JP4674992B2 - レーザマーキング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガルバノミラーを備えたレーザマーキング装置に関し、特に、そのガルバノミラーの駆動制御について改良したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、レーザマーキング装置は、例えば図６に示したもののように、レーザ光源から出射されたレーザ光Ｌを、各駆動部３，４に備えられた駆動モータにそれぞれ支持された一対のガルバノミラー１，２によって方向を変えて、例えばｆθレンズ等の収束レンズ５を介して被マーキング対象物Ｗ上に照射点となるマーキングスポットＭを形成する。そして、図示しない制御手段によって印字すべき文字、記号、図形等のマーキング情報に基づいて印字データが生成され、例えば線分要素の始点及び終点間の位置偏差に基づく位置信号が駆動回路（図示しない）に与えられる。すると、駆動回路では与えられた位置信号レベルをその回路定数（例えば、回路内の抵抗値）に応じて所定の制御電流に変換して駆動モータに与える。これによりその制御電流レベルに応じた角度分ガルバノミラー１，２が回動されることになり、もってマーキングスポットＭを被マーキング対象物Ｗ上の所望の位置に移動させることで前記文字等を印字することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなレーザマーキング装置は、製造過程において、次の３つの要素からなる仕様に基づいて適当な特性の収束レンズ５を選択し、駆動回路の回路定数を決定する必要がある。
（１）印字エリア（被マーキング対象物Ｗ上のマーキング可能領域）、
（２）レーザ出射位置から被マーキング対象物までの距離、
（３）スポット径（焦点位置でのレーザビーム径）
例えば、所定の位置にある被マーキング対象物Ｗ上で、所望のスポット径になるようにするには、それに応じた焦点距離を有する収束レンズを選択して配置する。そして、制御手段から位置信号を受けて回動するガルバノミラー１，２の振れ角に対して、スポットの移動範囲が所望の印字エリア内になるように前記回路定数が設定されることになる。
【０００４】
ところが、例えば出荷後にユーザ側で、印字エリアを変更したい、スポット径サイズを変更したい等といった場合には、それに応じて収束レンズを交換する必要が生じる。このうちスポット径を変更する場合を例に挙げて説明する。図７は、レンズ交換前（収束レンズ５ａ）及びレンズ交換後（焦点距離が短い収束レンズ５ｂ）について、印字エリアのうち図６のＹ方向の印字範囲と、ガルバノミラー１の駆動範囲との関係について示したものである。レンズ交換前は、収束レンズ５ａの特性に合わせて、ガルバノミラー１が±θの範囲で回動するように前記駆動回路の回路定数が設定されて、これにより印字範囲が仕様で定められた範囲Ｒ１になるように調整されている（同図参照）。ここで、収束レンズ５ｂに交換すると、両レンズ５ａ，５ｂは焦点距離が互い異なるから、これに伴って、印字範囲もＲ１からＲ２に変わってしまうという問題が生じる。印字範囲をＲ１に戻すには、やはり駆動回路の回路定数を再設定する必要が生じるが、従来のレーザマーキング装置では一旦設定された駆動回路の回路定数を変更することができない構成となっている。
【０００５】
また、埃や傷等が原因で同一種類の収束レンズに交換する場合であっても、例えば曲率収差が微妙に異なる。さらに、従来のレーザマーキング装置のなかには、レーザ光源とガルバノミラーとの間の光路途中に、凹レンズと凸レンズとを並べてこれらの距離を変化させることで、収束レンズに入射するレーザ光のレーザビーム径を変化させて、スポット径を変更できる機能を有したコリメータ装置付きのものがある。ここで、コリメータ装置が、レーザ光源からの光（平行光）を、凹レンズ及び凸レンズ間距離にかかわらず常に理想的な平行光として出射するように構成されていれば問題は生じない。