JP6331361B2 - 寿命推定装置、レーザー光照射システム、寿命推定方法 - Google Patents
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Description
P1=Q1×V1
1つのラベルは複数の線分により構成されているので、ラベルに含まれる全ての線分の負荷値P1を合計すると、1枚のラベルが描画される場合の負荷値を算出できる。このように、線分の負荷値を、線分の長さに応じた負荷値と走査速度(又は空走速度)に応じた負荷値とで重みづけすることで、ガルバノミラー24が小刻みに動作する場合には、大きく動作する場合よりも、ガルバノミラー24の負荷を大きく算出できるので、寿命の算出精度を向上できる。
図2は、レーザー書込システム100の概略を説明する図の一例である。レーザー書込システム100は書込制御装置20と画像処理装置30を有している。書込制御装置20、又は、書込制御装置20と画像処理装置30はレーザーマーカーと呼ばれる場合がある。
図6は、寿命推定装置40の機能ブロック図の一例を示す。書込制御装置20は、画像処理装置30が作成した走査命令に基づいてレーザー光を照射する。また、寿命推定装置40は走査命令から寿命を推定するので、まず走査命令の作成について説明する。
画像処理装置30は、印字情報31から走査命令を作成する。走査命令は特許請求の範囲の制御データの一例である。印字情報31は、数字・文字・記号のストロークデータ、図形データ、バーコード等などである。
なお、1つのラベルの中で、走査速度又は空走速度はそれぞれ一定である必要はなく、変更することが可能である。
続いて、図6に基づき寿命推定装置40について説明する。寿命推定装置40は、ガルバノミラー動作解析部41、動作負荷計算部42、印字負荷計算部43、及び、寿命算出部44を有する。
ガルバノミラー動作解析部41は、書込制御装置20が描画する走査命令の各線分の座標から、1線分毎にガルバノミラー24の動作量を解析する。具体的には、線分の走査開始点と走査終了点からガルバノミラー24の走査距離又は走査角度を算出する。なお、ガルバノミラー動作解析部41は、動作負荷計算部42のため、走査命令DB32から走査速度又は空走速度を読み出しておく。
例えば、図8(b)の〔0〕番目の走査命令の場合、ガルバノミラー動作解析部41は走査開始点(48,48)と走査終了点(80,48)に基づき、走査距離Lを算出する。
走査距離L=√{(80−48)2+(48−48)2}
なお、線分(レーザーがONされる)に限らず、レーザーがOFFのままガルバノミラーの向きが変わる場合も動作する点では同じなので、同様に動作量を算出する。 図8(a)の〔1〕番目の走査命令の場合、ガルバノミラー動作解析部41は走査開始点(80,48)と走査終了点(80,400)に基づき、空走距離を算出する。
空走距離=√{(80−80)2+(400−48)2}
また、書込制御装置20は、X方向にレーザー光を照射するガルバノミラーと、X方向に垂直なY方向に照射するガルバノミラーとの2つのミラーを備えていることが多い。このため、X方向にレーザー光を走査するガルバノミラーとY方向にレーザー光を走査するガルバノミラーそれぞれで寿命を算出したい場合がある。この場合、X方向の走査距離LxとY方向の走査距離Lyが別々に算出される。例えば、走査開始点(48,48)と走査終了点(80,48)の場合、走査距離Lx、Lyは以下のようになる。
Y方向の走査距離Ly=48−48
このように、1つのラベルの全ての走査命令について、走査距離又は空走距離を算出することで、ガルバノミラー24の動作量が解析される。
図13は、「あ」という文字を描画する場合の描画順の例を示す図の一例である。前述のように、書込制御装置20は文字、図形、バーコードなどラベルを構成する要素を線分の集合体として描画するため、「あ」という文字は複数の線分に分解されて走査命令が生成される。図13の「あ」上にある5-0〜5-36までの数字は、「あ」を構成する線分の始点とその描画順を示している。
