KR100302806B1 - 주사형레이저마크장치 - Google Patents

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KR100302806B1
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Abstract

본 발명에 따른 주사형 레이저 마크장치는 피사체가 이동하는 중에도 정지없이 연속하여 마크작업이 실행될 수 있도록 주사속도를 적절한 값으로 설정하는 것을 목적으로 하며, 특정 영역으로 이동되는 피사체의 표면을 주사하고 이 피사체의 표면에 레이저빔을 인가하여 마크를 형성하는 것으로서, 영역을 저장하는 영역저장부와, 상기 영역 중 피사체의 이동방향을 기준으로 상류에 위치하는 조사개시점의 좌표를 저장하는 개시점좌표저장부와, 상기 영역 중 피사체의 이동방향을 기준으로 하류에 위치하는 조사종료점의 좌표를 저장하는 종료점좌표저장부와, 마크 상의 기준점의 좌표를 저장하는 마크기준점부와, 마크기준점이 조사개시점에 도달하면 마크작업을 개시하고, 조사종료점에 이르면 마크작업을 종료하도록 주사속도를 설정하는 속도설정수단을 구비하는 것에 그 구성적 특징이 있다.

Description

주사형 레이저마크장치
제1도는 본 발명의 제1실시예로서, 주사형 레이저마크장치의 구성을 나타내는 개략설명도.
제2도는 레이저마크장치에 있어서 제어장치를 나타내는 개략설명도.
제3a도는 마크가 형성되는 작업편의 평면도, 제3b도는 마크를 상세히 나타내는 평면도, 제3c도 및 제3d도는 레이저마크장치의 마크작업을 설명하기 위한 평면도.
제4a도, 제4b도, 제4c도는 이동방향의 변화 및 마크의 변화가 발생하는 경우에 마크방법을 설명하기 위한 평면도.
제5a도, 제5b도, 제5c도는 작업편의 이동속도가 균일하지 않은 경우에 마크형성방법을 설명하기 위한 설명도.
제6a도 및 제6b도는 이동방향이 변화하는 경우에 마크형성방법을 설명하기 위한 설명도.
제7도는 본 발명에 따른 레이저마크장치의 전체구성을 나타내는 사시도.
제8도는 본 발명의 장치에 이용되는 엔코털펄스 및 클록펄스를 나타내는 타임차트
제9도는 본 발명의 장치에 있어 그 제어기의 내부구성을 나타내는 블록도.
제10도는 피사체의 이동방향과, 본 발명의 장치에 있어 그 주사기의 주사통로를 나타내는 설명도.
제11a도, 제11b도, 제11c도는 좌표데이타, 피사체위치, 보정된 좌표데이타를 각각 나타내는 그래프도.
본 발명은 문자 및 심볼과 같은 마크를 형성하기 위하여 레이저빔을 피사체에 가하는 레이저마크장치에 관한 것으로서, 특히 주사형 레이저마크 장치에 관한 것이다.
주사형 레이저마크장치는 물체 또는 제품과 같은 피사체에 레이저빔을 주사모드에서 소정의 영역으로 편향시키면서 가하게 되며, 이러한 장치는 예를들어 일본국 특공소 64-11083 호에 개시되어 있다. 이러한 형태의 주사형 레이저마크장치에 있어서, 컨베이어는 피사체를 연속적으로 이동시키게 되며, 이 경우 주사속도를 감안하여 컨베이어속도를 결정할 필요가 있다. 즉, 피사체가 레이저빔조사영역에 위치하는 동안 마크작업을 완료할 필요가 있다. 그러나, 전적으로 레이저빔 조사시간만을 이용하여 주사속도를 적절한 값으로 설정하는 것은 어려운 일이며, 주사속도는 필요로 하는 것보다는 일반적으로 높다.
주사속도가 전술한 바와 같이 높으면 광시스템에 대한 반응지연으로 인해 레이저빔의 스포트가 목표위치로부터 변위되며, 그 결과, 피사체 상의 문자, 화상과 같은 패턴에는 얼룩이 발생한다. 즉 화질이 저하된다. 또한, 영역당 레이저빔의 인가시간이 감소하며, 이러한 이유로 레이저빔 출력의 증대가 요구된다.
이러한 관점에서 볼 때 가능한 한 주사속도를 감소시키는 것이 바람직하다. 즉, 원하는 마크작업에 악영향을 주지 않도록 하기 위해서는 가능한한 주사속도를 감소시키는 것이 바람직하다.
또 다른 형태의 레이저마크 장치로는 예를들어 CO2레이저와 같은 레이저원을 사용하는 것을 들 수 있다. 간단히 설명하면 이 장치는 다음과 같이 동작한다. 즉 CO2레이저의 출력레이저빔이 갈바노미러(galvano mirror)로 구성된 주사기를 통해 피사체의 표면에 인가된다. 이러한 상태에서 컴퓨터를 통해 주사기의 빔편향동작이 제어되어 화상이 피사체의 표면에 새겨진다.
제7도에 도시한 바와 같이, 벨트컨베이어와 같은 이동스탠드(141)에 의해 이동하는 피사체(181) 상에 소정의 화상을 형성할 필요가 있는 경우 이와같은 종래의 레이저마크장치는 다음과 같이 동작한다. 즉, 이동스탠드에 의해 이동하는 피사체(181)가 마크헤드(180) 아래에 위치하면 이동스탠드(141)가 정지한다. 이러한 상태에서 마크헤드(180)의 출력레이저빔이 피사체(181)의 표면에 인가되면서 X축과 Y축방향으로 편향된다.
