JP4731138B2

JP4731138B2 - レーザマーキング装置並びにレーザマーキング装置の座標データ生成方法

Info

Publication number: JP4731138B2
Application number: JP2004224652A
Authority: JP
Inventors: 均宮本
Original assignee: Panasonic Electric Works SUNX Co Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: JP2006043714A

Description

本発明は、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並びに座標データ生成方法に関する。

この種のレーザマーキング装置の電気的な構成はコンソール、フォントデータ記憶部、ＣＰＵ、記憶手段、制御手段、Ｄ／Ａ変換手段、サーボ回路を主体として構成される。例えばコンソールから文字等の入力がなされると、その文字に対応するフォントデータ（ベクトルデータ）がフォントデータ記憶部から読み出される。その後、ＣＰＵにより読み出されたフォントデータが複数の点の座標データに変換され、これが記憶手段に記憶される。記憶手段からはＤ／Ａ変換手段に対し座標データの出力がなされ、これが所定の変換周期（座標データの出力周期とは無関係な周期）でアナログ信号である電圧値に変換される。これにより、サーボ回路を介してガルバノミラーを駆動・制御するようになっている。尚、制御手段は記憶手段からの座標データの出力周期を制御するとともに、レーザ光源のＯＮ・ＯＦＦ制御を行っている。
特許第３２２８７１７号公報

ところで、マーキング情報の座標データ（複数の点の座標データ）は隣合う座標データの間隔が所定長（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）となるように生成されるが、このような座標間隔が固定的な決定のされかたであると、設定される印字速度に応じて各座標データごとの印字時間の長さが変わってしまう。例えば、マーキング装置には高速・低速等の速度モードが設定されることがあるが、座標間隔が高速・低速に拘わらず等しいのであれば、高速で印字する場合には各点（座標データ）当たりの印字時間が短くなる一方、低速で印字する場合には印字時間が長くなる。そのため、低速印字の際には同一点に必要以上レーザ光が照射されマーキングが深ぼりとなる嫌いがあった（マーキング品質の低下）。

加えて、各点の印字時間が長くなれば、当然に座標データの出力周期（更新周期）も長くなるから、座標のデータの更新が行われないままＤ／Ａ変換器は同じ座標データを数度に亘ってアナログ信号に変換し続けるという事態が生ずる。これは、Ｄ／Ａ変換器の処理能力からみれば、低速印字の際には座標間隔をより狭く設定しても十分に処理能力があることを意味しており、この点においても改良の余地があった。

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、印字速度に拘わらず良好なマーキング品質を維持することが出来るマーキング装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、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・図形等のマーキング情報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座標データ生成手段と、
生成された座標データを前記座標データ生成手段より出力させる制御手段と、この座標データ生成手段から出力された座標データを所定の変換周期Ｔｏごとにアナログ信号に変換して前記ガルバノミラーに出力するＤ／Ａ変換手段と、印字速度Ｖを入力操作するための入力手段と、を備え、前記入力手段を通じて入力された印字速度Ｖに基づいて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であって、前記座標データ生成手段は各座標データごとの印字時間の長さと前記変換周期Ｔｏとが等しくなるように前記入力された印字速度Ｖ並びに前記変換周期Ｔｏより各座標データ間の座標間隔を決定し、その座標間隔で前記マーキング情報における前記線分の始点から終点までの各点を構成する前記座標データを生成し、更に、前記制御手段は前記座標データ生成手段から出力される座標データの出力タイミングを前記変換周期Ｔｏごとに前記Ｄ／Ａ変換手段による前記座標データのアナログ変換が１回行われるように制御しているところに特徴を有する。尚、ここで言う入力とは、入力により印字速度を速くしたり、遅くしたり変えられることを意味します。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記制御手段に対し前記変換周期Ｔｏごとにタイミング信号を出力する同期信号出力手段を備え、前記制御手段は前記座標データの出力周期と前記変換周期Ｔｏとが同期するように前記座標データの出力周期を前記タイミング信号に基づいて制御しているところに特徴を有する。