図13において、ガルバノミラー24が、例えば5-0から5-1までの比較的長い水平直線部分を描画する場合と、5-28から5-29を含む前後の直線部分を描画する場合では、後者のほうがガルバノミラー24に与える負荷が大きい。これは、線分が描画される場合に生じる加速と減速が短時間に発生するためである。
そこで、この考え方に基づき負荷値を定義する。負荷値は、走査距離(又は空走距離)のみ、走査速度(又は動作速度)のみ、又は、走査距離(又は空走距離)と走査速度(又は動作速度)の組み合わせにより定義される。以下、(i)走査距離(又は空走距離)、走査速度(又は動作速度)を負荷値の算出に適切な値に変換する場合と、(ii) 動作の回数から求める場合とを説明する。
(i) 走査距離(又は空走距離)、走査速度(又は動作速度)を負荷値の算出に適切な値に変換する場合
ガルバノミラー24の走査距離又は空走距離に応じた負荷値をQとすると、後者のガルバノミラー24の動作ほうがガルバノミラー24の走査距離又は空走距離に応じた負荷値Qの値が大きくなるように負荷値Qが定義される。負荷値Qは特許請求の範囲の動作量負荷情報の一例である。
さらに、ガルバノミラー24の走査速度又は空走速度によってガルバノミラー24にかかる負荷が異なると考えられる。例えば、同じ走査距離又は空走距離でも高速度でガルバノミラー24が動作した場合と、低速度でガルバノミラー24が動作した場合があるとする。この場合、ガルバノミラー24の動作速度に応じた負荷値をVとすると、高速度でガルバノミラー24が動作した場合のほうが、動作速度に応じた負荷値Vは大きくなる。負荷値Vは特許請求の範囲の速度負荷情報の一例である。
Pi=Qi×Vi
このように負荷値Piを算出することで、線分が短く速度が大きいと負荷値Piを大きく算出することができ、線分が長く速度が小さいと、負荷値Piを小さく算出することができる。線分が短く速度が小さい場合、又は、線分が長く速度が大きい場合は、中程度の負荷値Piを算出することができる。したがって、ガルバノミラーにかかる負荷を精度よく定量化できる。
同様に、走査距離(又は空走距離)のみから負荷値を算出する場合は、ガルバノミラー24にかかる負荷値Pは、以下のようにn回の動作のQiの合計となる。
P=Q1+Q2+・・・+Qn
走査速度(又は動作速度)のみから負荷値を算出する場合は、ガルバノミラー24にかかる負荷値Pは、以下のようにn回の動作のViの合計となる。
P=V1+V2+・・・+Vn
なお、X方向とY方向で別々のガルバノミラーが走査する場合は、それぞれのガルバノミラーについて負荷値Pが算出される。
(ii) 動作の回数から求める場合
この場合も負荷値は、走査距離(又は空走距離)のみ、走査速度(又は動作速度)のみ、又は、走査距離(又は空走距離)と走査速度(又は動作速度)の組み合わせにより定義される。
まず、走査距離(又は空走距離)のみから負荷値を算出する場合を説明する。短くガルバノミラーが動く場合にガルバノミラーに高い負荷が加わるため、動作負荷計算部42は短くガルバノミラーが動く回数をカウントする。すなわち、動作負荷計算部42は、走査距離(又は空走距離)を算出し、閾値より走査距離(又は空走距離)が短い線分の数をカウントする。閾値は実験的に決定される。この場合、印字負荷計算部43は、1枚のラベルにおける短い線分の数をカウントして負荷値とする。
P=1枚のラベルにおいて閾値より短い線分の数
