JP4778649B2

JP4778649B2 - レーザマーカ

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Publication number: JP4778649B2
Application number: JP2001295342A
Authority: JP
Inventors: 幸太郎森園
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: JP2003103384A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて樹脂、木、金属等の対象物の表面に文字等のマーキングを行うための装置であるレーザマーカに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のレーザマーカは、炭酸ガスレーザ又はＹＡＧレーザのような比較的高い出力が得られるレーザから発せられたレーザ光で樹脂、木、金属等の対象物の表面を加熱し、表面を局部的に変色又は変形させることにより文字等のマーキングを行う。
【０００３】
マーキングすべき文字等に沿ってレーザ光を偏向させる方法として、通常はベクタースキャンと呼ばれる方法が用いられる。これは、ガルバノミラーを用いてレーザ光のＸ方向及びＹ方向の偏向を同時に制御することにより、文字又は線画に沿ってレーザ光の照射スポットを移動させる方法である。効率よく短時間でマーキングを行うように、できるだけ一筆書きとなる軌跡が選択される。
【０００４】
レーザマーカは通常、ヘッド部とコントローラ部とに分かれ、両者がケーブルによって接続されている。ヘッド部にはレーザ発振器及びレーザ光の偏向光学系が内蔵されている。コントローラ部には、レーザ発振器及び偏向光学系等の制御を行う処理手段（マイクロプロセッサ）が備えられている。また、印字文字の種類及び印字位置を含む設定情報を記憶する第１記憶部（ＳＲＡＭ）と、その設定情報から生成される展開情報とを記憶する第２記憶部（ＤＲＡＭ）がコントローラ部に設けられている。展開情報は、レーザ光が対象物の表面をたどるべき軌跡に関する情報である。
【０００５】
コントローラ部には表示部及び入力部を有するコンソールが接続され、設定情報がコンソールからコントローラ部に与えられる。また、印字加工の実行に関する指示もコンソールからコントローラ部に与えられる。
【０００６】
コンソールからコントローラ部に与えられた設定情報は一旦第１記憶部に記憶され、印字加工を実行する際に処理手段が設定情報の展開処理を実行する。つまり、印字文字の種類及び印字位置を含む設定情報からレーザ光がたどるべき軌跡に関する展開情報を生成する。そして、生成された展開情報は一旦第２記憶部に記憶される。そして、処理手段は第２記憶部から読み出した展開情報にしたがってレーザ発振器及び偏向光学系（ガルバノミラー）の駆動制御を行う。
【０００７】
上記の展開処理では、設定情報に含まれる印字文字又は記号が複数の連続加工曲線に分解されると共に、それらの連続加工曲線の終点と始点を結ぶ移動用直線が生成され付加される。例えば、文字「Ｂ」は一筆書きのように１つの連続加工曲線で描くことができるが、文字「Ａ」は一筆書きで描くことができず、第１の連続加工曲線「∧」と第２の連続加工曲線「−」に分解される。この場合、第１の連続加工曲線「∧」の終端から第２の「連続加工曲線「−」の始端までの移動用直線が生成され付加される。
【０００８】
この移動用直線は、レーザ光の出力を停止した状態で偏向光学系を制御する移動経路に相当し、従来は最短距離を移動するように、第１の連続加工曲線の終端と第２の連続加工曲線の始端とを結ぶ直線であった。
【０００９】
この移動用直線に沿ってレーザ光のスポット（実際にはレーザ出力ゼロ）を移動させるには、前述のベクタースキャンと呼ばれる方法において、二次元のガルバノミラーの一方を一定角度ずつ偏向させながら他方を計算によって求めた角度ずつ偏向させる制御を行う。
