JP4636733B2

JP4636733B2 - レーザマーキング装置

Info

Publication number: JP4636733B2
Application number: JP2001168086A
Authority: JP
Inventors: 薫水谷
Original assignee: Panasonic Electric Works SUNX Co Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2021-06-04
Also published as: JP2002361444A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光源からのレーザ光の方向を変えて被マーキング対象物上に照射点を走査するガルバノスキャナを備えたガルバノスキャニング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は、レーザ光を出射するレーザ光源と、その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の照射点を走査するガルバノスキャナと、印字すべき文字、記号、図形等のマーキング情報に基づいてレーザ光源及びガルバノスキャナを駆動制御する制御手段とを備えている。制御手段は、設定されたマーキング情報を種々の線分要素に分け、それら各線分要素のそれぞれについて、その線分要素を構成する始点及び終点を含む複数の座標データを、その線分要素の長さに応じて補正した距離毎に順次に生成する。より詳しく説明すると、制御手段には予め基準距離ｄ1（例えば、照射点のスポット径の２分の１の長さ。図４及び図５において点線の円はスポット外形を示す）が設定されており、例えば長さがＬ1（＝ｄ1×５）の線分要素については、図４（Ａ）に示すように、始点Ｓから終点Ｅまで基準距離ｄ1毎の複数の座標データを生成する。
【０００３】
一方、長さがＬ2（＝ｄ1×５＋ｑｑ（＜ｄ1）は線分要素Ｌ2を基準距離ｄ1で割ったときの余りの長さ。以下「端数距離」という）の線分要素については、同図（Ｂ），（Ｃ）に示すように、例えば前記基準距離ｄ1を、ｄ2（＝ｄ1＋（ｑ／５））に補正して、補正後の距離ｄ2毎の座標データを生成する。そして、各線分要素の長さに応じた距離毎の座標データが、所定の時間毎にガルバノスキャナに順次に与えられ、ガルバノスキャナは各座標データの位置偏差に応じて順次駆動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のレーザマーキング装置において、上述した各座標データ間の距離の補正処理の際、それら各座標データをガルバノスキャナに与える時間も、レーザ光源の光強度も変更されずに常に一定である。例えば、線分要素Ｌ1について生成された基準距離ｄ1毎の座標データが、例えば予め設定されたマーキング速度Ｖと、基準距離ｄ1とから算出される時間ｔ（＝ｄ／Ｖ）でガルバノスキャナに順次与えられるとする。これに対して、線分要素Ｌ2について生成された距離ｄ2毎の座標データも、前記時間ｔでガルバノスキャナに与えられるように構成されているのである。
【０００５】
従って、線分要素Ｌ1については、レーザ光の照射点が時間ｔ毎に距離ｄ1ずつ走査され、もって速度Ｖ1（＝ｄ1／ｔ）で印字されることになる。これに対して、線分要素Ｌ2は、レーザ光の照射点が時間ｔ毎に距離ｄ2ずつ走査され、もって速度Ｖ2（＝ｄ2／ｔ）で印字されることになる。つまり、従来のレーザマーキング装置は、各線分要素について、それぞれの線分要素の長さに応じた距離の座標データを生成し、これら各座標データを一定の時間毎にガルバノスキャナに与える構成としていたので、それに応じて印字速度も変わり、結果的に単位面積当たりの照射量が変わってしまいマーキング情報全体として、それを構成する各線分要素毎に印字深さにバラツキが生じるという問題があった。
【０００６】
更に、図５に示すように、端数距離ｑ3が基準距離ｄ１よりやや小さい線分要素Ｌ3（＝ｄ1×４＋ｑ3）、端数距離ｑ4が基準距離ｄ1よりやや大きい線分要素Ｌ4（＝ｄ1×４＋ｑ4）の全体として微妙に長さの異なる２本の線分要素については、以下のような補正処理がされていた。線分要素Ｌ3では、端数距離ｑ3を、始点から４つ目の座標データまでの４つのデータ間隔に均等配分して補正した距離ｄ3（＝ｄ1＋（ｑ3／４））毎の座標データが生成される。一方、線分要素Ｌ4では、距離ｄ1から端数距離ｑ4だけ差し引いた長さ（＝ｄ1−ｑ4）を、始点から５つ目の座標データまでの５つの各データ間隔からそれぞれｑ4／５だけ差し引いた距離ｄ4（＝ｄ1−（ｑ4／５））毎の座標データが生成される。このような構成であると、長さがほとんど変わらない２本の線分要素についても座標データの距離に応じて印字速度が変わり、結果的に単位面積当たりの照射量が変わってしまい印字深さのバラツキが生じ得る。