次に、走査速度(又は空走速度)のみから負荷値を算出する場合を説明する。速くガルバノミラーが動く場合にガルバノミラーに高い負荷が加わるため、動作負荷計算部42は速くガルバノミラーが動く回数をカウントする。すなわち、動作負荷計算部42は、走査命令の走査速度(又は空走速度)を読み出し、走査速度(又は空走速度)が閾値以上の線分の数をカウントする。閾値は実験的に決定される。例えば、ガルバノミラーが動く速さが走査速度と空走速度(空走速度の方が速いとする)で異なる場合、走査命令からレーザー光が照射されない線分の数をカウントする。この場合、印字負荷計算部43は、1枚のラベルにおいて空走速度が閾値以上の線分の数をカウントして負荷値とする。
P=1枚のラベルにおいて閾値より走査が速い線分の数
また、走査距離(又は空走距離)と走査速度(又は動作速度)の組み合わせにより負荷値を算出する場合を説明する。短くかつ速くガルバノミラーが動く場合にガルバノミラーに高い負荷が加わるため、動作負荷計算部42は短くかつ速くガルバノミラーが動く回数をカウントする。したがって、例えば、走査命令から、レーザー光が照射されない線分のうち、短い線分の数がカウントされる。この場合、印字負荷計算部43は、1枚のラベルにおいて空走距離が閾値未満の、レーザー光が照射されない線分の数をカウントして負荷値とする。
P=1枚のラベルにおいて閾値より短くかつ閾値より速い線分の数
なお、いずれの場合も線分の数そのものを負荷値とするほか、変換テーブルや変換式などでカウントされた数を負荷値に変換してもよい。
まず、ガルバノミラー24の負荷上限値をPmaxとする。書込制御装置20が未稼働(まだ、ラベルを描画していない新品状態)の場合は、ガルバノミラー24の負荷上限値Pmax を1枚のラベルの負荷値Pで割ると、ガルバノミラー24の寿命に達するまでに何枚ラベルが描画できるか算定することができる。
さらに、例えば工場や物流センターでは書込制御装置20の1日の稼働時間や1日の描画回数が決まっている場合が多いため、1日に作成されるラベルの枚数を特定することができる。例えば、書込制御装置20が未稼働の場合において、1日M枚のラベルを描画する工場の場合、ガルバノミラー24の負荷上限値PmaxをP×M(枚)で割ると、ガルバノミラー24の寿命まで何日使用可能か求めることができる。
使用可能日数=Pmax/(P×M)
負荷上限値Pmaxは、例えばガルバノミラー24のメーカから提供される耐用年数から求められる。耐用年数が、1日の使用時間を設定して標準的なラベルを描画した場合の1日のラベルの描画枚数から算定されているものとする。この場合、標準的なラベルから負荷値P0を求め、1日のラベルの描画枚数を掛け、さらに日にちに変換した耐用年数を掛ければ、負荷上限値Pmaxが得られる。また、安全係数(例えば80%〜90%)を乗じて、負荷上限値Pmaxを算出してもよい。
図16は、寿命推定装置40の動作手順の一例を示す図である。走査命令DB32には1つのラベルの走査命令が格納されているものとする。
上記では、走査距離(又は空走距離)と走査速度(又は空走速度)に基づき負荷値Piを算出したが、さらに線分間の角度を考慮してもよい。
Pi=Qi×Vi×Ri
なお、負荷値Riは厳密には線分間で定義されるが、前半の線分(例えば、5-23と5-24の線分と5-24と5-25の線分では5-23と5-24の線分)の負荷値Riと見なせばよい。最後の線分を除き負荷値Riを定義できる。また、最後の線分では負荷値Riを例えば「1」としておく。
図18は、図11とは異なるラベル例を示す図である。図18(a)では、図11の塗りつぶし部分144が白黒反転している。図11のように塗りつぶし部分がある場合、数字「39」は39を残すようにその他の範囲を隙間無く走査する。図18(a)のようにストロークで数字「39」が表される場合、曲線を線分で置き換えて線分が発色される。したがって、白黒反転されたラベルは同じ情報を表示しても、ガルバノミラー24にかかる負荷が異なっている。
このように、ラベルの種類が異なる場合、ガルバノミラー24にかかる負荷も異なるので、寿命推定装置40はラベル毎に負荷値を算出することが好ましい。
