JPH02121793A - 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、走査速度の遅速に関係なく常にレーザビー
ム照射を的確に制御し、ならいパターンに忠実なレーク
“ｈＯ工を行なうことができるレーザ彫刻装置に関する
。

（従来の技術） 従来、レーク“彫刻装置として特開昭６０−１９９５８
９号に開示されるしのがある。

この従来装置の構成を第６図によって説明すると、ます
Ｘ・Ｙデープル３０上に、所望の彫刻パターンを黒色で
描出した被走査体３１、例えば白色の台紙を載置する。

そして、この被走査体３１上を光センサーの検出ヘッド
３２が相対的にスキシニング移動するようになっている
。

また、別の×・Ｙテーブル３３上には、例えば木材から
なる被加工材３４が載置されており、この被加工材３４
の上方にレーリ゛発振機の加工ヘット３５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３０
．３３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軸方向へ同期移動するようになっている。

さらに、前記検出ヘッド３２が被走査体３１上に描出さ
れた彫刻パターン３６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３５からレーザビームを照則さぜ、被加工材３４を彫
刻加工するように電気制御系３７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３１を取りつ
けたＸ−Ｙテーブル３０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３２は被走査体
３１およびこれに描出した彫刻パターン３６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
３４を取りつけた別のＸ・Ｙテーブル３３も上記Ｘ−Ｙ
テーブル３０に同期して移動する。

そして、前記検出ヘッド３２が黒色のパターン部分をス
キヤングしているときだけ、レーザ発振機の出力がオン
作動され、加工ヘッド３５からレーザビームが照射され
る。従って、被加工材３４には所望のパターン形状に対
応追従した彫刻が行なわれる。

（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一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リイクルとして、これを反復的に繰り返した所謂
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軸方向の
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、次のにうな
問題点を生じ、ならいパターンに従った忠実な加工かて
ぎザ、また、これにより彫刻加工の微細さか欠除される
ことになる。

１なわら、検出ヘット３２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、必然的にある一
定のタイムラグ（数１０５程度）を生ずる。これは検出
−照０＝Ｊを司掌する電気制置１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図のようなヤリ２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。上記のギサ゛ギザの彫刻
パターンは、走査速度が大きい程顕著に現われることに
なり、加工能率の向上を図るうえで大きな障害となって
いた。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するため
になされたもので、往行走査と復行走査のために光セン
サーを配設し、この光センＩナーによってならいパター
ンを先読みできるようにしたものである。そして、検出
からビーム照射までのタイムラグを走査速度と関係的に
支配することにより、彫刻スポットの位置制御を的確に
行ない、もって原稿パターンに従った、忠実な彫刻加工
を行なえるレーク“加工機を提供しようとするものであ
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ク“彫刻装置
は、次のように構成したものである。

すなわちこの発明のパターンならい式レーザ彫刻装置は
、所定のならいパターンを有する被走査体を光センリー
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
するレリ゛ヘッドを相対移動し、面記光センナ−の検出
信号によって、被加工材へのレー（アビームの照射制御
を行なうようにした加工機において、 上記シー＋１ヘツドのビーム照射位置を塁７Ｍとして、
走査線上の前側と後側とを検出位置する光センサーを設
（プ、この先センリ゛−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、前記ならいパターン
に対応する光センサーの相λ１走査速度を検出し、速度
に比例した電圧信号を出力する変換回路と、上記電圧信
号値に応じて遅延時間の設定を行なう遅延回路を設け、
前記光センリーの検出信号を上記遅延回路を介してレー
ザビームの照０４制御回路に導入し、ならいパターン検
出からレーザビーム照射までのタイミングを制御覆るよ
うにしたものである。