【０００７】
また、例えば同じ端数距離ｑを生じる、短い線分要素（例えば長さがｄ1×２＋ｑ）と長い線分要素（例えば長さがｄ1×８＋ｑ）とについてみてみると、基準距離ｄ1は、短い線分要素ではｄ1＋（ｑ／２）の距離、長い線分要素ではｄ１＋（ｑ／８）の距離にそれぞれ補正される。つまり、短い線分要素は、長い線分要素よりも生成される座標データが少ないために、基準距離ｄ1に対する補正量が大きくなる。従って、上述した端数距離が生じる線分要素と、そうでない線分要素とでの印字速度の差によって生じる印字深さのバラツキという問題は、ある程度短い線分要素についてより顕著に現れる。例えば、レーザマーキング装置では、図６（Ａ）に示したＱＲコード等の２次元コードを印字する場合がある。この２次元コードは、複数の定形要素Ｔを所望の配列に組み合わせて構成され、１次元コード（例えば、いわゆるバーコード）に比べて、多くの情報をコード化することができる。具体的には、図６（Ｂ）に簡略化して示すように、マトリクス状に縦横に並んだ小さな正方形に黒色を付して定形要素Ｔとし、この定形要素Ｔの配列の相違によって、製造年月日、製品番号等の情報がコード化される。定形要素Ｔは、例えば同図（Ｂ）の左上に示すような走査パターンＰに沿ってレーザ光を走査させることで、対象物に印字される。ここで、定形要素Ｔは極めて狭い領域であり、走査パターンＰを構成する各線分要素の長さも極めて短く、ほとんど一点照射に近い状態で印字されることになる。従って、このような極めて短い線分要素について、前述したように端数距離に応じて基準距離ｄ1を補正すると、補正がされない線分要素に比べて印字深さが異なり上記各定形要素Ｔについて印字深さのバラツキが生じてしまう。これでは、ＱＲコードが不鮮明になり、２次元コートを読み取る際に読み取りのエラーが発生し得る。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、印字深さのバラツキなくマーキング情報を印字することが可能なレーザマーキング装置を提供するところにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る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の照射点を走査するガルバノスキャナと、レーザ光源のオンオフ制御を行うと共に、印字すべき文字、記号、図形等を構成する線分要素のそれぞれについて、その線分要素を構成する始点を含む複数の座標データを順次に生成し、それら各座標データを、ガルバノスキャナに順次与える制御手段とを備えたレーザマーキング装置において、制御手段は、複数の座標データを、予め定められた一定の基準距離毎の座標データとして生成し、線分要素のうち基準距離の長さで割り切れる長さの線分要素については、始点を含む複数の座標データを基準距離毎に当該線分要素の終点まで生成し、線分要素のうち基準距離の長さで割り切れずに端数距離が生じる長さの線分要素については、始点を含む複数の座標データを基準距離毎に当該線分要素の終点手前の点まで生成し、前記端数距離の部分の座標データは生成せず、それらの各座標データを基準距離の長さに対応する時間毎にガルバノスキャナに順次与えるところに特徴を有する。
【００１０】
【発明の作用及び効果】
請求項１の構成によれば、制御手段によって、印字すべき文字、記号、図形等を構成する線分要素のそれぞれについて、それら各線分要素の長さに関係なく定められた一定の基準距離毎の座標データが、始点から順に生成される。ここで、基準距離の長さで割り切れずに端数距離が生じる長さの線分要素についても、同じく一定の基準距離毎の座標データが、始点から終点手前の点まで生成される。そして、それら各座標データが、基準距離の長さに対応する時間毎にガルバノスキャナに順次与えられる。
このように、各線分要素の長さに関係なく、常に一定の基準距離毎の座標データが生成されて、それらが、基準距離の長さに対応する一定の時間毎にガルバノスキャナに与えられるから、レーザ光の照射点は被マーキング対象物上を常に一定の印字速度で走査することになり、もって印字深さのバラツキなく文字、記号、図形等を印字することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を図１ないし図３によって説明する。
