JP6355580B2

JP6355580B2 - レーザマーキング装置、該レーザマーキング装置を用いて印字結果を確認する印字確認方法及びコンピュータプログラム

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Publication number: JP6355580B2
Application number: JP2015057289A
Authority: JP
Inventors: 秀仁中河; 博三遠藤
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: JP2016175102A

Description

本発明は、ワークの表面に文字を印字するレーザマーキング装置、該レーザマーキング装置を用いて印字結果を確認する印字確認方法及びコンピュータプログラムに関する。

レーザマーキング装置は、ヘッド及びコントローラを有するレーザマーカと、ユーザの指示に応じて印字データを生成する印字データ生成装置とで構成される。印字データ生成装置で生成される印字データは、印字される文字列の内容、印字位置、印字サイズ等の情報を含む。

レーザマーカ及び印字データ生成装置を用いて、例えば半導体ウェハに形成された数百個のＩＣチップ等、マトリクス状に配置されたワークに対してその表面に所望の印字パターンをマーキングする。印字された結果については、例えば特許文献１に開示されているように、別個に備えた撮像装置により、印字されたワーク表面を撮像した撮像画像と、正常にマーキングされた印字パターンの撮像画像とを比較することで、正しく印字されているか否かを判断している。

特開２０１１−０５０９７８号公報

しかし、別途画像センサを設ける煩わしさを回避するため、レーザマーカに備えた撮像装置でワーク表面を撮像して、正しく印字されているか否かを確認することが多い。この場合、ワークに対する照明の度合い、周囲の環境の変化等により、撮像された画像だけでは正しく印字されているか否かを判断することができない場合には、印字結果を確認するために製造ラインを停止させる必要等が生じるという問題点があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、照明や周囲の環境に依存することなく、ワーク表面に印字パターンが正しく印字されているか否かを確認することができるレーザマーキング装置、該レーザマーキング装置を用いて印字結果を確認する印字確認方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１発明に係るレーザマーキング装置は、レーザ光を発するレーザ光発生部と、載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データを生成する印字データ生成部と、生成された前記印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部とを有するレーザマーキング装置であって、前記印字データをレーザ印字する前の前記ワーク表面を撮像した第１の画像、及びレーザ印字した後の前記ワーク表面を撮像した第２の画像を取得する撮像部と、取得した第１の画像と第２の画像とを比較して、差分画像を生成する差分画像生成部と、レーザ印字される前記印字データに対応する印字イメージを生成する印字イメージ生成部と、前記差分画像と前記印字イメージとを比較する比較部と、比較結果を出力する出力部とを備えることを特徴とする。

また、第２発明に係るレーザマーキング装置は、第１発明において、前記差分画像は、前記第２の画像から背景画像を除去した画像であることが好ましい。

また、第３発明に係るレーザマーキング装置は、第１発明において、前記印字イメージは、生成された印字データに基づいて生成される画像であることが好ましい。

また、第４発明に係るレーザマーキング装置は、第１乃至第３発明のいずれか１つにおいて、前記印字イメージは、前記ワークへの印字前に生成されることが好ましい。

また、第５発明に係るレーザマーキング装置は、第１乃至第３発明のいずれか１つにおいて、印字データが一定の規則に従って変動する場合、前記印字イメージは、前記ワークへの印字後に生成されることが好ましい。

また、第６発明に係るレーザマーキング装置は、第１乃至第５発明のいずれか１つにおいて、前記撮像部の光軸と、レーザ光の光路とが一致することが好ましい。

次に、上記目的を達成するために第７発明に係る印字確認方法は、レーザ光を発するレーザ光発生部と、載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データを生成する印字データ生成部と、生成された前記印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部とを有するレーザマーキング装置で実行することが可能な印字確認方法であって、前記レーザマーキング装置は、前記印字データをレーザ印字する前の前記ワーク表面を撮像した第１の画像、及びレーザ印字した後の前記ワーク表面を撮像した第２の画像を取得する工程と、取得した第１の画像と第２の画像とを比較して、差分画像を生成する工程と、レーザ印字される前記印字データに対応する印字イメージを生成する工程と、前記差分画像と前記印字イメージとを比較する工程と、比較結果を出力する工程とを含むことを特徴とする。

次に、上記目的を達成するために第８発明に係るコンピュータプログラムは、レーザ光を発するレーザ光発生部と、載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データを生成する印字データ生成部と、生成された前記印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部とを有するレーザマーキング装置で実行することが可能なコンピュータプログラムであって、前記レーザマーキング装置を、前記印字データをレーザ印字する前の前記ワーク表面を撮像した第１の画像、及びレーザ印字した後の前記ワーク表面を撮像した第２の画像を取得する撮像手段、取得した第１の画像と第２の画像とを比較して、差分画像を生成する差分画像生成手段、レーザ印字される前記印字データに対応する印字イメージを生成する印字イメージ生成手段、前記差分画像と前記印字イメージとを比較する比較手段、及び比較結果を出力する出力手段として機能させることを特徴とする。