종래의 레이저마크장치에 있어서는 피사체에 마크작업이 진행하는 동안 피사체는 정지상태를 유지해야 한다. 따라서, 이동스탠드(141)에 의해 차례로 하나씩 이동하는 다수의 피사체(181)에 패턴을 형성해야 하는 경우 모든 피사체에 대해 이동스탠드를 정지시켜야 하며, 이것은 결과적으로 생산성의 효율을 저하시키는 원인이 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 특히 필요한 마크작업이 실행될 수 있는 허용범위 내에서 가능한한 주사속도를 감소시켜 적절한 값으로 설정할 수 있는 주사형 레이저마크장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 피사체가 이동하는 동안에도 화상을 형성할 수 있는 레이저마크장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 주사형 레이저마크장치는 소정의 영역에서 이동하는 피사체의 표면을 주사하여 레이저빔을 가함으로써 이 피사체의 표면에 마크를 형성하는 것으로서, 상기 영역을 저장하는 영역저장부와, 상기 영역중 피사체의 이동방향에 대해 상류에 위치하는 조사개시점좌표를 저장하는 개시점 좌표저장부, 피사체의 이동방향에 대해 하류에 위치하는 조사종료정의 좌표를 저장하는 종료점 좌표저장부, 마크 기준점의 좌표를 저장하는 마크기준점부, 마크기준점이 조사개시정해 이를 경우 마크작업을 개시하고 마크기준점이 조사종료점에 이를 경우 마크작업을 종료하도록 주사속도를 설정하는 속도설정수단을 구비한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 주사형 레이저마크장치는 기준주사속도로 마크작업을 행하는데 필요한 시간을 측정하기 위한 측정수단과, 이 측정된 시간, 마크목표시간, 기준주사속도를 이용하여 실질적으로 이용될 개별주사속도를 산출하는 주사속도산출수단을 구비한다.
또한, 상기 목적을 달성하긴 위해 본 발명의 주사형 레이저마크장치는 마크작업이 허용하는 최대영역을 저장하는 최대영역저장부와, 최대영역보다 작은 목표영역을 저장하기 위한 목표영역저장부와, 목표영역 내에서 마크작업이 수행되도록 하는 주사속도를 설정하기 위한 속도설정수단을 구비한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 주사형 레이저마크장치는 레이저원과, 이 레이저원에 의해 투사되는 레이저빔을 2차원적으로 편향하는 광주사시스템과, 광주사시스템의 동작을 제어하는 제어시스템과, 피사체의 변위데이타를 입력하는 수단을 구비하며, 제어시스템은 화상을 형성하기 위한 복수개의 도트 상에 좌표데이타를 생성하기 위한 좌표생성수단과, 피사체의 이동방향에 따른 좌표데이타로서의 변위데이타에 따라서 교정을 하기 위한 좌표교정수단을 구비하며, 이 좌표교정수단은 광주사시스템에 인가되는 교정좌표데이타를 제공한다.
본 발명의 레이저마크장치의 원리에 대하여 도면 제3a도 내지 제3d도를 참조하여 설명한다
제3a도에 표시한 바와 같이 "アイウ"라는 마크 M 를 레이저빔으로 작업편(즉 피사체, 이하 작업편 또는 피사체를 혼용함) 상에 새길 경우, 먼저 마크 M 상에 기준점 01, 02, 03(이하 마크기준점 01, 02, 03라함)의 좌표를 저장한다(제38도 참조). 또한, 작업편 W의 이동방향으로 볼 때 목표영역 AT의 상류측에 위치하는 조사개시점 ST좌표를 저장하고, 목표영역 AT의 하류측에 위치하는 조사종료점 E의 좌표가 또한 저장된다. 이들 점 01, 02, 03, AT, M 의 좌표가 저장된 후 작업전 W 은 화살표 B 방향으로 이동한다. 또한, 작업편 W 의 이동방향을 기준으로 할 경우 상류측에 위치하는 마크 기준점 01이 조사개시 점 ST에 이르면 마크작업을 개시할 수 있도록 주사속도가 결정된다. 하류측에 위치하는 마크기준점 03이 조사종료점 E에 이르면 마크작업은 종료된다. 이 경우 작업편 W 이 상대적으로 긴 거리 (a + b)를 이동할 동안 마크작업이 행해지며, 이에 따라 주사속도는 고정적으로 높은 값이 되도록 설정되는 경우보다 더 느려진다.
목표시간 T 내에 마크작업이 완료되도록 개별주사속도 S 가 결정될 경우, 목표시간 T, 개별주사속도 S, 측정시간 TO, 기준주사속도 SO간에는 다음식이 성립한다.
S ×T = SO×TO(1)
목표시간 T 은 다음식 (2) 로 얻을 수 있는데 그 이유는 이 시간이 제3c도 및 제3d도에 도시한 바와 같이 이동속도 V 로 작업편 W 이 목표영역 AT을 이동하는데 필요한 시간이기 때문이다.
T = (a + b) / v (2)
따라서, 개별주사속도 S 는 상긴 목표시간 T, 기준주사속도 SO, 측정시간 TO에 따라 얻을 수 있다.
목표시간 T 은 마크에 따라 결정된다. 그러나, 허용 가능한 만큼 목표 시간을 증대시킴으로써 개별주사속도 S 를 기준주사속도 SO만큼 낮출 수 있다.
목표영역 AT을 포함하는 최대영역 AM은 목표영역보다는 크다. 그러나, 목표영역 AT의 외측에 위치하는 최대영역의 주변부에 있어서 레이저빔은 비스듬히 가해지므로 레이저 빔 점으로부터의 거리가 상대적으로 길다. 따라서, 최대영역의 주변부, 즉 목표영역 AT의 외측에 있어서 레이저빔은 충분히 집속되지 않아 단위 영역당 레이저빔의 에너지가 작다. 이러한 이유로 작업편이 목표영역 AT내에 위치할 때 마크작업을 완료한다. 즉, 목표영역 AT내에 작업편이 위치하는 동안 마크작업을 완료하도록 주사속도를 설정함으로써 이 작업편에 화질이 높은 마크를 새길 수 있다.