【００１０】
移動用直線の始点（第１の連続加工曲線の終端）の座標を（ｘｓ，ｙｓ）とし、終点（第２の連続加工曲線の始端）の座標を（ｘｅ，ｙｅ）とすれば、移動用直線を表す式はｙ−ｙｓ＝（ｘ−ｘｓ）×（ｙｓ−ｙｅ）／（ｘｓ−ｘｅ）となる。例えばＸ座標を１ずつ増加しながら、対応するＹ座標を上記の式から求めれば、移動用直線を構成する複数の座標が求まる。この複数の座標に従って段階的に二次元のガルバノミラーが制御される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
制御手段が上記のような展開処理のための演算を行っている間は、他の処理が待たされることになる。例えば、展開処理が終了するまで印字加工を開始することができない。印字加工を行う文字や記号の内容が多くなり、また複雑になると、制御手段が展開処理を完了するまでの待ち時間が長くなる。従来のレーザマーカにおいて、この待ち時間の短縮が望まれていた。
【００１２】
本発明は上記のような課題に鑑み、移動経路の座標計算を工夫することにより、それにかかる時間を短縮し、展開処理全体に要する時間（待ち時間）を短縮することが可能なレーザマーカを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザマーカは、対象物の表面に印字加工を行うためのレーザ光を発生するレーザ発振器と、レーザ光を二次元偏向する偏向光学系と、印字文字の種類及び印字位置を含む設定情報を記憶する第１記憶部と、第１記憶部に記憶された設定情報に含まれる印字文字又は記号を、レーザ光のスポットを移動させて加工を行う複数の連続加工曲線と、第１の連続加工曲線の終端から第２の連続加工曲線の始端へ至る経路であって、レーザ光の出力を停止した状態で移動させる移動経路とからなる展開情報を生成する処理手段と、展開情報を記憶する第２記憶部とを備え、処理手段は、XY平面において所定の傾きを有する第１線分とX軸又はY軸に平行な第２線分とから成る折れ線となるように移動経路を生成し、該移動経路を含む展開情報を第２記憶部に記憶させ、該第２記憶部から読み出した展開情報にしたがってレーザ発振器及び偏向光学系を制御することを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、移動経路が直線である従来の場合に比べて、移動経路を構成する複数の座標を求める演算が非常に簡単になるので、移動経路を生成する処理（移動経路上の複数の座標を求める処理）にかかる時間が短縮され、展開処理全体の所要時間が短縮される。
【００１５】
好ましい実施形態において、処理手段は、複数の連続加工曲線を生成した後に、複数の連続加工曲線を並び替え、並び替えられた複数の連続加工曲線に移動経路を付加する。これにより、レーザ光スポットの移動が最も効率的になるようにすることができる、すなわち、連続加工曲線間の移動経路を含む全移動距離が最も短くなるように、連続加工曲線の順番を選択することができる。
【００１６】
また、処理手段は、第１の連続加工曲線の終端を始点としてＸ座標及びＹ座標を１ずつ増加又は減少する処理をＸ座標及びＹ座標の一方が第２の連続加工曲線の始端の座標に達するまで繰り返すことにより、ＸＹ平面において傾きが１又は−１である第１線分を生成し、かつ、前記第１線分の終点から前記Ｘ座標及びＹ座標の他方のみを第２の連続加工曲線の始端の座標に達するまで繰り返すことにより、Ｘ軸又はＹ軸に平行な第２線分を生成することが好ましい。
【００１７】
このような構成により、移動経路を構成する複数の座標を求める演算は、Ｘ座標及びＹ座標の両方又は一方を１ずつ増加又は減少する演算を繰り返すだけでよくなるので、移動経路を生成する処理にかかる時間が短縮され、展開処理全体の所要時間が短縮される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るレーザマーカの概略構成図である。レーザマーカはヘッド部１とコントローラ部２を備え、両者がケーブル４で接続されている。また、液晶表示器とタッチパネルを用いたコンソール（表示及び入力手段）３がケーブル５によってコントローラ部２に接続されている。ヘッド部１にはレーザ発振器１１及び偏向光学系１２が内蔵され、ヘッド部１の上面にはパワーインジケータ兼レーザ交換時期報知用のＬＥＤ（発光ダイオード）が備えられている。