次に、上記目的を達成するために第９発明に係るレーザマーキング装置は、レーザ光を発するレーザ光発生部と、載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データを生成する印字データ生成部と、生成された前記印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部とを有するレーザマーキング装置であって、前記印字データをレーザ印字した後の前記ワーク表面を撮像した画像を取得する撮像部と、該撮像部で取得した画像から前記画像の背景画像を除去した比較画像を生成する画像生成部と、レーザ印字される前記印字データに対応する印字イメージを生成する印字イメージ生成部と、前記比較画像と前記印字イメージとを比較する比較部と、比較結果を出力する出力部とを備えることを特徴とする。

第１発明、第７発明及び第８発明では、印字データをレーザ印字する前のワーク表面を撮像した第１の画像、及びレーザ印字した後のワーク表面を撮像した第２の画像を取得し、取得した第１の画像と第２の画像とを比較して、差分画像を生成する。レーザ印字される印字データに対応する印字イメージを生成し、差分画像と印字イメージとを比較し、比較結果を出力する。レーザ印字前後の差分画像を生成しているので、照明の度合い、環境の変動等による背景画像の変動を相殺することができ、差分画像と印字イメージとを比較することで、印字が正しく行われているか否かを判断することが可能となる。

第２発明では、差分画像は、第２の画像から背景画像を除去した画像であるので、印字イメージと比較することで、より高い精度で印字が正しく行われているか否かを判断することが可能となる。

第３発明では、印字イメージは、生成された印字データに基づいて生成された画像であるので、印字データの設定情報から生成された印字イメージと差分画像とを比較することで、より高い精度で印字が正しく行われているか否かを判断することが可能となる。

第４発明では、印字イメージは、ワーク表面への印字前に生成されるので、ワーク表面へ印字された状態の撮像画像と印字イメージとを即座に比較することが可能となる。

第５発明では、印字データが一定の規則に従って変動する場合、印字イメージは、ワーク表面への印字後に生成されるので、印字データが変動して印字された後に撮像された撮像画像と印字イメージとを確実に比較することが可能となる。特にシリアル番号等が自動的にインクリメントされながら印字される更新文字等は、印字された時点で初めて印字する文字が特定されるので、印字された後の撮像画像と印字イメージとを比較する必要がある。なお、本明細書中において、「更新文字」とは、印字する文字列が、印字する都度インクリメント等により自動的に変動する文字を意味する。

第６発明では、撮像部の光軸と、レーザ光の光路とが一致するよう撮像部を内蔵するので、レーザマーキング装置に新たに外部撮像装置を設けることなく印字確認を行うことができる。

第９発明では、印字データをレーザ印字した後のワーク表面を撮像した画像を取得し、取得した画像から画像の背景画像を除去した比較画像を生成する。レーザ印字される印字データに対応する印字イメージを生成し、比較画像と印字イメージとを比較し、比較結果を出力する。背景画像を除去することでレーザ印字前後の差分を示す比較画像を生成しているので、照明の度合い、環境の変動等による背景画像の変動を相殺することができ、比較画像と印字イメージとを比較することで、印字が正しく行われているか否かを判断することが可能となる。

本発明によれば、印字された状態を示す印字イメージを生成し、差分画像と印字イメージとを比較し、比較結果を出力する。レーザ印字前後の差分画像を生成しているので、照明の度合い、環境の変動等による背景画像の変動を相殺することができ、差分画像と印字イメージとを比較することで、より正確に印字が正しく行われているか否かを判断することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係るレーザマーキング装置の構成を模式的に示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係るレーザマーキング装置の、固体レーザマーカを用いる場合の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係るレーザマーキング装置の、ファイバレーザマーカを用いる場合の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置の、ＣＰＵ等の制御部を用いた場合の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置の機能ブロック図である。本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置の差分画像生成の説明図である。本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置の閾値設定画面の例示図である。本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置の印字イメージ生成画面の例示図である。本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置の印字イメージ調整画面の例示図である。本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置のマッチング率算出の説明図である。本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置の印字確認条件設定画面の例示図である。本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置のＣＰＵの印字確認処理の手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る印字データ生成装置のＣＰＵの印字確認処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態に係るレーザマーキング装置及び該レーザマーキング装置を用いて印字結果を確認する印字確認方法について、図面に基づいて具体的に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザマーキング装置の構成を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態１に係るレーザマーキング装置１０は、マーキングヘッド（レーザ光走査部）１と、マーキングヘッド１の動作を制御するコントローラ（レーザ光発生部及びレーザ光制御部）２と、コントローラ２とデータ通信することが可能に接続されている印字データ生成装置（印字データ生成部）３とで構成されている。印字データ生成装置３は、コントローラ２に対して印字データを展開データとして送信する。印字データ生成装置３は、展開データを生成するプログラムをインストールしたコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等で構成されることが好ましい。