即ち、このような構成であれば、収束レンズは、凹レンズ及び凸レンズ間距離にかかわらず常に同じ入射角のレーザ光をコリメータ装置から受けることになり、もって所定距離の印字面に形成するスポット径の大きさが変わっても焦点距離が変わることはないからである。しかしながら、実際には、レーザ光源からの光は、コリメータ装置内の複数の凹凸レンズを介して収束及び拡散を繰返して収束レンズに至るために、収束レンズに入射する光も常に平行光とはならず、凹レンズ及び凸レンズ間距離に応じて収束光や拡散光になってしまう。これによりスポット径だけでなく焦点距離も変化してしまうことになり、やはり上記と同様に印字エリアが変わってしまうという問題が生じ得る。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、レンズ、焦点距離やスポット径を変更しても、印字エリアを所望の範囲に調整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。
【０００７】
【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、レーザ光源と、レーザ光源の光路の途中に配されて、レーザ光源からのレーザ光の方向を変えるガルバノミラーと、ガルバノミラーを回動させる駆動モータ及び駆動回路からなるガルバノ駆動手段と、ガルバノミラーからのレーザ光を収束して、被マーキング対象物上の照射点となるマーキングスポットを形成する収束レンズと、印字すべき文字、記号、図形等に関するマーキング情報に基づいて、印字データを生成して、それに応じた位置信号をガルバノ駆動手段に与える制御手段とを備えて、制御手段からの位置信号を、駆動回路にてその回路定数に応じた制御電流に変換して駆動モータに与えて、各位置信号レベルに応じた角度分ガルバノミラーを回動させることで、マーキングスポットを被マーキング対象物上に走査させて、文字、記号、図形等を印字するレーザマーキング装置において、駆動回路の回路定数を変更する回路定数変更手段を備え、収束レンズは交換可能に設けられると共に、回路定数変更手段は、駆動回路の回路定数を定める駆動回路の回路要素が交換可能な複数の収束レンズに対応付けられて複数個設けられ、複数の回路要素が切替手段により選択可能に構成されているところに特徴を有する。
【０００８】
請求項２の発明に係るレーザマーキング装置は、レーザ光源と、レーザ光源の光路の途中に配されて、レーザ光源からのレーザ光の方向を変えるガルバノミラーと、ガルバノミラーを回動させる駆動モータ及び駆動回路からなるガルバノ駆動手段と、ガルバノミラーからのレーザ光を収束して、被マーキング対象物上の照射点となるマーキングスポットを形成する収束レンズと、印字すべき文字、記号、図形等に関するマーキング情報に基づいて、印字データを生成して、それに応じた位置信号をガルバノ駆動手段に与える制御手段とを備えて、制御手段からの位置信号を、駆動回路にてその回路定数に応じた制御電流に変換して駆動モータに与えて、各位置信号レベルに応じた角度分ガルバノミラーを回動させることで、マーキングスポットを被マーキング対象物上に走査させて、文字、記号、図形等を印字するレーザマーキング装置において、駆動回路の回路定数を変更する回路定数変更手段を備え、レーザ光源と、収束レンズとの間には、レーザ光のレーザビーム径を変更するコリメータ装置が設けられ、回路定数変更手段は、駆動回路の回路定数を定める駆動回路の回路要素が、コリメータ装置により変更可能な複数のレーザビーム径に対応付けられて複数個設けられ、複数の回路要素が切替手段により選択可能に構成されているところに特徴を有する。
【０００９】
【００１０】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１の構成によれば、回路定数変更手段により駆動回路の回路定数を変更することができるから、上述したように例えば特性の異なる収束レンズにレンズ交換したり、焦点距離又はスポット径を変更した場合であっても、回路定数を変更することで、制御手段からの位置信号の単位レベルに対するガルバノミラーの回動角度の変位量を調整することができ、もって所望の印字エリアに調整することが可能になる。
