JPH0195885A - レーザによる彫刻方法および彫刻装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はレーザをエネルギー源にして彫刻原版に倣っ
て被加工物に彫刻を行なうレーザ彫刻方法および装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

第１４図は例えば印刷物等の彫刻原版に倣って被加工物
に彫刻を行なう従来のレーザ彫刻装置の構成図であり９
図において（４）はレーザ発振器、（ｌ）は上記レーザ
発振器（４）の出力レーザのピーク値を設定するレーザ
出力設定器、（２）は例えば印刷物である彫刻原版（９
）の図柄の明暗を検出する光学セン？　−、＋３１は上
記レーザ出力設定器＋１１と上記レーザ発振器（４）間
に設けられたスイッチ手段であり、このスイッチ手段（
３）の制御端子（３ａ）へ上記光学センサー（２）の出
力信号が入力されて、この信号によりＯＮ　、　ＯＦＦ
制御省れる。（５）は彫刻原版（９）に倣って被加工物
（８）ヘレーザ（Ｌ）を照射して彫刻する彫刻手段であ
り、上記レーザ発振器（４）からのレーザ昏】を偏向す
るペンドミラー（６）と、上記被加工物（８）ヘレーザ
［有］）を集光照射する加工ヘッド（７）と、上記被加
工物（８）と彫刻原版（９）を配し、これ等（８）　、
　１９）の相対位置関係を一定に保持してＸＹ座標面上
を移動させる駆動手段ａＯ，Ｕυを備えた加工テーブル
ａｚとから構成されている。

次に動作について説明する。レーザ出力設定器＋１１の
出力信号（Ａ、）はレーザ発振器（４）が彫刻原版（９
）に倣って被加工物（８）に彫刻するのに適した強度の
レーザ（Ｌ）　’に出力する所定の値に設定しておき。

制御装置（図示せず）により駆動手段ｉｎ、ａυを駆動
して上記被加工物（８）と彫刻原版（９）を配した加工
テーブルＱ３　ｉ　Ｘ　Ｙ座標面上を往復させると、光
学センサー（２）は第１５図ａに示すごとき彫刻原版（
９）の図柄の明暗９例えば白黒を識別して、第１５図す
に示すごとくこの図柄が黒地のとき高レベル。

白地のとき低レベルの検知信号（Ｃ１）を出力する。

この検知信号（Ｃ１）がスイッチ手段（３）の制御端子
（３ａ）に人力され、このスイッチ手段（３）を高レベ
ル信号人力時にＩＯＮ、低レベル信号入力時にＯＦＦに
制御することにより、上記レーザ出力設定器Ｉｌ＋の出
力信号（Ａ、）は上記スイッチ手段（３）により。

第１５図Ｃに示すごとく制御され、レーザ発振器（４）
ヘレーザ出力設定信号（Ａ２）として人力される。

そしてこのレーザ発振器（４）は上記レーザ出力設定信
号（Ａ２）に応じたピーク値と時間巾のレーザ暢）を出
力し、このレーザ（Ｌ）はペンドミラー（６）、加工ヘ
ッド（７）を介して上記被加工物（８）へ集光照射され
る。この結果この被加工物（８）は上記彫刻原版（９）
に倣って、第１５図ｅに示すごとき、この彫刻原版（９
）の黒地部分を彫込んだ同一図柄の彫刻がなされる。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上のように構成されている従来のレーザ彫刻装置にお
いては、被加工物（８）が例えば木材、皮革。

プラスチック等で、かつ彫刻の深さが比較的浅く。

レーザ発振器（４）の定格レーザ出力に比較して必要レ
ーザエネルギーが微小な場合には、上記レーザ発振器（
４）を第３図に示すレーザ出力特性図においてそのレー
ザ出力のスレッショルド点Ｂ。に近い。