コントローラ２には、必要に応じて各種外部機器４が接続される。外部機器４としては、例えばライン上に搬送されるワーク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４０１、ワークＷとマーキングヘッド１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４０２、所定のシーケンスに従って機器の制御を行うＰＬＣ４０３、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。

レーザマーキング装置１０は、ワークＷの表面に印字する印字パターンを設定し、ワークＷの表面に印字する。図２は、本発明の実施の形態１に係るレーザマーキング装置１０の、固体レーザマーカを用いる場合の構成を示すブロック図である。なお、印字とは、文字、記号、図形等のマーキングを意味しており、具体的には、ひらがな、カタカナ、漢字、アルファベット、数字、記号、絵文字、アイコン、ロゴ、バーコード、二次元コード等のグラフィックを含む。

レーザマーキング装置１０は、コントローラ２（レーザ光発生部２００及びレーザ光制御部２０１を含む）とマーキングヘッド１（レーザ出力部２０２）とを含み、レーザ出力部２０２に含まれるレーザ発振部２０４のレーザ媒質２０６で発振されたレーザビームＬｂをワークＷの表面で二次元状に走査させることでワークＷの表面に文字列を印字する。印字動作を制御する印字信号は、レーザビームＬｂのオンオフ信号であり、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、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良い。

レーザ光発生部２００は、レーザ励起光源２０８と集光部２１０とを備え、レーザ励起光源２０８には電源から定圧電源が供給される。レーザ励起光源２０８は、半導体レーザ、ランプ等で構成される。具体的には、レーザ励起光源２０８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、各素子からのレーザ発振がライン状に出力され、集光部２１０の入射面に入射される。

レーザ光発生部２００とレーザ出力部２０２とは、光ファイバケーブル２１２によって連結され、レーザ光発生部２００が生成したレーザ励起光は、上述したレーザ媒質２０６に入射される。レーザ媒質２０６は、ロッド状の固体レーザ媒質（例えばＮｄ：ＹＶＯ₄）で構成され、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２０６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良い。

レーザ媒質２０６は、上述した固体レーザ媒質の代わりに、レーザビームを発振させる共振器で構成することなく、波長変換のみを行う波長変換素子で構成しても良い。この場合、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行えば良い。

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、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂＯ₃（ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｅｄＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ：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２０２は、レーザビームＬｂを発振する上述したレーザ発振部２０４を備えている。レーザ発振部２０４は、上述したレーザ媒質２０６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スイッチ等を備えている。レーザ媒質２０６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における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を出射する。

レーザ発振部２０４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良い。例えば炭酸ガスレーザを用いた場合、レーザ発振部２０４は、内蔵電極を含むレーザ発振部２０４の内部に炭酸ガス（ＣＯ₂）が充填され、コントローラ２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。

内蔵するカメラ（撮像部）３００は、レーザ発振部２０４と光路を一致させて設けられている。これにより、印字された位置近傍のワークＷの表面を撮像することができる。

レーザビーム走査系２２０は、レーザ発振部２０４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２４２と、Ｘ軸スキャナ２２４と、Ｘ軸スキャナ２２４と直交するよう配置されたＹ軸スキャナ２２６とを備える。レーザビーム走査系２２０は、レーザ発振部２０４から出射されるレーザビームＬｂを、Ｘ軸スキャナ２２４及びＹ軸スキャナ２２６でワークＷの表面上の作業領域で二次元状に走査させる。

Ｘ軸スキャナ２２４及びＹ軸スキャナ２２６は、光を反射する反射面として全反射ミラーであるガルバノミラー２２４ａ、２２６ａ、ガルバノミラー２２４ａ、２２６ａを回動軸に固定して回動するためのガルバノモータ２２４ｂ、２２６ｂ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とを備える。また、Ｘ軸スキャナ２２４、Ｙ軸スキャナ２２６は、スキャナ駆動回路２２８に接続されている。スキャナ駆動回路２２８はコントローラ２に接続されており、コントローラ２から供給される制御信号に基づいてＸ軸スキャナ２２４、Ｙ軸スキャナ２２６を駆動する。

ビームエキスパンダ２４２は、レーザ媒質２０６から出射するレーザビームＬｂのスポット径を調整する。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２４２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、焦点位置を変化させることができる。