請求項３の発明は、座標データ生成手段によって生成される文字・記号・図形等のマーキング情報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Ｄ/Ａ変換手段によって所定の変換周期Ｔｏごとにアナログ信号に変換し、変換されたアナログ信号に基づいてガルバノミラーを駆動させることでレーザ光源からのレーザ光を被マーキング対象物上の所望の位置に照射し、入力手段を通じて入力された印字速度Ｖで印字するよう構成されたレーザマーキング装置の座標データ生成方法であって、前記座標データ生成手段は各座標データごとの印字時間と前記変換周期Ｔｏとが等しくなるように前記入力された印字速度Ｖ並びに前記変換周期Ｔｏより各座標データ間の間隔を決定し、決定された間隔に基づいて前記各座標データを生成するところに特徴を有する。

＜請求項１・３の発明＞
請求項１・３の発明によれば、印字速度に拘わらず各点（座標データ）の印字時間が一定となるから被マーキング対象物に対してマーキング情報を斑無く（主として、印字深さ）印字できる。また、座標データの印字時間と変換周期Ｔｏとが等しくなるように座標間隔が決定される。このような設定であれば、Ｄ／Ａ変換手段の処理能力を越えない範囲内で座標間隔を狭く設定することも可能（低速では座標間隔が短く、高速では座標間隔が広くなる）である。以上のことから、従来より問題となっていた低速印字の際に、マーキングラインのところどころが深ぼりとなってマーキングラインが歪になるという事態が解消され、滑らかな印字が可能となる。

＜請求項２の発明＞
請求項２の発明によれば、座標データの出力周期と変換周期Ｔｏとを同期させることが可能となるため、座標データの出力時期に対しガルバノミラーの制御が遅れなく開始されることとなるからマーキングラインがより滑らかになる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図４によって説明する。
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２２０Ｖ，２２０Ｗを備えており、一方のガルバノミラー２２０Ｗ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，２２０Ｗ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。

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、おおまかにはレーザ光源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とから構成されている。

＜コントローラ部＞
図２に示す１１０はコンソールであって文字・記号・図形等のマーキング情報の入力並びに、印字速度Ｖを選択（本実施形態では高速、中速、低速の３段階が設定されている）出来るようになっている。また、コンソール１１０は図示はしない表示部を備え、入力した文字等を確認できるよう構成されている。１２０は座標データ生成手段である。座標データ生成手段１２０はＣＰＵからなる第１処理部１２１と第２処理部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並びに、座標データ用メモリ１２６から構成されている。

コンソール１１０に文字等を表すコードデータが入力されると、第１処理部１２１は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ベクトルデータ（ここでいうベクトルデータとは始点、終点の座標並びに線種のベクトルデータである）を得る。一方、第２処理部１２２では得られたベクトルデータを複数の点の座標データに変換する（ベクトルデータを座標データに変換する方法については後に述べる）とともに、変換された座標データを所定の印字領域上の座標値に割り付けるようになっている。そして、割付後の座標データが座標データ用メモリ１２６内に記憶される。

１３０は制御手段であって、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、座標データ用メモリ１２６に制御信号Ｓ１を出力する。これにより、座標データ用メモリ１２６の指定されたアドレスからは、第２処理部１２２によって生成された座標データが読み出されこれが次述するＤ／Ａ変換手段２３０に対して所定の周期で出力される。尚、座標データ用メモリ１２６からの座標データの出力周期（更新周期）は制御手段１３０による制御信号Ｓ１に基づいて定められる。また、制御手段１３０は座標データが始点および終点の座標データであるか否かを認識し、前記レーザ光源２１０のON/OFFを制御するよう構成されている。