低い比方位ｔＢ、に設定して運転しなければならないが
、このような状態で運転すると、レーザ出力が第１５図
Ｃに示すごとく、極めて不安定となり、均一な深さの、
かつその深さが浅い彫刻が困難であるなどの問題点があ
った。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、レーザ発振器の定格出力に比較してその必要
な出力レーザのエネルギーが微小である場合においても
、均一な深さでかつその深さが比較的浅い彫刻ができる
レーザ彫刻方法およびレーザ彫刻装ｋを得ることを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この第１の発明に係るレーザによる彫刻方法はレーザに
より彫刻原版に倣って被加工物に彫刻するのに際し、レ
ーザ発振器の出力レーザのピーク値を設定するレーザ出
力設定信号を、上記彫刻原版の図柄を検知するセンサー
の出力信号で制御すると共に９周波数とそのデイユーテ
イが設定できるパルス信号で制御することにより、上記
レーザ発振器からパルス状レーザをリカするものである
。

また第２の発明に係るレーザ彫刻装置はレーザ発振器と
、このレーザ発振器からのレーザビームを被加工物に照
射して彫刻する彫刻手段と、上記レーザ発振器の出力レ
ーザのピーク値を設定する信号を出力するレーザ出力設
定器と、彫刻原版の図柄を検知するセンサーと９周波数
およびそのデイユーテイが設定できるパルス発生器と、
上記彫刻手段が彫刻原版に倣って安定した出力ビームを
被加工物に照射するように、上記センサーの出力信号お
よび上記パルス発生器の出力パルス信号により、上記レ
ーザ出力設定器の出力信号を制御するレーザ出力設定信
号制御手段とを備えたものである。

〔作　用〕

この第１の発明におけるレーザ出力設定信号はレーザ発
振器が安定したレーザを出力する値に設定して出力され
、彫刻原版の図柄を検知するセンサーの出力信号で制御
されると共に１周波数を比較的高く、そのデイユーテイ
を比較的小さく設定されたパルス信号で制御されて上記
レーザ発振器へ入力されることにより、このレーザ発振
器は平均エネルギーが小さく、かつピーク値の大きな安
定したパルス状レーザを出力し、このパルス状レーザの
照射により、被加工物は上記彫刻原版に倣って彫刻され
る。

また第２の発明におけるレーザ出力設定器はレーザ発振
器が安定したレーザを出力するように設定されたレーザ
出力設定信号を出力し、レーザ出力設定信号制御手段は
彫刻原版の図柄を検知するセンサーの出力信号およびパ
ルス発生器の周波数とそのデイユーテイが所定の値に設
定された出力パルス信号が制御信号として人力され、上
記レーザ出力設定信号を制御して上記レーザ発振器へ入
力することにより、このレーザ発振器はそのレーザエネ
ルギーの平均値が充分小さく、かつ、そのピーク値が大
きな安定したパルス状レーザを出力し、このパルス状レ
ーザの照射により、被加工物は上記彫刻原版に倣って彫
刻される。

〔発明の実施例〕

以下、これ等の発明の一実施例を図について説明する。

第１図はレーザ彫刻装置の構成図であり。

図において、（１）〜ＴＪ２は第１４図に示す従来のも
のと同一符号を付して表わしているように従来例のそれ
と同じものである。＋１！９はデイユーテイ設定器Ｉお
よび周波数設定器Ｉからの信号人力により出力パルス信
号（Ｃ２）の周波数とそのデイユーテイを任意に設定で
きるパルス発生器、（１１１９はこのパルス発生器ａＳ
の出力パルス信号（Ｃ２）と光学センサー（２）の出力
検知信号（Ｃ１）を入力とするＡＮＤ回路、（３）はレ
ーザ出力設定信号制御手段を構成する制御端子（３ａ）
付のスイッチ手段であり、上記ＡＮＤ回路（Ｉ［９の出
力パルス信号（Ｃ３）が上記制御端子（３ａ）に人力さ
れ、上記レーザ出力設定器＋１１から出力されたレーザ
出力設定信号（Ａ、）が上記スイッチ手段（３）を介し
て上記レーザ発振器（４）へ人力される。