한편, 작업편의 이동속도가 변화하면 종종 목표영역 AT내에 작업편이 위치하는 동안에도 마크작업을 완료하는 것이 어려운 경우가 있다. 그러나, 최대영역 AM의 주변부가 목표영역 AT의 외측에 위치하므로 작업편에 새겨진 마크가 화질이 다소 낮은 상태로 마크작업을 완료할 수는 있다. 따라서, 작업편이 목표영역 AT을 통과하는데 필요한 시간 내에 마크작업이 완료되도록 주사속도를 결정해야 한다. 이 경우, 주사속도를 상대적으로 낮출 수 있으면, 작업전 W 의 주사속도가 다소 낮은 경우에도 마크작업은 최대영역 AM내에서 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저마크장치에 따르면 피사체가 이동하는 동안에도 레이저빔으로 피사체의 표면을 주사할 수 있다. 이러한 주사작업 중에 피사체의 변위에 관한 데이타가 제어시스템에 매순간 입력된다.
한편, 좌표생성수단에 의해 제공되는 좌표데이타는 정지 중인 피사체에 대해 상대좌표점을 표시한다.
좌표생성수단으로부터의 좌표데이타에 따라 광주사시스템이 X 축 (또는 Y 축) 방향으로 레이저빔을 편향시켜야 할 경우 화상패턴을 형성하는 각 도트의 X 축좌표값 (또는 Y 축좌표값)이 X 축(또는 Y축) 방향으로 피사체의 변위만큼 보정되므로 피사체에 대한 상대좌표시스템은 절대좌표시스템으로 전환된다. 따라서, 절대좌표시스템의 좌표데이타(보정된 좌표데이타)를 이용하여 이동 중인 피사체에 화상패턴을 정밀하게 새길 수 있다.
본 발명의 레이저마크장치는 화상을 이동중인 피사체에 정밀하게 형성할 수 있으므로 다수의 피사체에 대해 화상을 연속하여 형성하는데 있어서 높은 생산효율을 나타낸다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
제1도 내지 제3d도는 본 발명의 제1실시예를 구성하는 주사형레이저마크장치 를 도시한다.
제1도에 있어서, 부호 1 은 예를 들면 CO2레이저인 레이저 발진기로서, 구동전원회로(2)에 의해 통전될 경우 레이저빔 L 을 투사한다. 이 레이저빔 L 은 한 쌍의 갈바노미러(galvano-mirror) (3a, 3b)에 의해 편향되어 집광 렌즈(4)를 통해 작업편(또는 피사체)W 의 표면에 가해진다. 갈바노미러 (3a, 3b)는 주사형 광학시스템(3)을 형성하며, 한쌍의 검류계(5a, 5b)로 구성되는 광학시스템 구동장치(5)에 의해 구동된다. 따라서, 레이저빔 L 은 최대조사영역 AM(이하 "최대영역aM"이라 함)에서 주사모드로 편향하면서 이송되는 작업편 W 의 표면에 가해지며, 결과적으로 이 작업편 W에는 레이저빔의 에너지로 마크가 형성된다. 컨에이어와 같은 이송장치(6)에 의해 작업편 W 이 화살표 B 방향을 따라 최대영역 AM으로 이동하면 작업편 검출기(7)에 의해 이 사실이 검출된다.
제2도에 도시한 바와 같이, 레이저마크장치는 마이크로컴퓨터로 구성된 제어장치(8) 및 입력장치(9)로 구성되고, 제어장치(8)는 CPU(10) 및 메모리수단(20)을 구비하며, 이 CCPU(10)는 제어부(11), 상대좌표산출수단(12), 속도설정수단(13), 타이머수단(또는 측정수단) (14)을 구비하고, 메모리수단(20)은 마크저장부(27), 마크기준점 저장부(21), 최대영역저장부(22), 목표영역저장부(23), 개시점좌표저장부 (24), 종료점좌표저장부(25), 주사속도저장부(26)를 구비한다. 한편, 제어장치(8)는 인터페이스(도시하지 않음)를 통해 입력장치(9)에 결합된다
제38도에 도시한 바와같이 마크 M 의 구성을 나타내는 좌표, 마크 M 의 기준점 01, 02, 03의 좌표는 입력장치(9)를 통해 마크저장부(27) 및 기준점 좌표저장부 (21)에 각각 저장된다.
마크작업이 실행될 수 있는 최대영역 AM의 좌표는 최대영역저장부(22)에 저장되고, 목표영역 AT은 목표영역저장부(23)에 저장된다. 제3c도에 도시한 바와같이 목표영역은 최대영역 AM에 포함되므로 이 최대영역 AM보다는 작다. 특히 목표영역 AT은 예를들어 면적 C ×Cc의 사각형으로서 최대영역 AM과는 동심이다. 목표영역에 있어서, 레이저빔은 실질적으로 정밀하게 작업편에 집속되므로 여기에 형성된 마크는 화질이 높다.
제3c도의 화살표B의 방향으로 볼 때 상류에 위치하는 최대영역 AM의 조사개시점 ST의 좌표는 제2도에 도시한 개시점좌표저장부(24)에 의해 저장되며, 한편 제3c도의 화살표 b 방향에서 볼 때 하류측에 위치하는 최대영역 AM에서의 조사종료 점 E 의 좌표는 제2도에 도시한 종료점좌표저장부(25)에 저장된다.
한개의 기준주사속도 SO및 다수의 개별주사속도 S 가 제2도에 도시한 주사속도저장부(26)에 저장된다. 기준주사속도 So는 예를들어 마크장치의 최대 주사속도로 설정되고, 개별주사속도 S 는 취급할 작업편의 종류에 따라 결정된다. 즉, 이것은 작업편에 형성될 마크에 따라서, 후술할 속도설정수단 (13)에 의해 설정된다.
마크저장부(27) 및 마크기준점저장부(21)에 각각 저장되어 있는 제38도의 마크 M 및 마크기준점 01, 02, 03의 좌표는 상대좌표산출수단(12)에 의해 상대좌표로 변형되며, 이 상대좌표는 제3c도의 목표영역 AT에 레이저빔이 조사되는 영역이다. 이 좌표변형은 이동장치(6)(제1도)의 이동속도 v 를 고려하여 실행된다. 제2도에 도시한 제어부는 구동전원회로(2) 및 광학시스템구동장치(5)를 제어하여 개별주사속도 S 또는 기준주사속도 So 로 전술한 상대좌표에 대응하는 부위에 레이저빔 L 이 인가되도록 한다.
