JPH02121790A - パターンならい式レーザ彫刻装置 - 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、レーザビームの照射を正確に行なねじるこ
とにより、ならいパターンに従った忠実なレーザ加工を
行なうことができるパターンならい式レーリ゛彫刻装置
に関する。

（従来の技術） 従来、レーリ゛彫刻装置として特開昭６０−１９９５８
９号に開示されるものが必る。

この従来装置の構成を第６図によって説明すると、まず
Ｘ・Ｙテーブル２０上に、所望の彫刻パターンを黒色で
描出した被走査体２１、例えば白色の台紙を載置する。

そして、この被走査２１上を光センサーの検出ヘッド２
２が相対的にスキャニング移動するようになっている。

また、別の×・Ｙテーブル２３上には、例えば木材から
なる被加工材２４が載置されており、この被加工ｖＩ２
４の上方にしｌア発振機の加工ヘッド２５が相対的に移
動できるように配置される。上記両Ｘ−Ｙテーブル２０
．２３は何れも図示を省略した駆動機構によって、Ｘ軸
方向およびＹ軸方向へ開明移動するようになっている。

ざらに、前記検出ヘッド２２が被走査体２１上に描出さ
れた彫刻パターン２６をスキャニングしている場合のみ
、レーザ発振機の出力をオン作動させて、その加工ヘッ
ド２５からレーザビームを照射させ、被加工材２４を彫
刻加工するように電気制御系２７が接続されている。

次に作用を説明する。すなわち、被走査体２１を取りつ
けたＸ−Ｙテーブル２０が所定のパターンに従ってＸ−
Ｙ両軸方向に駆動されると、検出ヘッド２２は被走査体
２１およびこれに描出した彫刻パターン２６をくまなく
スキャニングすることになる。また、このとき被加工材
２４を取りつけた別のＸ・Ｙテーブル２３も上記Ｘ−Ｙ
テーブル２０に同期して移動する。

そして、前記検出ヘッド２２が黒色のパターン部分をス
キャニングしているときだけ、レーリ゛発振機の出力が
オン作動され、加工ヘッド２５からレーザビームか照射
される。従って、被加工材２４には所望のパターン形状
に対応追従した彫ｉｌｌか行なわれる。

（発明が解決しようとする課題） しかして、上述した従来の加工装置においては、描出し
た彫刻パターンの全面を走査するに当って、第５図に示
すように ■走査開始位置から主走査方向である＋Ｘ軸方向の移動
■主走査終端から副走査方向である＋Ｙ軸方向の移動■
副走査端から主走査方向である＝Ｘ軸方向の移動■主走
査始端から副走査方向である＋Ｙ軸方向の移動以上■〜
■を１リーイクルとして、これを繰り返した所謂往復走
査方式を採用したものである。そして、加工能率を可及
的に増進するために走査速度、特に±Ｘ＠Ａ方向の主走
査速度を早く設定して加工作業にあたったものである。

しかしながら、主走査速度を早くした場合、次のような
問題点を生じ、ならいパターンに従った忠実な加工がで
きず、また、これにより彫刻加工の微細さが欠除される
ことになる。

すなわら、検出ヘッド２２が彫刻パターンを検出してか
らレーザビームが照射されるまでには、必然的に必る一
定のタイムラグ（数ｍｓ程度）を生ずる。これは検出−
照射を司掌する電気制御系の必要悪として存在するもの
で、例えば第３図のような直線パターンａを走査し彫刻
したとき、第４図のようなギザギザの彫刻パターンとａ
′となって現れる。

これはタイムラグによる彫刻スポットの遅れが往復走査
によって反対方向に生ずるためで、原稿パターンの場合
、このズレによってボケを生じ、微妙なニュアンスを的
適に表現することができない。

本発明は、このような従来技術の問題点を解浦するため
になされたもので、往行走査と復行走査のために各別に
光セン量ナーを設け、さらにタイムラグを支配すること
により、彫刻スポットの位置制御を行ない。原稿パター
ンに従った忠実な彫刻加工を行なうことができるレーザ
加工機を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明のレーザ彫刻装置は
、次のように構成したもので必る。

