JPH1133763A - レーザマーキング装置 - Google Patents

レーザマーキング装置

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JPH1133763A
JPH1133763A JP9193683A JP19368397A JPH1133763A JP H1133763 A JPH1133763 A JP H1133763A JP 9193683 A JP9193683 A JP 9193683A JP 19368397 A JP19368397 A JP 19368397A JP H1133763 A JPH1133763 A JP H1133763A
Authority
JP
Japan
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workpiece
processing
temperature
laser beam
laser
Prior art date
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Pending
Application number
JP9193683A
Other languages
English (en)
Inventor
Shuya Matsuyama
修也 松山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】室温及び加工時の温度上昇分による被加工物の
温度に伴う寸法変化による加工誤差を低減し、加工精度
の高いレーザマーキング装置を提供する。 【解決手段】被加工物1の温度と加工完了品10の温度と
を計測する温度計24と、加工完了品10の加工寸法を計測
するCCDカメラ26及び信号処理装置27とを備えてい
る。被加工物1の熱膨張係数が正確に把握できている場
合には、被加工物1の温度と既知の熱膨張係数とで被加
工物1への加工位置を補償する。被加工物1の熱膨張係
数が未知の場合やそれほど正確でない場合、より正確に
補償したい場合には、加工完了品10の温度とその寸法及
び加工完了品10の加工時の温度と加工位置とのデータに
よりその材料の熱膨張係数を推定し、それに従って加工
位置を補償する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、集光したレーザ
光を被加工物に照射して被加工物にマーキングするレー
ザマーキング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のマーキング技術としては、化学的
なエッチングと墨入れを組み合わせた方法や印刷法があ
る。前者は、エッチング液や洗浄液などの廃液処理が面
倒であり、前処理工程や乾燥工程などと工程数が多く、
加工条件の管理が難しいことが問題点である。後者は、
素材の上にインクを塗布する方法であるから、摩擦によ
ってマーキングが消滅するという問題点をもっている。
【0003】これらの方法とは別に、特開平4-33784 号
公報に開示されているような、レーザ光を集光して被加
工物に照射することによりマーキングする方法が実用化
されてきている。この方法は、レーザ発信装置を制御プ
ログラムにより制御移動させて被加工物にマーキングす
るものである。図4は、レーザ発振装置(図ではレーザ
照射部)22を固定し、被加工物1を搬送テーブル23に搭
載して移動させる方法によるレーザマーキング装置2を
示している。制御部21はレーザ照射部22のレーザ照射条
件を制御し、かつ搬送テーブル23の位置を制御する。
【0004】これらのレーザを用いたマーキング装置の
場合には、レーザ光の照射によって被加工物の温度が段
々に上昇するので、常温に冷却した状態ではマーキング
の位置が所定の位置から外れるという問題点をもってい
る。図5はこの状況を目盛板でモデル的に示したもので
あり、(a)は加工時の目盛位置で指定目盛位置と同じ
位置、(b)は基準温度における目盛位置(図5では完
成目盛位置)、(c)は基準温度における指定目盛の目
盛位置(図5では指定目盛位置)を示す図である。な
お、図5に示した外れ分(d1など)は誇張して示してあ
り、実際には、25cmのステンレス板の場合で、10℃の温
度変化において25μm 程度の外れとなる。
【0005】目盛間隔をD、基準位置からn番目の目盛
の加工時の温度をTn ℃、被加工物1の熱膨張係数を