속도설정수단(13)은 개별주사속도 S 를 산출하기 위한 주사속도산출수단 (13a)을 가진다. 즉 속도설정수단(13)은 제3c도의 이동방향에서 볼때 상류에 위치하는 마크기준점 01이 조사개시점 ST에 이르면 마크작업을 개시하고, 또한 상기 방향에서 볼 때 하류에 위치하는 마크기준점 03이 조사종료점 E에 이를 때 마크작업을 종료하도록 개별주사속도 S 를 결정한다. 본 실시예에 있어서, 속도설정수단(13) (제2도)은 작업편이 최대영역 AM이 아니라 목표영역 AT에 있는 동안 마크작업을 완료하도록 개별주사속도 S 를 결정한다.
다음에, 개별주사속도 S 를 설정하는 방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 기준주사속도 So 를 주사속도저장부(26)로부터 독출하고, 광시스템구동장치(5)를 작동시키 기준주사속도 So 로 작업편에 마크를 형성하는데 필요한 시간 TO을 타이머수단(14)으로 측정한다. 이 작업중에 레이저발진기(1)는 레이저빔을 출력하지 않는 것이 바람직하지만 필요에 따라 레이저빔을 출력할 수도 있다
작업전 W 의 상류측마크기준점 01이 조사개시 점 ST에 이르는 순간부터 하류측마크기준점 03이 조사종료점 E에 이를 때까지의 시간동안 마크작업은 행해진다. 따라서, 마크작업에 있어서, 목표시간 T 은 다음식(2)(전술한 바 있음)으로 결정된다.
T = (a + b) / v (2)
식중 (a + b) 는 마크작업중에 작업편 W 의 이동량으로서, (a + b) = a + c - d 가 성립하며, 여기서 d 는 문자패턴의 최대폭이다.
또한 전술한 목표시간 T, 측정시간 TO, 개별주사속도 S, 기준주사속도 SO사이에는 다음식(1)이 성립한다.
S ×T = SO×TO(1)
제2도에 도시한 주사속도산출수단(13a)은 전술한 식 (1), (2) 에 따라 개별주사속도 S 를 산출한다. 따라서, 산출된 개별주사속도 S 는 레지스터를 포함한 개별주사속도저장부(13b)에 저장되며, 필요에 따라 주사속도저장부 (26)에 저장될 수도 있다
이와같이 구성된 레이저마크장치는 다음과 같이 동작한다.
마크작업을 시작하기 전에 개별주사속도 S 는 전술한 방법으로 얻어진다. 이후 제1도에 도시한 바와같이 작업전 W 은 이동장치(6)에 의해 화살표 B 방향으로 이동한다. 작업전 W 이 최대영역 AM에 이르면 작업편검출기(7)가 이러한 사실을 검출하여 작업편검출신호를 출력하고, 이 신호를 받은 CPU(10)(제2도)는 제3c도에 도시한 바와같이 마크기준점01이 조사개시점 ST에 도달하였음을 인식하게 된다. 즉, 작업편W이 최대영역 AM으로 들어간 후 상류측마크기준점01이 조사개시정ST에 이르면 CPU가 구동전원회로(2)(제2도)의 도움으로 레이저발진기(1)를 구동하여 레이저빔이 출력되며, 또한 CPU가 광시스템구동장치(5)의 도움으로 주사광시스템(3)을 구동하여 마크작업이 개시된다. 마크작업에 있어서 먼저 CPU(10)는 주사속도저장부(26)로부터 개별주사속도 S 를 독출하여 해당하는 작업편 W 및 해당하는 마크의 내용(마크패턴)에 적합하게 개별주사속도 S중 하나를 선택한다. 따라서, 제3c도의 화살표 B 방향에서 볼때 상류에 위치하는 마크기준점 01이 조사개시점 ST에 이를 때 마크작업을 개시하고, 하류측에 위치하는 마크기준점03이 조사종료점E에 이르면 마크작업을 종료하며, 그 결과 작업편 W 에 새겨진 바와같이 "アイウ" 라는 마크가 형성된다.
레이저빔의 스포트로 목표영역 AT의 중앙부만을 주사하여 마크작업을 실행할 경우 이 마크작업은 작업전W이 대략 (a + b) 의 거리만큼 이동할 동안 완료되어야 한다. 한편, 본 발명의 레이저마크장치에 따르면 상류측마크기준점01이 조사개시점ST에 이르면 마크작업이 개시되고, 하류측마크기준점03이 조사종료점 E에 이르면 마크작업이 종료하며, 작업편의 이동량은 (a + b) 가 된다. 즉, 마크시간 T 은 (a + b) / v 이고 개별주사속도 S 는 그 만큼 감소될 수 있으며, 이러한 결과 작업편에 고화질의 마크가 형성된다
목표시간 T 내에 인쇄작업이 종료되도록 작업자가 스스로 주사속도를 산출하는 것은 대단히 어려운 일이다
한편, 본 발명의 레이저마크장치에 따르면, 기준주사속도로 마크작업을 행하는데 필요한 시간 TO을 타이머수단(14)(제2도)이 측정하고, 주사속도산출수단(13a)(제2도)은 전술한 식(1) 및 (2) 에 따라서 소정의 마크를 형성하는데 필요한 개별주사속도 S 를 산출한다. 따라서, 개별주사속도 S 는 사안에 따라서 얻어지며, 소정의 마크에 대해 충분히 느린 주사속도로 인쇄 작업이 실행된다. 따라서, 결과물로서 작업전에 새겨진 마크는 화질이 높다.
전술한 식 (1) 및 (2)에 따라서 항상 목표시간 T 을 얻을 필요는 없다. 즉, 목표시간은 측정시간 To, 기준주사속도So, 개별주사속도 S 를 이용하여 얻을 수도 있다. 또한 이동속도에서의 에러를 고려하여 개별주사속도 S 를 식 (1) 및 (2)로 부터 얻어지는 것보다 다소 높게 할 수도 있다. 제1실시 예에 있어서, 목표영역 AT이 최대영역 AM내에 위치하므로 마크작업은 단지 목표영역 AT만을 주사함으로써 얻어진다. 즉, 레이저마크장치에 있어서 통상 작업편이 최대영역 AM의 중앙으로부터 떨어져 목표영역 AT 밖에 위치할 때에는 마크작업이 수행되지 않는다. 이러한 사실은 레이저빔이 작업편에 잘 집속되고, 그 결과물로서의 마크가 고화질로 되는 것을 의미한다.