ビームエキスパンダ２４２、Ｘ軸スキャナ２２４、Ｙ軸スキャナ２２６の動作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、ワークＷの表面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文字列を印字することができる。

図３は、本発明の実施の形態１に係るレーザマーキング装置１０の、ファイバレーザマーカを用いる場合の構成を示すブロック図である。図３に示すように、レーザマーキング装置１０は、コントローラ２とマーキングヘッド１とで構成され、コントローラ２に接続された印字データ生成装置３は、ワークＷの印字条件等の入力を受け付けて、ディスプレイ上に印字条件に対応するパラメータの設定画面等を表示する表示部を備えた入出力手段である。

コントローラ２は、メイン制御回路５０８、ワーク加工情報記憶部５１０、電源回路５１２、励起光源５１４及びレーザビーム増幅器５１６を含むレーザ発振器ユニットで構成され、コントローラ２によってレーザの発振制御、レーザビームの走査制御等が実行される。励起光源５１４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）等の発光素子と集光レンズとを含む。

レーザビーム増幅器５１６は、コアにレーザ媒質が添加された光ファイバを含み、レーザビーム増幅器５１６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。レーザビーム増幅器５１６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、アイソレータ等で構成され、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によって構成される。

コントローラ２とマーキングヘッド１とは光ファイバケーブル５２０によって連結され、光ファイバケーブル５２０には、レーザビーム増幅器５１６で増幅されたレーザビームが直接的に入力される。

マーキングヘッド１は、光アイソレータ５２２、ビームエキスパンダ５２４、ビームサンプラー５２６、シャッタ５２８、フォトインタラプタ５３０、ダイクロイックミラー５３２、Ｚ軸スキャナ５３４、Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ５３６、パワーモニタ５３８及びガイド光源５４０を含む。

光アイソレータ５２２は、光ファイバケーブル５２０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、光ファイバケーブル５２０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５２４へ入力する順方向への伝送を許容し、逆方向への伝送を禁止する。光アイソレータ５２２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、通過光の光量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５２４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５２２と光軸を一致させて配置される。ビームエキスパンダ５２４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５２６は、ビームエキスパンダ５２４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５３２に向けて反射させ、他の一部をパワーモニタ５３８側へ透過させる光学素子である。

パワーモニタ５３８は、ビームサンプラー５２６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２内のメイン制御回路５０８へ出力する。パワーモニタ５３８としては、例えばサーモパイル（熱電堆）、フォトダイオード等が用いられる。

シャッタ５２８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、及び遮断板を移動させる駆動機構によって構成される。シャッタ５２８は、ビームサンプラー５２６及びダイクロイックミラー５３２の間に配置されている。

フォトインタラプタ５３０は、シャッタ５２８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５３２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５２８を通過したレーザビームをＺ軸スキャナ５３４に向けて反射し、ガイド光源５４０からのガイド光をそのまま透過させる。

内蔵するカメラ３００は、レーザビームの光路と一致するように設けられている。これにより、印字された位置近傍のワークＷの表面を撮像することができる。

Ｚ軸スキャナ５３４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１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５３４は、レーザビームの集光機能を有している。なお、Ｚ軸スキャナ５３４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５３６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、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とによって構成されるレーザビームの走査機構であり、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、印字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５３４を通過したレーザビームは、Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ５３６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５４０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５４０から出射されたガイド光は、ダイクロイックミラー５３２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５３４及びＸ軸／Ｙ軸スキャナ５３６を経てワークＷに照射される。

コントローラ２のワーク加工情報記憶部５１０は、ワークＷのレーザ印字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り、ワーク加工情報として、文字などをワーク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が保持される。

メイン制御回路５０８は、ワーク加工情報記憶部５１０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５１４、レーザビーム増幅器５１６、Ｚ軸スキャナ５３４、Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ５３６及びシャッタ５２８を制御する制御手段を構成し、具体的には、レーザ出力制御情報に基づいて、マーキングヘッド１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、励起光源５１４及びレーザビーム増幅器５１６へ制御信号を出力する。

また、メイン制御回路５０８は、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５３４のレンズ駆動用モータ、Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ５３６のミラー駆動用モータ、及び、シャッタ５２８を制御するための駆動信号を生成し、各種の制御信号をＺ軸スキャナ５３４、Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ５３６及びシャッタ５２８へ出力する。

図４は、本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置（印字データ生成部）３の、ＣＰＵ等の制御部を用いた場合の構成を示すブロック図である。図４に示すように、本実施の形態１に係る印字データ生成装置３は、少なくとも動作を制御する制御プログラムを実行するＣＰＵ（制御部）３１、メモリ３２、記憶装置３３、Ｉ／Ｏインタフェース３４、ビデオインタフェース３５、可搬型ディスクドライブ３６、通信インタフェース３７及び内部バス３８を備えている。