次に動作について説明する。光学センサー（２）は第１
４図に示した従来例の場合と同様に９例えば印刷物であ
る彫刻原版（９）の表面に計測用の半導体レーザを照射
し、その反射レーザの反射率の差から９例えば第２図ａ
に示すごとき上記彫刻原版（９）の図柄の明暗９例えば
白黒の相違を識別して第２図すに示すごとく上記彫刻原
版（９）が黒地の場合は高レベルの、白地の場合は低レ
ベルの２値からなる検知信号（Ｃ１）を出力する。一方
、パルス発生器ａ騰はデイユーテイ設定器０および周波
数設定器（１４）’に適切に設定することにより、第２
図Ｃに示すごとき、比較的高い周波数でそのデイユーテ
イが比較的小さな所定の高周波パルス信号（Ｃ２）を出
力する。ＡＮＤ回路（ＩＱは上記二つの信号（Ｃ１）。

（Ｃ２）を入力してこれ等の論理積信号（Ｃ３）を出力
し、この信号（Ｃ３）がスイッチ手段（３）の制御端子
（３ａ）に人力され、このスイッチ手段（３）は上記パ
ルス信号のＱ　Ｎ　、　ＯＦＦに応じてＯＮ　ｊＯＦＦ
制御される。それゆえ、レーザ出力設定器ｆｉ＋からこ
このスイッチ手段（３）を介してレーザ発振器（４〕へ
人力されるレーザ出力設定信号（Ａ２）およびこの信号
（Ａ２）の入力により上記レーザ発振器（４）から出力
されるレーザ（Ｌ）も第２図ｄに示すごとく、上記ＡＮ
Ｄ回路ａｅの出力信号と同じ周波数およびデイユーテイ
のものが得られる。この結果、この出力レーザ（Ｌ）は
その平均エネルギーは小さく、かつそのピーク値が第３
図に示すレーザ出力特性において例えばＢ２点のごとき
、スレッショルド点Ｂ。から光分離れた安定な出力領域
に設定され、平均値が低く、安定で彫刻深さが均一とな
る滑らかな加工が可能な高繰返し周波数つまり高周波の
パルス状レーザが被加工物（８）の彫刻に供される。な
お第１４図に示した従来例と同様に、上記被加工物（８
）と彫刻原版（９）はその相対位置が固定されて加工テ
ーブルα２上に配されており、駆動手段＋１１　、　ａ
υで上記加工テーブルごとに往復動されることにより。

上記被加工物（８）は彫刻原版（９）に倣って彫刻され
る。

この結果、木材、皮革、プラスチック等の素材のごとく
、上記レーザ発振器（４）の定格出力に対して。

加工に要すレーザエネルギーが極めて小さな被加工物（
８）に彫刻する場合においても、第２図ｅに示すごとく
深さが均一で、その深さが比較的浅い彫刻がなされる。

上記第２図ａと第２図ｅの比較することにより明らかな
ごとく、上記彫刻原版（９）の図柄の黒地部分が上記被
加工物（８）では彫込まれており、この被加工物（８）
は上記彫刻原版（９）と同一形状物を注形するための注
型用の「型」として用いられる。

第４図は別の実施例であり、第１図に示した実施例とは
光学センサー（２）とＡＮＤ回路ａＱ間にインバータａ
ηを挿入し、光学センサー（２）の出力検知信号（Ｃ１
）の高低レベルを反転させてＡＮＤ回路ａｅへ入力させ
た点が異なる。この結果、第１図に示した実施例の場合
は第２図ｅに示すごとく彫刻原版（９）の黒地部分が被
加工物（８）へ凹部となるように彫刻されていたが、第
４図に示すこの実施例では第２図ｆに示すごとく、上記
彫刻原版（９）の白地部分が、上記被加工物（８）の凹
部となるように、すなわち黒地部分が凸部となるように
彫刻される。