제4a도 및 제4c도는 제1실시예의 변형으로서, 여기서늘 이동방향이 변하는 구성을 도시한다.
제4a도는 이동방향 B 이 제3a도 내지 제3d도의 방향과 반대로된 변형예로서, 이 경우에는 마크기준점 03이 조사개시 점 ST에 이를때 마크작업이 개시되고, 마크기준점 01이 조사종료 점 E에 이를때 마크작업이 종료된다.
제4b도는 제3a도 내지 제3d도의 경우와는 이동방향 B이 90° 다른 변형예로서, 이 경우에는 마크기준점 01이 조사개시점 ST에 이르면 마크작업이 개시되고, 마크기준점 04이 조사종료점 E 에 이르면 마크작업이 종료된다.
또한, 개별주사속도 S 는 다음식 (3)으로 얻어진다.
S = So ×To ×{(v/(a1+b1)} (3)
식중 (a1+ b2)은 마크작업 중 작업편의 이동량으로서, (a1+ b2) = a1+ c - h 이며, 여긴서 h 는 문자패턴의 최대높이를 나타낸다.
제4c도는 제4b도의 경우에 대해 그 반대로 된 이동방향 B 을 갖는 또다른 변형예로서, 이 경우 마크작업은 마크기준점 04이 조사개시점 ST에 이를때 시작되고, 마크기준점 01이 조사종료점 E에 이를 때 종료된다.
제1실시예에 있어서는 제3a도 내지 제3d도에 도시한 바와같이 목표영역 AT이 최대영역 AM으로 설정된다. 그러나 제4b도 및 제4c도에 도시한 변형예의 경우(청구범위 제1항 및 제2항에 상당함) 목표영역 AT을 제거할 수도 있다. 즉 단지 최대영역 AM만을 설정하여 저장할 수도 있다.
제5a도 내지 제5c도는 본 발명의 제2실시예를 도시한다.
제2실시예에 있어서, 이동속도 v 는 균일한 것도 아니거나 미지의 것이다. 제5b도 및 제5c도에 파선으로 나타낸 바와같이 본 실시예의 구성으로서 배치되는 위치센서(30)는 제5a도에 도시한 바와같이 이동장치(6)의 이동 속도V에 관계없이 전송면이 소정의 거리를 이동할 때마다 위치펄스신호를 출력한다.
위치펄스신호가 펄스간격 t1, t2‥‥ 으로 생성된다고 하면 작업편 W 이 소정의 거리 L = A + b 를 이동하는데 필요한 시간 T, 즉 목표시간 T은 다음식 (4) 으로 표현될 수 있다.
T = t1+ t2+ ‥‥ + tL/L1(4)
식중 L1 은 펄스당 작업편의 이동량이다.
이동속도v가 균일하지 않으므로 작업편이 제3d도의 거리 L = (a + b) 보다 짧은 거리 L = (a + d) 를 이동하는 동안 마크작업이 완료되도록 개별 주사속도 S 가 설정된다. 따라서, 이동속도 v 가 증대하여도 제3a도 내지 제3d도의 경우보다 (b - d) 만큼 길게 마크작업이 지속될 수도 있다.
이 경우, 개별주사속도 S 는 다음식 (5) 으로부터 얻어진다.
S = SO·TO/ (t1+t2+‥‥+tL/L1) (5)
제6a도 및 제6b도는 제2실시예의 변형예로서, 이동방향 b 이 제5a도 내지 제5c도에 도시한 실시예의 방향에 대해 직각을 이루고 있다.
변형예에 있어서는, 제6a도에 도시한 마크기준점 01이 조사개시 점 ST에 이를 때 마크작업을 개시하고, 제6b도에 도시한 마크기준점 07이 조사종료점 E에 이를 때 마크작업을 종료한다. 이 경우 개별주사속도 S 는 다음식 (6)으로 얻어진다.
S = So ×To / (t1+t2+ ‥‥+tL/L1) (6)
식중 L=a1+ h
전술한 여러 실시예들에 있어서, 작업전 W (제1도) 이 마크작업중에 이동하지만 본 발명의 기술적 사상은 작업편 W 이 정지된 경우에도 적용이 가능하다. 예를들면, 이동장치(6)가 작업편 W 을 간헐적으로 이동시킬 수 있는 경우에 또한 작업편 W 이 최대영역 AM에 들어간 후에는 이동장치(6)가 소정시간 정지되고, 이 소정시간 동안 마크작업을 실행할 수도 있다. 이때, 이동장치과 정지되는 소정시간에 맞추어 가장 적절하게 주사속도를 설정할 수도 있다. 이 경우, 목표시간 T 은 작업편 W 이 정지하는 시간 보다 짧게 설정된다. 또한, 본 발명의 기술적 사상은 작업편 W 이 하나씩 레이저마크장치에 공급되는 경우에도 그 적용이 가능하며, 이 경우 주사속도는 작업편의 공급싸이클에 가장 적합하도록 설정되야 한다. 그 밖에, 전술한 내용으로부터 알 수 있는 바와같이 목표시간 T 은 마크작업에 필요한 시간과 같거나 그 보다 작아야 할 것이다.
또한, 상기 실시예에 있어서, "アイウ" 라는 마크는 제3a도 내지 제3d도에 도시한 바와같이 01내지 ON에 이르는 다수의 기준점을 갖지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 기술적 사상은 마크가 단지 한개의 기준점(즉, 01)만을 갖는 경우에도 그 적용이 가능하다. 이 경우 제3c도에 도시한 마크기준점01이 조사개시점ST에 이르는 순간부터 조사종료점E에 이를 때까지의 시간 내에 마크작업이 완료되도록 레이저마크장치가 변형된다.