図19は、本実施例の寿命推定装置40の機能ブロック図の一例である。本実施例では、図18にて説明した種類が異なるN種類のラベルL-1〜L-Nを描画するものとする。ラベルL-1〜L-Nをラベル群と称する。
それぞれのラベルを1枚描画する際のガルバノミラー24にかかる負荷値Pは、ラベルL-1がPa、ラベルL-2がPb、ラベルL-3がPcとする。この場合、標準動作負荷解析部46は、下式により、標準動作負荷値Pavgを算出する。
Pavg = (Pa×2/10) + (Pb×3/10) + (Pc×5/10)
こうすることで、ガルバノミラー24が複数種類のラベルを描画する場合、ラベルの描画枚数に応じて、ガルバノミラー24の負荷値Pを精度よく算出できる。標準動作負荷値Pavgは、特許請求の範囲の複数ラベル重み付け負荷値の一例である。
使用可能日数=Pmax/(Pavg×100)
すなわち、標準動作負荷値Pavgを算出することで、ラベルの種類が複数ある工場などでも、実施例1と同様に寿命を算出できる。
図20は、寿命推定装置40の動作手順を説明する図の一例である。
全てのラベルが選択された場合(S2−2のYes)、標準動作負荷解析部46がラベル群について標準動作負荷値を算出する(S2−3)。
1日の負荷値の合計Ps=k1・P1+k2・P2+…+kn・PN
負荷上限値Pmaxを1日の負荷値の合計Psで除した値が、日数としてのガルバノミラー24の寿命である。
20 書込制御装置
22 レーザー発振器
23 ガルバノモーター
24 ガルバノミラー
30 画像処理装置
40 寿命推定装置
41 ガルバノミラー動作解析部
42 動作計算部
43 印字負荷計算部
44 寿命算出部
45 印字1回の負荷計算部
46 標準動作負荷解析部
100 レーザー書込システム
Claims (12)
- レーザー光の方向を制御する方向制御ミラーの制御データを取得する取得手段と、
前記制御データから方向制御ミラーに加わる負荷値を算出する負荷値算出手段と、
前記負荷値と前記方向制御ミラーの上限負荷値から前記方向制御ミラーの寿命を推定する寿命推定手段と、を有し、
前記取得手段は、前記制御データから、方向制御ミラーの動作量又は動作速度の少なくとも一方を取得し、
前記負荷値算出手段は、前記動作量が第1閾値未満の前記制御データの数、前記動作速度が第2閾値以上の前記制御データの数、又は、前記動作量が第1閾値未満かつ前記動作速度が第2閾値以上の前記制御データの数に基づき前記負荷値を算出する、
ことを特徴とする寿命推定装置。 - 前記負荷値算出手段は、前記動作量又は前記動作速度の少なくとも一方から方向制御ミラーに加わる負荷値を算出する、ことを特徴とする請求項1に記載の寿命推定装置。
- 前記負荷値算出手段は、前記動作量が少ないほど大きな動作量負荷情報に該動作量を変換し、前記動作速度が速いほど大きな速度負荷情報に該動作速度を変換して、前記動作量負荷情報又は前記速度負荷情報の少なくとも一方から前記負荷値を算出する、
ことを特徴とする請求項2に記載の寿命推定装置。 - 前記制御データには、レーザー光が照射された状態の前記動作量及び第1の動作速度と、レーザー光が照射されない状態の前記動作量及び前記第1の動作速度とは異なる第2の動作速度とが含まれており、
前記負荷値算出手段は、前記動作量負荷情報と前記第1の動作速度から変換された前記速度負荷情報の積、及び、前記動作量負荷情報と前記第2の動作速度から変換された前記速度負荷情報の積、を前記方向制御ミラーの動作方向毎に加算して前記負荷値を算出する、ことを特徴とする請求項3に記載の寿命推定装置。 - 前記方向制御ミラーは第1方向に沿って角度が変わる第1の方向制御ミラーと、前記第1方向と垂直な第2の方向に沿って角度が変わる第2の方向制御ミラーとを有しており、
前記負荷値算出手段は、前記第1の方向制御ミラーと前記第2の方向制御ミラーの前記負荷値を別々に算出する、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の寿命推定装置。 - 前記負荷値算出手段は、前記制御データに含まれる前記動作量の始点と終点の座標データから前記方向制御ミラーの動作方向が変わる毎の方向変化角度を算出し、
