JP6321485B2

JP6321485B2 - 読取機能付きレーザ印字装置及びワークに印字したキャラクタの読取方法

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Publication number: JP6321485B2
Application number: JP2014162504A
Authority: JP
Inventors: 秀仁中河; 順一張替
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2034-08-08
Also published as: JP2016036840A

Description

本発明は読取機能付きレーザ印字装置に関する。

特許文献１はレーザ印字装置を開示している。この業界では、「印字」というタームを、ワークの表面にキャラクタを付す意味で使用している。ここにキャラクタは文字、ロゴ、バーコード、二次元コードを含む。この明細書では、業界の慣習に従って「印字」というタームを使う。レーザ印字装置は、非接触の熱加工により対象物（以下、「ワーク」という。）の表面に印字する装置である。具体的には、レーザビームをワークの表面に当てて印字する。レーザ印字装置は、この業界では、「レーザマーカ」と呼ばれている。レーザマーカは次の利点を有している。

（１）ワークに印字したキャラクタが半永久的に消えない。
（２）小さなキャラクタを印字することができる。

レーザマーカが印字できるキャラクタは、文字、数字、図形、記号の他にバーコード、二次元コードを含み、識別可能な表示情報であると呼ぶことができる。レーザマーカは、樹脂、ガラス、木材、金属など様々な材料からなるワークに適用されている。

レーザマーカの一種として、レーザビームを走査させるためにレーザビームを偏向させる機能を備えたレーザマーカが知られている。具体的には、特許文献１に開示のレーザマーカは、レーザビームを偏向させるためのガルバノミラーを備えている。

レーザマーカは、一般的に、ワークを搬送するラインに設置される。搬送ラインを流れるワークは、レーザマーカによって印字される。ワーク搬送ラインには、一般的に、レーザマーカよりも下流に読取装置が設置される。読取装置は、例えば、レーザマーカによってワークに印字されたキャラクタの品質を評価する。

特許文献２は、一つの筐体内に印字装置と読取装置とを配置した検体分注装置を開示している。この検体分注装置は、血液や尿などの親検体を、これを保管するため試験管に充填する装置である。この検体分注装置は、親検体を収容した容器にバーコードを印字し、このバーコードを読み取って、親検体容器を搬送用ラックに並べ、そして、親検体容器から子検体容器つまり上記試験管に検体を充填する処理を行う。そして、子検体容器に検体を充填した直後に、子検体容器に親検体容器と同じバーコードを印字し、そして、この子検体容器のバーコードを読み取る。読み取った情報は、子検体容器の管理に用いられる。

特許文献２には、子検体容器にバーコードを印字する位置と、子検体容器に印字したバーコードを読み取る位置に関し、これが同じ位置であっても良いし、異なっていても良いと記載されている。なお、この引用文献２に開示のレーザマーカは、上述したガルバノミラーを備えたレーザマーカではない。

レーザマーカは、その多くが大量のワークの印字に適用されている。すなわち、搬送ライン上を高速に流れるワークに印字するのに適用されている。ワーク搬送ラインには、通常、レーザマーカの下流に読取装置が設置される。この読取装置は、レーザマーカで印字したキャラクタの品質を確認するために用いられる。

特開２０１４−４６３３０号公報特開２００９−１２１８３７号公報

レーザマーカや読取装置に対するワークの位置が所定の基準位置に且つ正規の姿勢で位置決めされるとは限らない。これに伴う問題点を図２０を参照して説明する。図中、参照符号１はレーザマーカを示し、参照符号２は読取装置を示す。

ワーク搬送ラインは、レーザマーカ１が設置された印字ステージ４とその下流に位置する読取ステージ５を有し、読取ステージ５に読取装置２が設置されている。ワークの移動方向を矢印で図示してある。搬送ラインを移動するワークは、印字ステージ４でワークの所定位置にキャラクタが印字される。このキャラクタは、読取ステージ５で読み取りが行われてその品質の評価が行われる。

各ステージ４、５において、ワークが基準位置に位置して且つ正規の姿勢に位置決めされているときの印字予定位置を破線で図示すると共に、この印字予定位置に存在する印字位置を参照符号PP₍₀₎を付してある。ワークが常に基準位置に位置し且つ正規の姿勢に位置決めされるのであれば問題は生じないが、実際はワークは変位した状態で位置決めされる。実際の印字位置を実線で示すと共に符号PPを付してある。

基準位置から変位した位置に位置決めされた印字位置PPに対応するために、レーザマーカ１は印字位置を補正する手段を備えている。この印字位置補正手段は撮像部（カメラ）を備えている。カメラでワークを撮像することにより、実際の印字位置PPの位置及び向きを検出する。そして、検出した印字位置PPの座標などに対応して印字位置を補正する。この補正により、ワークが基準位置から変位した位置に位置決めされたとしても、ワークの所定位置にキャラクタを印字することができる。

他方、読取ステージでは、読取装置２が備える撮像部（カメラ）で撮像できる範囲にキャラクタ（印字位置PP）が位置している限り、キャラクタを読み取ることが可能である。

しかしながら、キャラクタの少なくとも一部がカメラの視野から離れたときには読み取りが不可能になる。すなわち、キャラクタの全てが必ずカメラの視野に入る必要がある。最も好ましくはキャラクタの読み取り精度を上げるためには、印字位置PPとカメラの光軸とを一致させるのがよい。この観点から、印字ステージ４で取得した印字位置PPの位置情報つまり印字位置補正情報を読取装置２に供給すればよい。これによれば実質的に読取ステージ５でのキャラクタの位置の変化に追従して読取装置２のカメラの向きを調整することができる。このことは、カメラの視野角が小さいとき、例えばカメラを高分解能に設定したときに効果的である。

図２１に図示のフローチャートを参照して上記の一連の処理を説明すると、ステップＳ１で印字ステージ４にワークが到着したことを例えば光電センサで検知すると、レーザマーカ１の印字座標補正処理が実行される（Ｓ２）。この印字座標補正処理は、先ず、ワークの撮像を行い、次に、この撮像画像から割り出した印字位置PPの位置座標つまり基準位置の印字位置PP₍₀₎からの変位量に基づいて印字位置補正情報つまりデータが作成される。この印字位置補正データには、ｘ座標、ｙ座標の他にワークの向きに関するワークの回転角度θが含まれる。

次のステップＳ３で、この印字位置補正データは、レーザマーカ１に内蔵されたメモリに記録される。そして、この印字位置補正データに基づいて印字が実行される（Ｓ４）。この印字処理が終わると、ワークは印字ステージ４から読取ステージ５に搬送される（Ｓ５）。

読取ステージ５にワークが到着したことを例えば光電センサで検知すると（Ｓ６）、読取装置２によるキャラクタの読み取りが行われる（Ｓ７）。この読取処理は、先ず、読取装置２でワークの撮像が行われる。そして読取装置２で撮像した画像に基づいてワークに付設されているキャラクタの読み取りが行われる。読取装置２は、また、読み取ったキャラクタの品質の評価を行う。この読取処理（Ｓ７）が完了すると、ワークは次のステージに搬送される（Ｓ８）。