제3a도 내지 제30도에 도시한 제1실시예의 경우는 이동량 L 이 (a + b)이지만, 제5a도 내지 제5c도에 도시한 제2실시예의 경우는 이동량 L 이 (a + d) 이다. 그러나, 이동량 L 은 다음 범위내에서 적절한 값으로 설정되야 한다.
(a + d) ≤ L ≤(a + b).
다음에, 본 발명의 제3실시예에 대하여 첨부도면과 함께 설명한다.
제7도에 도시한 바와같이, 피사체(181)가 이동스탠드(141)에 의해 한 방향으로 이동되며, 이동속도는 예를들어 40 m/min 이다. 이 이동스탠드(141)에는 회전엔코더 등으로 이루어진 위치검출기(142)가 배치되어 피사체(181)의 이동량(거리)을 측정한다. 위치검출기(142)는 제8도에 도시한 바와 같은 이동스탠드의 이동에 따라서 엔코더펄스 P 를 출력한다.
이동스탠드(141) 위에는 CO2레이저 및 광학주사시스템을 포함하는 마크헤드 (180)가 지지암(143)을 통해 배치되며, 이 마크헤드(180)에는 피사체(181)를 향하는 빔출구가 설치되어 있다.
마크헤드(180)에 접속된 제어기(140)를 통해 CO2레이저의 온, 오프동작이 제어되고, 광주사시스템의 빔편향동작이 제어된다. 마크헤드(180)의 레이제주사속도는 예를들어 3000 nm/sec 이다.
위치검출기(142)에 의해 출력된 위치검출신호가 제어기(140)에 인가되며, 이에따라 제어기(140)는 광주사시스템을 제어하게 된다.
제9도는 제어기(140)의 내부구성을 도시한다. 제9도에 도시한 바와같이, CPU(101)의 어드레스버스라인 및 데이타버스라인은 ROM(102), RAM(103)에 연결되거나, 그래픽 LSI 로 구성된 GDC(graphic displAy controller)(104)에 접속된다. 여기서 GOC(104)로는 엔이시 사(NEC Company)가 제조한 "μPCc72123"을 예로 들 수 있다.
다양한 화상형태를 형성하는 화상데이타는 이미 ROM(102)에 저장되어 있다. 화상데이타는 다양한 라인요소(직선, 타원형)와, 이들 각 라인요소의 개시점 및 종료점 좌표, 각 타원의 중점, 장축 및 단축의 길이에 관한 좌표를 포함한다. 화상데이타는 또한 각 라인요소의 개시 및 종료시에 각각 레이저를 온, 오프 하기 위한 레이저 온/오프기본데이타를 포함한다.
CPU(101)가 ROM(102)에 저장된 컴퓨터프로그램을 실행함으로써 전술한 화상데이타를 포함하는 화상새김지령을 형성하여, GDC(104)에 인가한다. CPU(101)로부터 라인요소에 대한 화상새김지령에 응답하여 GOC(104)는 라이 요소의 개시점과 종료점 사이에 있는 다수 자취점의 좌표데이타를 산출하고, 전술한바있는 레이저온,오프기본데이타에 따라 자취점에 대응하는 레이저온오프데이타를 산출한다. GDC(104)의 데이타출력속도는 예를들어 한개의 직선을 새기는 경우 한 좌표의 출력시간은 0.2㎲ 이다. 즉, GOC(104)의 데이타출력속도는 X축주사기 또는 Y축주사기(후술함)의 동작속도(좌표점당 5.0㎲ 또는 그 이상) 보다 더 크다.
GDC(104)가 제공하는 좌표데이타 및 레이저 온오프데이타는 각각 화상어드레스버스라인 GA 및 화상데이타버스라인 GD을 통해 FIFO(선입선출)메모리(105)에 인 가된다.
FIF0메모리(105)는 예를들어 64개의 자취점에 데이타를 저장할 수 있다. 이들 데이타는 각각 순차적으로 어드레스에 저장되며, 일정한 속도로 독출된다.
일정한 속도로 FIFO메모리(105)로부터 독출된 데이타 중에서 X축좌표데이타 Ax 는 X가산기(150)의 제1입력단자에 인가되고, Y축좌표데이타 Ay는 Y가산기(151)의 제1입력단자에 인가된다.
FIFO메모리(105)로부터 독출된 레이저온오프데이타 D는 레이저제어회로 (113)에 인가되며, 여기서 제어회로(113)는 CO2레이저(114)의 온오프제어를 위해 제어신호를 형성한다.
한편, 위치검출기(142)에 의해 제공되는 엔코더펄스 P 는 래치회로(120)의 타이밍신호입력단자와 리세트신호형성회로(144)의 타이밍신호 입력단자에 인가되며, 래치회로(120)의 데이타입력포트는 카운터(121)에 연결되고, 이 키운터(121)는 기준클록회로(122)에 연결된다. 한편, 카운터(121)는 리세트신호형성회로(144)로부터 리세트신호 RE를 수신한다
엔코더펄스 P 의 매주기 t 마다 리세트신호 RE에 의해 리세트되는 카운터 (121)는 제8도에 도시한 주기 t 동안 기준클록회로(122)가 출력하는 클록펄스 CLK 를 카운터하고, 이 카운터값을 래치회로(120)에 인가한다. 이러한 상태에서 CPU (101)가 데이타독출명령을 어드레스버스라인을 통해 래치회로 (120)에 인가하면, 래치회로(120)에 래치되는 데이타는 데이타버스라인을 통해 CPU(101)로 전송된다. 이러한 상태에서 CPU(101)는 X축방향에 대한 위치보정데이타Bx(이하 "X방향 위치보정데이타Bx" 라함) 및 Y축방향에 대한 위치보정데이타(이하 "Y방향 위치보정데이타By"라함)를 산출하며, 이에 대해서는 후술한다.
CPU(101)의 데이타버스라인에 접속된 래치X(110)는 X축위치보정데이타Bx를 래치하고, 역시 데이타버스라인에 접속된 래치Y(111)는 Y축위치보정데이타By를 래치한다. 이들 래치(110, 111)의 출력단자는 X가산기(150)의 제2입력단자 및 Y가산기 (151)의 제2입력단자에 각각 접속된다.
