JP6645785B2 - レーザーマーカー装置 - Google Patents

Description

本発明の一態様は、レーザーを利用して媒体にマーキングを行うレーザーマーカー装置などに関する。

レーザーマーカー装置などが備えるレーザーに使用されるＱスイッチには、アクティブ型とパッシブ型のスイッチがある。パッシブＱスイッチは、安価である反面、マーキング濃度が安定しづらく、アクティブＱスイッチは、マーキング濃度は安定するものの高価であった。そのため、従来の装置では、価格を重視する場合にはパッシブＱスイッチが採用され、マーキング濃度の安定を重視する場合にはアクティブＱスイッチが採用されていた。特許文献１には、従来のレーザーマーキング装置について記載されている。

実開平７−３３４７６号公報

しかしながら、上記のとおり、従来の構成を採用するだけでは、マーキング濃度を安定させつつ、安価にレーザーマーカー装置を構成することが困難であった。例えば、パッシブＱスイッチを利用したレーザーマーカー装置でランダムドットパターンのマーキングを行うと、マーキング濃度が安定していなかった。

本発明は、上記課題を解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
パッシブＱスイッチレーザーを利用して媒体にマーキングを行うレーザーマーカー装置であって、
レーザーを出力するパッシブＱスイッチレーザー（レーザーヘッド１０）と、
前記レーザーを反射して前記レーザーの照射位置を調整するレーザー反射部（第１ガルバノメータ２１及び第２ガルバノメータ２２）と、
前記レーザー反射部における前記レーザーの反射方向、及び前記パッシブＱスイッチレーザーにおけるレーザーの出力タイミングを制御する制御部（コントローラ５０）と、を備え、
前記制御部は、前記レーザーの出力周期が一定となるよう前記パッシブＱスイッチレーザー及び前記レーザー反射部を制御する
レーザーマーカー装置である。

従来技術の課題であるパッシブＱスイッチを採用したレーザーマーカー装置でマーキング濃度がばらつく原因は、レーザーの出力周期（レーザーオン指令信号の周期）が一定でなくなることが原因であると考えられる。そこで、上記のレーザーマーカー装置では、パッシブＱスイッチを採用しつつ、レーザーの出力周期が一定となるような制御を行っている。これにより、上記レーザーマーカー装置では、比較的安価なパッシブＱスイッチを採用しつつ、マーキング濃度を安定させることが可能となる。

上記レーザーマーカー装置において、好ましくは、
前記制御部は、前記レーザーの出力周期を一定にするため、前記媒体に対する走査速度を可変にするよう前記レーザー反射部を制御する。

上記のレーザーマーカー装置によれば、媒体をレーザーが走査する速度を変化させることが可能であり、これによってレーザーを照射すべき箇所の距離間隔に関わらず、レーザーの出力周期を一定にする制御を行うことが可能となる。これにより、効果的にマーキング濃度を安定化させることが可能となる。

上記レーザーマーカー装置において、好ましくは、
前記制御部は、前記レーザーによるマーキング間隔を一定時間で走査するよう前記レーザー反射部を制御する。

上記のレーザーマーカー装置によれば、レーザーの出力周期を一定にすることが可能となる。これにより、効果的にマーキング濃度を安定化させることが可能となる。

レーザーマーカー装置の構成例を示す図。 レーザーマーカー装置によりマーキングすべきマークの配置例を示す図。 従来のレーザーマーカー装置における各部動作の時間変化を示す図。 実施形態のレーザーマーカー装置における各部動作の時間変化を示す図。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
（１）レーザーマーカー装置の構成例
（２）動作例
２．補足事項

＜１．実施形態＞
本実施形態のレーザーマーカー装置は、パッシブＱスイッチを採用し、レーザーの出力周期を一定にすることができるように、マーキング間隔を一定時間で走査（移動）するようガルバノメータを制御している点に特徴がある。以下、本実施形態のレーザーマーカー装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。

＜（１）レーザーマーカー装置の構成例＞
図１は、本実施形態のレーザーマーカー装置の構成例を示す図である。図１に示されるように、本実施形態のレーザーマーカー装置は、レーザーヘッド１０、第１ガルバノメータ２１、第２ガルバノメータ２１、第１ガルバノ制御部３１、第２ガルバノ制御部３２、ｆθレンズ４０、及びコントローラ５０を含んで構成される。レーザーヘッド１０からみてｆθレンズの先には、マーキング対象媒体が配置される。