【００２０】
レーザ発振器１１は、炭酸ガスレーザ又はＹＡＧレーザを用いたレーザ管である。偏向光学系１２は、２次元のガルバノミラー１２ａ及び集光レンズ（ｆθレンズ）１２ｂからなる。レーザ発振器１１から発したレーザ光ＬＢはガルバノミラー１２ａによってＸ方向及びＹ方向に（２次元に）偏向されると共に集光レンズ１２ｂによってワーク（加工対象物）ＷＫの表面に集光される。こうして、ワークＷＫの表面に所望の文字や記号等を印字することができる。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態に係るレーザマーカの回路構成を示すブロック図である。ヘッド部１は、レーザ発振器１１及び偏向光学系１２の他に、不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１３を内蔵している。ＥＥＰＲＯＭ１３は電源が切れても記憶内容を保持する不揮発性メモリであり、ヘッド部１の固有情報、つまりレーザ発振器１１の稼働時間の積算値や集光レンズ１２ｂに関する情報を記憶するのに用いられる。
【００２２】
コントローラ部２は、処理手段であるマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）２１、ＳＲＡＭ（スタティックランダムアクセスメモリ）２２及びＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメモリ）２３、及び計時手段であるリアルタイムクロック（ＲＴＣ）２４を内蔵している。マイクロプロセッサ２１は、レーザ発振器１１及び偏向光学系１２を含むヘッド部１の制御、コンソール３との通信、ＳＲＡＭ２２及びＤＲＡＭ２３のリード・ライト等、レーザマーカ全体の制御を司る。また、マイクロプロセッサ２１は、コンソール３から受信した設定情報をＳＲＡＭ２２に記憶させると共に、設定情報から展開情報を生成してＤＲＡＭ２３に記憶させる処理を実行する。
【００２３】
ＳＲＡＭ２２は、バッテリーバックアップによって電源オフ時にも記憶内容を保持することができ、コンソール３から受信した印字文字の種類及び印字位置等の設定情報を記憶する。ＤＲＡＭ２３は、設定情報から生成された展開情報、つまり印字加工のためにレーザ光がたどるべき軌跡に関する情報を記憶し、電源オフ時に記憶内容は消える。
【００２４】
リアルタイムクロック２４は、レーザ発振器１１の稼働時間を積算してレーザ発振器１１の交換時期を知らせるために使用される。あるいは、現在の日時を出力して印字データに含ませることができる。
【００２５】
コントローラ部２にはコンソール３の他に、パーソナルコンピュータ３２を接続することもできる。接続には例えばＲＳ２３２Ｃシリアル通信が用いられる。この場合、パーソナルコンピュータ３２の画面やキーボードを用いてコンソール３と同様の表示及び入力操作を行うことができる。また、コンソール３にはメモリカード３１を着脱可能なスロットとリード・ライト用のインターフェイスが備えられている。コンソール３から入力した印字文字の種類及び印字位置等の設定情報をメモリカード３１に保存しておき、必要なときに読み出してコントローラ部２に送信することができる。
【００２６】
次に、印字文字の種類及び印字位置を含む設定情報から印字加工に際してレーザ光がたどるべき軌跡を含む展開情報を生成する展開処理について説明する。図３は、マイクロプロセッサ２１が実行する展開処理の概略を示すフローチャートである。
【００２７】