【００１１】
また、駆動回路の回路定数を定める回路要素が複数の回路要素の中から択一的に選択される。そして、取り付けられた収束レンズに対応する回路要素に切り換えることで、種々の収束レンズに対して位置信号の単位レベルに対するガルバノミラーの回動角度が所望の変位量となるように駆動回路の回路定数を変更することが可能になる。
【００１２】
＜請求項２の発明＞
請求項２の構成によれば、回路定数変更手段により駆動回路の回路定数を変更することができるから、上述したように例えば特性の異なる収束レンズにレンズ交換したり、焦点距離又はスポット径を変更した場合であっても、回路定数を変更することで、制御手段からの位置信号の単位レベルに対するガルバノミラーの回動角度の変位量を調整することができ、もって所望の印字エリアに調整することが可能になる。また、レーザ光源と収束レンズとの間に設けられたコリメータ装置によりレーザ光のレーザビーム径を変更された場合には、やはり印字エリアが変動してしまう。そこで、請求項２の構成によれば、コリメータ装置により変更可能な複数のレーザビーム径に対応する回路要素に切り換えることで、位置信号の単位レベルに対するガルバノミラーの回動角度が所望の変位量となるように駆動回路の回路定数を変更することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
＜関連技術＞
関連技術を図１ないし図３によって説明する。
図１は、関連技術に係るレーザマーキング装置の全体構成を示した概略図である。レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌ１は、一対のガルバノミラー１１によって向きが変えられて、収束レンズ１２ａにより収束されて、被マーキング対象物Ｗａ上に照射点としてのマーキングスポットを形成することになる。そして、コントロール部１３に設けられた例えばコンソール等で構成される設定部１４に入力された文字、記号、図形等のマーキング情報に基づいて、制御部１５において印字データが生成され、例えば線分要素の始点及び終点間の位置偏差に基づく位置信号としてガルバノ駆動手段１６に順次与えられる。ガルバノ駆動手段１６の駆動回路１７では、後述するように各位置信号レベルに応じた制御電流を駆動モータ１８に与えて、その制御電流レベルに応じた角度分ガルバノミラー１１を回動される。これにより、マーキングスポットを被マーキング対象物Ｗａ上の所望の位置に移動させて前記文字等を印字することが可能になる。また、収束レンズ１２ａは、レーザマーキング装置に対して収束レンズ１２ｂ等の複数種類の収束レンズと交換可能に設けられている。
【００１４】
一対のガルバノミラー１１の各ガルバノ駆動手段１６の電気的構成の主要部は共通しており、図２に示したように構成されている。同図において、駆動モータ１８は、その駆動軸２０をケーシング２１（図３参照）に対して回動可能に備え、その駆動軸２０には、前記したガルバノミラー１１が固定されている。ここで、図３には、駆動軸２０が初期位置となったときの、ケーシング２１に対するガルバノミラー１１の相対的な姿勢が、実線で記載して例示されており、関連技術では、このときのガルバノミラー１１の角度を、原点と呼び、説明を簡略化するために、ガルバノミラーの角度変位量については、この原点を基準として説明する。
【００１５】
図２において、符号２２は、駆動モータ１８を回動させるための駆動コイルであって、例えば、駆動コイル２２に流される電流（「制御電流」に相当する）の大きさ及び向きに対応して、ガルバノミラー１１が所定の角度に回動される。また、同図において、符号２３は、ポジションセンサであって、駆動軸２０に連結され、ガルバノミラー１１が、例えば実際に原点からどれだけ離れた角度に位置しているかを検出する。
【００１６】