しかし、レーザマーカ１と読取装置２とは異なる位置に配置されており、レーザマーカ１と読取装置２は、夫々、独自の座標系を有している。このことから、レーザマーカ１が作成した印字位置補正情報を読取装置２に供給したとしても、読取装置２は、これをそのまま使ってカメラの光軸調整をすることはできない。読取装置２は、レーザマーカ１から受け取った印字位置補正情報を自己の座標系に変換する必要がある。

上記の図２１のフローチャートを再び参照して、前記ステップＳ６とＳ７との間に、ワークの変位量が大きいなど必要に応じて、レーザマーカ１の上記の印字位置補正データが読取装置２に供給され、この印字位置補正データを読取装置２の座標軸に変換して、この変換した補正データに基づいて読取装置２のカメラの光軸が調整され、その後にカメラによる撮像などの読取処理が実行される。

本願発明者らは、一つのワーク搬送ラインに、同じ対象物であるワークを撮像するためにレーザマーカ１及び読取装置２の２台のカメラが存在していることは無駄であるとの観点に立脚して本発明を案出するに至ったものである。

本発明の目的は、一台のカメラで取得した印字位置情報を使って印字位置補正情報を生成すると共に、この印字位置補正情報を使ってキャラクタを読み取ることができる読取機能付きレーザ印字装置を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
ワークの表面上でレーザビームを走査させることにより、前記ワークの表面の所定の印字予定位置に所望のキャラクタを印字するレーザ印字装置であって、
前記レーザビームの出射軸から分岐した受光軸を有し、前記レーザビームが走査可能な印字可能範囲よりも狭い撮像領域を撮像する撮像部と、
該撮像部が取り込んだ画像情報に基づいて印字予定位置を補正する印字位置補正手段と、
前記レーザビームを走査させるためのガルバノミラーとを有し、
前記レーザ印字装置は、前記印字位置補正手段により補正した印字位置に所望のキャラクタを印字し、
前記レーザ印字装置は、更に、前記レーザ印字装置がワークに印字した前記キャラクタを前記撮像部により読み取る読取制御手段を有し、
該読取制御手段は、前記印字位置補正手段が生成した印字位置補正情報に基づいて前記撮像領域を設定した後に、前記キャラクタを読み取る読取処理を実行し、
前記レーザ印字装置は、前記キャラクタを印字するときの印字制御モードと、前記読取処理を行うときの読取制御モードとを有し、
前記印字制御モードと前記読取制御モードとで使用する座標軸が共通であり、
前記印字制御モードでの印字処理の終了と前記読取制御モードでの読取処理の開始との間にディレイ時間が設定され、該ディレイ時間をユーザが任意に設定可能であることを特徴とする読取機能付きレーザ印字装置を提供することにより達成される。

図１を参照して本発明の作用効果を説明する。図１において、参照符号１０は読取機能付きレーザ印字装置を示す。図中、参照符号１１は、ワーク搬送ライン上の印字及び読取ステージを示す。当該ステージ１１において、基準となる印字位置を参照符号PP₍₀₎で示し、実際の印字位置を実線で示すと共に符号PPを付してある。

本発明に従う読取機能付きレーザ印字装置の処理を図２のフローチャートを参照して説明する。先ず、レーザ印字装置のメモリに記憶されている印字データから所望のキャラクタの読み出しが行われる（Ｓ１０）。次に、ワークが印字及び読取ステージ１１に到着したことを例えば光電センサで検知すると（Ｓ１１）、撮像部によるワークの撮像が行われ、この撮像画像に基づいてワーク及び印字位置PPの基準位置(基準となる印字位置PP₍₀₎)からの変位量が算出される（Ｓ１２）。この変位量は、ｘ座標、ｙ座標及び前述した回転角度θ並びにワークつまり印字位置PPの傾きによって規定される。そして、この変位量に基づいて印字位置補正データが作成される。次のステップＳ１３で上記印字位置補正データに基づいて印字位置が補正され、補正後の印字位置に基づいてワークへの印字が実行される（Ｓ１４）。

印字の際に使用した撮像部を再び使って、上記印字したキャラクタの読み取りが行われる（Ｓ１５）。この読取処理では、上記印字位置補正データのうちＸ座標、Ｙ座標を反映した撮像部の光軸の調整つまり撮像領域の位置補正が行われる。この光軸調整を行った後にキャラクタの撮像が実行される。そして、この画像に基づいてキャラクタの品質の評価が行われる。この読取処理（Ｓ１５）が完了すると、ワークは次のステージに搬送される。

図１に戻って、キャラクタを印字すべき位置が基準位置（破線）から変位していたとしても、印字処理（図２のＳ１４）及び読取処理（図２のＳ１５）の撮像が共通の撮像手段によって行われる。したがって、印字制御で使用される座標軸と、読取制御で使用される座標軸とを共通にすることができる。これにより、読取処理（図２のＳ１５）において、印字処理で作成した印字位置補正データを使って撮像手段の受光軸を調整つまり撮像領域の位置を補正することができる。これにより、先の印字処理でワークに付記したキャラクタを読み取るときに当該キャラクタを確実に撮像領域に納めることができる。

本発明によれば、印字処理及びこれに続く読取処理を一つの撮像手段で行うことができる。また、印字処理において印字することが可能な印字可能領域に比べて撮像手段の撮像領域が小さい場合でも、ワークに印字したキャラクタを確実に撮像領域に納めることができる。

本発明の他の目的、本発明の作用効果の詳細は、以下の本発明の実施例の詳しい説明から明らかになろう。

本発明の基本概念を説明するための図である。本発明に従う方法を説明するためのフローチャートである。本発明に従う実施例のレーザマーカの全体構成図である。本発明に従うレーザマーカを含む印字システムの全体構成図である。図４に例示の印字システムに含まれる他の実施例のレーザマーカの全体構成図である。印字位置の補正と、印字したキャラクタの読取方法を説明するための図である。印字位置補正の必要性を説明するための図である。印字位置の補正を説明するための図であり、(I)は補正に用いるマッチングパターンを説明するための図であり、(II)はワークの座標原点を説明するための図である。印字位置補正データに含まれるＸ座標、Ｙ座標、回転角度θを説明するための図であり、(I)マッチングパターンを使って求めたＸ座標、Ｙ座標、回転角度θを説明するための図であり、(II)はその拡大図である。ガルバノミラーを使ってレーザビームを走査して「Ａ」の文字を印字するときのレーザビームの移動軌跡を説明するための図である。印字処理から読取処理に至る一連の制御を説明するためのフローチャートである。読取処理において先ず実行される撮像領域の変更を説明するための図である。撮像領域を変更する際のガルバノミラーの制御を説明するためのフローチャートである。図１１を参照して説明した印字処理から読取処理に至る一連の制御の変形例を説明するためのフローチャートである。図１１を参照して説明した印字処理から読取処理に至る一連の制御の更なる変形例を説明するためのフローチャートである。印字処理の終了タイミングと読取処理の撮影開始タイミングとの間に設定することのできる撮影ディレイ制御を説明するためのフローチャートである。読取処理で取り込んだ画像を所望の時間表示し続ける画像ホールド制御を説明するためのフローチャートである。撮影ディレイ時間及び画像ホールド時間をユーザが任意に設定できるＧＵＩの一例を示す図である。読取処理の結果を表示するモニタ表示の一例を示す図である。ワーク搬送ラインに印字ステージとその下流の読取ステージとを配置した従来例を説明するための図である。図２０に図示の従来例で採用されていた印字、読取の一連の制御を説明するためのフローチャートである。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