α、基準温度を20℃とすると、n番目の目盛の外れ分d
n は次式で示される。 dn =nD[1−〔1+α(Tn −20)〕-1] ≒nD×α(Tn −20) 加工時の目盛位置を指定目盛位置に合わせているため、
室温と加工時の温度上昇分による被加工物1の温度に伴
う寸法変化によって基準温度(通常、ノギス等の測定器
の場合には20℃)における指定目盛位置とは外れた位置
に目盛が加工される。図5の場合は基準温度より高い加
工時温度の場合を示しており、基準温度に冷却された完
成品の状態では、収縮して(b)のように指定目盛位置
よりマイナス側に外れている。この外れは被加工物1の
温度と基準位置からの寸法に依存するので加工の初期に
は少ない外れが加工が進むにしたがって比例以上に大き
く外れ、温度が安定すると基準位置からの寸法に比例し
て外れることになる。
【0006】なお、当然のことながら、加工時の室温が
基準温度以下の場合もあるので、プラス側に外れること
も起こる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、室温及び
加工時の温度上昇分による被加工物の温度に伴う寸法変
化による加工誤差が小さく、加工位置精度が高いレーザ
マーキング装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明においては、レ
ーザ光を発生させそのレーザ光を集光して被加工物に照
射するレーザ照射部と、被加工物を搭載しレーザ光を照
射させる位置を調整する搬送部と、レーザ照射部のレー
ザ光の照射条件を制御し、かつ搬送部の位置を制御する
制御部とから構成されるレーザマーキング装置におい
て、被加工物の温度を計測する温度計測手段と演算処理
部とを備え、この温度計測手段が計測した被加工物の温
度と予め設定しておいた被加工物の熱膨張係数とによっ
て被加工物の加工位置を演算補正して設定する。
【0009】被加工物の温度を計測しているので、加工
に伴う温度上昇分を含めた被加工物の寸法変化分を被加
工物の熱膨張係数より推定算出することができる。ま
た、レーザ光を発生させそのレーザ光を集光して被加工
物に照射するレーザ照射部と、被加工物を搭載しレーザ
光を照射させる位置を調整する搬送部と、レーザ照射部
のレーザ光の照射条件を制御し、かつ搬送部の位置を制
御する制御部とから構成されるレーザマーキング装置に
おいて、被加工物及び加工を終了した被加工物の温度を
計測する温度計測手段と、加工を終了した被加工物の加
工寸法を計測する寸法計測手段と、温度計測手段と寸法
計測手段の計測結果及び加工位置データを記憶するデー
タ記憶部と、演算処理部とを備え、加工を終了した被加
工物の温度及び加工寸法の計測結果と、加工を終了した
被加工物を加工した際の温度の計測結果及び加工位置デ
ータとによって被加工物の熱膨張係数を算出し、算出し
た熱膨張係数と、温度計測手段が計測した被加工物の温
度とによって被加工物の加工位置を演算補正して設定す
る。
【0010】加工を終了した被加工物の温度及び加工寸
法の計測結果と、加工を終了した被加工物を加工した際
の温度の計測結果及び加工位置データとによって、被加
工物の熱膨張係数を推定算出することができるので、熱
膨張係数が未知の材料や正確でない材料、あるいは複合
材料からなる被加工物の場合でも、寸法変化分を推定算
出することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】この発明によるレーザマーキング
装置の実施の形態を、実施例を用いて説明する。なお、
従来技術と同じ機能の部分には同じ符号を付した。 〔第1の実施例〕図3は、この発明によるレーザマーキ
ング装置の第1の実施の構成を示す概念図である。
【0012】レーザ光を発生させそのレーザ光を集光し
て被加工物1に照射するレーザ照射部22と、被加工物1
を搭載しレーザ光を照射させる位置を調整する搬送部と
しての搬送テーブル23と、レーザ照射部22のレーザ光の
照射条件を制御し、かつ搬送テーブル23の位置を制御す
る制御部21a とを備えていることは従来技術と同じであ
る。
【0013】この実施例においては、被加工物1の温度
を計測する温度計24が備えられ、かつ制御部21a に演算
処理部が内蔵され、温度計24の出力が制御部21a に入力
されている。制御部21a に入力された被加工物1の温度
と制御部21a に予め入力されている被加工物1の熱膨張