駆動回路１７は、複数のアンプを備え、制御部１５から出力されＤ／Ａ変換された位置信号を増幅して、前記駆動コイル２２に与える制御電流を生成する。また、駆動回路１７は、ポジションセンサ２３の検出結果を、帰還路２４を介してフィードバックしており、ガルバノミラー１１の現在角度と制御部１５から受けた位置信号との偏差、及び、その偏差の時間微分値に応じて、前記駆動コイル２２への駆動電力を制御する。また、その駆動コイル２２に流れた電流を、帰還路２４を介してフィードバックして、駆動軸２０の回動動作の安定化を図ってある。
前記帰還路２４にて閉ループ回路とされた主幹路の途中には、スイッチ２５が設けられ、駆動コイル２２への電力の供給／停止が切り替えられる。また、前記主幹路に設けたアンプ２７には、そのアンプ２７を駆動させるための給電部にスイッチ２８が設けられ、このスイッチ２８をオンして、アンプ２７が停止されるようにしてある。両スイッチ２５，２８は、例えば振角リミット回路２６からの駆動命令によって駆動される。
【００１７】
さて、関連技術の駆動回路１７の入力抵抗は、「回路定数変更手段」に相当し、可変抵抗２９で構成され、例えばコントローラ部１３からの命令信号に基づいてその抵抗値を加減することができる。これは、例えば抵抗とチョッパとを並列接続して構成されたもの等であってもよい。
【００１８】
次に、関連技術に係るレーザマーキング装置において、レンズ交換した場合の印字エリアの調整の動作について説明する。
関連技術では、まずレーザマーキング装置のレーザ光源１０の出射位置から被マーキング対象物までの距離を考慮に入れて、被マーキング対象物Ｗａ上のマーキングスポットのスポット径が予め定められた仕様通りになるように収束レンズ１２ａが選択されている。そして、収束レンズ１２ａを取り付けたときに、ガルバノミラー１１が駆動されることで移動するマーキングスポットの移動範囲、即ち被マーキング対象物Ｗａ上の印字エリアが仕様通りになるように、駆動回路１７全体の回路定数が調整されている。このとき、例えば図３に示すように、所定レベル（正及び負）の位置信号に対して±θ１だけガルバノミラーが回動するとする。
【００１９】
ここで、前述の被マーキング対象物Ｗａよりもワークまで距離が短い位置にある被マーキング対象物Ｗｂに印字しようとすると、その被マーキング対象物Ｗｂ上でのスポット径が大きくなってしまう。そこで収束レンズ１２ａよりも焦点距離が短い収束レンズ１２ｂにレンズ交換して、被マーキング対象物Ｗｂ上でのスポット径が仕様通りになるようにする。ところが、このままでは被マーキング対象物Ｗｂ上での印字エリアが変動してしまう。これは、ワークまでの距離が短くなったこと、両レンズ１２ａ，１２ｂの特性の相違により屈折率が異なること等による。
そこで、例えばコントローラ部１３からの設定部１４での操作により可変抵抗２９の抵抗値を下げると、前記所定レベルの位置信号に対して操作前よりも高いレベルの制御電流が駆動モータ１８の駆動コイル２２に流れることになり、ガルバノミラー１１は±θ２の角度分回動することになる。従って、被マーキング対象物Ｗｂ上のマーキングスポットの移動範囲を広げることができる。逆に、抵抗値を上げるように操作すると、所定レベルの位置信号に対して操作前によりも低いレベルの制御電流が駆動コイル２２に流れることになり、ガルバノミラー１１は±θ３の角度分回動することになり、もって被マーキング対象物Ｗｂ上のマーキングスポットの移動範囲を狭くすることができる。
【００２０】
このように、駆動回路１７の入力抵抗を可変抵抗２９として駆動回路１７の回路定数を変更することができるから上記のようにレンズ交換をした場合であっても可変抵抗２９の抵抗値を調整することで、位置信号の単位レベル当たりのガルバノミラー１１の回動角度の変位量を加減することができ、もって印字エリアを所望の範囲に修正することができる。なお、関連技術の説明の中ではレンズ交換による印字エリアの調整について説明したが、その他に例えばサーボゲイン、（高域）ダンピングやカレントインテグレート等の調整についても適用することが可能である。
【００２１】
＜第１実施形態＞
図４は（請求項１の発明に対応する）第１実施形態を示す。前記関連技術との相違は、回路定数変更手段の構成にあり、その他の点は前記関連技術と同様である。従って、関連技術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。