図３のステップ＃１０１において、マイクロプロセッサ２１はＳＲＡＭ２２から設定情報を読み出す。続くステップ＃１０２において、設定情報に含まれる印字する文字や記号等を複数の連続加工曲線に分解する。それぞれの連続加工曲線は、一筆書きのようにレーザ光を連続して出力しながらレーザ光のスポットを移動（偏向）させる切れ目の無い曲線である。
【００２８】
１つの連続加工曲線は、偏向光学系１２の二次元ガルバノミラー１２ａを一定間隔で制御するための複数の座標点の集合として表され、それぞれの座標点の値（Ｘ座標及びＹ座標）が計算される。なお、１つの連続加工曲線の終端から次の連続加工曲線の始端への移動（偏向）はレーザ光の出力を停止した状態（ゼロパワー）で行われる。
【００２９】
次のステップ＃１０３において、複数の連続加工曲線の並び替えを行う。レーザ光スポットの移動が最も効率的になるように、すなわち、連続加工曲線間のゼロパワー移動を含む全移動距離が最も短くなるように、連続加工曲線の加工処理順序が選択される。
【００３０】
続くステップ＃１０４において、１つの連続加工曲線の終端から次の連続加工曲線の始端への移動経路を生成し付加する。この移動経路についても、偏向光学系１２の二次元ガルバノミラー１２ａを一定間隔で制御するための複数の座標点の集合として表され、それぞれの座標点の値（Ｘ座標及びＹ座標）が計算される。従来はこの移動経路が１つの連続加工曲線の終端と次の連続加工曲線の始端とを結ぶ直線であったが、本発明のレーザマーカは、接点が１つの折れ線によってこの移動経路を生成することにより、移動経路を構成する複数の座標点の演算処理を簡素化している。これについては下記に詳しく説明する。
【００３１】
このようにして、複数の連続加工曲線とそれぞれの連続加工曲線間の移動経路の集合として生成された展開情報はステップ＃１０５でＤＲＡＭ２３に書き込まれ、展開処理が終了する。
【００３２】
次に、本発明のレーザマーカにおける移動経路を生成する処理、すなわち、移動経路を構成する複数の座標点の演算処理について説明を加える。
【００３３】
図４は、２つの連続加工曲線の終端と始端とを結ぶ折れ線からなる移動経路の例を示す図である。図４において、太線４１は第１の連続加工曲線、太線４２は第２の連続加工曲線、細線４５（４３及び４４）は移動経路をそれぞれ示している。また、矢印はレーザ光の移動方向を示している。なお、破線４６は従来の移動経路（移動用直線）を示している。
【００３４】
第１の連続加工曲線４１の終端４１ｅと第２の連続加工曲線４２の始端４２ｓとを結ぶ移動経路４５は、ＸＹ平面において所定の傾き（図４の例では傾き１）を有する第１線分４３とＸ軸に平行な第２線分４４から成る折点が１つの折れ線である。
【００３５】
第１の連続加工曲線４１の終端４１ｅ（すなわち移動経路の始点）の座標を（ｘｓ，ｙｓ）とし、終点（第２の連続加工曲線の始端）の座標を（ｘｅ，ｙｅ）とすれば、従来の移動用直線４６を表す式はｙ−ｙｓ＝（ｘ−ｘｓ）×（ｙｓ−ｙｅ）／（ｘｓ−ｘｅ）となる。例えば、Ｘ座標の値をｘｓからｘｅまで１ずつ増加しながら、対応するＹ座標の値を上記の式から求めれば、移動用直線を構成する複数の座標（ｘ，ｙ）が求まる。この複数の座標をたどるように、二次元ガルバノミラー１２ａによるレーザ光の偏向が制御される。
【００３６】
つまり、従来の移動用直線の場合は、１つの連続加工曲線の終端の座標と次の連続加工曲線の始端の座標とで決まる直線の式にしたがって、レーザ光（ゼロパワー）がたどるべき複数の点の座標を計算する必要があった。
【００３７】
これに対して、本発明のレーザマーカにおける移動経路４５、すなわち第１線分４３及び第２線分４４は、上記のような式による演算を行う必要が無く、非常に簡単に生成することができる。図４の例では、第１線分４３は、Ｘ座標及びＹ座標を共に１ずつ増加しながら各座標点（ｘ，ｙ）を記憶すればよい。また、第２線分４４は、Ｙ座標をｙｅに固定してＸ座標のみを１ずつ増加させながら各座標点（ｘ，ｙ）を記憶すればよい。
【００３８】