ＣＰＵ３１は、内部バス３８を介して印字データ生成装置３の上述したようなハードウェア各部と接続されており、上述したハードウェア各部の動作を制御するとともに、記憶装置３３に記憶されているコンピュータプログラム１００に従って、種々のソフトウェア的機能を実行する。メモリ３２は、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ等の揮発性メモリで構成され、コンピュータプログラム１００の実行時にロードモジュールが展開され、コンピュータプログラム１００の実行時に発生する一時的なデータ等を記憶する。

記憶装置３３は、内蔵される固定型記憶装置（ハードディスク）、ＲＯＭ等で構成されている。記憶装置３３に記憶されたコンピュータプログラム１００は、プログラム及びデータ等の情報を記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体９０から、可搬型ディスクドライブ３６によりダウンロードされ、実行時には記憶装置３３からメモリ３２へ展開して実行される。もちろん、通信インタフェース３７を介して接続されている外部コンピュータからダウンロードされたコンピュータプログラムであっても良い。

通信インタフェース３７は内部バス３８に接続されており、接続線によりコントローラ２と接続されることにより、データ通信を行うことができる。具体的には、印字データあるいはフォントデータの一部を印字データに組み合わせて生成された展開データをコントローラ２へ送信する。もちろん、外部のコンピュータとインターネット等を介して接続しておき、例えばコンピュータプログラム等をダウンロードしても良い。

Ｉ／Ｏインタフェース３４は、キーボード４１、マウス４２等の入力装置と接続されており、ワークＷの表面に印字するデータ（印字データ）の入力を受け付ける。ビデオインタフェース３５は、ＬＣＤ等の表示装置４３と接続され、データの入力を受け付ける画面、ワークＷの表面に印字された文字列の状態等を表示する。

表示装置４３は、レーザ光の走査領域に対応する設定平面を表示し、設定平面上に印字パターンを表示する。なお、「設定平面」とは、レーザマーキング装置のＸ軸方向及びＹ軸方向を座標軸とする直交座標として規定された平面を意味しており、レーザマーキング装置により照射されるレーザ光の二次元状の走査領域に対応した平面である。印字データ生成装置３で、生成された印字データを設定平面で表したものを表示装置４３で目視で確認することができ、印字データ生成装置３で生成された印字データは、コントローラ２を介してマーキングヘッド１に送信され、ワークＷの表面に印字される。設定平面における印字データとワークＷの表面における印字とが略同じになるよう、コントローラ２、マーキングヘッド１の動作を制御する。

図５は、本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置（印字データ生成部）３の機能ブロック図である。本実施の形態１に係る印字データ生成装置３の文字列設定受付手段３０１は、ワークＷに印字する所定の文字列に関する情報の設定を受け付ける。

文字列設定受付手段３０１では、印字する文字列の設定を受け付けるだけでなく、印字する文字列のフォントデータの設定、印字する文字列のサイズの設定等を受け付ける。また、ワーク表面に正しく印字するために、印字面の形状の設定、印字する文字列の座標の設定、印字する文字の基準位置の設定、印字する文字列の角度の設定、印字条件の設定等を受け付ける。これらの設定内容が、印字データとしてコントローラ２へ送信される。

生成手段３０２は、設定を受け付けたフォントデータに基づいて所定の文字列を含む印字データを生成する。第１の画像取得手段（撮像手段）３０３は、印字データをレーザ印字する前のワークを撮像した第１の画像を取得する。具体的には、光軸がレーザ光の光路と一致するカメラ３００により、印字前のワークＷの表面を撮像するよう指示信号をマークングヘッド１へ送信し、撮像された第１の画像の画像データを取得する。

印字データ送信手段３０４は、生成された印字データをコントローラ（レーザ光制御部）２へ送信する。これにより、所望の文字列がワークＷの表面に印字される。

第２の画像取得手段（撮像手段）３０５は、印字データをレーザ印字した後のワークＷの表面を撮像した第２の画像を取得する。具体的には、光軸がレーザ光の光路と一致するカメラ３００により、印字後のワークＷの表面を撮像するよう指示信号をマーキングヘッド１へ送信し、撮像された第２の画像の画像データを取得する。

差分画像生成手段３０６は、取得した第１の画像と第２の画像とを比較して、差分画像を生成する。印字の前後では、周囲環境、照明の度合い等が大きく変動する可能性が低い。したがって、差分画像を生成することにより、印字された文字以外の背景画像を相殺することができ、印字された文字のみを浮かび上がらせた画像として差分画像を生成することができる。

図６は、本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置３の差分画像生成の説明図である。図６に示すように、印字する前の背景画像のみを撮像した第１の画像６１と、印字した後の画像を撮像した第２の画像６２の差分を算出して、差分画像６３を生成する。差分画像６３は、第１の画像６１と第２の画像６２とにおける画素値の差分が大きいほど黒く、小さいほど白く表示されている。

