10が筐体内に収容されてレーザ出射ユニット12としてユニット化されている。また、ガルバノスキャナ20が筐体内に収容されて走査ユニット22としてユニット化され、更に、制御部30が筐体内に収容されてコントローラユニット32としてユニット化されている。そして、これらのレーザ出射ユニット12、走査ユニット22及びコントローラユニット32は、同種または異種のものと相互に交換可能となっている。
具体的には、レーザ出射ユニット12は、レーザマーキング装置1において筐体内に、レーザ光源10とともに、外部との信号のやり取りを行うための入出力回路13とが収容されて構成されている。入出力回路13は、発振器用電源18から駆動電流が供給されるレーザ発振器17に電気的に接続されている。また、レーザ光源10からのレーザ光Lは、例えば筐体壁部に形成された開口部を介して挿通された光ファイバケーブルを介して外部に導かれるようになっている。
走査ユニット22は、筐体内に、ガルバノスキャナ20とともに、外部との信号のやり取りを行うための入出力回路23と、D/A変換器24と、サーボ回路25と、近接状態検出部と、印字エリア情報記憶部27と、補正回路29(本発明の「補正手段」相当する)とが収容されて構成されている。入出力回路23は、D/A変換器24、近接状態検出部及び印字エリア情報記憶部27のそれぞれと電気的に接続されている。また、筐体には、レーザ出射ユニット12から導出された光ファイバケーブルの先端側を挿入させるための開口部が形成され、この開口部によって光ファイバケーブルの先端が位置決めされ、この先端からの出射レーザ光Lがガルバノミラー20V,20W側に導かれるようになっている。なお、収束レンズ20Zは、筐体に貫通形成された装着口に嵌着されている。
近接状態検出部は、コンパレータ26A、ウィンドウコンパレータ26B、角度センサ26C及び微分回路26Dから構成されている。そして、D/A変換器24からの各座標データに対応する電圧と、前記ガルバノミラー20V,20Wの回動角度に対応する電圧とに基づいてマーキングされる各線分の始点及び終点である端点の座標データに対する照射点の接近状態を検出し、サーボ回路25に信号を与える。
なお、各分割パターン3A〜3Dのマーキング開始時間は、搬送速度vと、マーキングエリア5に対する、搬送ワークW上の各分割パターン3A〜3Dのマーキング位置の移動量とから求めることができる。
コントローラユニット32は、上記本体ケース内において取り外し可能に設けられた筐体内に、制御部30とともに、外部との信号のやり取りを行うための入出力回路33と、メモリ34(本発明の「データ記憶手段」に相当する)とが収容されている。入出力回路33は、制御部30と電気的に接続されるとともに、レーザ出射ユニット12の入出力回路13及び走査ユニット22の入出力回路23それぞれと例えばコネクタ40,41を介して着脱可能であって、信号伝達可能に(電気的に)接続されている。
そして、作業者がこのコンソール35の表示部で、例えば、搬送方向においてマーキングエリア5の4倍の長さからなるマーキングパターン6を印字する順(図3の左側から右側へ)に順次設定すると、このマーキングパターン6に応じた信号がコンソール35から制御部30に送信される。
以下、上記構成に係るレーザマーキング装置1の制御部30の動作について説明する。レーザマーキング装置1を起動させると制御部30は図5のフローチャートに示す手順に従って動作する。
制御部30には、ロータリエンコーダ51からの搬送速度vに応じたパルス信号Sが入力され続けるともに、ワーク検出装置53からのワーク検出信号Jの監視を行う。また、制御部30はワーク検出信号Jを受けると、遅延時間tと、遅延時間t経過して搬送ワークWの先端が収束レンズ20Zのの中心位置の真下に位置した後に最初の分割パターン3A〜3Dの開始位置に達する時間となるまで待機する。
次に、制御部30は分割パターンの順番を初期化して最初の分割パターン3Aとし(S11)、経過時間のカウントを開始する(S12)。最初の分割パターン3Aでは(S13で「Y」)、搬送ワークWが最初にマーキングする分割パターン3Aの開始位置に達する時間が経過すると(S14)、制御部30はマーキング開始信号Tを入出力回路23,33を介して補正回路29に出力する(S15)。
そして、制御部30は、最初の分割パターン3Aの座標データをメモリ34から読み出し、この座標データを入出力回路23,33を介してD/A変換器24に順次出力しつつ、レーザ発振器17をオンオフ制御するための出力信号をレーザ発振器17に与えるとともに、パルス信号Sを入出力回路23,33を介して補正回路29に出力する動作を開始する(S16)。そして、このパルス信号Sに基づいて、ガルバノミラーを回動させる電圧レベルが増加して最初の分割パターン3Aの左側の文字から順に搬送ワークWの移動に追従するようにしてマーキングが行われる。