すなわちこの発明は、所定のならいパターンを有する被
走査体を光レンサーによって往復方向に走査すると共に
、上記被走査体と光センサーの相対運動に同調して、被
加工材とこれに対向するレーザヘッドを相対移動し、前
記光セン９−の検出信号によって、被加工材へのレーザ
ビームの照射制御を行なうようにした加工機において、
上記レーク２ヘツドのビーム照射位置を基準として、走
査線上の前側と後側とに各別に光センサーを設け、また
これら光センサーに切換回路を設けて走査方向と関係的
に切り換え使用すると共に、この光センサーの検出出力
を遅延回路を介してレーザビームの発振出力制御回路に
出力し、検出からビーム照射までの遅延制御するように
したものである。

（作用） しかして、主走査が終端へ向って行なわれるときは、一
方の後側に位置する光センリーーを用い、また主走査が
始端へ向って行なわれるときは、他方の前側の光レンサ
ーを用いることにより、何れの場合もならいパターンを
先読みし、そして、この検出からレーザビームの照射ま
でのタイミングを遅延回路によって適宜に設定して、的
確な彫刻加工を行なうことができるようにしたものであ
る。そして、このＪ：うにしてレーザ照射を行なうこと
によりズレのない加工を実現したものである。

（実施例〉 以下、この発明に係るパターンならい式レーザ彫刻装置
の一実施例について説明する。

第１図において１はＸ−Ｙテーブルで、このＸ−Ｙテー
ブルは図示省略のＸ軸駆動モータとＹ軸駆動モータによ
って移動制御され、十Ｘ方向、−Ｘ方向で示す主走査運
動と、−＋−Ｙ方向で示す副走査運動を行なう。２は上
記Ｘ−Ｙテーブル１上の一側に取りつけた被走査体で、
線画、写真など適宜のならいパターンをもつものである
。３ａおよび３ｂは被走査体２に対応して上部に設けた
第１および第２の光センサーで、前記ならいパターンの
濃淡の明度レベルに応じて、そこの照度を計測し、アナ
ログ電圧からなる検出信号を出力する。上記の光センサ
ー３ａ、３ｂは受光素子として出力電圧−照度特性の優
れた、例えばフォトダイオードを用いるもので、被走査
体２の微少部分（直径０．１ｍｍ程度）からの入射光を
受けて作用する。この入射光が弱い（暗い）と大きな電
圧出力がなされ、また入射光が強い（明るい）と小さな
電圧出力がなされる。なお、これら第１および第２の光
センサ−３ａ、３ｂは主走査方向である±Ｘ！１１１上
に配設するものであるが、取付位置の詳細についでは後
述する。

次に４はＸ−Ｙテーブル１上の他側に取りつけた木板な
どの被加工材で、この被加工材４は例えばバキューム手
段（図示省略）によって定位置に固定保持される。５は
上記、被加工材４に対応させてその上部に定置して設け
たレーザヘッドで、レーザ発振機６からのレーザビーム
７を効果的″に照射する。

以上の構成により、走査のための光センサ−３ａ、３ｂ
と被走査体２どの相対運動は、これと同調してレーザヘ
ッド５と被加工材４との間で行なわれることになる。

ここで、光センサー３ａ、３ｂの配設状態を＋Ｙ力方向
らみたとき、両センサー３ａ、３ｂは、レーザビーム７
の照射位置を中心としてその前側および後側にそれぞれ
等しい間隔をもって取りつけるものとする。

第２図は第１および第２の光センサ−３ａ、３ｂの出力
によりシー１アビームの照射制御を行なうブロック回路
を示す−しので、８ａは第１の光センサ−３ａの検出出
力を増幅する増幅回路、８ｂは第２の光センサ−３ｂの
検出出力を増幅する増幅回路、９ａおよび９ｂは増幅回
路８を介して前記第１、第２の光センサーの出力線路に
直列接続した第１および第２のスイッチ接点である。

上記において、第１のスイッチ接点８ａと第２のスイッ
チ接点８ｂは連動接点をなして第１、第２の光センサ°
−の切換回路を構成するもので、前記したＸ軸駆動モー
タ（図示省略）ｔｆｉＸ−Ｙテーブル１を＋Ｘ方向に駆
動するとき、第１のスイッチ接点９ａが閉成され、また
ーＸ方向に駆動するとき第２のスイッチ接点９ｂが閉成
されるようになっている。