なお、差分画像の代わりに、第２の画像から背景領域の画像を直接除去した画像であっても良い。この場合、印字された文字列のみが印字されている画像となり、印字イメージと比較することで、より高い精度で印字が正しく行われているか否かを判断することが可能となる。

例えば、黒地のワークＷの表面に、白色で文字列が印字する場合には、第１の画像は、黒地の背景画像となり、第２の画像は、黒地の背景画像に白色の文字列が印字されるので、第２の画像と印字イメージとを直接比較し、比較結果を得ることができる。第１の画像を用いることなく、第２の画像のみから画像処理を用いて二値化処理し、印字された文字列のみが印字されている画像を生成することができれば、ワークＷの表面は黒地に限定されるものではない。この場合、取得した第２の画像から背景画像を除去した比較画像を生成し、比較画像と印字イメージとを直接比較する。

図５に戻って、二値化処理手段３０７は、生成された差分画像を二値化処理した二値化画像を生成する。二値化画像は、画素値を白とするか黒とするかの閾値が過大である場合には、顕著な差分しか残らない画像となる。一方、閾値が過小である場合には、微小な照明の変動により生ずるノイズも表示される。

したがって、本実施の形態１では、事前に適切な閾値の設定を受け付けている。図７は、本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置３の閾値設定画面の例示図である。

図７の例では、閾値を「感度」として設定している。「感度」の項目７１のスライダーで値を０〜１００の間で変動させる。これは、画素値０〜２５５に相当する。図７では、「感度」を‘５０’と設定しているので、画素値の閾値は‘１２７’となる。なお、画像表示領域７２には、感度設定時のスライダー移動に応じて、表示される二値化画像を表示する。したがって、ユーザは、表示される二値化画像を目視で確認しながら最適な閾値を設定することができる。

なお、閾値は、一般的な手法により自動的に計算しても良い。例えば画素値の平均値、中央値等を用いれば、容易に算出することができる。

図５に戻って、印字イメージ生成手段３０８では、印字された状態を示す印字イメージを生成する。印字イメージは、印字データの設定条件に基づいて生成される。印字データの設定条件として受け付ける情報としては、少なくとも印字する文字列、印字する文字列のフォントデータ、印字する文字列のサイズ等の他、印字面の形状、印字する文字列の座標、印字する文字列の角度、印字条件等を含む。これらの情報に基づいて、印字イメージが生成される。

図８は、本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置３の印字イメージ生成画面の例示図である。印字イメージは、設定平面上に表示されるものであり、図８に示すように、設定条件変更領域８２において、印字イメージを生成する条件の設定を受け付け、それに応じて生成される印字イメージをイメージ表示領域８１に表示する。

図９は、本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置３の印字イメージ調整画面の例示図である。図９（ｃ）に示すように、実際に撮像された画像は、図９（ｂ）に示す印字イメージとスケールが相違する。そこで、印字イメージにスケール合わせをすることで、図９（ａ）に示すような印字プレビューを生成することができる。図９の例では、図９（ｃ）に示すように画面中央近傍に撮像画像が形成されているが、印字エリアの端に印字するほど撮像画像にレンズの曲率による歪が生じる。したがって、実際には歪補正をした画像について印字イメージとスケール合わせを行っている。

なお、印字イメージの生成は、ワークＷへの印字前に生成しても良いし、印字後に生成しても良い。差分画像と比較する前に生成されていれば足りるからである。

図５に戻って、比較手段３０９は、生成された差分画像と生成された印字イメージとを比較する。印字イメージを生成しているので、新たに基準画像を生成する必要もなく、照明の度合い等の外的要因に左右されることがない。

具体的には、印字イメージに基づいて、差分画像と共通の座標について、画素値が‘０’か‘２５５’かを照合する。画素全体のうち、両者が一致する画素の比率を算出してマッチング率とし、所定値以上のマッチング率を有する場合に印字が正しく行われていると判断する。

図１０は、本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置３のマッチング率算出の説明図である。図１０（ａ）は二値化処理された差分画像の一例を、図１０（ｂ）は印字イメージの一例を、それぞれ示している。

図１０（ａ）に示すように、差分画像は二値化処理されているので、印字が太くなっているケースも想定される。したがって、差分画像の画素値が‘２５５’である画素のうち、図１０（ｂ）に示す印字イメージの画素値が‘２５５’である画素の割合を算出すると、マッチング率が低めに算出されるおそれがある。つまり、マッチング率は、印字イメージの画素値が‘２５５’である画素のうち差分画像の画素値が‘２５５’である画素の割合を算出することが好ましい。