（作用） しかして、主走査が始端から終端へ向って行なわれると
きは、一方の後側を検出位置する光センυ−を用い、ま
た主走査が終端から始端へ向って行なわれるときは、他
方の前側を検出位置とする光レンザーを用いることにＪ
：す、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すると共に、走査速度を検
出しこの速度の大小に応じて遅延時間を制御して、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、このようにしてレーナ照射を行なうことによ
り、走査速度に関係なく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１はＸ軸駆動−Ｅ−夕２とＹ軸駆動モータ３によっ
て移動制御すれ、同図に＋Ｘ方向、−Ｘ方向で示す主走
査運動と、十Ｙ方向で示す副走査運動を行なう。上記Ｘ
軸駆動モータ２およびＹ＠Ｉｆ駆動モータ３は、周知手
段であるねじ式の送り機構へによってそれぞれＸ−Ｙテ
ーブル１と連係している。４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。５ａおよび５ｂは被
走査体４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）開演の明度レベルに
応じて、そこの照度を計測し、アナ１」グミ圧からなる
検出信号を出力する。上記の光センナ−５ａ、５ｂ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４の微少部分（
直径０．１１１１ｍ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の光センサー５ａ、５ｂは
主走査方向である±Ｘ軸上に配設するものであるが、取
イ」位置の詳細については後述する。

次に６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６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。７は
上記被加工材６（対応させてその上部に定置して設けた
レーザヘットで、レーナ発撮機８からのレーザビーム９
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’ｊ−５ａ、５
ｂと被走査体４との相対運動は、これと同調してレージ
“ヘッド７と被加工材６との間で行なわれることになる
。

ここで、光センサ−５ａ、５ｂの配設状態を＋Ｙ力方向
らみたとき、両廿ンリ−−５ａ、５ｂは、レーザビ−ム
９の照ｑ１位置を基１としてその一方の前側および他方
の後側にそれぞれ一定距離り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の光センサー−５ａ、５ｂの検
出出力によりレーザビーム９の照射制御を行なうブロッ
ク回路を示すもので、ｌＯａは第１の光センサ−−５ａ
の検出出力を増幅ηる増幅回路、１０ｂは第２の光セン
サー５ｂの検出出力を増幅覆る増幅回路、ｌｌａは増幅
回路１０ａを介して第１の光センサー５ａの出ツノ線路
に直列接続した第１のスイッチ接点、１１ｂは増幅回路
１０ｂを介して第２の光センサー−５ｂの出力線路に直
列接続した第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１１ａと第２のスイ
ッチ接点月すは連動接点をなして第１、第２の光センサ
ーの切換回路を構成するもので、前記したＸ軸駆動モー
タ２がＸ・Ｙデープル１を＋Ｘ方向に駆動するとき、第
１のスイッチ接点１１ａが開成（第２のスイッチ接点は
開成）され、またーＸ方向に駆動するとき第２のスイッ
チ接点１１ｂが開成（第１のスイッチ接点は開成）され
るようになっている。

次に１２ａは第１の光センサー−５ａの出力線路に接続
した第、１の遅延回路、１２ｂは第２光センサー５ｂ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１２ａ、１２ｂは増幅されたセンサー出力を時間的遅
れをもってシー１１発撮機８の照射出力制御回路１３に
出力する。レージ“ビーム９の出力はレンサー出りのア
ｔログ値の大小に比例する。

ここで、上記両遅延回路１２ａ、１２ｂは、±Ｘ方向に
おける主走査速度の大小によって遅延時間を可変される
ようになっている。すなわら１４は、Ｘ＋１＋ＩＩＩ駆
動七〜り２に取りつけたタコジェネレータからなる変換
回路で、同上−夕２の回転速度（絶対値）を検出し、こ
れに比例した電圧信号を出力する。上記変換回路１４の
出力電圧は前記遅延回路１２ａ、１２ｂに入力されるも
ので、遅ｆ設定時間は前記出力電圧値に反比例、すなわ
ち出力電圧値が大きいとき短く、これと反対に出力電圧
値が小さいとぎ長く設定される。換言すれば、走査速度
が早いとき遅延時ＲＵを短く、走査速度が遅いとぎ遅延
時間を長く設定する。１５ａおよび１５ｂは前記遅延回
路１２ａ、１２ｂに接続した補正回路で、設定された遅
延１１間を人為的に補正するためのものである。