実施例のレーザマーカ（図３）：

図３を参照して、実施例のレーザマーカ１００は、レーザ励起部２００とレーザ出力部３００とを含む。レーザ出力部３００はレーザ発振部３０２を有している。レーザ発振部３０２はレーザ媒質３０４を含む。レーザマーカ１００は、レーザ媒質３０４で発振されたレーザビームＬbを対象物（ワーク）Ｗの表面上で走査させることで対象物Ｗの表面にキャラクタを印字する。

印字動作を制御する印字信号は、そのＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じてレーザビームＬbのＯＮ／ＯＦＦが切り替えられ、その１パルスが発振されるレーザビームＬbの１パルスに対応するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号は、その周波数に応じたデューティ比に基づいてレーザ強度を規定することができる。変形例として、周波数に基づいた走査速度によってレーザ強度を規定してもよい。

レーザ励起部２００はレーザ励起光源２０２と集光部２０４を有している。レーザ励起光源２０２には電源部２０６から定圧電源が供給される。レーザ励起光源２０２は半導体レーザやランプ等で構成される。具体的には、レーザ励起光源２０２は、複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイで構成されている。各素子からのレーザ発振がライン状に出力され、この出力は集光部２０４の入射面に入射される。集光部２０４は典型的にはフォーカシングレンズ等で構成され、そして、集光部２０４の出射面からレーザ励起光がレーザ出力部３００に向けて出力される。

レーザ励起部２００とレーザ出力部３００とは光ファイバーケーブル２０８によって連結されている。レーザ励起部２００が生成したレーザ励起光は上述したレーザ媒質３０４に入る。ここに、レーザ媒質３０４はロッド状の固体レーザ媒質（例えばＮｄ：ＹＶＯ₄）で構成され、その一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザビームＬbを出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式が採用されている。レーザ媒質３０４は、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザビームＬbの波長を任意の波長に変換できるようにしてもよい。

レーザ媒質３０４の変形例として、レーザビームを発振させる共振器でレーザ媒質３０４を構成しないで、固体レーザ媒質の代わりに、波長変換のみを行う波長変換素子でレーザ媒質３０４を構成してもよい。この場合は、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行えばよい。波長変換素子としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＰＯ₄）、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばＫＮ（ＫＮｂＯ₃）、ＫＡＰ（ＫＡｓＰＯ₄）、ＢＢＯ、ＬBＯや、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂＯ₃（Periodically Polled Lithium Niobate ：ＰＰＬＮ）、ＬｉＴａＯ₃等）が利用できる。また、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｓｍ、Ｎｄ等の希土類をドープしたフッ化物ファイバーを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。

レーザ出力部３００は、レーザビームＬbを発生させる上述したレーザ発振部３０２を備える。レーザ発振部３０２は、上述したレーザ媒質３０４が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Ｑスイッチ等を備える。レーザ媒質３０４が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間での多重反射により増幅し、Ｑスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザビームＬbを出力する。

レーザ発振部３０２の変形例として、ＣＯ₂やヘリウム−ネオン、アルゴン、窒素等の気体を媒質として用いる気体レーザ方式を採用してもよい。例えば炭酸ガスレーザを用いた場合、レーザ発振部３０２は、内蔵電極を含むレーザ発振部３０２の内部に炭酸ガス（ＣＯ₂）が充填され、制御部３２０から与えられる印字信号に基づいて内蔵電極により炭酸ガスを励起してレーザ発振させる。

レーザマーカ１００はレーザビーム走査系３１０を有する。レーザビーム走査系３１０は、レーザ発振部３０２と光路を一致させたＺ軸スキャナを内蔵するビームエキスパンダ３１２と、Ｘ軸スキャナ３１４と、このＸ軸スキャナ３１４と直交するように配置されたＹ軸スキャナ３１６とを備える。このレーザビーム走査系３１０は、レーザ発振部３０２より出射されるレーザビームＬbをＸ軸スキャナ３１４、Ｙ軸スキャナ３１６で対象物Ｗの表面上の作業領域を二次元的に走査させる。好ましくは、Ｚ軸スキャナ（図示せず）を設けて、このＺ軸スキャナで高さ方向にワーキングディスタンスすなわち焦点距離を調整できるようにするのが良い。これにより三次元状に印字加工が可能となる。なお、集光レンズであるｆθレンズは図示を省略している。

Ｘ軸、Ｙ軸スキャナ３１４、３１６は、光を反射するガルバノミラー３１４a、３１６aと、このガルバノミラー３１４a、３１６aを回動軸に固定して回動するためのガルバノモータ３１４b、３１６bと、回動軸の回転位置を検出して位置信号として出力する位置検出部を備える。また各Ｘ軸、Ｙ軸スキャナ３１４、３１６はスキャナ駆動回路３１８に接続されている。スキャナ駆動回路３１８は制御部３２０に接続されている。そして制御部３２０から供給される制御信号によってＸ軸、Ｙ軸スキャナ３１４、３１６の動作が制御される。

ビームエキスパンダ３１２は、これに含まれるＺ軸スキャナによって、レーザ媒質３０４から出射するレーザビームＬbのスポット径を調整する機能が付加されている。スポット径を調整することで、ワーキングディスタンス（焦点距離）を調整することができる。すなわち、ビームエキスパンダ３１２で入射レンズと出射レンズとの相対距離を変化させることでレーザビームＬbのビーム径を拡大／縮小し、焦点位置も変化させることができる。このビームエキスパンダ３１２の具体的な構成は特開２００７−１１１７６３号公報に詳細に記載されていることから、この特開２００７−１１１７６３号の記載を援用することにより、ビームエキスパンダ３１２のこれ以上の説明を省略する。

ビームエキスパンダ３１２に含まれるＺ軸スキャナ及びＸ軸、Ｙ軸スキャナ３１４、３１６を制御することにより、ワーキングディスタンスを調整しながらレーザビームＬbを走査することができる。したがって、曲面状や段差状の対象物（ワーク）Ｗの三次元印字位置の全エリアに対して焦点距離を合わせた状態で高精度に且つ最小スポットで印字加工できる。

レーザマーカ１００は、レーザビーム走査系３１０のレーザビームの行路から分岐した受光軸３３０を有する撮像素子３３２を有し、この撮像素子３３２は実質的にカメラつまり撮像部を構成している。具体的に説明すると、レーザマーカ１００は、ビームエキスパンダ３１２と、Ｘ、Ｙ軸ガルバノミラー３１４a、３１６aとの間に配置されたハーフミラー３３４を有している。撮像素子３３２の受光軸３３０は、レーザビーム出射軸３３６が偏向されるハーフミラー３３４を介してレーザビーム出射軸３３６から分岐されている。

図３を引き続き参照して、参照符号３４０は距離測定用レーザガイドを示す。距離測定用レーザガイド３４０は、ワーキングディスタンス、つまり高さ合わせをするためにワークに対して斜めに光を入射する機能を有する。