＜ヘッド部＞
図２における２３０はＤ／Ａ変換手段であって座標データ用メモリ１２６から出力された座標データをそれぞれに対応する電圧（本発明のアナログ信号に相当する）に変換する。このＤ／Ａ変換手段２３０による座標データ−電圧変換は内部クロック（図示せず）に基づいて変換周期Ｔｏで行われるようになっている。そして、Ｄ／Ａ変換手段２３０には同期信号出力部２３５が付設されており、そこからは変換周期Ｔｏと同じ周期を持った同期用のタイミング信号Ｓ２が制御手段１３０に対して出力されるようになっている。このタイミング信号Ｓ２は制御手段１３０による制御信号Ｓ１の出力周期と変換周期Ｔｏとを同期させるためのものである。
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２２０Ｘ，２２０Ｙ（図１参照）を制御する。

２５０は接近状態検出手段である。接近状態検出手段２５０はコンパレータ２５３と角度センサ２５１並びに、ウインドコンパレータ２５４と微分回路２５２とから構成され、マーキング動作中の各線分の始点或いは終点において、当該点（座標データ）に対応するレーザ光の接近状態の検出を目的としている。

コンパレータ２５３並びに角度センサ２５１はガルバノミラー２２０が座標データの始点或いは終点と対応する傾きにあるか否かの判定を行う。具体的には、コンパレータ２５３は角度センサ２５１から出力される角度検出の結果を電圧値に変換した電圧信号とＤ／Ａ変換手段２３０から出力される始点、終点の電圧信号との電圧差を求めることにより行われる。そして、コンパレータ２５３からは検出結果に応じた信号（ＹＥＳ／ＮＯに対応した２値信号）が制御手段１３０に出力されるようになっている。一方、微分回路２５２並びにウインドコンパレータ２５４はガルバノミラー２２０の回動速度（ミラーが振られる速度）が所定の速度となっているか、否かについて判定を行う。

次に、ベクトルデータから複数の点の座標データを決定する具体的な手順並びに、決定された座標データの出力周期とＤ／Ａ変換手段２３０による変換周期Ｔｏとの関係について説明する。

例えば、フォントデータとして文字Ａが選択され、印字速度としてＶ１が選択された場合を例にとって説明すると、第２処理部１２２はまず、文字Ａのベクトルデータから線分の長さＬ１を算出する（図３参照）。その後、以下の（１）式から線分当たりの印字時間Ｔ１を算出し、（２）式から線分の分割数Ｎを算出する。尚、ＴｏはＤ／Ａ変換手段の変換周期である。
Ｔ１＝Ｌ１／Ｖ１・・・・（１）
Ｎ＝Ｔ１／Ｔｏ・・・・・（２）

線分の分割数Ｎが算出されたら、その分割数Ｎで線分を等間隔に分割してやれば、複数の点の座標データが得られる。具体的には始点の座標データが（Ｒ１、Ｙ１）、終点の座標データが（Ｒ２、Ｙ２）、分割数がＮであったとすると各点の座標はＸ座標が（Ａ×Ｒ１＋Ｂ×Ｒ２）／Ｎから得られ、Ｙ座標が（Ａ×Ｙ１＋Ｂ×Ｙ２）／Ｎから得られる。尚、Ａ、Ｂは、Ａ＋ＢがＮとなるような数字の組み合わせである。

上記の算出方法であればＴ１／Ｎ＝Ｔｏの関係が常に満たされるから、各点の印字時間（各座標データの印字時間）の長さがＤ／Ａ変換周期Ｔｏの長さと等しくなる。加えて、制御手段１３０は先に述べたように、タイミング信号Ｓ２によりＤ／Ａ変換周期Ｔｏと同期したタイミングで座標データ用メモリに制御信号Ｓ１を送るように構成されている。そのため、座標データ用メモリ１２６から座標データが１つ出力されるたびに、これと同期してＤ／Ａ変換手段２３０では出力された座標データのアナログ変換が待ち時間なく行われることとなる。従って、座標データの出力時期に対しガルバノミラー２２０の制御が遅れなく開始されることとなるからマーキングラインが滑らかになる。