図５に戻って、出力手段３１０は、比較手段３０９における比較結果を視認できるように出力する。図１１は、本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置３の印字確認条件設定画面の例示図である。

図１１に示すように、まず印字確認ボタン１１１により、「有効」又は「無効」の設定を受け付けることで、印字確認機能を稼働させるか否かを決定する。そして、確認座標指定領域１１２において、印字確認する座標を指定する。すなわち、印字されている領域全てを指定しても良いし、部分的に指定しても良い。座標の指定は、ブロック単位で番号を指定しても良いし、任意の座標を指定しても良い。

そして、マッチング率の閾値を、閾値設定領域１１３で指定する。図１１の例では、閾値を８０％としているので、マッチング率が８０％以上であれば正しい印字が行われていると判断する。もちろん、スライダー１１４を用いてマッチング率の閾値を設定しても良い。また、マッチング率は、撮像された画像ごとに設定しても良い。画像の解像度等により最適な閾値を用いることができるからである。

比較結果については、確認することが容易な形態で出力する。例えばＬＥＤランプを用い、印字が正しい場合には青色ＬＥＤを、誤っている場合には赤色ＬＥＤを、それぞれ点灯させるようにしても良い。出力方法は、特にこれに限定されるものではなく、ユーザが確認することができさえすれば方法は問わない。

図１２は、本発明の実施の形態１に係る印字データ生成装置３のＣＰＵ３１の印字確認処理の手順を示すフローチャートである。図１２において、印字データ生成装置３のＣＰＵ３１は、ワークＷの表面に印字する所定の文字列に関する情報の設定を受け付ける（ステップＳ１２０１）。

ＣＰＵ３１は、設定を受け付けたフォントデータに基づいて所定の文字列を含む印字データを生成する（ステップＳ１２０２）。ＣＰＵ３１は、印字データをレーザ印字する前のワークＷの表面を撮像した第１の画像を取得する（ステップＳ１２０３）。

ＣＰＵ３１は、生成された印字データをコントローラ（レーザ光制御部）２へ送信する（ステップＳ１２０４）。ＣＰＵ３１は、印字データをレーザ印字した後のワークＷの表面を撮像した第２の画像を取得する（ステップＳ１２０５）。

ＣＰＵ３１は、取得した第１の画像と第２の画像とを比較して、差分画像を生成する（ステップＳ１２０６）。ＣＰＵ３１は、生成された差分画像を二値化処理した二値化画像を生成する（ステップＳ１２０７）。

ＣＰＵ３１は、印字された状態を示す印字イメージを生成する（ステップＳ１２０８）。ＣＰＵ３１は、生成された差分画像と生成された印字イメージとのマッチング率を算出して（ステップＳ１２０９）、比較結果を視認できるように出力する（ステップＳ１２１０）。

以上のように本実施の形態１によれば、レーザ印字前後の差分画像を生成しているので、照明の度合い、環境の変動等による背景画像の変動を相殺することができ、差分画像と印字イメージとを比較することで、印字が正しく行われているか否かを判断することが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るレーザマーキング装置、印字データ生成装置（印字データ生成部）３の構成は、実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明は省略する。本実施の形態２では、印字する文字列が、印字する都度インクリメント等される変動する文字（更新文字）である点で、実施の形態１と相違する。

更新文字である場合、印字前に印字イメージを生成することができない。印字することにより文字列の内容が変動するからである。したがって、印字イメージを生成するタイミングが実施の形態１と相違する。

図１３は、本発明の実施の形態２に係る印字データ生成装置３のＣＰＵ３１の印字確認処理の手順を示すフローチャートである。図１３において、印字データ生成装置３のＣＰＵ３１は、ワークＷの表面に印字する所定の文字列に関する情報の設定を受け付ける（ステップＳ１３０１）。

ＣＰＵ３１は、印字データをレーザ印字する前のワークＷの表面を撮像した第１の画像を取得してから（ステップＳ１３０２）、印字内容を更新する（ステップＳ１３０３）。例えば、製品のシリアル番号等を印字する場合、この時点でシリアル番号が‘１’インクリメントされる。ＣＰＵ３１は、設定を受け付けたフォントデータに基づいて所定の文字列を含む印字データを生成する（ステップＳ１３０４）。

ＣＰＵ３１は、生成された印字データをコントローラ（レーザ光制御部）２へ送信する（ステップＳ１３０５）。ＣＰＵ３１は、印字データをレーザ印字した後のワークＷの表面を撮像した第２の画像を取得する（ステップＳ１３０６）。

ＣＰＵ３１は、取得した第１の画像と第２の画像とを比較して、差分画像を生成する（ステップＳ１３０７）。ＣＰＵ３１は、生成された差分画像を二値化処理した二値化画像を生成する（ステップＳ１３０８）。