他の実施例のレーザマーカを含む印字システムの一例（図４、図５）：
図４は、例示としての印字システムの全体構成を示す。図５は、そのブロック図である。印字システム４００は、マーキングヘッド４０２と、マーキングヘッド４０２を制御するコントローラ４０４と、コントローラ４０４とデータ通信可能に接続された三次元加工データ設定装置つまりパーソナルコンピュータ（ＰＣ）４０６とを有する。

ＰＣ４０６つまり三次元加工データ設定装置を使って、ユーザはワークＷの加工条件などを入力することができる。また、三次元加工データ設定装置４０６のディスプレイ上にパラメータの設定画面などを表示させて、コントローラ４０４に対して印字パターンを三次元加工データとして設定することができる。三次元加工データ設定装置４０６は、三次元加工データ設定プログラムをインストールしたパーソナルコンピュータやプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）で構成される。

コントローラ４０４には、必要に応じて各種外部機器４０８が接続される。外部機器４０８としては、例えばワーク搬送ラインで搬送されるワークＷの種別、位置等を確認するイメージセンサ等の画像認識装置、ワークＷとマーキングヘッド４０２との距離に関する情報を取得する変位計等の距離測定装置、所定のシーケンスに従って機器の制御を行うＰＬＣ、ワークＷの通過を検出するＰＤセンサその他各種のセンサ等を例示的に挙げることができる。

印字システム４００は、入力された対象物の印字面に加工パターンを仮想的に一致させるように加工パターン情報を平面状から三次元空間座標データに変換して、対象物の印字面が三次元の凹凸面であっても比較的容易に印字パターンを設定してこれを対象物の表面に印字できる。三次元加工データの設定は例えば特開２００７−１１１７６３号公報に三次元加工データの具体的な手法が記載されていることから、この特開２００７−１１１７６３号公報の全文を本明細書に援用することにより、その説明を省略する。

コントローラ４０４は、メイン制御回路４１０、ワーク加工情報記憶部４１２、電源回路４１４、励起光源４１６を有し、また、レーザビーム増幅器４１８を含むレーザ発振器ユニットを有する。コントローラ４０４によってレーザ発振の制御やレーザビームの走査制御が実行される。励起光源４１６は、レーザ媒質を励起するための励起光を生成するＬＤ（レーザダイオード）などの発光素子と集光レンズとを含む。

レーザビーム増幅器４１８は、コアにレーザ媒質が添加された光ファイバーを含み、このファイバー式のレーザビーム増幅器４１８を用いてレーザビームを増幅することによりエネルギー密度の高い高出力のレーザビームを生成することができる。このレーザビーム増幅器４１８は、低出力の種光を発生させるマスターオシレータ部、種光を増幅するパワーアンプ部、ポンピング用光源装置、アイソレータなどで構成され、マスターオシレータ部及びパワーアンプ部は、レーザ媒質としてイッテルビウム（Ｙｂ）などの希土類元素が添加された希土類ドープ光ファイバーによって構成される。

レーザビーム増幅器４１８は、例えば、レーザ発振を制御するためのＱスイッチを設けるのが好ましく、Ｑスイッチの切り替えにより、連続発振をパルス発振に変換することができ、ピークパワーの大きなパルス波を生成することができる。なお、レーザビーム増幅器４１８としては、種光を生成するＬＤを直接にオン又はオフすることによって、パルス発振可能な発振器のように、Ｑスイッチ無しで構成してもよい。

コントローラ４０４とマーキングヘッド４０２とは光ファイバーケーブル４２０によって連結されている。光ファイバーケーブル４２０には、レーザビーム増幅器４１８でレーザビームが直接的に入力される。すなわち、光ファイバーケーブル４２０は、レーザビーム増幅器４１８によって増幅されたレーザビームをマーキングヘッド４０２に伝送するデリバリファイバーである。

マーキングヘッド４０２は、光アイソレータ４２２、ビームエキスパンダ４２４、ビームサンプラー４２６、シャッタ４２８、フォトインタラプタ４３０、ダイクロイックミラー４３２、Ｚ軸スキャナ４３４、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ４３６、パワーモニタ４３８及びガイド光源４４０を含む。

光アイソレータ４２２は、光ファイバーケーブル４２０の端面から出射されたレーザビームを通過させ、戻り光を抑制する戻り光抑制手段を構成し、光ファイバーケーブル４２０を介して伝送されたレーザビームをビームエキスパンダ４２４へ入力する順方向の伝送を許容し、逆方向への伝送を禁止する。光アイソレータ４２２は、例えば、アパーチャ、偏光子、ファラデー回転子によって構成される。アパーチャは、通過光を制限するための遮断板である。偏光子は、複屈折結晶からなるロッド状の光学素子である。ファラデー回転子は、磁界の印加によって偏光面を回転させる磁気光学素子である。

ビームエキスパンダ４２４は、レーザビームのビーム径を可変に制御するビーム径可変手段を構成し、光アイソレータ４２２と光軸を一致させて配置される。このビームエキスパンダ４２４は、光路上に配置された複数のレンズによって構成され、レンズ間の距離を調整することにより、ビーム径を所望の値に変換している。ビームサンプラー４２６は、ビームエキスパンダ４２４を通過したレーザビームの一部をダイクロイックミラー４３２に向けて反射させ、他の一部をパワーモニタ４３８側へ透過させる光学素子である。

パワーモニタ４３８は、ビームサンプラー４２６を透過したレーザビームを受光し、レーザパワーを検出するレーザパワー検出用センサであり、レーザパワーの検出結果をパワーレベル検出信号としてコントローラ４０４内のメイン制御回路４１０へ出力する。この様なパワーモニタ４３８としては、例えば、サーモパイル（熱電堆）、或いは、フォトダイオードが用いられる。

シャッタ４２８は、レーザビームを必要に応じて遮断するための遮断装置であり、遮断板や遮断板を移動させる駆動機構によって構成される。このシャッタ４２８は、ビームサンプラー４２６及びダイクロイックミラー４３２間に配置されている。

フォトインタラプタ４３０は、シャッタ４２８が閉じているか否かを光学的に検出する光学センサである。ダイクロイックミラー４３２は、特定波長の光のみを反射し、他の波長の光を透過させる光学素子であり、シャッタ４２８を通過したレーザビームをＺ軸スキャナ４３４に向けて反射し、ガイド光源４４０からのガイド光をそのまま透過させる。

Ｚ軸スキャナ４３４は、光路上に配置された１又は２以上のレンズと、レンズを移動させるレンズ駆動用モーターによって構成されるレーザビームの走査機構であり、レンズを変位させることによって、マーキングヘッド４０２から出射されるレーザビームの焦点位置を光軸方向に調整することができる。また、Ｚ軸スキャナ４３４は、レーザビームの集光機能を有している。なお、このＺ軸スキャナ４３４は、ワークＷの高さに追随してレーザビームの焦点位置を光軸方向に移動させることが可能な走査機構である。

Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ４３６は、交差する回転軸にそれぞれ配置された２つのガルバノミラーと、これらのガルバノミラーを回転させるガルバノミラー駆動用モーターによって構成される。Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ４３６はレーザビームの走査機構である。Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ４３６は、ガルバノミラーを軸回転させることによって、レーザビームを光軸と交差する方向に走査させる。ここでは、加工対象面に照射されるレーザビームの光軸方向をＺ軸方向と呼び、光軸と交差する互いに平行でない２つの方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向と呼ぶ。

Ｚ軸スキャナ４３４を通過したレーザビームは、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ４３６のガルバノミラーによって反射され、ワークＷに照射される。ガイド光源４４０は、レーザビームＬbの照射位置をワークＷ上で可視化するためのガイド光を生成する光源装置である。ガイド光源４４０から出射されたガイド光は、ダイクロイックミラー４３２を透過し、レーザビームの光路に入る。レーザビームの光路に入ったガイド光は、Ｚ軸スキャナ４３４及びＸ軸・Ｙ軸スキャナ４３６を経てワークＷに照射される。

ワーク加工情報記憶部４１２は、ワークＷのレーザ加工に関する情報をワーク加工情報として保持するメモリである。ワーク加工情報として、文字などのキャラクタをワークＷ上に加工する際の加工線の描画情報、レーザ発振を制御するためのレーザ出力制御情報などを含む。加工線の描画情報は、レーザビームの照射目標を示す三次元位置情報、例えば、座標データからなる。また、レーザ出力制御情報としては、例えば、レーザビームのピークパワー、パルス幅、繰返し周波数などが保持される。

ピークパワーは、パルスエネルギーをパルス幅で除算することによって得られる物理量である。パルス幅は、ピークパワーの半分程度のパワーレベルにおけるパルス波の時間長であり、繰返し周波数は、パルス発振の周波数である。また、中心波長は、レーザビーム増幅器４１８により生成されるレーザビームの波長である。

メイン制御回路４１０は、ワーク加工情報記憶部４１２内に保持されているワーク加工情報に基づいて、励起光源４１６、レーザビーム増幅器４１８、Ｚ軸スキャナ４３４、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ４３６及びシャッタ４２８を制御する制御手段を構成する。具体的には、メイン制御回路４１０は、レーザ出力制御情報に基づいて、マーキングヘッド４０２から出射されるレーザビームのピークパワーやパルス幅を調整するための発振器制御信号を生成し、そして、励起光源４１６及びレーザビーム増幅器４１８へ制御信号を出力する。

メイン制御回路４１０は、また、レーザ出力制御情報や描画情報に基づいて、Ｚ軸スキャナ４３４のレンズ駆動用モーター、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ４３６のミラー駆動用モーター、及び、シャッタ４２８を制御するための駆動信号を生成し、この各種の制御信号をＺ軸スキャナ４３４、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ４３６及びシャッタ４２８へ出力する。

この印字システム４００においても、Ｚ軸スキャナ４３４及びＸ軸・Ｙ軸スキャナ４３６を制御することにより、ワーキングディスタンスを調整しながらレーザビームＬbを走査することができる。したがって、曲面状や段差状の対象物（ワーク）Ｗの三次元印字位置の全エリアに対して焦点距離を合わせた状態で高精度に且つ最小スポットで印字加工できる。

図５を参照して、印字システム４００は、Ｚ軸スキャナ４３４と、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ４３６つまりガルバノミラーとの間にハーフミラー４５０を有している。このハーフミラー４５０は、レーザビームの出射軸４５２から分岐した受光軸４５４を生成する。この受光軸４５４は撮像素子４５６の受光軸である。撮像素子４５６は実質的にカメラつまり撮像部を構成する。

図５を引き続き参照して、参照符号４６０は距離測定用レーザガイドを示す。距離測定用レーザガイド４６０は、ワーキングディスタンス、つまり高さ合わせをするためにワークに対して斜めに光を入射する機能を有する。

図６は、印字予定位置の補正と、印字したキャラクタの読取方法を説明するための図である。代表例として図３を参照して説明したレーザマーカ１００で使用した参照符号を使って図６の(I)ないし(IV)を説明する。図中、参照符号５００は、レーザマーカ１００が印字することのできる印字可能範囲を示す。

図６の(I)はレーザマーカ１００に設定されている印字予定位置に関する基準座標を説明するための図である。この例では、印字予定位置つまり基準となる印字位置PP₍₀₎の所定の点（例えば中心）の（Ｘ座標、Ｙ座標）は（３０、２０）である。印字処理をする前に撮像した実際のワークの印字位置PPの所定の点が座標（４０、１０）であったとすると、印字位置補正データつまり変位量は（１０、−１０）となる（図６の（II））。印字処理は、この印字位置補正データに基づいて実行される。つまり、印字予定位置PP₍₀₎を実際の印字位置PPに整合させるために、印字予定位置PP₍₀₎の座標を（４０、１０）に設定した後に印字が実行される。この印字は、基本的には、Ｘ軸スキャナ３１４、Ｙ軸スキャナ３１６を高速に動作させてレーザビームＬbを偏向させることにより行われる。

図６の(III)は、ワークに印字したキャラクタの読取処理に関連した図である。図中、参照符号５０２は撮像領域を示す。この図から撮像領域５０２が印字可能範囲５００に比べて小さいことが分かるであろう。撮像領域５０２が印字可能範囲５００よりも小さい、その理由は、Ｘ軸、Ｙ軸スキャナ３１４、３１６に映った画像を撮像素子３３２が取り込み、Ｘ軸、Ｙ軸スキャナ３１４、３１６は比較的小さなミラーで構成されているからである。

読取処理に先立って、撮像領域５０２は、その中心座標が（４０、１０）に設定される。この座標（４０、１０）をターゲットにＸ軸、Ｙ軸スキャナ３１４、３１６つまりガルバノミラーが駆動される。この速度は比較的低速であってもよい。ここに、座標（４０、１０）は上述した補正後の印字位置の所定の点の座標である。つまり、読取制御において、その撮像領域の中心の基準位置の（Ｘ座標、Ｙ座標）は、印字制御と同じ（３０、２０）である。したがって、印字制御で生成した印字位置補正データ（１０、−１０）がそのまま読取制御に反映されている。その結果、撮像領域５０２の補正後の中心座標は上述した（４０、１０）に設定される。これにより、キャラクタの中心は、常に、撮像領域５０２の中心と一致した状態になる。

図６の(IV)は、撮像領域５０２の位置を補正しなかった場合の問題点を説明するための図である。図６の(IV)読取処理のための撮像領域５０２の設定において基準位置の中心座標（３０、２０）を補正しない場合を参照のために図示してある。この撮像領域５０２の中に、印字したキャラクタが入っているときには問題は生じない。しかし、図６の(IV)に図示のように、キャラクタの一部が基準位置の撮像領域５０２からはみ出している場合には、読み取りＮＧとなる。

印字位置の補正の必要性について図７を参照して説明する。図７の(I)は、合計６つのワークＷ(1)〜Ｗ(6)が基準位置に位置している状態を示す。この状態が確認できれば、印字位置を補正することなく印字が実行される。図示の例では、ワークＷの左下の印字位置PP₍₀₎にキャラクタ（例えば二次元コード）が印字されることになる。