【００２２】
図４に示すように、本実施形態の駆動回路１７の回路定数変更手段は、例えば４つの可変抵抗３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ（請求項１の「回路要素」に相当する）を備える。各可変抵抗（３０ａ〜３０ｄ）の一端側は位置信号を受ける入力端子に共通接続されると共に、他端側が切替スイッチ３１（請求項１の「切替手段」に相当する）によって択一的に選択されて駆動回路１７の主要回路側に接続される構成をなす。各可変抵抗（３０ａ〜３０ｄ）は、予め交換が予定されている収束レンズ（本実施形態では４枚）にそれぞれ対応付けられている。これらは、例えば対応する収束レンズをレーザマーキング装置に取り付けて、被マーキング対象物上のマーキングスポットの移動範囲（所定レベルの位置信号に対するガルバノミラー１１の回動角度の変位量）が所望の範囲になるように微調整して抵抗値が予め設定されている。
【００２３】
この構成によれば、レンズ交換の際、それに対応した可変抵抗（３０ａ〜３０ｄ）に切り換えることで駆動回路１７の回路定数を変更し、交換された収束レンズに対応した所望の印字範囲に簡単に設定することができ、調整作業を簡略化させることが可能になる。
【００２４】
＜第２実施形態＞
図５は（請求項２の発明に対応する）第２実施形態を示す。前記第１実施形態との相違は、レーザ光源１０とガルバノミラー１１との光路途中にコリメータ装置４０を備えたところにあり、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。
【００２５】
図５に示すように、コリメータ装置４０は例えば凹レンズ４１及び凸レンズ４２を備えて、両レンズ４１，４２の距離を変更することで収束レンズに入射するレーザ光のビーム径を増減させて、収束レンズ１２ａからのレーザ光の焦点距離を変更するものである。これによりレンズ交換をせずにワークまでの距離の異なる被マーキング対象物Ｗａ，Ｗｂのそれぞれの印字面に対して所望のスポット径のマーキングスポットを形成することが可能になる。しかし、ワークまでの距離が異なればやはり印字エリアが変動してしまう。そこで、本実施形態では回路定数変更手段は、両レンズ４１，４２間の各距離（レーザビーム径）に対応付けられて、例えば４個の可変抵抗（３０ａ〜３０ｄ）により構成されている。これらは、例えばコリメータ装置４０を調整して変更可能な４段階のレーザビーム径となるように凸レンズ４２を移動させて、それらの焦点距離に位置する被マーキング対象物上のマーキングスポットの移動範囲（所定レベルの位置信号に対するガルバノミラー１１の回動角度の変位量）が所望の範囲になるように微調整して抵抗値が予め設定されている。
このような構成であれば、従来説明で述べたようなコリメータ装置の駆動に応じて焦点距離が変化してしまうものであっても、所定の印字エリアに設定することが可能になる。
【００２６】
＜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。
（１）上記第１実施形態での回路定数変更手段の構成とは別に、例えば直列接続された複数個の抵抗と、それらの各間の接続点にスイッチを接続してそれらのスイッチのＯＮ／ＯＦＦの組み合わせにより全体としての抵抗を変化させるものであってもよい。
【００２７】
（２）上記各実施形態では、駆動回路の回路定数を変更する変更手段として、入力抵抗の抵抗値を変更するよう構成したが、これに限らず、例えば駆動回路のいずれかのアンプの増幅率を可変にして、駆動回路の回路定数を変更するものであってもよい。
【００２８】
（３）上記第２実施形態のコリメータ装置付きレーザマーキング装置に対して、可変抵抗２９を有する関連技術の駆動回路１７を適用してもよい。この場合には、例えば、凹凸レンズ４１，４２の距離を検知する検知手段と、その検知手段からの検知信号レベルに応じて可変抵抗の抵抗値を設定する可変抵抗制御部とを設けて、凹凸レンズ４１，４２間の距離の変位に応じた可変抵抗の抵抗値を設定するよう構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 関連技術に係る全体構成の概略図