前記方向変化角度が大きいほど大きな方向変化角度負荷情報に該方向変化角度を変換して、前記動作量負荷情報、前記速度負荷情報及び前記方向変化角度負荷情報の積から前記負荷値を算出する、ことを特徴とする請求項3に記載の寿命推定装置。 - 前記制御データは、レーザー光で視覚情報が描画されるラベル毎に作成されており、
前記負荷値算出手段は、ラベル毎に前記負荷値を算出し、
前記寿命推定手段は、負荷上限値を、一定期間当たりのラベルの描画枚数と前記ラベル毎の前記負荷値の積で除することで使用可能日数を算出する、
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の寿命推定装置。 - 前記制御データは、レーザー光で視覚情報が描画されるラベル毎に作成されており、 前記取得手段は、前記制御データから種類が異なるラベル毎に動作量又は動作速度の少なくとも一方を取得し、
前記負荷値算出手段は、ラベル毎に前記負荷値を算出し、
各ラベルの前記負荷値を、一定期間当たりのラベルの総描画枚数に対する各ラベルの描画枚数の比率で重みづけして複数ラベル重み付け負荷値を算出する第2の負荷値算出手段を有し、
前記寿命推定手段は、前記複数ラベル重み付け負荷値と前記方向制御ミラーの上限負荷値から前記方向制御ミラーの寿命を推定する、
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の寿命推定装置。 - 前記寿命推定手段は、負荷上限値を、一定期間当たりの種類が異なるラベルの全ての描画枚数と複数ラベル重み付け負荷値の積で除することで使用可能日数を算出する、
ことを特徴とする請求項8に記載の寿命推定装置。 - 前記方向制御ミラーは、ガルバノミラーであることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の寿命推定装置。
- レーザー光を照射して記録媒体に視覚情報を描画するレーザー光照射装置と、前記レーザー光照射装置が有する方向制御ミラーの寿命を推定する寿命推定装置と、を有するレーザー光照射システムであって、
レーザー光の方向を制御する方向制御ミラーの制御データを取得する取得手段と、
前記制御データから方向制御ミラーに加わる負荷値を算出する負荷値算出手段と、
前記負荷値と前記方向制御ミラーの上限負荷値から前記方向制御ミラーの寿命を推定する寿命推定手段と、を有し、
前記取得手段は、前記制御データから、方向制御ミラーの動作量又は動作速度の少なくとも一方を取得し、
前記負荷値算出手段は、前記動作量が第1閾値未満の前記制御データの数、前記動作速度が第2閾値以上の前記制御データの数、又は、前記動作量が第1閾値未満かつ前記動作速度が第2閾値以上の前記制御データの数に基づき前記負荷値を算出する、ことを特徴とするレーザー光照射システム。 - 取得手段が、レーザー光の方向を制御する方向制御ミラーの制御データを取得するステップと、
負荷値算出手段が、前記制御データから方向制御ミラーに加わる負荷値を算出するステップと、
寿命推定手段が、前記負荷値と前記方向制御ミラーの上限負荷値から前記方向制御ミラーの寿命を推定するステップと、を有し、
前記取得手段は、前記制御データから、方向制御ミラーの動作量又は動作速度の少なくとも一方を取得し、
前記負荷値算出手段は、前記動作量が第1閾値未満の前記制御データの数、前記動作速度が第2閾値以上の前記制御データの数、又は、前記動作量が第1閾値未満かつ前記動作速度が第2閾値以上の前記制御データの数に基づき前記負荷値を算出する、ことを特徴とする寿命推定方法。
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