X가산기(150)의 출력단자와 Y가산기(151)의 출력단자는 D/A(digital-to-analog)변환기(106), (107)를 통해 X축주사기(108) 및 Y축 주사기(109)에 각각 접속된다.
다음에, 제7도에 도시한 바와같이 이동스탠드(141)에 의해 피사체(181)가 X축방향으로 이동하는 경우를 참조하여 레이저마크장치의 동작을 설명한다.
이동스탠드(141)의 이동에 따라서, 위치검출기(142)가 제8도에 부분적으로 표시한 엔코더펄스P를 출력하면 이 펄스P는 리세트신호형성회로(144)에 인가되어 카운터(121)를 리세트한다. 리세트 직후 카운터(121)는 기준클록회로(122)에 의해 제공되는 클록펄스 CLK 를 카운트하고, 다음 생성되는 엔코더펄스 P 를 래치회로 (120)에 가하여 이 회로(120)에 의해 카운터(121)의 커운터값이 래치된다.
이후, CPU(101)는 터치회로(120)에 접근하여 키운터값을 호출하고, 이 카운터값을 시간으로 변환하여 주기 t 을 얻는다.
CPU(101)는 그 밖에 X 축위치보정데이타 Bx 및 Y 축위치보정데이타 By 를 산출한다. 본 실시예에 있어서, 이동스탠드(141)는 X축방향으로 이동하므로 위치보정데이타 By 는 영 (0) 이다. 피사체(181)가 한 주기 t 동안 이동하는 거리를 h로 하고, X축주사기의 단위주사거리 즉, 화상패턴을 형성하는 도트의 피치를 f 로 하면, 일 도트피치 만큼 피사체(81)가 이동하는데 요하는 시간 g 은 다음식 (7) 으로 표시된다.
g = f / (h/t) ×t (7)
따라서, 피사체(181)가 X축의 양 방향으로 이동하는 경우 이 이동하는 피사체(181) 상에 다음과 같은 방법으로 화상을 새길 수 있다. 즉, 매시간 g 마다 일도트만큼 좌표데이타를 증대시키기 위한 위치보정데이타 Bx 를 산출하고, 이 위치보정데이타를 원래의 좌표데이타에 가산하여 얻어지는 보정된 좌표데이타에 따라서, X 축주사기(108)를 동작시킨다.
제9도에 도시한 바와같이, CPU(101)에 의해 제공되는 위치보정데이타 Bx가 래치(110)에 의해 래치된 후, 좌표데이타 Ax 가 FIFO메모리(105)로부터 X가산기 (150)에 인가되는 시각에 위치보정데이타Bx는 래치X(110)로부터 X가산기(150)로 전 송된다.
그 결과, X가산기(150)에 있어서, 좌표데이타 Ax 는 위치보정데이타 Bx에 가산되어 보정된 좌표데이타 Ax' 를 형성하며, 이 데이타 Ax' 는 D/A 변환기(106)를 통해 X축주사기(108)에 인가된다.
피사체(181)가 이동스탠드(141)에 의해 Y 축 방향으로 이동하는 경우, 전술한 바와 유사하게 위치보정데이타 By 가 산출되고, 이 데이타 By 를 원래의 좌표데이타에 가산하여 얻은 보정된 좌표데이타에 따라서, Y축주사기(109)를 작동시킨다. 즉, CPU(101)에 의해 제공되는 위치보정데이타 Bx 는 래치Y(111)에 의해 래치된 후 좌표데이타 Ay 가 FIFO메모리(105)로부터 Y가산기(151)로 인가되는 시기에 래치Y (111)로부터 Y가산기(151)로 전송된다. 그 결과, Y가산기(151)는 좌표데이타Ay 를 위치보정데이타 By 로 가산하여, 보정된좌표데이타Ay'를 형성하고, 이 데이타 Ay' 는 D/A변환기(107)를 통해 Y축주사기(109)로 인가된다.
제10도에 도시한 바와같이 일정한 속도로 X축방향을 따라 이동하는 피사체 (181)의 표면이 (1), (2), (3), (4) 의 순서로 주사되는 경우 좌표데이타 Ax 가 제11a도에 도시한 바와같이 X축방향으로 변화한다. 한편, 피사체(181)의 위치는 제11b도에 도시한 바와같이 변화하며, 이 피사체(181)의 위치변화에 따라서 전술한 좌표데이타Ax' 가 산출되고, 이 산출된 데이타 Ax'에 따라서 X축 방향으로 피사체를 주사한다.
그 결과, 제10도에 도시한 화상은 피사체(181)의 표면에 정밀하게 형성된다.
제7도에 도시한 실시예에 있어서, 이동스탠드(141)에 배치된 위치검출기 (142)는 피사체(181)의 위치변화를 검출한다. 그러나, 피사체의 이동속도를 알고 있는 경우, 위치검출기(142)를 제거할 수도 있다. 즉, 이동스탠드(141)의 이동속도를 e라 하면 전술한 식(7)에 대응하는 시간 g 은 다음식으로 나타낼 수 있다.
g = f / e (8)
전술한 경우와 유사하게, 위치보정데이타는 시간 g 에 따라서 형성되고, 이후 보정된 좌표데이타가 산출된다
전술한 바와같이, 본 발명의 주사형레이저마크장치에 따르면, 작업편의 이동방향으로 볼때 상류에 위치하는 조사개시점에 마크기준점이 도달하면 마크작업을 시작하고, 조사종료점에 마크기준점이 도달하면 마크작업을 종료하도록 주사속도를 결정한다. 따라서, 작업편이 상대적으로 긴거리를 이동하는 동안 마크작업을 완료할 수 있으므로 주사속도가 높은 값에 고정적으로 설정되어 있는 경우와 비교할 때 상대적으로 주사속도를 감소시킬 수 있다. 즉, 주사속도를 적절한 값으로 설정할 수 있으므로 소정시간내에 낮은 레이저출력으로 고화질의 마크를 작업편에 형성시킬 수 있다.