係数とによって、演算処理部が基準温度状態の被加工物
1の加工位置に対する加工位置の補正分を演算推定し、
制御部21a がこの補正分を補正した位置に加工ができる
ように搬送テーブル23を移動させ、レーザ照射部22に被
加工物1を加工させる。
【0014】図2は、この実施例の加工位置をモデル的
に示し、(a)は加工時の目盛位置、(b)は基準温度
における目盛位置、(c)は基準温度における指定目盛
の目盛位置を示す説明図である。この図は、加工前の温
度が基準温度と同じであり、加工が進むにつれて温度が
段々に上昇する場合に相当する。したがって、温度の上
昇分だけ加工位置を指定目盛位置よりプラス側にシフト
させている。
【0015】目盛間隔をD、基準位置からn番目の目盛
の加工時の温度をTn ℃、被加工物1の熱膨張係数を
β、基準温度を20℃とすると、n番目の目盛のシフト分
n は次式で示される。 cn =nD[〔1+β(Tn −20)〕−1] =nD×β(Tn −20) したがって、室温が基準温度より低い場合には、シフト
分がマイナスになる場合もある。
【0016】このように、被加工物1の温度によって加
工位置を補正するので、加工位置の精度が高くなる。な
お、演算処理部としては、従来の制御部21に内蔵されて
いる機能を流用することもできる。 〔第2の実施例〕図1は、この発明によるレーザマーキ
ング装置の第2の実施の構成を示す概念図である。
【0017】この実施例が、第1の実施例と異なる点
は、既に加工を完了した加工完了品10の温度を計測する
手段と、加工完了品10の加工寸法を計測する手段とを備
え、図示していないデータ記憶部及び演算処理部を制御
部21b に内蔵していることである。加工完了品10の温度
を計測する手段としては、2点の温度が計測可能な温度
計24aを使用し、加工寸法計測手段としては、加工完了
品10を搭載してその位置を正確に移動させる測定テーブ
ル25と、CCDカメラ26及びその出力を処理して寸法を
正確に検出する信号処理部27とを使用している。
【0018】データ記憶部は、加工完了品10が加工され
た時の温度データ及び加工位置データを記憶しておくた
めのものである。一方、加工完了品10は、測定テーブル
25上でその温度と加工寸法とを計測される。これらの温
度データ及び加工位置データと寸法データから、温度差
に対応する寸法差が求められるので、その被加工物の熱
膨張係数を演算推定することができる。この演算推定さ
れた熱膨張係数と被加工物1の温度とによって加工位置
が補正され、高精度のマーキングが可能となる。
【0019】したがって、この実施例のレーザマーキン
グ装置を用いれば、被加工物1の熱膨張係数が未知であ
っても、不正確であっても、同じ物の加工を繰り返す場
合においては、その加工以前の加工の結果を用いて熱膨
張係数を演算推定してフィードバックをかけることがで
きるから、高精度のマーキングが可能となる。特に、複
合材料のような熱膨張係数を把握し難い材料の場合に
は、本番の加工の前に予備加工を実施して熱膨張係数を
把握することにより、高精度のマーキングが可能とな
る。
【0020】上記のような、熱膨張係数の演算推定は、
必ずしも加工の全数に適用することは必要ではなく、例
えば、ロットが変わった時の初期加工に適用するとか、
加工開始時に適用する等、色々な適用方法がある。な
お、演算処理部及びデータ記憶部としては、従来の制御
部21に内蔵されている機能を流用することもできる。
【0021】また、加工寸法計測手段としては、人が顕
微鏡等を使って測定した結果を制御部21b に入力する方
法も有効である。以上の2つの実施例においては、レー
ザ照射部22がレーザ光をスキャニングする機能を有する
か否かは問題ではない。但し、スキャニング機能を有す
る場合には、搬送テーブル23の移動に併用して細かい部
分にスキャニング機能を使うことでより効率的な加工が
できる。この場合には、制御部21a あるいは21b が搬送
テーブル23の移動の制御に加えてレーザ照射部22のスキ
ャニングの制御をする。
【0022】
【発明の効果】この発明によれば、レーザ光を発生させ
そのレーザ光を集光して被加工物に照射するレーザ照射
部と、被加工物を搭載しレーザ光を照射させる位置を調
整する搬送部と、レーザ照射部のレーザ光の照射条件を
制御し、かつ搬送部の位置を制御する制御部とから構成
されるレーザマーキング装置において、被加工物の温度
を計測する温度計測手段と演算処理部とを備え、この温