図１において、符号１０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２０によって向きが変更されて被マーキング対象物Ｗ上に照射される。ガルバノスキャナ２０は、一対のガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗと収束レンズ２０Ｚを備えており、一方のガルバノミラー２０Ｗは、駆動手段２０Ｙによって縦方向に反射角度を変移させることができ、他方のガルバノミラー２０Ｖは、駆動手段２０Ｘによって横方向に反射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２０Ｖ，２０Ｗによりレーザ光は直交する２方向において向きを調整可能とされ、その結果、レーザ光の照射点が被マーキング対象物Ｗ上のいずれの位置にも移動可能となる。なお、収束レンズ２０Ｚは例えばｆθレンズから構成されており、ガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗで反射されたレーザ光を収束して被マーキング対象物Ｗ上に焦点（本発明の「レーザ光の照射点」）を結ばせる機能を有する。
【００１２】
上記ガルバノスキャナ２０の各駆動手段２０Ｘ，２０Ｙは制御手段に相当するコントローラ３０により制御される。このコントローラ３０には図示しないコンソールが接続され、マーキングしたい所望の文字・記号・図形等をそのコンソールに設定すると、コントローラ３０がそれに応じたガルバノスキャナ２０にデータを与える。より詳細には、コントローラ３０には文字・記号・図形等のフォントデータを記憶したメモリが内蔵され、マーキングすべき文字等が設定されるとそのフォントデータに基づき、その文字等を構成する線分要素のデータが読み出される。そして、図示しないＣＰＵが、各線分要素について、次述する制御ルーチンに基づき被マーキング対象物Ｗへの照射位置を決定する複数の座標データを生成し、Ｄ／Ａ変換してガルバノスキャナ２０の各駆動手段２０Ｘに与えると共に、レーザ光源のオンオフ制御を行うようになっている。なお、マーキング速度をコンソールで所望の速さに設定することができる。
【００１３】
さて、前記ＣＰＵによって実行される制御内容について、図３に示すフローチャートを参照しつつ、図２に示した長さの異なる２本の線分要素Ｌ10，Ｌ11を例に挙げて説明する。なお、線分要素Ｌ10の長さはＬ10（＝後述する基準距離の長さｄ10×５）、線分要素Ｌ11の長さはＬ11（＝基準距離の長さｄ10×５＋ｑ10）であるとし、これらは共に後述する基準線分の長さＬMよりも短いものとする。
【００１４】
まず、線分要素Ｌ10を印字する場合には、ステップＳ１において所定の基準線分の長さＬMより短いかどうかが判断され、短いときには、ステップＳ２で線分要素Ｌ10が予め設定された基準距離ｄ10（例えば、照射点のスポット径の２分の１の長さで約３０ミクロン。図２において点線の円はスポット外形を示す）で割り切れる長さであるかどうかが判断される。線分要素Ｌ10は基準線分ＬMで割りきれる長さである（ステップＳ２にてＹｅｓ）から、図２（Ａ）に示すように、始点Ｓから順に終点Ｅまで、基準距離ｄ10毎の６つの点の座標データが順次に生成される（ステップＳ３）。そして、それら各座標データを一定時間毎、本実施形態では基準距離ｄ10を設定されたマーキング速度Ｖを除して算出される時間ｔ（＝ｄ10／Ｖ）の時間毎に、始点Ｓの座標データから順にガルバノスキャナ２０に転送されると共に、例えば始点Ｓの座標データの転送と同時にレーザ光源１０にＯＮデータが転送される（ステップＳ５）。そして、終点Ｅの座標データの転送と同時にレーザ光源１０にＯＦＦデータが転送されて（ステップＳ６）、レーザ光源が停止される。これにより、ガルバノスキャナ２０は、レーザ光源１０からのレーザ光の照射点を、時間ｔ毎に基準距離ｄ10ずつ被マーキング対象物Ｗ上を移動させることになり、もって設定されたマーキング速度Ｖの一定速度で印字されることになる。
【００１５】
一方、線分要素Ｌ11を印字する場合には、上記同様に、基準線分の長さＬMより短いことが判断され（ステップＳ１でＹｅｓ）、基準距離ｄ10の長さで割り切れる長さかどうかが判断される。線分要素Ｌ11は基準距離ｄ10で割ると端数距離ｑを生じる長さである（ステップＳ２でＮｏ）。従って、ステップＳ４において、始点Ｓから終点Ｅの手前の点（本実施形態では始点Ｓから５つ目の点）まで、基準距離ｄ10毎の６つの点の座標データが順次生成される。そして、始点Ｓから終点Ｅ手前までの点の各座標データがやはり時間ｔ（＝ｄ10／Ｖ）毎に順にガルバノスキャナ２０に転送されると共に、始点Ｓの座標データの転送と同時にレーザ光源１０にＯＮデータが転送される（ステップＳ５）。その後、終点Ｅの座標データの転送と同時にレーザ光源１０にＯＦＦデータが転送されて（ステップＳ６）、レーザ光源１０が停止される。これにより、やはりレーザ光源１０からのレーザ光の照射点を、時間ｔ毎に基準距離ｄ10ずつ被マーキング対象物Ｗ上を移動させることになり、もって設定されたマーキング速度Ｖの一定速度で印字されることになる。