図５は、２つの連続加工曲線の終端と始端とを結ぶ折れ線からなる移動経路の他の例を示す図である。図４と同様に、第１の連続加工曲線４１の終端４１ｅと第２の連続加工曲線４２の始端４２ｓとを結ぶ移動経路４５は、第１線分４３と第２線分４４から成る折点が１つの折れ線である。この例では、第１線分４３は傾き−１を有する直線であり、第２線分４４はＹ軸に平行な直線である。第１線分４３は、Ｘ座標を１ずつ増加し、かつ、Ｙ座標を１ずつ減少しながら各座標点（ｘ，ｙ）を記憶すればよい。また、第２線分４４は、Ｘ座標をｘｅに固定してＸ座標のみを１ずつ減少しながら各座標点（ｘ，ｙ）を記憶すればよい。
【００３９】
図６は、図４又は図５に例示した移動経路４５（第１線分４３及び第２線分４４）を構成する複数の座標点を生成する処理のフローチャートである。
【００４０】
まず、ステップ＃２０１において、Ｘ座標ｘ及びＹ座標ｙを移動経路４５の始点の座標（ｘｓ，ｙｓ）に初期化する。次に、ステップ＃２０２において、移動経路４５の始点のＸ座標ｘｓと終点のＸ座標ｘｅとの大小関係をチェックする。
【００４１】
始点のＸ座標ｘｓが終点のＸ座標ｘｅより小さい場合は、続くステップ＃２０３でＸ座標ｘが終点のＸ座標ｘｅに達したか否かをチェックし、達していない場合はステップ＃２０５でＸ座標ｘをインクリメント（１だけ増加）してステップ＃２０７に移る。終点のＸ座標ｘｅに達した場合はＸ座標ｘをインクリメントしないでステップ＃２０７に移る。
【００４２】
ステップ＃２０２において、始点のＸ座標ｘｓが終点のＸ座標ｘｅより小さくない場合は、続くステップ＃２０４でＸ座標ｘが終点のＸ座標ｘｅに達したか否かをチェックし、達していない場合はステップ＃２０６でＸ座標ｘをデクリリメント（１だけ減少）してステップ＃２０７に移る。終点のＸ座標ｘｅに達した場合はＸ座標ｘをデクリメントしないでステップ＃２０７に移る。
【００４３】
ステップ＃２０７からステップ＃２１１では、Ｙ座標ｙに関して、上記のＸ座標ｘに関するステップ＃２０２からステップ＃２０６と同様の処理を行い、次のステップ＃２１２に移る。ステップ＃２１２では、上記の処理によって得られたＸＹ座標（ｘ，ｙ）を記憶する。
【００４４】
続くステップ＃２１３において、移動経路４５の終点の座標（ｘｅ，ｙｅ）に到達したか否かがチェックされ、到達するまでステップ＃２０２からステップ＃２１３の処理が繰り返される。つまり、Ｘ座標に関するステップ＃２０２からステップ＃２０６の処理で終点のＸ座標ｘｅに達し、かつ、Ｙ座標に関するステップ＃２０７からステップ＃２１１の処理で終点のＹ座標ｙｅに達したときに、図６の処理が終了する。
【００４５】
このような処理によって、図４又は図５に示した第１線分４３及び第２線分４４からなる移動経路４５を簡単に、かつ、短い所要時間で生成することができる。
【００４６】
図４又は図５において、第１線分４３及び第２線分４４からなる折れ線の移動経路４５は、従来の移動用直線４６に比べて移動距離が長い。しかし、例えばＸ座標を１ずつ増加して移動経路４５及び移動用直線４６を構成する複数の座標点を生成した場合に、その座標点の数は等しい。そして、レーザ光の移動に要する時間は二次元ガルバノミラー１２ａの偏向制御に用いられる座標点の数によってほぼ決まる。したがって、本発明のレーザマーカにおける移動経路４５を通る場合も、従来の移動用直線４６を通る場合も、レーザ光の移動に要する時間はほぼ同じである。
【００４７】
なお、図４及び図５の他にも、移動経路４５の構成は種々考えられる。まず、移動経路４５の始点のＸ座標及びＹ座標（ｘｓ，ｙｓ）と終点のＸ座標及びＹ座標（ｘｅ，ｙｅ）のそれぞれの大小関係の組合せが４通りある。一般的にいえば、移動経路４５は、ＸＹ平面において所定の傾きを有する第１線分とＸ軸又はＹ軸に平行な第２線分とから成る折点が１つの折れ線であるということができる。
【００４８】
第１線分の傾きは、Ｘ座標及びＹ座標を１ずつ増減する場合は１又は−１になるが、これに限る必要は必ずしも無い。例えば、Ｘ座標を１ずつ増減しながらＹ座標を２ずつ増減すれば、第１線分の傾きは、２又は−２となる。