＜レーザーヘッド１０＞
レーザーヘッド１０は、パッシブＱスイッチを内蔵するレーザーヘッドであって、コントローラ５０の制御により所定の時間間隔でレーザー光を出力（照射）するよう構成される。より具体的には、レーザーヘッド１０は、コントローラ５０から入力されるレーザーオン指令信号がオンしている間、レーザーが発振し、これによりレーザー光が断続的または連続的に出力する。

＜第１ガルバノメータ２１及び第２ガルバノメータ２２＞
第１ガルバノメータ２１及び第２ガルバノメータ２２（総称してガルバノメータ２１及び２２と呼ぶことがある）は、それぞれ第１ガルバノ制御部３１及び第２ガルバノ制御部３２により制御されることで、レーザーヘッド１０から出力されたレーザー光を所望の位置へ反射させ、これにより２次元座標の所定位置にレーザーをマーキングさせるよう構成される。すなわち、ガルバノメータ２１及び２２は、レーザー光を反射するミラーを備える。第２ガルバノメータ２２により反射されたレーザー光は、ｆθレンズ４０に向けて進む。

＜第１ガルバノ制御部３１及び第２ガルバノ制御部３２＞
第１ガルバノ制御部３１及び第２ガルバノ制御部３２（総称してガルバノ制御部３１及び３２と呼ぶことがある）は、上記のとおり、それぞれ第１ガルバノメータ２１及び第２ガルバノメータ２２を制御し、これによってレーザー光の反射方向を変化させるよう構成される。第１ガルバノ制御部３１及び第２ガルバノ制御部３２は、コントローラ５０から出力された、Ｄ／Ａ変換された信号に基づき動作する。

＜ｆθレンズ４０＞
ｆθレンズ４０は、第２ガルバノメータ２２よりマーキング対象媒体よりに配置され、第２ガルバノメータ２２により反射されたレーザー光を集光してマーキング対象媒体の所定位置に照射するよう構成される。

＜コントローラ５０＞
コントローラ５０は、レーザーヘッド１０、第１ガルバノ制御部３１及び第２ガルバノ制御部３２の動作を制御するよう構成される。コントローラ５０は、ガルバノ制御部３１及び３２に対してはＤ／Ａ変換されたアナログ信号を出力し、レーザーヘッド１０に対してはディジタル信号であるレーザーオン指令信号を出力する。

コントローラ５０は、マーキング対象媒体に形成すべきパターンを示す入力マーキングパターンに基づいてレーザーヘッド１０、第１ガルバノ制御部３１及び第２ガルバノ制御部３２を動作させるが、レーザーヘッド１０に対しては一定周期、一定デューティのレーザーオン指令信号を出力する。一方、コントローラ５０は、第１ガルバノ制御部３１及び第２ガルバノ制御部３２を、レーザーヘッド１０から一定周期で周期的に出力されるレーザー光に動作タイミングを合わせることで、マーキング対象媒体に対して入力マーキングパターンに沿ったマーキングを行う。これらの特徴的な動作の具体例については後述する。

＜（２）動作例＞
次に、図２〜図４を参照しながら、本実施形態のレーザーマーカー装置の動作例について具体的に説明する。

以下の説明では、図２に示されるような入力マーキングパターンを、従来構成、及び本実施形態の構成のレーザーマーカー装置でマーキングする際の各部動作の時間変化を比較説明していくことで、本実施形態の構成及び動作の効果を説明する。

＜従来構成＞
図３は、本実施形態の効果を確認するための従来構成のレーザーマーカー装置における各部動作の時間変化を示す図である。

図３（ａ）に示されるように、ガルバノ制御部３１及び３２からガルバノメータ２１及び２２に対して出力されるガルバノ変位指令値は、入力マーキングパターンの各ドットに対応するよう一定ステップずつ、一定速度でガルバノメータ２１及び２２を移動（走査）させる値となっている。これに対して、図３（ｂ）に示されるように、コントローラ５０からレーザーヘッド１０に対して出力されるレーザーオン指令信号は、ガルバノメータ２１及び２２の移動と同期を取りながら、入力―キングパターンにおけるマーキングすべきドットに移動したときに、一定時間、レーザーオン指令信号をオンにしている。