図７の(II)は、ワークＷが基準位置から変位した状態の例を示す。印字位置補正データを生成するのに、図８の(I)に図示のマッチング用パターン５１０を用いる場合を説明する。基準位置のワークＷ₀の座標原点はワークＷ₀の例えば左下の角に設定される（図８の(II)）。そして、この座標原点に基づいて各ワークＷ(1)〜Ｗ(6)の印字位置PPの座標が規定される。

図９は、印字位置補正データに含まれるＸ座標、Ｙ座標、回転角度θを説明するための図である。図９を参照して、ワークＷの撮像画像から印字位置PPを抽出し（図９の(I）)、マッチング用パターン５１０を使って印字位置PPが基準位置から変位している量を計算する。これが印字位置補正データである。印字位置補正データには、Ｘ座標の変位量Δx、Ｙ座標の変位量Δy、回転角度の変位量Δθが含まれる（図９の(II)）。この印字位置補正データは各ワークＷ(1)〜Ｗ(6)毎に作成される。そして、この印字位置補正データに基づいて印字が実行される。

印字処理のときのＸ軸、Ｙ軸のスキャナ３１４、３１６つまりガルバノミラー３１４a、３１６aの制御を図１０を参照して説明する。ガルバノミラーの制御は、印字モードと、後に説明する撮像モードとがある。印字モードは、ワークＷの印字位置PPに印字を行うときの制御モードである。撮像モードは、ワークＷに印字したキャラクタを撮像するときの制御モードである。この撮像モードは読取処理のときに使用される。ここに、印字モードと撮像モードに使用される座標系は共通である。

印字モード：
図１０は、キャラクタとして「Ａ」の文字を印字する例を示す。印字モードでのガルバノミラー３１４a、３１６aは、キャラクタ毎の印字設定で決められている線分に沿ってレーザビームＬbを走査するように制御される。この制御は従来から知られているので、その概要を説明すると次の通りである。

文字列やコードに基づいて線分情報が規定されている。また、予めスキャン速度が設定されており、この設定値はユーザによって変更可能である。印字するキャラクタとスキャン速度の設定値に基づいてガルバノミラー３１４a、３１６aの動作つまりレーザビームＬbの走査速度が決定される。印字する文字が「Ａ」であれば、この「Ａ」の文字を印字するためのレーザビームＬbの移動軌跡は予め設定されている。図１０を参照すれば、「Ａ」の文字を印字するためのレーザビームＬbの移動軌跡は一筆書きの道筋であり、レーザビームＬbは矢印で示す方向に進む。図１０の実線は、レーザビームＬbを出射してワークＷに線分を書き込む線分を示す。破線は、レーザビームＬbの出射を停止している線分を示す。

Ｘ軸、Ｙ軸スキャナ３１４、３１６つまりガルバノミラーは、移動軌跡上の数多くの座標を順次確認しながら、次の座標、その次の座標というように次々と動作目標座標が設定されて、この動作目標座標を変更しながらガルバノミラーの制御が行われる。

図１１は、印字処理から読取処理に至る一連の制御を説明するためのフローチャートである。代表例として、図４、図５を参照して説明した印字システム４００に基づいて印字処理から読取処理に至る制御を説明するが、図３に図示のレーザマーカ１００についても同様に適用されるのは勿論である。

図１１のフローチャートを参照して、印字処理の制御が開始される、先ず、ワーク加工情報記憶部４１２つまりコントローラ４０４に内蔵のメモリから所望の印字データの読み出しが行われる（Ｓ３０）。次いで、ワークＷが印字及び読取ステージ１１（図１）に到着する（Ｓ３１）と、コントローラ４０４は、ＰＣ４０６から送信される変位量計測指令を待つ（Ｓ３２）。ＰＣ４０６から供給される変位量計測指令（Ｓ３３）をコントローラ４０４が受け取ると、ステップＳ３５に進んでワークＷの変位量の計測が実行される。この変位量の計測は図９を参照して前述した通りである。変位量の計測が完了すると、この変位量データつまり印字位置補正データがＰＣ４０６に供給される。

ＰＣ４０６は、コントローラ４０４から変位量データつまり印字位置補正データを受け取ると（Ｓ３４）、コントローラ４０４に向けて印字座標補正指令を送信する（Ｓ３６）。この印字座標補正指令をコントローラ４０４が受け取ると、印字位置補正データに基づいて、上述したステップ３０で取り込んだ印字データを補正し（Ｓ３７）、そして、この補正した印字データに基づいて印字が実行される（Ｓ４０）。そして、この印字処理が完了すると自動的に読取処理が開始される（Ｓ４１）。そして、この読取処理が完了すると、印字処理及びこれに続く読取処理が終了する。

図１２は、読取処理において、先ず実行される撮像領域５０２を変更する処理を説明するための図である。図６の(III)を参照して説明したように、上記印字位置補正データに基づいて撮像領域５０２の位置を補正する処理が行われる。読取処理で実行されるキャラクタの読み取りは、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ４３６つまりガルバノミラーに映るキャラクタの画像が撮像素子４５６によって取り込まれることにより行われる。

したがって、読取処理で先ず実行されるキャラクタの撮像に先だって、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ４３６つまりガルバノミラーが、これから撮像したい座標に向けられる。このガルバノミラーの制御は前述した撮像モードによる制御である。ガルバノミラーの制御を実行するに先立ってガルバノミラーへの入力項目は、図１２で破線で示す撮像領域５０２の中心の基準座標から変位させるべき座標情報つまりＸ座標、Ｙ座標だけで足りる。これは、印字位置補正データのうち補正値のＸ座標及びＹ座標を撮像領域５０２の中心座標に変換した座標情報である。図１２の実線で示す撮像領域５０２は撮像したい領域を示す。

図１３は、撮像モードで撮像領域５０２を変更する際のＸ軸・Ｙ軸スキャナ４３６つまりガルバノミラーの制御を説明するためのフローチャートである。ステップＳ５０で、図１２の実線で示す撮像したい撮像領域５０２の中心座標を入力すると、図１２の実線で示す撮像したい撮像領域５０２の中心座標が目標座標に設定される。そして、この目標座標に向けてＸ軸・Ｙ軸スキャナ４３６つまりガルバノミラーが駆動される（Ｓ５１）。撮像モードでのガルバノミラーの動作速度は、印字のときの動作速度よりも低速に設定してもよい。

Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ４３６つまりガルバノミラーが目標値に到達すると、ステップＳ５２からステップＳ５３に進んでガルバノミラーの駆動は停止され、次の撮像モードが到来するまで待機状態になる（Ｓ５３）。

ワークＷに付記したキャラクタを読み取る読取処理において、撮像領域５０２の位置座標に対して印字位置補正データを反映した補正を行うため、印字及び読取ステージ１１（図１）に運び込まれたワークＷの位置や向きが基準位置から変位していたとしても、確実にキャラクタを撮像領域５０２に存在させることができる。ガルバノミラーを経由して撮像した場合に撮像領域５０２が小さくなる。小さな撮像領域５０２であっても、読取処理を確実に成功させることができる。