次に１０ａは第１の光センサー３ａの出力線路に接続し
た第１の遅延回路、１０ｂは第２光センサー３ｂの出力
線路に接続した第２の遅延回路で、これら両遅延回路１
０ａ、１０ｂは増幅されたセンサー出力を時間的遅れを
もってレーザ発振機６の照則出ツノ制御回路１１に出力
する。レーザビーム７の出力はセンサー出力のアナログ
値の大小によって決定されるｕ１２ａおよび１２ｂは前
記第１の遅延回路１０ａ、第２の遅延回路１０ｂにそれ
ぞれ設【ブだ遅延時間調整回路である。

次に、１３は第１、第２の光セントナーの出力電圧と、
可変抵抗１４で設定した基準電圧とを比較する比較回路
で、出力電圧〉基準電圧のとき論理「１」を出力する。

この比較回路１３は切換スイッチ１５を介して出力線路
に接続されており、ならいパターンが濃淡で表現される
ものにおいて、照度がある一定以下のものは切り上げ、
それ以上のものは切り捨てるように明暗レベルを二値化
するように作用する。１６は同じく切換スイッチ１３を
介して出力線路に接続した／Ｆ変換回路で、光センサー
のアナログ出力電圧に比例した周波数変換（ＰＦＭ）を
行なう。１７は比較回路１３とＶ／Ｆ変換回路１６の出
力を入力するアンドゲートで、両回路が論理・「１」の
ときレーザ発振機６の照射パルス制御回路１８をオン動
作して、レーザビーム７を照射させる。

以上のように、レーザビーム７は照射出力制御回路１１
によりその強さを制御され、また照射パルス制御回路１
８によりパルス列を制御されるもので、レーザヘッド５
のミラー１９によって屈折された後、集光レンズ１９ａ
で約０．１ｍｍはどのスポットに集光されて被加工材４
を彫刻加工づる。

本発明に係るパターンならい式レーザ彫刻装置の構成は
上記の通りであり、次のように動作することてレーザビ
ームの正確な照射を行ない、パターンに従った忠実な彫
刻加工を行なうことができる。

ならいパターン原稿を走査するに当っては、主走査速度
、副走査速度を常に一定の設定速度に保つことを前提と
するか、まず、検出からレーザビーム前側までのタイミ
ングを的確に設定するには、第３図のようにならいパタ
ーンａか直線であるものを用いる。またこのとき、切換
スイッチ１５を開いて、照射パルス制御回路１８は遮断
しておく。

しかして、常法に従ってＸ−Ｙテーブル１上に首記被走
査体２と被加工材４とを取付けた後、同テーブル１をＸ
ｗＡおよびＹ軸駆動−Ｅ−夕により所要の走査方向に駆
動する。まず、十Ｘ方向の主走査が行なわれるときは、
第１の光セン１大−３８のスイッチ接点９ａが閉成され
、ならいパターンａの黒色部分を検出するとき検出信号
が出力される。この検出信号は、遅延回路１０ａで設定
された第１の時間経過後に照射出力制御回路１１に入力
され、そしてこの結果レーザビーム７が照射され被加工
材４に彫刻スポットをつくる。

次に、＋Ｙ力方向副走査が行なわれた後に、−Ｘ方向の
主走査が行なわれるとぎは、第２の光セン９−３ｂがな
らいパターンａを検出し、出力する。この検出信号は遅
延回路１０ｂを介して第２の設定時間経過後にレーザビ
ーム７を照射させる。そして、被加工材４に彫刻スポッ
トをつくる。

以下、上記した主、副走査が繰り返されるもので、検出
からレーザビーム照射までのタイミングにより、原稿の
直線パターンａはキザギザの彫刻スポットａ−の配列で
現われる。ここで、上記のタイミングは遅延時間の調整
で支配でポットを正確に得ることができる。

なお、前記において主走査速度をさらに早く設定する場
合、すなわち時間当りの移動量が大きいときは遅延時間
を短く、またこれとは反対の場合は、遅延時間を長く設
定することになる。

