JPS63192585A - レ−ザ彫刻方法 - 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 この発明はレーザ彫刻方法に係り、更に詳細には、パタ
ーンシート等の被走査体上に描かれた彫刻パターンを光
学センサで読取りながら、該読取パターンに応じたパタ
ーンを被加工物上に彫刻するレーザ彫刻方法の改良に関
する。

従来技術 木材や樹脂等の被加工物上に各種の彫刻を施すレーザ加
工技術の分野において、例えば特公昭５８−１５２３２
号公報に記載されているように、従来からマスキング彫
刻方法が使用されている。

このマスキング彫刻方法は、所望の彫刻パターンを透孔
で形成した遮光板を被加工物上に密接させ、該透孔部分
に露出した被加工物にレーザビームを照射して彫刻する
ものである。従って、その彫刻パターンとして、例えば
二重丸のように遮光板から完全に脱落してしまう形状の
ものは、この方法では彫刻できないという不都合があっ
た。

かかる不都合を回避すべく、本出願人は先に、特願昭５
９−５６８５２号において、新規有用なレーザ彫刻方法
を提案した。この提案に係るレーザ彫刻方法では、彫刻
パターンが描かれた被走査体に対しセンサの検出ヘッド
を相対的に走査移動させると共に、これに同期して被加
工物に対しレーザ加工ヘッドを相対的に走査移動させ、
前記センサが前記彫刻パターンを検出している時のみレ
ーザビームを前記被加工物に照射するようにして彫刻を
行なうことを内容としている。

発明が解決しようとする問題点 被走査体上の彫刻パターンを検出ヘッドで走査する場合
、走査開始位置から先ずＸ方向に線状に走査し、そして
前記走査開始位置から若干Ｙ方向にずらした位置に検出
ヘッドを戻し、再びＸ方向に走査する。かかる走査手順
を繰り返すことにより、パターン全面の走査を終了する
。この検出ヘッドの走査と同様に、レーザ加工ヘッドが
被加工物上を走査することになる。

このような通常の走査方法を、前記提案に係る従来のレ
ーザ彫刻方法に適用するのであれば、何の問題も生じな
い。しかしレーザ彫刻の処理速度を早めるために、レー
ザ加工ヘッドをＸ方向に走査して被加工物を彫刻した後
、該走査終了位置からレーザ加工ヘッドを若干Ｙ方向に
走査し、次にマイナス（−）Ｘ方向に走査するような往
復走査手順をとった場合、以下の問題を生じてしまう。

この問題は、センサのパターンエツジ検出時点からレー
ザビーム照射開始（終了）時点までにおいて、必然的に
生じる１０００分の数秒程度のタイムラグに起因する。

つまりこのタイムラグにより、Ｘ方向走査時のレーザビ
ーム照射終了（開始）位置と、−Ｘ方向走査時のレーザ
ビーム照射開始（終了）位置とにずれを生じ、被加工物
上に彫刻された彫刻パターンの周縁がギザギザになって
しまい、彫刻の直線的な繊細さが失われてしまうという
ものである。

発明の目的 本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑み、これを好
適に解決するべく提案されたものであって、彫刻パター
ンが描かれた被走査体に対し光学センサの検出ヘッドを
相対的に走査移動させると共に、これに同期して被加工
物に対しレーザ加工ヘッドを相対的に走査移動させ、前
記光学センサが前記彫刻パターンを検出している時のみ
レーザビームを前記被加工物に照射するレーザ彫刻方法
において、Ｘ方向への走査を往復走査とした場合に、被
加工物上の彫刻パターンの周縁がギザギザとならず繊細
な彫刻が可能となるレーザ彫刻方法を提供することを目
的とする。

問題点を解決するための手段 前記目的を好適に達成するため、本発明では、光学セン
サのパターンエツジ検出時点からレーザビーム照射開始
または終了時点までのタイムラグに相当するレーザ加工
ヘッドの被加工物に対する相対移動距離を求め、該相対
移動距離に応じて、前記光学センサ検出ヘッドの視野位
置を該検出ヘッドの相対走査方向に進ませ、あるいは、
前記レーザ加工ヘッドのレーザビーム照射位置を該レー
ザ加工ヘッドの反相対走査方向に進ませることを特徴と
する。

作用 光学センサ検出ヘッドの視野位置を走査方向に進ませ、
あるいは前記レーザ加工ヘッドのレーザビーム照射位置
を反走査方向に進ませるので、等測的にタイムラグが無
いとみなすことができる。

このため、Ｘ方向走査時のレーザビーム照射終了（開始
）位置と、−Ｘ方向走査時のレーザビーム照射開始（終
了）位置とのずれが無くなり、繊細な彫刻を得ることが
可能となる。