また、上記算出方法においては印字速度Ｖに応じて座標間隔が種々変動する。すなわち、高速印字の場合には座標間隔が広く設定される（分割数が小さくなる）のに対し、低速印字の場合には座標間隔が狭く（分割数が大きくなる）設定される。

ここで、図４を参照して座標間隔が固定的である場合（従来）と、印字速度に応じて変化させる場合について低速印字が選択された際のマーキングラインを比較すると、座標間隔が固定的であるときには各点の印字時間がＤ／Ａ変換周期Ｔｏに比べて長く、座標間隔も広い（図４における一点鎖線）。これは座標間隔が固定的である場合には高速印字を基準として座標間隔が設定されるためである。一方、印字速度に応じて座標間隔を変化させる場合（本実施例）には各点の印字時間が短く、座標間隔も短い（図４に示す実線）。
以上のことから、先に述べた座標データの算出方法により座標データを決定してやれば、印字速度に拘わらず座標間隔を固定的な設定とする場合に比べて、特に、低速印字の場合にはマーキングラインが滑らかとなり（座標間隔が狭い）、かつ同一点に対して必要以上にレーザ光が照射されることがない（座標データの出力周期が短い）から良好なマーキング品質が得られる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２について説明する。
実施形態１では、ベクトルデータから複数の点の座標データを決定する際に、座標間隔の算出は行わず、これに代えて線分の分割数Ｎを算出したが、実施形態２では各点（座標データ）の座標間隔ｄを直接的に算出することとしている。具体的には、印字速度としてＶ２が選択され、Ｄ／Ａ変換手段の変換周期がＴｏであるとすると、以下の（３）式から単位長さ当たりの印字時間Ｔ２を算出し、（４）式から単位長さ当たりの分割数Ｎ２を算出し、（５）式から座標間隔ｄを算出する。

Ｔ２＝１／Ｖ２・・・・・・（３）
Ｎ２＝Ｔ２／Ｔｏ・・・・・（４）
ｄ＝１／Ｎ２・・・・・・・（５）

そして、算出された座標間隔ｄに基づいて各点の座標を決定してやれば（図５参照）、実施形態１の場合と同様に印字速度Ｖに拘わらず各点の印字時間（各座標データの印字時間）の長さがＤ／Ａ変換周期Ｔｏの長さと等しく設定される。その他の構成については実施形態１と同様である。

＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３について図６を参照して説明する。
実施形態１においては、座標データ生成手段１２０をフォントメモリ１２３、第１処理部１２１、第２処理部１２２、座標データ用メモリ１２６から構成したが、実施形態３においては座標データ生成手段１５０をフォントメモリ１２３、第１処理部１２１、第２処理部１５１のみから構成している。

この場合の制御手順について説明すると、コンソール１１０から入力がなされると実施形態１の場合と同様に第１処理部１２１は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ベクトルデータを得る。一方、制御部１３０は同期信号出力部２３５からのタイミング信号Ｓ２を受ける度に、第２処理部１５１に対して制御信号Ｓ１を送るようになっている。そして、制御信号Ｓ１を受けた第２処理部１５１は実施形態１の場合と同じ要領で印字速度Ｖ、線分の長さＬ、変換周期Ｔｏから線分の分割数を算出し、更に座標データの算出を行う。

この演算を行う際に、実施形態３において第２処理部１５１は線分の座標データの全てを一括して算出することは行っていない。すなわち、線分の分割数が仮に１０であった場合に座標データは１１個となるが、第２処理部１５１は１つの制御信号Ｓ１が入力されるたびに１つの座標データを算出して、これをその都度Ｄ／Ａ変換手段２３０に出力している。そして、１１個目の制御信号Ｓ１が入力された時点で座標データの算出・出力を完了するようになっている。
このような設定であれば、座標データ生成手段１５０が多くのデータを記憶しておく必要がなくなり、座標データ用メモリ１２６を廃止することが出来る。従って、装置の構成も簡素化される。