また光学センサー（２）が、彫刻原版（９）の黒白に応
じて、高、低レベル”の検知信号を出力する端子の他に
、その反転信号を出力する端子をも備えている場合には
、第４図に示したインバータａηを挿入せずとも、上記
光学センサー（２）の二つの信号出力端子の切替により
、第２図ｅ、ｆに示した彫刻を選定することができる。

第５図はまた別の実施例であり、第１図に示した実施例
とは、ＡＮＤ回路ａｅの代りに、第２のスイッチ手段舖
を第１のスイッチ手段（３）と直列に接続し、光学セン
サー（２）の出力検知信号（Ｃ１）ｅ上記第１のスイッ
チ手段（３）の制御端子（３ａ）に、パルス発生器１！
９の出力信号（Ｃ２）を上記第２のスイッチ手段ＱＳの
制御端子（１８ａ）に接続した点が異なり、第１図に示
した実施例と同様な効果が得られる。

第６図はさらに別の実施例であり、第１図に示した印刷
物のごとき彫刻原版１９）の代りに、その図柄の頂部が
同一高さの平面の凸部をなす彫刻原版（９ａ）と、平面
の明暗の相違を識別する光学センサー（２）の代りに、
上記彫刻原版（９ａ）の表面の凸部を判別して高低の２
値信号を出力する光学変位センサー（２ａ）　ｖ用いた
点が第１図に示した実施例とは異なる。この実施例では
第７図ａに示すごとき、上記彫刻原版（９ａ）の凸凹す
なわち高、低に応じて、上記光学変位センサ（２ａ）は
第７図すに示すごとく、高、低レベルの検知信号（Ｃ１
）を出力し、この信号（Ｃ１）がＡＮＤ回路（ＩＩの一
方の入力端子に入力される。このＡＮＤ回路ｔｔｅの他
方の入力端子にはパルス発振器ａ９の第７図Ｃに示すご
とき出力パルス信号（Ｃ２）が入力されることにより、
以下第１図に示した実施例の場合と同様な作用により、
レーザ発振器（４）から第Ｔ図ｄに示すごとき高周波パ
ルス状のレーザ（Ｌ）が出力され、このレーザ□□□）
の集光照射により、被加工物（８）は第７図ｅに示すご
とく、上記彫刻原版（９ａ）の図柄の凸凹が反転した彫
刻が、すなわちこの彫刻原版（９ａ）と同一形状物を注
型できる「型」が彫刻される。

また第６図において、光学変位センサー（２ａ）とＡＮ
Ｄ回路顛の入力端子間にインバータ（図示せず）を挿入
して、上記光学変位センサー（２ａ）の出力信号（Ｃ１
）の反転信号をＡＮＤ回路ａｅへ入力することにより、
被加工物（８）は第６図に示した実施例の場合とは逆に
、第７図ｆに示すごとく。

彫刻原版（９ａ）の平面部が彫られて凹部となり。

この彫刻原版（９ａ）と同じ凸凹を有す彫刻がなされる
。

第８図はさらに別の実施例であり、第６図に示した実施
例の頂部が同一高さの平面の凸部を為す彫刻原版（９ａ
）の代りに９表面の凸部が曲面をなす彫刻原版（９ｂ）
と、単なる高低（深、浅）の２値信号を出力する光学変
位センサー（２ａ）の代りに上記彫刻原版（９ｂ）の凸
部の曲面の高さの差をリニアに計測して出力する光学変
位センサー（２ｂ）を用いると共に、レーザ出力設定信
号制御手段が第６図の実施例に示したスイッチ手段（３
）と共に。