【図２】 そのガルバノ駆動手段１６の電気的構成図
【図３】 ガルバノミラー１１の正面図
【図４】 本発明の第１実施形態に係るガルバノ駆動手段１６の電気的構成図
【図５】 本発明の第２実施形態に係る全体構成の概略図
【図６】 従来のレーザマーキング装置の斜視図
【図７】 レンズ交換前後の印字エリアの変動を示す模式図
【符号の説明】
１０…レーザ光源
１１…ガルバノミラー
１２ａ，１２ｂ…収束レンズ
１５…制御部
１６…ガルバノ駆動手段
１７…駆動回路
１８…駆動モータ
２７…アンプ
２９…可変抵抗
３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）…可変抵抗
３１…切替スイッチ（切替手段）
４０…コリメータ装置
Ｗａ，Ｗｂ…被マーキング対象物

Claims (2)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源の光路の途中に配されて、前記レーザ光源からのレーザ光の方向を変えるガルバノミラーと、
   前記ガルバノミラーを回動させる駆動モータ及び駆動回路からなるガルバノ駆動手段と、
   前記ガルバノミラーからのレーザ光を収束して、被マーキング対象物上の照射点となるマーキングスポットを形成する収束レンズと、
   印字すべき文字、記号、図形等に関するマーキング情報に基づいて、印字データを生成して、それに応じた位置信号を前記ガルバノ駆動手段に与える制御手段とを備えて、
   前記制御手段からの前記位置信号を、前記駆動回路にてその回路定数に応じた制御電流に変換して前記駆動モータに与えて、各位置信号レベルに応じた角度分前記ガルバノミラーを回動させることで、前記マーキングスポットを前記被マーキング対象物上に走査させて、前記文字、記号、図形等を印字するレーザマーキング装置において、
   前記駆動回路の回路定数を変更する回路定数変更手段を備え、
   前記収束レンズは交換可能に設けられると共に、
   前記回路定数変更手段は、前記駆動回路の回路定数を定める前記駆動回路の回路要素が交換可能な複数の収束レンズに対応付けられて複数個設けられ、前記複数の回路要素が切替手段により選択可能に構成されていることを特徴とするレーザマーキング装置。
2. レーザ光源と、
   前記レーザ光源の光路の途中に配されて、前記レーザ光源からのレーザ光の方向を変えるガルバノミラーと、
   前記ガルバノミラーを回動させる駆動モータ及び駆動回路からなるガルバノ駆動手段と、
   前記ガルバノミラーからのレーザ光を収束して、被マーキング対象物上の照射点となるマーキングスポットを形成する収束レンズと、
   印字すべき文字、記号、図形等に関するマーキング情報に基づいて、印字データを生成して、それに応じた位置信号を前記ガルバノ駆動手段に与える制御手段とを備えて、
   前記制御手段からの前記位置信号を、前記駆動回路にてその回路定数に応じた制御電流に変換して前記駆動モータに与えて、各位置信号レベルに応じた角度分前記ガルバノミラーを回動させることで、前記マーキングスポットを前記被マーキング対象物上に走査させて、前記文字、記号、図形等を印字するレーザマーキング装置において、
   前記駆動回路の回路定数を変更する回路定数変更手段を備え、
   前記レーザ光源と、前記収束レンズとの間には、前記レーザ光のレーザビーム径を変更するコリメータ装置が設けられ、
   前記回路定数変更手段は、前記駆動回路の回路定数を定める前記駆動回路の回路要素が、前記コリメータ装置により変更可能な複数のレーザビーム径に対応付けられて複数個設けられ、前記複数の回路要素が切替手段により選択可能に構成されていることを特徴とするレーザマーキング装置。

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