ＣＰＵ３１は、印字された状態を示す印字イメージを生成する（ステップＳ１３０９）。ＣＰＵ３１は、生成された差分画像と生成された印字イメージとのマッチング率を算出して（ステップＳ１３１０）、比較結果を視認できるように出力する（ステップＳ１３１１）。

更新文字は、印字する都度内容が更新されるので、実際に印字される印字データに基づいて印字イメージを生成する必要がある。したがって、更新文字が確定してから印字イメージを生成するまでの間であれば、どこでも印字内容を更新することができる。

以上のように本実施の形態２によれば、更新文字の印字内容が確定してからレーザ印字前後の差分画像を生成しているので、照明の度合い、環境の変動等による背景画像の変動を相殺することができ、差分画像と印字イメージとを比較することで、印字が正しく行われているか否かを判断することが可能となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変更、改良等が可能である。例えば上述した実施例では、印字データをレーザ印字する前に撮像された第１の画像と印字データをレーザ印字した後に撮像された第２の画像との差分画像を印字イメージと比較しているが、特にこれに限定されるものではなく、印字イメージと比較することが可能な画像であれば良い。

１マーキングヘッド（レーザ光走査部）
２コントローラ（レーザ光発生部及びレーザ光制御部）
３印字データ生成装置（印字データ生成部）
４外部機器
１０レーザマーキング装置
３１ＣＰＵ
３２メモリ
３３記憶装置
９０可搬型記録媒体
１００コンピュータプログラム
３００カメラ

Claims

レーザ光を発するレーザ光発生部と、
載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、
前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データを生成する印字データ生成部と、
生成された前記印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部と
を有するレーザマーキング装置であって、
前記印字データをレーザ印字する前の前記ワーク表面を撮像した第１の画像、及びレーザ印字した後の前記ワーク表面を撮像した第２の画像を取得する撮像部と、
取得した第１の画像と第２の画像とを比較して、差分画像を生成する差分画像生成部と、
レーザ印字される前記印字データに対応する印字イメージを生成する印字イメージ生成部と、
前記差分画像と前記印字イメージとを比較する比較部と、
比較結果を出力する出力部と
を備えることを特徴とするレーザマーキング装置。
前記差分画像は、前記第２の画像から背景画像を除去した画像であ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。
前記印字イメージは、生成された印字データに基づいて生成される画像であ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。
前記印字イメージは、前記ワークへの印字前に生成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。
印字データが一定の規則に従って変動する場合、前記印字イメージは、前記ワークへの印字後に生成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。
前記撮像部の光軸と、レーザ光の光路とが一致することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。
レーザ光を発するレーザ光発生部と、
載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、
前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データを生成する印字データ生成部と、
生成された前記印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部と
を有するレーザマーキング装置で実行することが可能な印字確認方法であって、
前記レーザマーキング装置は、
前記印字データをレーザ印字する前の前記ワーク表面を撮像した第１の画像、及びレーザ印字した後の前記ワーク表面を撮像した第２の画像を取得する工程と、
取得した第１の画像と第２の画像とを比較して、差分画像を生成する工程と、
レーザ印字される前記印字データに対応する印字イメージを生成する工程と、
前記差分画像と前記印字イメージとを比較する工程と、
比較結果を出力する工程と
を含むことを特徴とする印字確認方法。
レーザ光を発するレーザ光発生部と、
載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、
前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データを生成する印字データ生成部と、
生成された前記印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部と
を有するレーザマーキング装置で実行することが可能なコンピュータプログラムであって、
前記レーザマーキング装置を、
前記印字データをレーザ印字する前の前記ワーク表面を撮像した第１の画像、及びレーザ印字した後の前記ワーク表面を撮像した第２の画像を取得する撮像手段、
取得した第１の画像と第２の画像とを比較して、差分画像を生成する差分画像生成手段、
レーザ印字される前記印字データに対応する印字イメージを生成する印字イメージ生成手段、
前記差分画像と前記印字イメージとを比較する比較手段、及び
比較結果を出力する出力手段
として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
レーザ光を発するレーザ光発生部と、
載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、
前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データを生成する印字データ生成部と、
生成された前記印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部と、
を有するレーザマーキング装置であって、
前記印字データをレーザ印字した後の前記ワーク表面を撮像した画像を取得する撮像部と、
該撮像部で取得した画像から前記画像の背景画像を除去した比較画像を生成する画像生成部と、
レーザ印字される前記印字データに対応する印字イメージを生成する印字イメージ生成部と、
前記比較画像と前記印字イメージとを比較する比較部と、
比較結果を出力する出力部と
を備えることを特徴とするレーザマーキング装置。