このスイッチ手段（３）に直列に接続された加算器翰か
ら構成されており、この加算器翰の二つの入力端子の一
方にレーザ出力設定器＋１１の出力信号（Ａ１）が、他
方の入力端子に上記光学変位センサー（２ｂ）の出力信
号（Ｃ１）が分率器器を介し、この分率器α９により、
所定の割合に分率されて入力され、上記二つの人力信号
の加算値である上記加算器（２）の出力信号（Ａ２）が
上記スイッチ手段（３）に入力される。一方このスイッ
チ手段（３）の制御端子（３ａ）にはパルス発生器ａ９
の出力信号（Ｃ２）が入力されている。それゆえに、上
記彫刻原版（９ｂ）の断面が第９図ａに示す形状の場合
において、上記光学変位センサー（２ｂ〕は第９図すに
示すごとき検知信号（Ｃ）を出力し、この信号（Ｃ４）
が分率器ａ傷を介して加算器■に入力され、この加算器
−において、レーザ出力設定器（１）からの信号（Ａ１
）に加算されることにより、この加算器（イ）の出力信
号（Ａ３）も第９図すに示すごとき波形となって、上記
スイッチ手段（３）に入力され、このスイッチ手段（３
）にそ。

第９図Ｃに示すごときパルス発生器σ啼の出力信号（Ｃ
２）によりＯＮ　、　ＯＦＦ制御されて上記レーザ発振
器（４）へ入力される。この結果、このレーザ発振器（
４）は第９図ｄに示すごとき、そのピーク値が上記彫刻
原版（９ｂ）の凹凸に応じて変化した高周波パルス状の
レーザ（Ｌ）を出力し、上記被加工物（８）は第９図ｅ
に示すごとく、彫刻原版（９ｂ）の凸凹が反転した彫刻
が、すなわちこの彫刻原版（９ｂ）と同一形状物を注型
できる「型」が彫刻される。

第１０図はさらに別の実施例であり、第８図に示した実
施例において、光学変位センサ（２ｂ）と分率器０９０
間に反転増巾器Ｑυを挿入した点が第８図に示した実施
例とは異なり、上記光学変位センサー（２ｂ）の出力信
号（Ｃ４）は、上記反転増巾器ＱＤにより、その極性が
反転され１分率器（１’Ｊを介して加算器（１）に入力
される結果、上記被加工物（８）は第９図ｆに示すごと
く、彫刻原版（９ｂ）と同一形状の彫刻を行なう。

第１１図は第８図に示した実施例に類似した別の実施例
であり９図において（イ）は光学変位センサ（２ｂ）か
らの入力信号が所定のレベル以上では常に高レベルの、
所定のレベル未満では低レベルの２値信号（Ｃ４）を出
力する比較器（ハ）であり、この信号（Ｃ４）でＡＮＤ
回路ａ０を介してスイッチ手段（３）を制御することに
より、彫刻原版（図示せず）の端部境界を検知時に、レ
ーザ発振器（４）の出力レーザのＯＮ　、　ＯＦＦを鋭
敏に実行でき、第８図に示した実施例の場合と比較して
同等以上の効果的な倣い彫刻ができる。

第１２図は第１１図に示した実施例に類似したさらに別
の実施例であり、加算器Ｃｌデイユーテイ設定器ａ：Ｉ
とパルス発生器ｌＩ！９間に挿入して、光学変位センサ
（２ｂ）の出力信号（Ｃ１）を分率器αＩを介して上記
加算器−にて上記デイユーテイ設定器Ｑ３の出力信号に
加算して、上記パルス発生器ｆＬＩに入力することによ
り、レーザ発振器（４）が出力する高周波パルス状レー
ザはそのピーク値は一定で。

パルスのデイユーテイが彫刻原版（図示せず）の図柄の
凸凹の高さに応じて増減し、その平均エネルギー値が変
化することにより、被加工物（図示せず）は第９図ｅに
示すごとき第１１図に示した実施例と同様な効果が得ら
れる。

第１３図はさらに別の実施例であり、彫刻手段（５ａ）
が駆動手段（財）により回転されるドラム（ハ）と。

光学センサ（２）および加工ヘッド（７）を取付けた駆
動手段（ホ）で往復動される構造体（ハ）から構成され
ており、上記ドラム（ハ）上に印刷物のごとき彫刻原版
（９）と皮革等の被加工物（８）を巻付けて配設した点
が第１図に示した実施例と異なり、上記ドラム（ハ）を
その駆動手段＠で回転駆動させ、かつ上記構造体（ハ）
をその駆動手段−で往復動させることにより、上記被加
工物（８）は第１図に示した実施例の場合と同様に第２
図ｅに示すごとき、また上記光学センサー（２）とＡＮ
Ｄ回路αｅ間にインバータ（図示せず）を挿入して、上
記光学センサー（２）の出力信号（Ｃ１）の反転信号を
上記ＡＮＤ回路ｔＬＱに入力することにより、第２図ｆ
に示すごとき、上記彫刻原版（９）に倣った彫刻がなさ
れる。