実施例 次に、本発明に係るレーザ彫刻方法につき、好適な実施
例を挙げて、図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るレーザ彫刻装置の概
略構成図である。第１図において、ＸＹテーブル１８上
に、彫刻を施すべき所望のパターン２０を黒色で描出し
た被走査体２２、例えば白色の台紙が載置されており、
この被走査体２２上を、レーザ式光学センサの検出ヘッ
ド２４が相対的に走査移動するようになっている。また
、別のＸＹテーブル２６上には、例えば木板からなる被
加工材２８が載置されており、この被加工材２８の上方
にレーザ加工ヘッド３０が相対的に走査移動し得るよう
に配設されている。そして、両ＸＹテーブル１８．２６
は、何れも図示しない駆動機構の作用下に、Ｘ方向およ
びＹ方向に同期的に移動し得るようになっている。電気
制御回路３２は、検出ヘッド２４が被走査体２２上の黒
色パターンを検出している時のみ、レーザ加工ヘッド３
０からレーザビームを被加工材２８に照射させ、検出ヘ
ッド２４が被走査体２２上の白色部分を検出していると
きは、レーザビームの照射を停止させるように動作する
。

検出ヘッド２４と被加工材２８の間の光路上には、先読
装置１ｏが設けられている。この先読装置１０は、本実
施例では、ガラスやアクリル樹脂材等で成形した矩形の
屈折体１１と、該屈折体１１を回転制御する電磁石等の
図示しない回転駆動装置とを備え、光学センサの視野位
置を検出へラド２４の相対走査方向に進ませる働きをす
る。

次に、上述した構成に係るレーザ彫刻装置の動作につい
て説明する。

先ず、先読装置１０を使用しない状態における、光学セ
ンサのパターンエツジ検出時点からレーザビーム照射開
始（終了）時点までのタイムラグに相当する距離ｄを測
定する。そこで、例えば彫刻パターンとして直線を使用
し、該直線を横切るＸ方向に検出ヘッド２４を相対走査
させてレーザビームにより試験片上に孔をあけ、更に−
Ｘ方向（この試験時には、Ｙ方向には走査させない）に
相対走査させて再び試験片上に孔をあける。このように
して得た２つの孔の間隔が、求める距離ｄの２倍となる
。

次に、この距離ｄだけ光学センサの視野位置を進ませる
ために、先読装置１０の屈折体１１の傾斜角ｉを求める
。第２図は、傾斜角ｊを求める原理図である。屈折体１
１の入射角を傾斜角ｊとしたときの反射角ｒは、屈折体
１１の屈折率をｎとすると、次式（１）の関係が有る。

ｎ　＝　（ｓｉｎ　　ｉ／ｓｉｎ　　ｒ）　　　　　　
　・・・・・・（１）また、屈折体１１を角度ｉだけ傾
けると、入射光線と、これに平行な射出光線とのずれｆ
は、屈折体１１の幅をＴとすると、 ｆ　＝　（Ｔ　／ｃｏｓ　ｒ）　Ｘ５ｉｎ（ｉ−ｒ）　
・・・・＝　（２）となる。そこで、ｆ＝ｄとおいて、
両式（１）、（２）から傾斜角ｉを決定し、図示しない
回転駆動装置で屈折体１１を回転させ、その傾斜角をｉ
とする。

上述のようにして先読装置１０の設定をした後、実際の
彫刻工程に入る。第３図（ａ）に示すように、ＸＹテー
ブル１８を検出ヘッド２４に対して矢印Ｘ方向に移動す
るときは、屈折体１１の入射面が右下がりとなるように
する。これにより、検出ヘッド２４の検出スポットＡの
位置は、ＸＹテーブル１８に対して相対的に−Ｘ方向に
移動する検出ヘッド２４の移動方向に進む。この進み距
離は、屈折体１１の傾斜角がｉであるため、タイムラグ
を相殺する距離ｄとなる。

ＸＹテーブル１８のＸ方向の一走査移動が終了すると、
次に、Ｙ方向へ若干ずらし、第３図（ｂ）に示すように
、ＸＹテーブル１８を検出ヘッド２４に対して矢印−Ｘ
方向に移動させる。このときは、屈折体１１の入射面が
左下がりとなるように回転駆動装置により屈折体１１を
回転させる。