図１４は、図１１を参照して説明した印字処理から読取処理に至る一連の制御の変形例を説明するためのフローチャートである。この図１４のフローチャートの説明において、前述した図１１のフローチャートのステップと同じステップには、図１１で使用したステップ番号と同じステップ番号を付してある。

図１１と図１４とを対比すると、図１１に図示の制御において、ＰＣ４０６からコントローラ４０４へのトリガー信号は、変位量計測指令（Ｓ３３）、印字座標補正指令（Ｓ３６）、印字開始指令（Ｓ３８）である。これに対して、図１４に図示の変形例の制御では、ＰＣ４０６からのトリガー信号は、変位量計測指令に限定されている（Ｓ３３）。したがって、図１４に図示の制御では、変位量の計測（Ｓ３５）が完了すると、自動的に次の印字データ補正（Ｓ３７）が実行される。また、印字データ補正（Ｓ３７）が完了すると、自動的に次の印字処理（Ｓ４０）が実行される。

図１５は、図１１及び図１４を参照して説明した印字処理から読取処理に至る一連の制御の更なる変形例を説明するためのフローチャートである。この図１５のフローチャートの説明において、前述した図１１及び図１４のフローチャートのステップと同じステップには、図１１及び図１４で使用したステップ番号と同じステップ番号を付してある。

図１４と図１５とを対比すると、図１４に図示の制御では、ＰＣ４０６からのトリガー信号は、変位量計測指令に限定されている（Ｓ３３）。これに対して、図１５の制御では、ＰＣ４０６からのトリガー信号は、読取指令（Ｓ４２）に限定され、ＰＣ４０６から読取指令がコントローラ４０４に供給されるまで読取処理Ｓ４１は待機される（Ｓ４３）。

したがって、図１５の制御では、ＰＣ４０６からの指示を待つことなく、印字データの読み出し（Ｓ３０）から印字処理（Ｓ４０）まで各ステップが完了すると連続的に且つ自動的に次のステップに移行する。

図示を省略したが、印字処理から読取処理に至る一連の制御において、コントローラ４０４がＰＣ４０６から独立して、印字データの読み出し（Ｓ３０）から読取処理（Ｓ４１）まで各ステップが完了すると連続的に且つ自動的に次のステップに移行するようにしてもよい。

前述した２つの実施例のレーザマーカ１００（図３）及び印字システム４００（図４、図５）は、好ましくは、次の２つのうち少なくとも一方の機能を含む。一つの機能が撮影ディレイ機能である。他の一つが画像ホールド機能である。

撮影ディレイ機能（図１６）：
印字ステージ４とその下流の読取ステージ５を備えた従来例（図２０）と違って、本発明では一つの印字及び読取ステージ１１（図１）でワークＷに対する印字処理と、これに続く読取処理とを行うことができる。つまり、前述した図１１を参照して、本発明に従う実施例では、ワークＷに対する印字処理（Ｓ４０）が完了すると読取処理（Ｓ４１）が行われる。印字処理（Ｓ４０）における印字の完了タイミングから読取処理（Ｓ４１）における撮影の開始タイミングまでのディレイ時間ｔ_dを設けるのが良い。

このディレイ時間ｔ_dの設定方法として、ディレイ時間ｔ_dをユーザが任意に設定できるようにしてもよいし、変形例として、初期値t_０を予め設定しておき、これを増減する付加時間ｔ_aをユーザが任意に設定できるようにしてもよい。

ワークＷに印字するのにレーザビームを使うと、このレーザ加工によってワークＷの表面が局部的に加熱される。また、レーザ加工に伴って煤が発生する。本発明では、一つの印字及び読取ステージ１１（図１）でワークＷに対する印字処理と、これに続く読取処理を行うため、印字処理（図１１のＳ４０）における印字の完了タイミングの直後に読取処理（図１１のＳ４１）における撮影を開始することも可能である。

上述したディレイ時間ｔ_dを設定することで、ワークＷからの熱的影響や煤によって撮像不良が発生するのを抑えることができる。特に、印字処理に伴って発生する煤が収まるのを待って撮影を開始することで、読み取りに適した画像を取り込むことができる。

このディレイ制御を図１６のフローチャートに従って説明すると、印字処理（Ｓ４０）が完了すると、上述したディレイ時間ｔ_dの間、待機状態になる（Ｓ６０、Ｓ６１）。そして、ディレイ時間ｔ_dが経過すると、ステップＳ４１に進んで読取処理が実行される。つまり、キャラクタの撮影が実行される。

画像ホールド機能（図１７）：
読取処理（図１１のＳ４１）は、先ず、ワークＷに付記されたキャラクタを撮像し、そして、この撮像画像の取り込みが行われる。取り込んだ撮像画像は、ＰＣ４０６（図４）のディスプレイに表示することができる。ユーザは、ＰＣ４０６に表示されている撮像画像を見ながら、印字つまりキャラクタを目で確認することができる。

ＰＣ４０６に表示されている撮像画像は、次々とワークＷが印字及び読取ステージ１１（図１）に到達する毎に、今現在、印字及び読取ステージ１１に存在しているワークＷのキャラクタの撮像画像に切り替わる。撮像画像が切り替わった時点では、印字及び読取ステージ１１に存在しているワークＷは次のステージに移動している。

いま、一の撮像画像がＰＣ４０６に表示されているものの、ユーザがこの撮像画像を確認する前に、次の撮像画像に切り替わったとき、目で撮像画像を確認できなかったワークＷ（「キャラクタ未確認ワーク」）は既に印字及び読取ステージ１１には存在していない。したがって、キャラクタ未確認ワークＷの撮像画像を目で確認するためには、ＰＣ４０６のメモリに保存してある当該ワークＷの撮像画像をディスプレイに呼び出す操作が必要となる。

この手間を省くのが画像ホールド機能の目的である。このホールド機能を使うことで、所望の時間、ＰＣ４０６のディスプレイに撮像画像を表示し続けることができる。したがって、次のワークＷが印字及び読取ステージ１１に存在していたとしても、ＰＣ４０６のディスプレイには、その前のワークＷの印字処理後の撮像画像をディスプレイに表示させ続けることでユーザは目でキャラクタを確認することができる。

この画像ホールドの制御を図１７に図示のフローチャートに従って説明すると、ステップＳ４１で読取処理が実行されると、その撮像画像は、ユーザが設定したホールド時間ｔ_hが経過するまでＰＣ４０６のディスプレイに表示され続ける（Ｓ６２、Ｓ６３）。そして、ホールド時間ｔ_hが経過すると、ＰＣ４０６のディスプレイの更新が行われ、次のワークＷの撮像画像がＰＣ４０６のディスプレイに表示される（Ｓ６４）。画像ホールド時間ｔ_hは所定値であってもよいが、ユーザが任意に設定可能であるのが好ましい。

図１８は、ＰＣ４０６に表示可能なＧＵＩ（グラフィカルユーザインターフェース）を示す。図示のＧＵＩは、取込処理に関連した設定画面である。図示のＧＵＩの中段にある「撮影ディレイ」という項目のアップ、ダウンボタンを操作することで前述したディレイ時間ｔ_dを設定することができる。すなわち、アップボタンを操作すると、「撮影ディレイ」という項目の右にある窓に表示の数値（図示の数字「２.０」は２秒を意味している）が増加し、ディレイ時間ｔ_dとして２秒よりも長い時間に調整することができる。アップボタンを操作すると、ディレイ時間ｔ_dとして２秒よりも短い時間に調整することができる。