본 발명의 레이저마크장치에 따르면, 기준속도로 마크작업을 행하는데 필요한 시간을 측정할 수가 있으며, 이와같이 측정된 시간, 기준주사속도 및 목표시간에 따라서, 개별주사속도가 얻어진다. 따라서, 본 발명의 장치에 의하면 용이하게 얻어지는 적절한 개별주사속도를 이용하여 작업전에 고화질의 마크를 형성할 수 있다.
본 발명의 주사형레이저마크장치에 있어서, 목표영역은 최대영역 내에 위치하고, 마크작업은 일반적으로 이 목표영역 내에서 이루어지므로 작업편에 고화질의 마크가 형성된다. 작업편의 이동속도가 균일하지 않아 마크작업이 목표영역의 외측에서 이루어지는 경우에도 마크가 작업편에 형성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 및 다음의 특허청구의 범위를 일탈하지 않고도 이 분야의 통상의 기술자에 의해 여러 가지 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (7)

  1. 특정 영역(aT, AM)으로 이동된는 피사체(W)의 표면을 주사하고 이 피사체(W)의 표면에 레이저빔(LB)을 인가하여 마크(M)를 형성하는 주사형 레이저 마크장치에 있어서, 영역(aT, AM)을 저장하는 영역저장부(23, 22)와, 상기 영역(aT, AM) 중 피사체(W)의 이동방향을 기준으로 상류에 위치하는 조사개시점(ST)의 좌표를 저장하는 개시점좌표저장부(24)와, 상기 영역(aT, AM) 중 피사체(W)의 이동방향을 기준으로 하류에 위치하는 조사종료점(E)의 좌표를 저장하는 종료점좌표저장부(25)와, 마크(M) 상의 기준점(01, 02, 03)의 좌표를 저장하는 마크기준점부(21)와, 마크기준점(01)이 조사개시 점(ST)에 도달하면 마크작업을 개시하고, 마크기준점(03)이 조사종료점(E)에 이르면 마크작업을 종료하도록 주사속도를 설정하는 속도설정수단(13)을 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 레이저마크장치.
  2. 제1항에 있어서, 마크작업 중에 피사체(W)의 이동거리는 다음식
    (a + d) ≤L ≤(a + b), b = c - d, 을 만족하며, 식중 L은 피사체((W)의 이동거리이고, a는 최전방 마크의 전방라인으로부터 최후방 마크의 후방라인 까지의 거리이며, c는 피사체(W)의 이동방향과 관련된 영역의 길이이고, d는 마크의 길이를 나타내는 것을 특징으로 하는 주사형 레이저마크장치.
  3. 특정 영역으로 이동되는 피사체(W)의 표면을 주사하고 이 피사체(W)의 표면에 레이저빔(LB)을 인가하여 마크(M)를 형성하는 주사형레이저마크장치에 있어서, 기준주사속도(SO)로 마크작업을 실행하는데 필요로하는 시간(TO)을 측정하는 측정수단(14)과, 이와 같이 측정된 시간, 마크목표시간(T), 상기 기준주사속도(SO)를 이용하여 실질적으로 사용될 개별주사속도(S)를 산출하는 주사속도산출수단(13a)을 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형레이저마크장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 목표시간을 피사체(W)가 이동하는 거리 L에 따른 값으로서 설정되며, 이 L 은 다음 식
    (a + d) ≤L ≤(a+b),
    b = c - d, 를 만족하며, 식중 a 는 최전방 마크의 전방라인으로부터 최후방 마크의 후방라인 까지의 거리이고, c는 피사체(W)의 이동방향과 관련된 영역의 길이이고, d는 마크의 길이를 나타내는 것을 특징으로 하는 주사형레이저마크장치.
  5. 특정 영역으로 이동된는 피사체(W)의 표면을 주사하고 이 피사체 (W)의 표면에 레이저빔(LB)을 인자하여 마크(M)를 형성하는 주사형레이저마크장치에 있어서, 마크작업이 가능한 최대영역(aM)을 저장하는 최대영역저장부(22)와, 최대영역보다 작은 목표영역(aT)을 저장하는 목표영역저장부(23)와, 목표영역(aT) 내에서 마크작업이 완료되도록 주사속도(S)를 설정하는 속도설정수단(13)을 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형레이저마크장치.
  6. 제5항에 있어서, 마크작업 중의 피사체(W)의 이동거리는 다음식
    (a + d) ≤L ≤(a + b),
    b = c - d 를 만족하고, 식중 L 은 피사체(W)의 이동거리이고, a 는 최전방 마크의 전방라인으로부터 최후방 마크의 후방라인 까지의 거리이며, c 는 피사체(W)의 이동 방향과 관련된 영역의 길이이고, d 는 마크의 길이를 나타내는 것을 특징으로 하는 주사형레이저마크장치.
  7. 이동하는 피사체(W)의 표면에 레이저빔을 인가하면서, 2차원적으로 레이저빔 (LB)을 주사하여 다수의 도트를 갖는 화상을 형성하는 주사형레이저마크장치에 있어 서, 레이저빔(LB)을 발하는 레이저원(1)과, 상기 레이저원(1)에 의해 방사된 레이저빔(LB)을 2차원적으로 편향하는 광주사시스템(3 ; 180)과, 상기 광주사시스템(3 ; 180)의 동작을 제어하는 제어시스템(5 ; 140)과, 피사체(W)의 변위에 대한 변위데이타 입력수단(142)을 구비하고, 상기 제어시스템(5 ; 140)은 화상(M)을 형성하는 도트에 대한 좌표데이타(Ax, Ay)를 생성하는 좌표생성수단(104)과, 변위데이타(Bx, By)에 따라서, 변위방향으로 피사체(W)가 변위한 만큼 좌표데이타(Ax, Ay)를 보정하는 좌표보정수단(150, 151)을 구비하며, 상기 좌표보정수단(150,151)에 의해 보정된 좌표데이타(Ax', Ay')는 상기 광주사시스템에 인가되는 것을 특징으로 하는 주사형 레이저마크장치.
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