これにより、検出ヘッド２４の検出スポットＡの位置は
、ＸＹテーブル１８に対して相対的にＸ方向に移動する
検出ヘッド２４の移動方向に進む。

この進み距離は、屈折体１１の傾斜角がｉであるため、
タイムラグを相殺する距離ｄとなる。

上述したＸ方向と−Ｘ方向の往復移動をＹ方向へ走査移
動しながら繰り返すことにより、全パターン２０の走査
を終了する。そして、かかる走査に同期して移動される
ＸＹテーブル２６」二の被加工材２８には、センサが黒
色パターン２０を検出しているときのみレーザビームが
照射され、パターン２０に応じた彫刻が施される。本実
施例では、タイムラグを相殺するように、Ｘ（−Ｘ）方
向走査毎に光学センサの視野位置を距離ｄだけ進めてい
るので、被加工材２８に彫刻されたパターン周縁には、
タイムラグに起因する凹凸が無く、繊細な彫刻像が得ら
れる。

第４図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の第２実
施例に係る先読装置の屈折体説明図である。本実施例の
屈折体は、ガラスやアクリル樹脂等で成る矩形体の真中
を、光軸に対して斜めに切断した第１屈折体１２ａと第
２屈折体１２ｂから成る。そして、第４図（ａ）に示す
ように、両相折体１２ａ。

１２ｂを適当な距離ａだけ離間させて配置する。

このときの検出ヘッド２４の視野位置をαとする。

この状態で、先ず例えば彫刻パターンとして直線を使用
し、該直線を横切るＸ方向に検出ヘッド２４を相対走査
させてレーザビームにより試験片上に孔をあけ、更に−
Ｘ方向（この試験時には、Ｙ方向には走査させない）に
相対走査させて再び試験片上に孔をあける。このように
して得た２つの孔の間隔を計測し、この計測値の１７２
の距離ｄだけ、第２屈折体１２ｂからの射出光線がαか
ら前後にずれるような両相折体１２　ａ、１２　ｂ間の
離間距離ａ＋ｂ、ａ、−ｂを求める。

上述のように距離ａ、ｂを定めた後、第４図（ｂ）に示
すように、彫刻工程におけるＸＹテーブル１８の矢印−
Ｘ方向への移動時には、両相折体１２　ａ、１２　ｂの
離間距離をａ−ｂとし、ＸＹテーブル１８の矢印Ｘ方向
への移動時には、同図（ｃ）に示すように両相折体１２
ａ、１２ｂの離間距離をａ　＋　ｂとする。これにより
、本実施例においても第１実施例と同様の効果が得られ
る他、Ｘ方向の走査移動反転毎の第１実施例で必要とし
た屈折体の回転制御が不用となり、両屈折体間の離間距
離の制御だけで済むという効果がある。

前述した各実施例は、光学センサ側の視野位置を進ませ
る光学手段を設けているが、本発明はこれに限定される
ものではなく、レーザ加工ヘッド側に射出レーザビーム
を屈折させて被加工物上の照射位置を進ませる光学手段
を設けてもよいことはいうまでもない。また実施例では
、検出ヘッド、レーザ加工ヘッドを固定し、ＸＹテーブ
ルを移動させるようにしているが、各テーブル側を固定
し、検出ヘッド、レーザ加工ヘッドを移動する構成とし
てもよい。

発明の効果 本発明によれば、パターンエツジ検出時点からレーザビ
ーム照射開始時点までのタイムラグが無いものとみなす
ことができるので、ギザギザの無い円滑でかつ繊細な彫
刻を往復走査で早く加工処理できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るレーザ彫刻装置の概
略構成図、第２図は屈折体の傾斜角を算出する原理図、
第３図（ａ）、（ｂ）は第１実施例の動作説明図、第４
図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第２実施例に係る
先読装置を構成する屈折体の説明図である。 １０・・・先読装置 １１．１２　ａ、１２　ｂ−屈折体 １８．２６・・・ＸＹテーブル ２２・・・被走査体　　　　２４・・・検出ヘッド２８
・・・被加工材　　　　３ｏ・・・レーザ加エヘッドＦ
ＩＧ、２ Ｆ　Ｉ　Ｇ、３ （ａ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）ｄ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　ｄＦＩＧ、４ （０）（ｂ） （Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　彫刻パターンが描かれた被走査体に対し光学センサの
   検出ヘッドを相対的に走査移動させると共に、これに同
   期して被加工物に対しレーザ加工ヘッドを相対的に走査
   移動させ、前記光学センサが前記彫刻パターンを検出し
   ている時のみレーザビームを前記被加工物に照射するレ
   ーザ彫刻方法において、 前記光学センサのパターンエッジ検出時点からレーザビ
   ーム照射開始あるいは終了時点までのタイムラグに相当
   する前記レーザ加工ヘッドの前記被加工物に対する相対
   移動距離を求め、 その相対移動距離に応じて、前記検出ヘッドの視野位置
   を該検出ヘッドの相対走査方向に進ませ、あるいは前記
   レーザ加工ヘッドのレーザビーム照射位置を該レーザ加
   工ヘッドの反相対走査方向に進ませる ことを特徴とするレーザ彫刻方法。