これにより、搬送ワークW上へのマーキングパターン6のマーキングが終了する。
次に、本発明の実施形態2を図7によって説明する。
実施形態1では、マーキングエリア5と搬送方向に同じ長さDの分割パターン3A〜3Dでマーキングパターン6を分割する場合について説明したが、実施形態2では、マーキングエリア5と同じ長さDで分割しようとすると、隣接する分割パターンの境界部分がマーキングしようとする文字に触れてしまうため、マーキングエリア5よりも搬送方向に小さい長さD´の分割パターンを形成するものであり、その他の点は前記第1実施形態と同様である。従って、第1実施形態と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
1文字が隣接する分割パターンの境界部分に位置した状態でマーキングした場合には、この境界部分にマーキングのずれ等が生じることがあるが、本実施形態によれば、マーキングのずれ等が生じない。
図8は本発明の実施形態3を示す。
実施形態3では、マーキングすべき文字が所定の線要素単位で構成されており(例えば、図8(a)の文字Aを構成する各線要素単位a1,a2,a3,a4,a5)、この線要素単位でマーキングエリア5と同じ大きさの分割パターン3A〜3Dでマーキングパターン6を分割することが可能である場合には、その大きさで分割する(図8(a))。一方、マーキングエリア5と同じ長さDで分割パターン3A〜3Dを構成できない場合には、線要素単位で分割できる長さD´まで分割パターン3Aを小さくするものである。なお、他の分割パターンについても同様である。このように、線要素単位を基準として分割する構成の方が各分割パターンの搬送方向における長さ偏差を抑えることができる。
実施形態4では、搬送速度vを検出する手段として、ロータリエンコーダ51に代えて、図1の二点鎖線に示すように、搬送方向のA地点及びB地点に光電センサを備えた速度検出装置52(本発明の「ワーク速度検出手段」に相当する)を設け、このAB間の所定の距離と、BからAに到達するまでの時間とから搬送ワークWの実際の速度を検出し、この検出した速度をパルス信号Uとして入出力回路33に入力するようにしたものである。
搬送手段の振動等により搬送ワーク自身が搬送方向においてベルトコンベア40に対して相対的に移動することから、ベルトコンベア40の搬送速度vと実際の搬送ワークの搬送速度vとは若干の誤差が生じる場合がある。そこで、入出力回路33は、速度検出装置52からの搬送ワークの実際の搬送速度に応じて変化するパルス信号Sが入力される構成であるから、実際の搬送ワークの搬送速度変化に対応した補正信号Pに基づき搬送ワークWの移動に対してより正確に追従させたマーキングを行うことができる。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次の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。
また、コンソール35の表示部にマーキングパターン6の一部を表示させ、この一部について設定できるようにしておき、この表示部をスクロールさせることによって、マーキングパターン6の全体が設定できるようにしてもよい。
ここで、作業者がマーキングパターン6と分割パターン3A〜3Dの搬送方向における長さとを設定し、制御部30により分割パターン3A〜3Dの座標データをメモリ34に記憶させる構成としてもよく、また、作業者がマーキングパターン6のみ設定し、制御部30にてマーキングエリア5を超える長さのマーキングパターン6を分割パターン3A〜3Dに分割させ、この分割パターン3A〜3Dの座標データをメモリ34に記憶させる構成としてもよい。
6…マーキングパターン
10…レーザ光源
17…レーザ発振器
20…ガルバノスキャナ
20V,20W…ガルバノミラー
20X、20Y…ガルバノ駆動手段
24…D/A変換器(データ付与手段)
25…サーボ回路
27…印字エリア情報記憶部
29…補正回路(補正手段)
30…制御部
33…入出力回路(搬送速度入力手段)
34…メモリ(データ記憶手段)
35…コンソール
40…ベルトコンベア(搬送手段)
50…ロータリエンコーダ
53…ワーク検出装置
P…補正信号
S…パルス信号(速度信号)
Claims (8)
- 文字、図形、記号等のマーキングパターンに対応させてレーザ光の照射点を所定のマーキングエリア内で走査するように照射させ、当該マーキングエリア内を連続的に搬送される搬送ワークに対しその搬送方向において前記マーキングエリアを超える長さのマーキングパターンをマーキングするためのレーザマーキング装置であって、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されるレーザ光の方向を換えて前記マーキングエリア内で前記レーザ光の照射点を走査するガルバノスキャナと、