次に、１６は第１、第２の光センサーの出力電圧と、可
変抵抗１７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１６は切換スイッチ１８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。１９は同じく切換スイッチ１６を介
して出力線路に接続したＶ／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。２０は比較回路１６とＶ／Ｆ変換回路１９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Ｉａ８の照射パルス制御回路２１をオン動
作して、シー１１ビーム９を照射させる。

以上のように、レーザビーム９は照射出力制御回路１３
によりその強さを制御され、また照射パルス制御１囲路
２１によりパルス列を制御されるもので、レーザヘッド
７のミラー２２によって回折された後、集光レンズ２３
で約０．１ｍｍはどのスポットに集光されて被加工材６
を彫刻加工する。

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でレーザビ
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ＪＪ［Ｉ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、初期においてまず、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する。この場合、第３図
のようにならいパターンａが直線であるものを用いるも
のとし、また切換スイッチ１８は開いて、照射パルス制
御回路２１は遮断しておく。

しかして、常法に従ってＸ−Ｙテーブル１上に前記被走
査体４と被加工材６（テストピースでもよい）とを取付
けた後、同テーブル１をＸ軸駆動モータ２およびＹ軸駆
動モータ３により所要の走査方向に駆動する。ます、＋
Ｘ方向の主走査が行なわれるときは、第１の光セン）ナ
ー５ａのスイッチ接点１１ａか閉成され、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、走査速度に応じて設定された時間経過
後に遅延回路１２ａから出力される。すなわら＋Ｘ方向
へのＸ−Ｙテーブル１の移動は、変換回路１４である電
圧値をもった出力信号に変換され、そしてこの出力信号
が遅延回路１２ａに入力される。遅延回路１２ａの遅延
時間は前記人力電１王値に応じて設定されるもので、設
定時間後にパターン検出信号が照射制御回路１３に入力
されることになる。検出信号を受けて１削１１１］御回
路１３はオン動作し、シー１アビーム９を被加工材６に
照射するもので、被加工材４には彫刻スポットが生ずる
。

次に、＋Ｙ方向のｉＷＩ走査が行なわれた後に、−Ｘ方
向の主走査が行なわれるときは、第２の光レンサー５ｂ
がならいパターンａを検出し、出力する。ここで、＋Ｘ
方向と−Ｘ方向の走査速僚は同じに設定しであるので、
この検出信号は前記同様の動作を経て遅延回路１２ｂか
ら出力され、設定時間経過後にレーザビーム９を照射さ
せる。このレーザビーム９の照射により被加工材６には
彫刻スポットが生ずる。

以下、上記した副走査か反復して繰り返されるもので、
検出からレーデ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はギ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
補正で的確に設定することができる。

すなわち、光センサ−５ａ、５ｂによるパターン検出位
置と正規のレーザビーム照射位置の走査方向の距離をそ
れぞれＬ、±Ｘ方向の走査速度をとするとき、所要遅延
時間ｔは、（ｔ＝’−／）の関係で示される。例えば、
第４図の場合は、彫刻スポットが正規の位置よりズして
おり、照射タイミングが早過ぎる、つまり照射位置が見
−△えとなっている。従って、この状態においての遅延
時間をｔ−とυると、ｔ−＝（ｆｌ−△Ａ）／ｖになる
。従って、この場合は１−１−＋△ム／Ｖ＝”／Ｖであ
るように△ｌ／／　ｖだ（）遅延１１４間を長くづれば
よい。

この遅述時間のズレ調整は補正回路１５ａおよび１５ｂ
によって行なう。以上のようにしてズレを補正すること
により、直線パターンに従った直線状の彫刻スポットを
正確に得ることかできる。なお上記は、両方の補正回路
１５ａ、１５Ｆ）を操作し、それぞれ△Ａ／ｖに相当す
る遅延時間の補正を行なったものである。しかし、何れ
か片方だけ２・△、Ｌ／ｖの補正を行なっても見掛は上
適正な補正を行なうことができる。

以上のようにして切刻設定を行なった後に、例えば被加
工材、彫刻パターンの情況に応じて主走査速度を用行よ
り早く設定した場合は、変換回路１４から大きな電圧出
力かなされ、遅延回路１２ａ、１２ｂの遅延時間を短り
９ノ定する。この走査速度と遅延時間の関係は前述した
！：　＝　Ｌ　／　ｖて示される通りであるので、自動
的に的確に検出−照射のタイミングが得られる。

しかして、この条件の中で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１８を閉成し
、レーザビーム９の出力とパルス列を同時に制御して彫
刻加工を行なう。

澹淡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、光センサー５ａ、５ｂ
による検出出力が小さいので、従ってシー１アビーム９
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、スポット間隔が広く表現される。ま
た、上記と反対に照度レベルか低く濃い部分は、検出出
力が大ぎくなるのて゛彫刻スポットは大きく深く、また
、スポット間隔が狭く衣用される。この場合において、
往復走査による照射ズレか解消されているので、原稿の
もつ微妙なニュアンスを崩ずことか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初期の検出−照射のタイミン
グ調整において、補正回路を用いて遅延時間のズ′しを
補正した乙のである。しかし補正手段として光センリ−
−５ａ、５ｂに走査方向の移動機構を設け、走査方向の
距離りを調整Ｍることにより遅延時間に適合させたビー
ム照射を行なうＪ、うにしてもよい。また、一実施例で
は、走査速度をＸ軸駆動モータに連結したタコジェネレ
ータで検出したものであるが、例えば同じモータをＮＣ
駆動制御する場合においてのプログラム情報から走査速
度を得るようにしてもにいし、この他周知の手段に変更
することもできる。

（発明の効果） 以上訂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、光センサーによるならいパターンの
検出位置を往復走査の各走査方向に対して設定し、パタ
ーン検出を所謂先読みすることができるものであり、ま
た走査速度を検出し、この速度に応して検出からレーリ
ービーム照０４までのタイミングを的確に制御ηること
ができるものである。このため、走査速度が変わっても
ビーム照ｑ４にスルかなく、ならいパターンに従った忠
実な彫刻加工かでハるという大きな効果を発揮する。

なお本発明は、主として木材を液加ＩＩＪとした場合に
つい−Ｃ述べたが、合成樹脂、紙、皮革、イｆｉ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１
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
を示コ被加工材の平面図　第５図はならいパターンの走
査方式を示す説明図　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：Ｘ軸駆動モータ　３：Ｙ軸
駆動モータ　４：被走査体　５ａ、５ｂ：第１および第
２の光センリー　６：被加工材　７：レーリ゛ヘッド　
８：レーリ“発振機　９：レーリービーム　１０ａ、　
１０ｂ　：増幅回路　１１８１１１Ｌ）：第１　ａ＞よ
び第２のスイッチ接点　１２ａ、１２ｂ：第１ｊｆｊよ
び第２の遅延回路　１３：照射出力制御回路　１４：変
換回路　１５ａ、１５ｂ：補正回路　１６：比較回路　
１９：／Ｆ変換回路　２０：アントゲート　２１：照射
パルス制御回路２２：ミラー　２３：集光レンズ 特許出願人　１７鋼工業株式会社 第５図 入

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を検出位置する光センサーを設け、
   この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、前記ならいパターンに対応す
   る光センサーの相対走査速度を検出し、速度に比例した
   電圧信号を出力する変換回路と、上記電圧信号値に応じ
   て遅延時間の設定を行なう遅延回路を設け、前記光セン
   サーの検出信号を上記遅延回路を介してレーザビームの
   照射制御回路に導入し、ならい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制御するようにしたパタ
   ーンならい式レーザ彫刻装置。