度計測手段が計測した被加工物の温度と予め設定してお
いた被加工物の熱膨張係数とによって被加工物の加工位
置を演算補正して設定するので、加工時の温度上昇分を
含めた被加工物の寸法変化分が補償される。
【0023】したがって、加工位置の精度が高いレーザ
マーキング装置を提供することができる。また、レーザ
光を発生させそのレーザ光を集光して被加工物に照射す
るレーザ照射部と、被加工物を搭載しレーザ光を照射さ
せる位置を調整する搬送部と、レーザ照射部のレーザ光
の照射条件を制御し、かつ搬送部の位置を制御する制御
部とから構成されるレーザマーキング装置において、被
加工物及び加工を終了した被加工物の温度を計測する温
度計測手段と加工を終了した被加工物の加工寸法を計測
する寸法計測手段と、温度計測手段及び寸法計測手段の
計測結果及び加工位置データを記憶するデータ記憶部
と、演算処理部とを備え、加工を終了した被加工物の温
度及び加工寸法の計測結果と、加工を終了した被加工物
を加工した際の温度の計測結果及び加工位置データとに
よって被加工物の熱膨張係数を算出し、算出した熱膨張
係数と温度計測手段が計測した被加工物の温度とによっ
て被加工物の加工位置を演算補正して設定するので、熱
膨張係数が未知の材料や正確でない材料、あるいは複合
材料からなる被加工物の場合でも、寸法変化分を推定算
出することができる。
【0024】したがって、加工位置の精度がより高いレ
ーザマーキング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明によるレーザマーキング装置の第2の
実施例の構成を示す概念図
【図2】実施例の加工位置をモデル的に示し、(a)は
加工時の目盛位置、(b)は基準温度における目盛位
置、(c)は基準温度における指定目盛の目盛位置を示
す説明図
【図3】この発明によるレーザマーキング装置の第1の
実施例の構成を示す概念図
【図4】従来技術によるレーザマーキング装置の一例の
構成を示す概念図
【図5】従来例の加工位置と誤差をモデル的に示し、
(a)は加工時の目盛位置、(b)は基準温度における
目盛位置、(c)は基準温度における指定目盛の目盛位
置を示す説明図
【符号の説明】
1 被加工物 10 加工終了被加工物 2, 2a, 2b レーザマーキング装置 21, 21a, 21b 制御部 22 レーザ照射部 23 搬送テーブル 24, 24a 温度計 25 測定テーブル 26 CCDカメラ 27 信号処理装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ光を発生させそのレーザ光を集光し
    て被加工物に照射するレーザ照射部と、被加工物を搭載
    しレーザ光を照射させる位置を調整する搬送部と、レー
    ザ照射部のレーザ光の照射条件を制御し、かつ搬送部の
    位置を制御する制御部とから構成されるレーザマーキン
    グ装置において、被加工物の温度を計測する温度計測手
    段と、演算処理部とを備え、この温度計測手段が計測し
    た被加工物の温度と、予め設定しておいた被加工物の熱
    膨張係数とによって被加工物の加工位置を演算補正して
    設定することを特徴とするレーザマーキング装置。
  2. 【請求項2】レーザ光を発生させそのレーザ光を集光し
    て被加工物に照射するレーザ照射部と、被加工物を搭載
    しレーザ光を照射させる位置を調整する搬送部と、レー
    ザ照射部のレーザ光の照射条件を制御し、かつ搬送部の
    位置を制御する制御部とから構成されるレーザマーキン
    グ装置において、被加工物及び加工を終了した被加工物
    の温度を計測する温度計測手段と、加工を終了した被加
    工物の加工寸法を計測する寸法計測手段と、温度計測手
    段と寸法計測手段の計測結果及び加工位置データを記憶
    するデータ記憶部と、演算処理部とを備え、加工を終了
    した被加工物の温度及び加工寸法の計測結果と、加工を
    終了した被加工物を加工した際の温度の計測結果及び加
    工位置データとによって被加工物の熱膨張係数を演算算
    出し、算出した熱膨張係数と、温度計測手段が計測した
    被加工物の温度とによって被加工物の加工位置を演算補
    正して設定することを特徴とするレーザマーキング装
    置。
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