上記のような制御により、図３（ｃ）に示されるように、レーザーオン指令信号がオンしている間、レーザーの発振が発生してレーザーヘッド１０からレーザー光が出力され、これによってマーキング対象媒体に対するマーキングが行われる。

上記のような従来構成の方法では、マーキングすべきドットが連続するパターンであればマーキング濃度が安定するが、図２に示されたようなランダムなドットパターンであればマーキング濃度がばらつくことがある。このようなマーキング濃度のばらつきは、レーザーオン指令信号が一定周期ではないことからレーザーの温度などに変化が生じ、これによりレーザー光の強さが安定しないことが原因であると考えられる。

＜本実施形態＞
一方で、図４は、本実施形態のレーザーマーカー装置における各部動作の時間変化を示す図である。

図４（ａ）に示されるように、ガルバノ制御部３１及び３２からガルバノメータ２１及び２２に対して出力されるガルバノ変位指令値は、入力マーキングパターンの各ドットに対応するような一定ステップずつではなく、入力マーキングパターンにマーキングしないドットがあればそのドットを飛ばして、次にマーキングすべきドット位置に一気に移動（走査）させるよう、コントローラ５０により制御されている。すなわち、図４（ａ）における「Ａ」では、マーキングしないドットが１ドットあるためにガルバノ変位指令値が２ステップ分となり、「Ｂ」では、マーキングしないドットが２ドットあるためにガルバノ変位指令値が３ステップ分となっている。このように、入力マーキングパターンにおけるマーキングすべきドットとすべきでないドットの合計７ドットに対して、マーキングすべき４ドットに対する４ステップのレーザー照射動作となるよう、レーザー光の照射位置の移動速度（走査速度）を可変にしている。

上記のような制御により、図４（ｂ）に示されるように、レーザーオン指令信号を一定周期、一定デューディの信号としつつ、図２に示したような、ドット間隔がランダムなマーキングパターンに対応したマーキングが可能となっている。そして、図４（ｃ）に示されるように、レーザーオン指令信号がオンしている間、レーザーの発振によりレーザー光が出力される。

上記のような本実施形態の方法では、従来構成の方法と異なり、レーザーオン指令信号の周期を一定にすることが可能となっているため、レーザー発振が安定することでレーザー強度も安定し、これによりマーキング濃度も安定させることが可能となっている。

＜２．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明は、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

上記実施形態では、第１ガルバノメータ２１及び第２ガルバノメータ２２を備える構成について説明したが、必ずしも２つのガルバノメータで構成される必要はなく、１または３以上のガルバノメータにより構成されてもよい。ただし、マーキング対象媒体に対して２次元座標にマーキングする場合には、２軸での制御を可能にするよう２つのガルバノメータを備える構成とすることが好ましい。

また、ガルバノメータ２１及び２２は、他の反射機構、またはレーザー光の進行方向制御機構に置き換えてもよい。この場合、ガルバノ制御部３１及び３２も当該構成を制御する別の構成に置き換えられる。

本発明は、パッシブＱスイッチを用いたレーザーマーキング装置などとして好適に適用される。

１０…レーザーヘッド
２１…第１ガルバノメータ
２２…第２ガルバノメータ
３１…第１ガルバノ制御部
３２…第２ガルバノ制御部
４０…ｆθレンズ
５０…コントローラ

Claims (3)

1. パッシブＱスイッチレーザーを利用して媒体にマーキングを行うレーザーマーカー装置であって、
   レーザーを出力するパッシブＱスイッチレーザーと、
   前記レーザーを反射して前記レーザーの照射位置を調整するレーザー反射部と、
   前記レーザー反射部における前記レーザーの反射方向、及び前記パッシブＱスイッチレーザーにおけるレーザーの出力タイミングを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記レーザーを一定周期で前記媒体に出力しつつ、前記レーザーの出力タイミングに合わせてマーキングすべき媒体上の位置に前記レーザーが照射されるよう前記レーザーの反射方向を制御する、
   レーザーマーカー装置。
2. 前記制御部は、前記媒体に対する前記レーザーの走査速度を可変にするよう前記レーザー反射部を制御する、
   請求項１に記載のレーザーマーカー装置。
3. 前記制御部は、前記レーザーによるマーキング間隔を一定時間で走査するよう前記レーザー反射部を制御する
   請求項２に記載のレーザーマーカー装置。

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