前記マーキングエリアを超える長さのマーキングパターンが、前記マーキングエリア内に収まる複数の分割パターンとされ、これら各分割パターン毎に、それを構成する線要素の始点及び終点を含む複数点に対応した前記マーキングエリア上の各位置に前記レーザ光の照射点を移動させるよう前記ガルバノスキャナを駆動させるための複数の座標データが記憶されるデータ記憶手段と、
前記データ記憶手段で記憶された前記複数の分割パターンの座標データを、前記搬送ワーク上におけるマーキング位置が下流側の分割パターンの座標データから順に前記ガルバノスキャナに与えるデータ付与手段と、
前記搬送ワークの搬送速度または前記搬送ワークを搬送するための搬送手段の搬送速度に応じた速度信号が入力される搬送速度入力手段と、
前記各分割パターン毎に、前記搬送速度入力手段で入力される速度信号と、前記マーキングエリアに対する、前記搬送ワーク上の前記各分割パターンのマーキング位置の移動量とに応じて変化する補正信号を前記ガルバノスキャナに与えて、前記レーザ光の照射点が、前記データ記憶手段で記憶された座標データに基づく位置から前記補正信号に応じて前記搬送方向の下流側にずらした位置に補正するための補正手段とを備えたことを特徴とするレーザマーキング装置。 - 前記搬送速度入力手段は、前記搬送手段の搬送速度を検出する搬送速度検出手段から出力される速度信号が入力される構成になっていることを特徴とする請求項1記載のレーザマーキング装置。
- 前記搬送速度入力手段は、前記搬送ワークの搬送速度を検出するワーク速度検出手段から出力される速度信号が入力される構成になっていることを特徴とする請求項1記載のレーザマーキング装置。
- 作業者が前記搬送ワークの搬送速度を設定可能な設定手段が備えられ、前記搬送速度入力手段は、この設定手段により設定された搬送速度に応じた速度信号が入力される構成になっていることを特徴とする請求項1記載のレーザマーキング装置。
- 作業者が前記マーキングパターンを、前記マーキングエリアに収まるパターン毎に設定するためのパターン設定手段と、
前記パターン設定手段で設定された各パターン毎にそれに対応する前記座標データを生成し、前記マーキングエリアに収まるパターン毎に前記データ記憶手段に記憶するデータ生成手段とを備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のレーザマーキング装置。 - 前記複数の分割パターンは、前記マーキングパターンを、それを構成する線要素単位を基準として前記マーキングエリア内に収まるように分割されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のレーザマーキング装置。
- 前記補正手段は、前記搬送手段の搬送速度と、前記各分割パターンの前記搬送方向における長さとに基づき定められる時間により、前記分割パターンに対する補正動作から次の分割パターンに対する補正動作に切り替えることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のレーザマーキング装置。
- レーザ光源から出射されるレーザ光の照射点を所定のマーキングエリア内において文字、図形、記号等からなるマーキングパターンをガルバノスキャナによって走査するように照射させ、当該マーキングエリア内を連続的に搬送される搬送ワークに対しその搬送方向において前記マーキングエリアを超える長さのマーキングパターンをマーキングするためのレーザマーキング方法であって、
前記マーキングエリアを超えるマーキングパターンが、前記マーキングエリア内に収まる複数の分割パターンとされ、これら各分割パターン毎に、それを構成する線要素の始点及び終点を含む複数点に対応した前記マーキングエリア上の各位置に前記レーザ光の照射点を移動させるよう前記ガルバノスキャナを駆動させるための複数の座標データをデータ記憶手段に記憶し、この記憶された前記複数の分割パターンの座標データを、前記搬送ワーク上におけるマーキング位置が下流側の分割パターンの座標データから順に前記ガルバノスキャナに与えるとともに、
前記各分割パターン毎に、入力される前記搬送ワークの搬送速度と、前記マーキングエリアに対する、前記搬送ワーク上の前記各分割パターンのマーキング位置の移動量とに応じて変化する補正信号を前記ガルバノスキャナに与えて、前記レーザ光の照射点が、前記データ記憶手段で記憶された座標データに基づく位置から前記補正信号に応じて前記搬送方向の下流側にずらした位置に補正することを特徴とするレーザマーキング方法。
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