図１８を引き続き参照して、「撮影ディレイ」の下の「画像ホールド時間」という項目のアップ、ダウンボタンを操作することで前述した画像ホールド時間ｔ_hを設定することができる。すなわち、アップボタンを操作すると、「画像ホールド時間」という項目の右にある窓に表示の数値（図示の数字「５.０」は５秒を意味している）が増加し、画像ホールド時間ｔ_hとして５秒よりも長い時間に調整することができる。アップボタンを操作すると、画像ホールド時間ｔ_hとして５秒よりも短い時間に調整することができる。

如上の説明から分かるように、実施例のレーザマーカ１００又は印字システム４００が含んでいる位置補正手段は、撮像部により第１の領域（ワーク位置を含む領域）を撮像して得られた画像データに基づいて、ワークの変位つまり位置ずれを算出する位置ずれ算出手段と、該位置ずれ算出手段により算出されたワークの位置ずれに基づいて、印字位置を補正する印字位置補正手段とを含んでいる。

また、実施例のレーザマーカ１００又は印字システム４００は次の構成を有している。すなわち、レーザマーカ１００又は印字システム４００は、補正後の印字位置に基づきワークに対するレーザ印字が行われた後、補正後の印字位置に基づく第２の領域が撮像部により撮像されるようレーザ光走査部（ガルバノスキャナ）を制御する撮像領域制御手段と、撮像部により第２の領域を撮像して得られた画像データに基づいて、レーザ印字が行われた印字パターンの印字品質を評価する印字品質評価手段と、印字パターンの印字品質に関する評価結果を出力する（モニタ出力又はＰＬＣ等への外部出力）評価結果出力手段と、を備えている。

ここで、印字品質評価手段による評価方法は如何なる方法であってもよく、例えばセル面積を計算する等、必ずしもデコードを伴わなくてもよい。また、評価結果出力手段によりモニタ出力された一例を図１９に示す。

図１９の左側に上下に並んでいる文字はAIDPM評価値を表示している。ここに、AIDPMとは、国際自動認識工業界（Automatic Identification Manufacturers）がダイレクトパーツマーキング二次元印字品質評価の規格を意味している。図１９の左側の文字を上から順番に説明すると次の通りである。
（１）「ＤＥＣ」：デコードの成功又は失敗；
（２）「ＣＣ」：セルコントラスト；
（３）「ＣＭ」：セルモジュレーション；
（４）「ＲＭ」：反射率余裕度；
（５）「ＦＰＤ」：固定パターン損傷；
（６）「ＦＩＤ」：形状情報損傷；
（７）「ＶＩＤ」：型番情報損傷；
（８）「ＡＮ」：軸非均一性；
（９）「ＧＮ」：グリッド非均一性；
（１０）「ＵＥＣ」：未使用誤り訂正率；
（１１）「ＰＧＨ」：プリント伸縮（水平）；
（１２）「ＰＧＶ」：プリント伸縮（垂直）。

図１９の左側の一番下に見られる「ＭＡＴＣＨＩＮＧ」はマッチングレベルを意味している。マッチングレベルとは、コードリーダでの読み取り易さを数値化したものであり、図示の例では「８６」の数値が表示されている。

図１８に戻って、図示のＧＵＩはエラー閾値にスライダバーを有する。このスライダバーによって、ユーザはエラーの閾値を自由に設定することができる。そして、図１８のＧＵＩでは、印字品質の総合グレードＣ以上であれば、ＯＫ判定をするようにしている。要するに、印字されたキャラクタのＯＫ・ＮＧ判定を行う良否判定手段を備えている。なお、判定基準は様々考えられ、全てＯＫの場合に総合判定ＯＫとしてもよいし、一定数ＯＫが出たら総合判定ＯＫとしてもよいし、予め定められた評価項目がＯＫの場合に総合判定ＯＫとしてもよい。

このように、実施例のレーザマーカ１００又は印字システム４００は、キャラクタを読み取る読取処理（デコードの有無は問わない）を実行した後、キャラクタの品質を評価し、その評価結果をモニタ出力するようにしている。これにより、一台のカメラで取得した印字位置情報を使って印字位置補正情報を生成すると共に、この印字位置補正情報を使ってキャラクタを読み取ることに加えて、読み取られたキャラクタの印字品質まで評価することができる。

１０本発明の読取機能付きレーザ印字装置
１１印字及び読取ステージ
PP₍₀₎ 基準となる印字位置（印字予定位置）
PP 実際の印字位置
１００レーザマーカ
３１４Ｘ軸スキャナ
３１４a ガルバノミラー
３１４ｂガルバノモータ
３１６Ｙ軸スキャナ
３１６a ガルバノミラー
３１６ｂガルバノモータ
３３０受光軸
３３２撮像素子
４００印字システム
４０２ヘッド部（マーキングヘッド）
４０４コントローラ
４３６Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ
４５４受光軸
４５６撮像素子
５００印字可能範囲
５０２撮像領域

Claims

ワークの表面上でレーザビームを走査させることにより、前記ワークの表面の所定の印字予定位置に所望のキャラクタを印字するレーザ印字装置であって、
前記レーザビームの出射軸から分岐した受光軸を有し、前記レーザビームが走査可能な印字可能範囲よりも狭い撮像領域を撮像する撮像部と、
該撮像部が取り込んだ画像情報に基づいて印字予定位置を補正する印字位置補正手段と、
前記レーザビームを走査させるためのガルバノミラーとを有し、
前記レーザ印字装置は、前記印字位置補正手段により補正した印字位置に所望のキャラクタを印字し、
前記レーザ印字装置は、更に、前記レーザ印字装置がワークに印字した前記キャラクタを前記撮像部により読み取る読取制御手段を有し、
該読取制御手段は、前記印字位置補正手段が生成した印字位置補正情報に基づいて前記撮像領域を設定した後に、前記キャラクタを読み取る読取処理を実行し、
前記レーザ印字装置は、前記キャラクタを印字するときの印字制御モードと、前記読取処理を行うときの読取制御モードとを有し、
前記印字制御モードと前記読取制御モードとで使用する座標軸が共通であり、
前記印字制御モードでの印字処理の終了と前記読取制御モードでの読取処理の開始との間にディレイ時間が設定され、該ディレイ時間をユーザが任意に設定可能であることを特徴とする読取機能付きレーザ印字装置。
前記撮像部が前記ガルバノミラーに映るワークの表面の画像を取り込む、請求項１に記載の読取機能付きレーザ印字装置。
前記ガルバノミラーの動作速度が前記印字制御モードと前記読取制御モードとで異なり、
前記読取制御モードにおける前記ガルバノミラーの動作速度が相対的に遅い、請求項２に記載の読取機能付きレーザ印字装置。
前記撮像部が取り込んだ撮像画像を表示する表示部を更に有し、
該表示部に表示する撮像画像の表示をホールドするホールド時間をユーザが任意に設定可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の読取機能付きレーザ印字装置。