＜他の実施形態＞
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。

（１）実施形態１では、座標データの出力周期とＤ／Ａ変換手段２３０による変換周期Ｔｏとを同期させたが、変換周期Ｔｏごとに座標データの出力が１回行われるものであればよい。従って、図７に示すように座標データの出力周期と変換周期Ｔｏとがずれているものであってもよく、更には、図８に示すように座標データの出力が一定の周期をとらないものであってもよい。

（２）実施形態２ではコンソール１１０に対して入力がされると、第１処理部１２１並びに第２処理部１２２がそのたびにベクトルデータを読み出して、フォントデータ、印字速度Ｖ等に基づいて複数の点の座標データを演算により算出したが、例えば、印字速度Ｖごとにテーブルを設けて座標データを記憶しておき、コンソール１１０に入力がされると対応するテーブルから座標データを読み出すような構成であってもよい。

実施形態１におけるレーザマーキング装置の概略構成を示す図レーザマーキング装置に電気的構成を示すブロック図フォントデータを構成する線分が分割数Ｎで分割された状態を示す図座標データの出力周期並びに座標間隔を表すマーキングラインの拡大図実施形態２において、フォントデータを構成する線分が座標間隔ｄで分割された状態を示す図実施形態３における、レーザマーキング装置の電気構成を示すブロック図他の実施形態における座標データの出力周期と変換周期との関係を示す図他の実施形態における座標データの出力周期を示す図

符号の説明

１２０…座標データ生成手段
１３０…制御手段
２２０…ガルバノミラー
２３０…Ｄ／Ａ変換手段
２４０…サーボ回路

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・図形等のマーキング情報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座標データ生成手段と、
生成された座標データを前記座標データ生成手段より出力させる制御手段と、
この座標データ生成手段から出力された座標データを所定の変換周期Ｔｏごとにアナログ信号に変換して前記ガルバノミラーに出力するＤ／Ａ変換手段と、
印字速度Ｖを入力するための入力手段と、を備え、前記入力手段を通じて入力された印字速度Ｖに基づいて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であって、
前記座標データ生成手段は各座標データごとの印字時間の長さと前記変換周期Ｔｏとが等しくなるように前記入力された印字速度Ｖ並びに前記変換周期Ｔｏより各座標データ間の座標間隔を決定し、その座標間隔で前記マーキング情報における前記線分の始点から終点までの各点を構成する前記座標データを生成し、
更に、前記制御手段は前記座標データ生成手段から出力される座標データの出力タイミングを前記変換周期Ｔｏごとに前記Ｄ／Ａ変換手段による前記座標データのアナログ変換が１回行われるように制御していることを特徴とするレーザマーキング装置。
前記制御手段に対し前記変換周期Ｔｏごとにタイミング信号を出力する同期信号出力手段を備え、
前記制御手段は前記座標データの出力周期と前記変換周期Ｔｏとが同期するように前記座標データの出力周期を前記タイミング信号に基づいて制御していることを特徴とする請求項１に記載のレーザマーキング装置。
座標データ生成手段によって生成される文字・記号・図形等のマーキング情報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Ｄ/Ａ変換手段によって所定の変換周期Ｔｏごとにアナログ信号に変換し、変換されたアナログ信号に基づいてガルバノミラーを駆動させることでレーザ光源からのレーザ光を被マーキング対象物上の所望の位置に照射し、入力手段を通じて入力された印字速度Ｖで印字するよう構成されたレーザマーキング装置の座標データ生成方法であって、
前記座標データ生成手段は各座標データごとの印字時間と前記変換周期Ｔｏとが等しくなるように前記入力された印字速度Ｖ並びに前記変換周期Ｔｏより各座標データ間の間隔を決定し、決定された間隔に基づいて前記各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の座標データ生成方法。