以上のようにして、パターン検出からレーザビーム照射
までのタイミングを的確に設定したならば、原稿のなら
いパターンとして所要のものを設定し、さらに切換スイ
ッチ１５を開成し、レーザビーム７の出力とパルス列を
同時に制御して彫刻加工を行なう。

）助演で表現されたならいパターンにおいて、照度レベ
ルが高い部分すなわら淡い部分は、光セン９−３ａ、３
ｂによる検出出力が小さいので、従ってレーザビーム７
の照射出力が小さく、パルス幅が大きくなり、彫刻スポ
ットが小さく浅く、スポット間隔か広く表現される。ま
た、上記と反対に照度レベルが低く濃い部分は、検出出
力が大きくなるので彫刻スポットは大きく深く、また、
スポット間隔が狭く表現される。この場合において、往
復走査による照射ズレが解消されているので、原稿のも
つ微妙なニュアンスを崩すことがなくうまく表現するこ
とができる。

なお、上記の一実施例ではパターン検出からレーザビー
ム照射までのタイミングを時間制御によって設定したも
のである。しかし遅延手段としては、この時間制御方式
に限らず距離制御方式を採用することができる。この方
式の場合は、光セン９−の検出位置とレーザビーム照射
位置との間隔をデジタル的に計測しておいて、パターン
検出を始点としてこの距離に相当するＸ−Ｙテーブルの
移動が認められるときヒーム照削を行なうように制御系
を構成する。この距離制御の場合は、走査速度の大小に
関係なく常に一定の検出−照射のタイミングが得られる
。また一実施例では、便宜上二つの光センサーの取付間
隔を中心から等しく設定したか、これは必ずしもこの条
件でなくてもよい。また両各の間隔はできるだけ小さく
することを可とするもので、これにより主走査距離を短
く設定することができる。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明のパターンならい式
レーザ彫刻装置は、二つの光センリーーを用いてこれを
往復走査の各走査方向によって切り換え使用したもので
ある。従って、パターンの検出を所謂先読みすることが
でき、レーザビーム照則をタイミングよく行わけること
ができる。このためならいパターンに従った忠実な彫刻
ができるという大きな効果を発揮する。

なお本発明は、主として木材を被加工材とした場合につ
いて述べたが、合成樹脂、紙、皮革、布などについての
彫刻加工の場合にあっても例外なく適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーザ彫刻装置の一実施例を示す
模式図　第２図は同じくブロック制御回路図　第３図は
ならいパターンの一例を示す平面図　第４図は彫刻状態
を示す被加工材の平面図　第５図はならいパターンの走
査方式を示ず説明図　第６図は従来のレーザ彫刻装置を
示す説明図である。 １　：Ｘ−Ｙテーブル　２：被走査体　３ａ、３ｂ：第
１および第２の光セン９−　４：被加工材　５：レーザ
ヘッド６：Ｉ）−４ｊ”発振機　７：Ｌ／ｌ”ｌ：”−
ム　８ａ、８ｂ：増幅回路　９ａ、９ｂ：第１および第
２のスイッチ接点　１０ａ、１０ｂ＝第１および第２の
遅延回路　１１：照射出力制御回路　１２ａ、１２ｂ：
第１および第２の″！！延時開時間調整回路１３：比較

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定のならいパターンを有する被走査体を光センサーに
   よつて往復方向に走査すると共に、上記被走査体と光セ
   ンサーの相対運動に同調して、被加工材とこれに対向す
   るレーザヘッドを相対移動し、前記光センサーの検出信
   号によって、被加工材へのレーザビームの照射制御を行
   なうようにした加工機において、 上記レーザヘッドのビーム照射位置を基準として、走査
   線上の前側と後側とに各別に光センサーを設け、またこ
   れら光センサーに切換回路を設けて走査方向と関係的に
   切り換え使用すると共に、この光センサーの検出出力を
   遅延回路を介してレーザビームの照射出力制御回路に出
   力し、ならいパターン検出からビーム照射までのタイミ
   ングを制御するようにしたパターンならい式レーザ彫刻
   装置