【００１６】
このように構成されたレーザマーキング装置で、従来説明でも記載した２次元コード（図６参照）を印字する場合であっても、全ての定形要素Ｔについて常に一定の印字深さで印字することができ、もって読み取る際の読み取りエラーという問題を回避することができる。
【００１７】
なお、基準線分ＬM以上の長さの線分要素（ステップＳ１にてＮｏ）に対する処理（図３では「通常処理」と記載）については説明しなかったが、例えば前述した従来のレーザマーキング装置と同じように、線分要素の長さに応じて基準距離ｄ10を補正する構成であってもよい。
【００１８】
更に、基準線分ＬMより短い線分要素についてのみ本発明を適用したが、全ての長さの線分要素について適用した構成であってもよい。本実施形態のような構成にした理由は、前述の従来説明でも記述したように、ある程度長い線分要素については、従来のレーザマーキング装置で補正処理がされても基準距離ｄ10に対する補正量は微小である。従って、補正処理を要しない線分要素のマーキング速度とそれほど変わらず印字深さの差も生じないと考えられるからである。
【００１９】
このように、線分要素Ｌ11のように、基準距離ｄ10の長さで割り切れずに端数距離が生じる長さの線分要素について、当該線分要素の始点Ｓから終点Ｅ手前の点まで、基準距離ｄ10毎の複数の座標データとして生成し、始点Ｓから終点Ｅ手前の点の各座標データを時間ｔ毎にガルバノスキャナ２０に随時与えるよう構成した。これにより、基準距離ｄ10の長さで割り切れる線分要素Ｌ10と同じマーキング速度で印字されるから、印字深さにバラツキは生じない。しかも、各線分要素の長さにかかわらず、基準距離ｄ10で割り切れる部分のみ、常に一定の基準距離ｄ10で座標データが生成され、一定の時間ｔで転送され、フィードバック処理等の複雑な補正処理が必要ないからマーキングの高速化という目的に対しても効果は発揮し得る。
なお、このような構成では、端数距離が生じる線分要素Ｌ11については、終点Ｅの手前の点まで印字され、端数距離の部分は印字されない。しかしながら、本実施形態では、この端数距離は、極めて小さく、例えば上述したように約３０ミクロン（照射点のスポット径の２分の１の長さ）より短い長さであるから実質的な影響はない。
【００２０】
＜他の実施形態＞
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。
【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キング装置の全体構成図
【図２】各線分要素の長さ、座標データ及びマーキング速度の関係を示した説明図
【図３】ＣＰＵによる制御ルーチン
【図４】従来のレーザマーキング装置の各線分要素の長さ及び座標データの関係を示した説明図（その１）
【図５】各線分要素の長さ及び座標データの関係を示した説明図（その２）
【図６】ＱＲコードを示した模式図
【符号の説明】
１０...レーザ光源
２０...ガルバノスキャナ
３０...コントローラ（制御手段）
Ｅ...終点
Ｓ...始点
Ｌ10，Ｌ11...線分要素
Ｗ...被マーキング対象物
ｄ10...基準距離
ｑ10...端数距離

Claims

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の照射点を走査するガルバノスキャナと、
前記レーザ光源のオンオフ制御を行うと共に、印字すべき文字、記号、図形等を構成する線分要素のそれぞれについて、その線分要素を構成する始点を含む複数の座標データを順次に生成し、それら各座標データを、前記ガルバノスキャナに順次与える制御手段とを備えたレーザマーキング装置において、
前記制御手段は、前記複数の座標データを、予め定められた一定の基準距離毎の座標データとして生成し、前記線分要素のうち前記基準距離の長さで割り切れる長さの線分要素については、前記始点を含む複数の座標データを前記基準距離毎に当該線分要素の終点まで生成し、前記線分要素のうち前記基準距離の長さで割り切れずに端数距離が生じる長さの線分要素については、前記始点を含む複数の座標データを前記基準距離毎に当該線分要素の終点手前の点まで生成し、前記端数距離の部分の座標データは生成せず、
それらの各座標データを前記基準距離の長さに対応する時間毎に前記ガルバノスキャナに順次与えることを特徴とするレーザマーキング装置。