【００４９】
また、所定の傾きを有する第１線分とＸ軸又はＹ軸に平行な第２線分との生成順序を逆にしてもよい。つまり、第１の連続加工曲線４１の終端から先にＸ軸又はＹ軸に平行な第２線分を生成し、その終点（折点）から第２の連続加工曲線４２の始端まで所定の傾きを有する第１線分を生成するようにしてもよい。
【００５０】
その他、本発明は上記の実施形態に限らず、種々の形態で実施することが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のレーザマーカは、印字文字や記号等を構成する複数の連続加工曲線を結ぶ移動経路を直線ではなく、ＸＹ平面において所定の傾きを有する第１線分とＸ軸又はＹ軸に平行な第２線分とから成る折点が１つの折れ線としたことにより、移動経路を構成する複数の座標を求める演算が非常に簡単になる。その結果、移動経路を生成する処理にかかる時間が短縮され、レーザ光がたどるべき軌跡を含む展開情報を生成する展開処理に要する間が短縮される。つまり、展開処理が終了して印字加工が始まるまでの待ち時間が短くなる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザマーカの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレーザマーカの回路構成を示すブロック図である。
【図３】マイクロプロセッサが実行する展開処理の概略を示すフローチャートである。
【図４】２つの連続加工曲線の終端と始端とを結ぶ折れ線からなる移動経路の例を示す図である。
【図５】２つの連続加工曲線の終端と始端とを結ぶ折れ線からなる移動経路の他の例を示す図である。
【図６】図４又は図５に例示した移動経路を構成する複数の座標点を生成する処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１１レーザ発振器
１２偏向光学系
２１マイクロプロセッサ（処理手段）
４１第１の連続加工曲線
４２第２の連続加工曲線
４３第１線分
４４第２線分
４５移動経路

Claims

対象物の表面に印字加工を行うためのレーザ光を発生するレーザ発振器と、
前記レーザ光を二次元偏向する偏向光学系と、
印字文字の種類及び印字位置を含む設定情報を記憶する第１記憶部と、
前記第１記憶部に記憶された前記設定情報に含まれる印字文字又は記号を、前記レーザ光のスポットを移動させて加工を行う複数の連続加工曲線と、第１の連続加工曲線の終端から第２の連続加工曲線の始端へ至る経路であって、前記レーザ光の出力を停止した状態で移動させる移動経路とからなる展開情報を生成する処理手段と、
前記展開情報を記憶する第２記憶部とを備え、
前記処理手段は、XY平面において所定の傾きを有する第１線分とX軸又はY軸に平行な第２線分とから成る折れ線となるように前記移動経路を生成し、該移動経路を含む前記展開情報を前記第２記憶部に記憶させ、該第２記憶部から読み出した前記展開情報にしたがって前記レーザ発振器及び前記偏向光学系を制御することを特徴とするレーザマーカ。
前記処理手段は、前記複数の連続加工曲線を生成した後に、前記複数の連続加工曲線を並び替え、並び替えられた前記複数の連続加工曲線に前記移動経路を付加することを特徴とする請求項１に記載のレーザマーカ。
前記処理手段は、第１の連続加工曲線の終端を始点としてＸ座標及びＹ座標を１ずつ増加又は減少する処理をＸ座標及びＹ座標の一方が第２の連続加工曲線の始端の座標に達するまで繰り返すことにより、ＸＹ平面において傾きが１又は−１である第１線分を生成し、かつ、前記第１線分の終点から前記Ｘ座標及びＹ座標の他方のみを第２の連続加工曲線の始端の座標に達するまで繰り返すことにより、Ｘ軸又はＹ軸に平行な第２線分を生成することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザマーカ。