JPH07116869A - レーザ刻印方法 - Google Patents
レーザ刻印方法Info
- Publication number
- JPH07116869A JPH07116869A JP5263793A JP26379393A JPH07116869A JP H07116869 A JPH07116869 A JP H07116869A JP 5263793 A JP5263793 A JP 5263793A JP 26379393 A JP26379393 A JP 26379393A JP H07116869 A JPH07116869 A JP H07116869A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser beam
- lens
- diameter
- laser
- marking
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
- B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属、ガラス、プラスチック等の各種製品等
に、種々のパターンを刻印する場合、パターンの大きさ
や形状に応じて、集光レンズを交換せずビーム集光径を
調整することにより、容易かつ迅速に、視認性の高い刻
印表示を得る。また、製造工程で深彫り刻印する場合、
ビーム集光径を変えても、所要深さの深彫り刻印を得
る。 【構成】 集光レンズに入射する前のレーザビームを、
２枚以上のレンズで構成されるビーム径調整光学系に透
過させ、該光学系のレンズ間距離を調整することによ
り、刻印パターンを構成するドットまたは線密度に応じ
て、該ドット径または線幅を調整する。調整されたドッ
ト径または線幅に応じて、レーザビームの出力密度を調
整する。
に、種々のパターンを刻印する場合、パターンの大きさ
や形状に応じて、集光レンズを交換せずビーム集光径を
調整することにより、容易かつ迅速に、視認性の高い刻
印表示を得る。また、製造工程で深彫り刻印する場合、
ビーム集光径を変えても、所要深さの深彫り刻印を得
る。 【構成】 集光レンズに入射する前のレーザビームを、
２枚以上のレンズで構成されるビーム径調整光学系に透
過させ、該光学系のレンズ間距離を調整することによ
り、刻印パターンを構成するドットまたは線密度に応じ
て、該ドット径または線幅を調整する。調整されたドッ
ト径または線幅に応じて、レーザビームの出力密度を調
整する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属、ガラス、プラス
チック等の表面に、レーザ加工により種々のパターンの
刻印を任意のドット径あるいは線幅で施す方法に関する
ものである。
チック等の表面に、レーザ加工により種々のパターンの
刻印を任意のドット径あるいは線幅で施す方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】金属、ガラス、プラスチック等の製品
へ、文字、数字、模様等のパターンを刻印する場合に、
レーザ加工装置が使用されている。刻印に際しては、文
字等のパターンをドットで構成する場合、線で構成する
場合等があり、いずれの場合も、レーザビームを集光レ
ンズにより絞り、被加工物をレンズの焦点面に位置さ
せ、レーザビームを走査して刻印を行っている。
へ、文字、数字、模様等のパターンを刻印する場合に、
レーザ加工装置が使用されている。刻印に際しては、文
字等のパターンをドットで構成する場合、線で構成する
場合等があり、いずれの場合も、レーザビームを集光レ
ンズにより絞り、被加工物をレンズの焦点面に位置さ
せ、レーザビームを走査して刻印を行っている。
【０００３】また、鋼材など金属材料等の製造工程にお
いて、材料識別のため、表面に文字や数字等を刻印する
場合にも、レーザ加工装置が使用されている。この場
合、刻印された材料を熱処理したり脱スケール処理して
も判読できるように、刻印は深彫り加工されていなけれ
ばならない。従来のレーザ刻印技術の公知文献として
は、例えば特開昭６０−１０６６８６号公報が知られて
いる。
いて、材料識別のため、表面に文字や数字等を刻印する
場合にも、レーザ加工装置が使用されている。この場
合、刻印された材料を熱処理したり脱スケール処理して
も判読できるように、刻印は深彫り加工されていなけれ
ばならない。従来のレーザ刻印技術の公知文献として
は、例えば特開昭６０−１０６６８６号公報が知られて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記各種製品等の刻印
において、英数字等の低密度パターンと、漢字や複雑な
マーク等の高密度パターンが混在した場合、従来技術で
は、高密度パターンの視認性が著しく損なわれるという
問題があった。すなわち、刻印のドット径や線幅は、集
光レンズ焦点でのビーム集光径によって決まり、同一加
工面においてビーム集光径を変化させることが困難なた
め、高密度パターンでもビーム集光径を細くできず、太
いドット径や線幅で刻印せざるをえなかったからであ
る。
において、英数字等の低密度パターンと、漢字や複雑な
マーク等の高密度パターンが混在した場合、従来技術で
は、高密度パターンの視認性が著しく損なわれるという
問題があった。すなわち、刻印のドット径や線幅は、集
光レンズ焦点でのビーム集光径によって決まり、同一加
工面においてビーム集光径を変化させることが困難なた
め、高密度パターンでもビーム集光径を細くできず、太
いドット径や線幅で刻印せざるをえなかったからであ
る。
【０００５】集光レンズを取り替えて、焦点位置におけ
るビーム集光径を変えるには、レンズ交換およびレンズ
と被加工物との間隔調整が必要となり、連続ラインでの
刻印には採用できない。また、加工面を集光レンズの焦
点位置から外し、レーザビーム径の太い部位で刻印する
ことも考えられるが、この場合も、刻印パターン毎にレ
ンズと被加工物の間隔調整が必要である他、被加工物表
面のわずかな「うねり」によっても刻印部分のビーム径
が変動するので、刻印形状が不均一なものとなる。そし
て、いずれの場合も、ビーム集光径を変えると、レーザ
のパワー密度が変化して、刻印の深さが変動する。
るビーム集光径を変えるには、レンズ交換およびレンズ
と被加工物との間隔調整が必要となり、連続ラインでの
刻印には採用できない。また、加工面を集光レンズの焦
点位置から外し、レーザビーム径の太い部位で刻印する
ことも考えられるが、この場合も、刻印パターン毎にレ
ンズと被加工物の間隔調整が必要である他、被加工物表
面のわずかな「うねり」によっても刻印部分のビーム径
が変動するので、刻印形状が不均一なものとなる。そし
て、いずれの場合も、ビーム集光径を変えると、レーザ
のパワー密度が変化して、刻印の深さが変動する。
【０００６】本発明は、金属、ガラス、プラスチック等
の各種製品等に、種々のパターンの刻印を行う場合、刻
印するパターンの大きさや形状に応じて、集光レンズを
交換することなく、ビーム集光径を最適値に調整するこ
とにより、刻印パターンを構成するドット径または線幅
を調整し、容易かつ迅速に視認性の高い刻印表示を得る
ことを目的とする。また、金属材料等の製造工程で材料
識別のための深彫り刻印を行う場合において、ビーム集
光径を変えても、所要深さの深彫り刻印を得ることを目
的とする。
の各種製品等に、種々のパターンの刻印を行う場合、刻
印するパターンの大きさや形状に応じて、集光レンズを
交換することなく、ビーム集光径を最適値に調整するこ
とにより、刻印パターンを構成するドット径または線幅
を調整し、容易かつ迅速に視認性の高い刻印表示を得る
ことを目的とする。また、金属材料等の製造工程で材料
識別のための深彫り刻印を行う場合において、ビーム集
光径を変えても、所要深さの深彫り刻印を得ることを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のレーザ刻印方法は、集光レンズによりレー
ザビームを被加工物上に集光して刻印する方法におい
て、集光レンズに入射する前のレーザビームを、２枚以
上のレンズで構成されるビーム径調整光学系に透過さ
せ、該ビーム径調整光学系のレンズ間距離を調整するこ
とにより、刻印パターンを構成するドットまたは線密度
に応じて、該ドット径または線幅を調整することを特徴
とする。そして、調整されたドット径または線幅に応じ
て、レーザビームの出力密度を調整するのが望ましい。
に、本発明のレーザ刻印方法は、集光レンズによりレー
ザビームを被加工物上に集光して刻印する方法におい
て、集光レンズに入射する前のレーザビームを、２枚以
上のレンズで構成されるビーム径調整光学系に透過さ
せ、該ビーム径調整光学系のレンズ間距離を調整するこ
とにより、刻印パターンを構成するドットまたは線密度
に応じて、該ドット径または線幅を調整することを特徴
とする。そして、調整されたドット径または線幅に応じ
て、レーザビームの出力密度を調整するのが望ましい。
【０００８】
【作用】以下、本発明を図面に示す例により説明する。
図１は、オプティカルスキャナ方式のレーザ刻印方法お
よび装置を示し、レーザ光源１から放射されるレーザビ
ーム２を、Ｘ軸ガルバノスキャナ５およびＹ軸ガルバノ
スキャナ６で走査し、ｆθレンズ７で集光し、該レンズ
７の焦点面に置いた被加工物８の表面に刻印を行う。こ
の方式では、ガルバノスキャナ５および６の走査によ
り、ｆθレンズ７上に文字等のパターンを描くと、その
パターンが刻印される。
図１は、オプティカルスキャナ方式のレーザ刻印方法お
よび装置を示し、レーザ光源１から放射されるレーザビ
ーム２を、Ｘ軸ガルバノスキャナ５およびＹ軸ガルバノ
スキャナ６で走査し、ｆθレンズ７で集光し、該レンズ
７の焦点面に置いた被加工物８の表面に刻印を行う。こ
の方式では、ガルバノスキャナ５および６の走査によ
り、ｆθレンズ７上に文字等のパターンを描くと、その
パターンが刻印される。
【０００９】本発明法は、図１のように、集光レンズと
してｆθレンズ７を使用することができ、ｆθレンズ７
に入射する前のレーザビーム２を、凹レンズ３および凸
レンズ４から構成されるビーム径調整光学系に透過さ
せ、両レンズの間隔ａを調整することにより、ｆθレン
ズ７の焦点面におけるビーム集光径を調整する。間隔ａ
は、図１のように、レンズ間隔調整機構９により凹レン
ズ３をレーザビーム２の軸方向に移動する他、凸レンズ
４を移動して調整してもよい。
してｆθレンズ７を使用することができ、ｆθレンズ７
に入射する前のレーザビーム２を、凹レンズ３および凸
レンズ４から構成されるビーム径調整光学系に透過さ
せ、両レンズの間隔ａを調整することにより、ｆθレン
ズ７の焦点面におけるビーム集光径を調整する。間隔ａ
は、図１のように、レンズ間隔調整機構９により凹レン
ズ３をレーザビーム２の軸方向に移動する他、凸レンズ
４を移動して調整してもよい。
【００１０】このような本発明法において、凹レンズ３
と凸レンズ４の間隔ａを変化させると、図２（ａ）に示
すレーザビーム２のビーム径を変化させることができ
る。そして図２（ｂ）に示すｆθレンズ７への入射ビー
ム径Ｄが変化し、ｆθレンズ７の焦点面におけるビーム
集光径ｄが（１）式により変化する。 ｄ＝Ｋｆλ／Ｄ （１） ここで、Ｋは定数、ｆはｆθレンズの焦点距離、λはレ
ーザビームの波長である。また凹レンズ３の焦点距離を
ｆ1 、凸レンズ４の焦点距離をｆ2 とすると、（２）式
で示されるΔａと、入射ビーム径Ｄおよびビーム集光径
ｄとの関係は図３のようになる。 Δａ＝（ｆ2 −ｆ1 ）−ａ （２） したがって、パターン密度の低い英数字等を刻印すると
きは、凹レンズと凸レンズの間隔ａを、図３（ｂ）のよ
うに、Δａ＝Ａとしてビーム集光径ｄを太くし、パター
ン密度の高い漢字や複雑なマーク等を刻印するときは、
間隔ａを狭め、Δａ＝Ｂとしてビーム集光径ｄを細くす
ることができ、両パターンが混在する刻印でも、ドット
径または線幅を調整でき、共に視認性を高めることがで
きる。このように、ｆθレンズ７を交換せず、ｆθレン
ズ７と被加工物８の面の間隔を調整する必要もなく、ビ
ーム集光径ｄを容易にかつ迅速に変化させることができ
るので、オンラインでの高速刻印が行える。
と凸レンズ４の間隔ａを変化させると、図２（ａ）に示
すレーザビーム２のビーム径を変化させることができ
る。そして図２（ｂ）に示すｆθレンズ７への入射ビー
ム径Ｄが変化し、ｆθレンズ７の焦点面におけるビーム
集光径ｄが（１）式により変化する。 ｄ＝Ｋｆλ／Ｄ （１） ここで、Ｋは定数、ｆはｆθレンズの焦点距離、λはレ
ーザビームの波長である。また凹レンズ３の焦点距離を
ｆ1 、凸レンズ４の焦点距離をｆ2 とすると、（２）式
で示されるΔａと、入射ビーム径Ｄおよびビーム集光径
ｄとの関係は図３のようになる。 Δａ＝（ｆ2 −ｆ1 ）−ａ （２） したがって、パターン密度の低い英数字等を刻印すると
きは、凹レンズと凸レンズの間隔ａを、図３（ｂ）のよ
うに、Δａ＝Ａとしてビーム集光径ｄを太くし、パター
ン密度の高い漢字や複雑なマーク等を刻印するときは、
間隔ａを狭め、Δａ＝Ｂとしてビーム集光径ｄを細くす
ることができ、両パターンが混在する刻印でも、ドット
径または線幅を調整でき、共に視認性を高めることがで
きる。このように、ｆθレンズ７を交換せず、ｆθレン
ズ７と被加工物８の面の間隔を調整する必要もなく、ビ
ーム集光径ｄを容易にかつ迅速に変化させることができ
るので、オンラインでの高速刻印が行える。
【００１１】なお、ビーム集光径ｄを太くすると、ｄが
細いときと同一の出力でレーザビーム２を放射した場合
は、ビームのパワー密度が減少するので、刻印の深さが
浅くなる。そこで、深彫り刻印を行う場合は、ビーム集
光径ｄを大にしたら、ビームの出力密度を高めて、所定
深さの刻印を行うよう調整する。
細いときと同一の出力でレーザビーム２を放射した場合
は、ビームのパワー密度が減少するので、刻印の深さが
浅くなる。そこで、深彫り刻印を行う場合は、ビーム集
光径ｄを大にしたら、ビームの出力密度を高めて、所定
深さの刻印を行うよう調整する。
【００１２】さらに、本発明のより具体的手段を図１の
例により説明する。刻印パターンを入力装置１０から制
御用コンピュータ１１に入力し、パルスジェネレータ１
３から制御用コンピュータ１１に入力しているパルス
を、レーザ発信用パルスとしてレーザ用電源１２に出力
し、レーザ光源１からパルス状のレーザビーム２を発信
させる一方、制御用コンピュータ１１の出力によりＸ軸
ガルバノスキャナ５およびＹ軸ガルバノスキャナ６を作
動させて、所望のパターンをｆθレンズ７上に描かせ、
さらに制御用コンピュータ１１の出力により、レンズ間
隔調整機構９のモータを作動してレンズ間隔ａを調整す
る。また、ビーム集光径ｄに応じてレーザのパワー密度
を調整するときは、制御用コンピュータ１１の指示によ
りレーザ用電源１２の出力を調整する。なお、この例で
は刻印がドットで行われるが、線で行う場合はパルジェ
ネレータ１３は不要で、制御用コンピュータ１１の指示
によりレーザビーム２の発信をオンオフすればよい。
例により説明する。刻印パターンを入力装置１０から制
御用コンピュータ１１に入力し、パルスジェネレータ１
３から制御用コンピュータ１１に入力しているパルス
を、レーザ発信用パルスとしてレーザ用電源１２に出力
し、レーザ光源１からパルス状のレーザビーム２を発信
させる一方、制御用コンピュータ１１の出力によりＸ軸
ガルバノスキャナ５およびＹ軸ガルバノスキャナ６を作
動させて、所望のパターンをｆθレンズ７上に描かせ、
さらに制御用コンピュータ１１の出力により、レンズ間
隔調整機構９のモータを作動してレンズ間隔ａを調整す
る。また、ビーム集光径ｄに応じてレーザのパワー密度
を調整するときは、制御用コンピュータ１１の指示によ
りレーザ用電源１２の出力を調整する。なお、この例で
は刻印がドットで行われるが、線で行う場合はパルジェ
ネレータ１３は不要で、制御用コンピュータ１１の指示
によりレーザビーム２の発信をオンオフすればよい。
【００１３】以上述べた本発明において、集光レンズと
してｆθレンズを使用し、レーザビーム２の走査を、図
１のようなＸ軸ガルバノスキャナ５およびＹ軸ガルバノ
スキャナ６で行う他、普通の凸レンズを使用したヘッド
を機械的にＸＹ走査して行うこともできる。また、ビー
ム径調整光学系としては、図１のような単一の凹レンズ
３と凸レンズ４を使用する他、各レンズを収差を小さく
するための組合わせレンズとしてもよいのはもちろんの
こと、さらに図２（ｃ）のように２枚の凸レンズ４−１
および４−２を使用することもできる。
してｆθレンズを使用し、レーザビーム２の走査を、図
１のようなＸ軸ガルバノスキャナ５およびＹ軸ガルバノ
スキャナ６で行う他、普通の凸レンズを使用したヘッド
を機械的にＸＹ走査して行うこともできる。また、ビー
ム径調整光学系としては、図１のような単一の凹レンズ
３と凸レンズ４を使用する他、各レンズを収差を小さく
するための組合わせレンズとしてもよいのはもちろんの
こと、さらに図２（ｃ）のように２枚の凸レンズ４−１
および４−２を使用することもできる。
【００１４】
（本発明例）図１に示す装置により、鋼板に各種パター
ンの刻印を行った。レーザとしてはパルス励起ＹＡＧレ
ーザを使用し、パルス幅を０．５〜１msec、レーザのパ
ルス出力はビーム集光径ｄに応じて、４〜７Ｊの範囲で
調整した。各刻印のドットの直径は、ビーム集光径ｄを
調整して０．７〜１．０mmの範囲で変化させ、深さは
０．３mmとした。結果は図４に示すとおり、視認性の高
い刻印パターンが加工でき、容易に判読できるものであ
った。
ンの刻印を行った。レーザとしてはパルス励起ＹＡＧレ
ーザを使用し、パルス幅を０．５〜１msec、レーザのパ
ルス出力はビーム集光径ｄに応じて、４〜７Ｊの範囲で
調整した。各刻印のドットの直径は、ビーム集光径ｄを
調整して０．７〜１．０mmの範囲で変化させ、深さは
０．３mmとした。結果は図４に示すとおり、視認性の高
い刻印パターンが加工でき、容易に判読できるものであ
った。
【００１５】（従来例）上記本発明例において、ビーム
集光径ｄの調整を行わず、各刻印のドットの直径を１．
０mmに固定し、レーザのパルス出力を、７Ｊ一定とし
た。結果は図５に示すとおり、パターン密度の高い刻印
は不鮮明なものであった。
集光径ｄの調整を行わず、各刻印のドットの直径を１．
０mmに固定し、レーザのパルス出力を、７Ｊ一定とし
た。結果は図５に示すとおり、パターン密度の高い刻印
は不鮮明なものであった。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、金属、ガラス、プラス
チック等の各種製品等に、種々のパターンのレーザ刻印
を行う場合、刻印するパターンの大きさや形状に応じ
て、集光レンズを交換せずに、ビーム集光径を調整し、
英数字等のパターン密度の低いものは太径のドットや線
で、漢字や複雑なマーク等のパターン密度の高いものは
細径のドットや線で、視認性の高い刻印を行うことがで
きる。ビーム集光径の調整は、容易かつ迅速に行えるの
で、オンラインでの高速刻印に適用できる。また、金属
材料等の製造工程で材料識別のために刻印する場合にお
いて、刻印深さを調整し、脱スケール処理等を行った後
でも鮮明に判読できるよう深彫り刻印を行うことができ
る。
チック等の各種製品等に、種々のパターンのレーザ刻印
を行う場合、刻印するパターンの大きさや形状に応じ
て、集光レンズを交換せずに、ビーム集光径を調整し、
英数字等のパターン密度の低いものは太径のドットや線
で、漢字や複雑なマーク等のパターン密度の高いものは
細径のドットや線で、視認性の高い刻印を行うことがで
きる。ビーム集光径の調整は、容易かつ迅速に行えるの
で、オンラインでの高速刻印に適用できる。また、金属
材料等の製造工程で材料識別のために刻印する場合にお
いて、刻印深さを調整し、脱スケール処理等を行った後
でも鮮明に判読できるよう深彫り刻印を行うことができ
る。
【図１】本発明法および装置の説明図である。
【図２】本発明におけるレーザビーム径調整の説明図で
ある。
ある。
【図３】本発明におけるレーザビーム径調整の説明図で
ある。
ある。
【図４】本発明により刻印した実施例の鋼材表面を示す
図である。
図である。
【図５】従来法により刻印した従来例の鋼材表面を示す
図である。
図である。
１：レーザ光源 ２：レーザビーム ３：凹レンズ ４：凸レンズ ５：Ｘ軸ガルバノスキャナ ６：Ｙ軸ガルバノスキャナ ７：ｆθレンズ ８：被加工物 ９：レンズ間隔調整機構 １０：入力装置 １１：制御用コンピュータ １２：レーザー用電源 １３：パルスジェネレータ ａ：レンズ間隔 Ｄ：入射ビーム径 ｄ：ビーム集光径 ｆ：ｆθレンズの焦点距離
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 26/06 Ｅ Ｂ４１Ｊ 2/44 Ｂ４１Ｍ 5/24 Ｇ０２Ｂ 26/10 １０４ Ａ 27/09
Claims (2)
- 【請求項１】 集光レンズによりレーザビームを被加工
物上に集光して刻印する方法において、集光レンズに入
射する前のレーザビームを、２枚以上のレンズで構成さ
れるビーム径調整光学系に透過させ、該ビーム径調整光
学系のレンズ間距離を調整することにより、刻印パター
ンを構成するドットまたは線密度に応じて、該ドット径
または線幅を調整することを特徴とするレーザ刻印方
法。 - 【請求項２】 調整されたドット径または線幅に応じ
て、レーザビームの出力密度を調整することを特徴とす
る請求項１記載のレーザ刻印方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5263793A JPH07116869A (ja) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | レーザ刻印方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5263793A JPH07116869A (ja) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | レーザ刻印方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07116869A true JPH07116869A (ja) | 1995-05-09 |
Family
ID=17394335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5263793A Withdrawn JPH07116869A (ja) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | レーザ刻印方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07116869A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1993
- 1993-10-21 JP JP5263793A patent/JPH07116869A/ja not_active Withdrawn
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