上記第８図および第１０図〜第１２図に示した実施例に
おいて、彫刻原版（９ｂ）の凸部の曲面の高さの計測に
光学変位センサー（２ｂ）を用い、また第６図に示した
実施例においては彫刻原版（９ａ）の凸部の判別に高低
の２値信号を出力する光学変位センサ（２ａ）を用いた
が、これ等彫刻原版（９ａ　）。

（９ｂ）の彫刻の深さの計測用センサーとしては上記光
学変位センサー（２ａ　）　、　（２ｂ　）に限定する
必要はなく、上記彫刻原版（９ａ）、（９ｂ）が金属で
あれば静電各社変位センサーを、磁性体であれば磁気変
位センサーを用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、デイユーテイと周波
数を設定できるパルス状レーザにより。

レーザ彫刻をするように構成したので、被加工物が木材
、皮革、プラスチック等のごとき、彫刻のためのレーザ
出力がレーザ発振器の定格出力に比較して小さな場合で
も、安定したレーザ発生が可能となり、深さが均一でか
つ、深さの浅い彫刻ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるレーザ彫刻装置の構
成図、第２図は第１図に示したレーザ彫刻装置の動作説
明図、第３図はレーザ発振器の特性図、第４図および第
５図は第１図におけるレーザ出力調整回路の変形例をそ
れぞれ示す回路ブロック図、第６図、第８図、第１０図
および第１３図はさらにこの発明の別の実施例をそれぞ
れ示すレーザ彫刻装置の構成図、第１図は第６図に示し
たレーザ彫刻装置の、第９図は第８図および第１０図に
示したレーザ彫刻装置の動作説明図、第１１図および第
１２図は第１０図におけるレーザ出力調整回路の変形例
をそれぞれ示す回路ブロック図。 第１４図は従来のレーザ彫刻装置の構成図、第１５図は
第１４図に示したレーザ彫刻装置の動作説明図である。 図において、１１）はレーザ出力設定器、（２）は光学
センサー、（３）はレーザ出力設定信号制御手段を構成
するスイッチ手段、（４）はレーザ発振器、（５）は彫
刻手段、（８）は被加工物、（９）は彫刻原版、＋１：
Ｉはデイユーテイ設定器、ａ４は周波数設定器、ａ！９
はパルス発生器、１１９はＡＮＤ回路を示す。 なお９図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザにより彫刻原版に倣って被加工物に彫刻す
   るのに際し、レーザ発振器の出力レーザのピーク値を設
   定するレーザ出力設定信号を、上記彫刻原版の図柄を検
   知するセンサーの出力信号で制御すると共に、周波数と
   そのデイユーテイが設定できるパルス信号で制御するこ
   とにより、上記レーザ発振器からパルス状レーザを出力
   することを特徴とするレーザによる彫刻方法。
2. （２）レーザ発振器、このレーザ発振器からのレーザビ
   ームを被加工物に照射して彫刻する彫刻手段、上記レー
   ザ発振器の出力レーザのピーク値を設定する信号を出力
   するレーザ出力設定器、彫刻原版の図柄を検知するセン
   サー、周波数とそのデイユーテイが設定できるパルス発
   生器、上記彫刻手段が彫刻原版に倣って安定した出力ビ
   ームを上記被加工物に照射するように、上記センサーの
   出力信号と上記パルス発生器の出力パルス信号により上
   記レーザ出力設定器の出力信号を制御するレーザ出力設
   定信号制御手段を備えたことを特徴とするレーザ彫刻装
   置。