WO2020189276A1

WO2020189276A1 - レーザー刻印装置及びレーザー刻印方法、タブ付き缶蓋の製造装置及び製造方法

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Publication number: WO2020189276A1
Application number: PCT/JP2020/009116
Authority: WO
Inventors: 剛士堀; 智彦堀; 敦嗣小南; 早紀千地; 準佐川; 遼太郎磯村; 英紀石黒
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd; Toyo Seikan Co Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd; Toyo Seikan Co Ltd
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2021-09-19
Also published as: CN113613824A; US20220143754A1

Abstract

缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に、成形対象毎のバリアブル刻印を行うに際して、高い生産性で刻印付きの成形対象を成形できるようにする。レーザー刻印装置は、缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に対してレーザー刻印を行う装置であって、コイル材を設定速度で送るフィード機構と、設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形対象毎に刻印を行うレーザーヘッドと、レーザーヘッドの刻印データを切り替えるデータ通信部とを備え、データ通信部は、複数の成形対象に刻印される複数個分の刻印データをまとめて切り替え、前記レーザーヘッドは、複数個分の刻印データを連続してコイル材の所定の位置に刻印する。

Description

レーザー刻印装置及びレーザー刻印方法、タブ付き缶蓋の製造装置及び製造方法

　本発明は、缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に対してレーザー刻印を行うレーザー刻印装置及びレーザー刻印方法、にレーザー刻印がなされたタブ付きの缶蓋を製造する製造装置及び製造方法に関するものである。

　缶は、その一部に情報や絵柄などを付与することによって、加飾性を高めたり、製品個体の情報提供や製品個々の広告を行ったりすることがなされている。その中で、缶蓋の開口用タブは、缶を手にした人が、開口操作する際に特に注目する箇所であり、ステイオンタブ型の場合には、開口後も缶蓋本体から切り離されることがないので、その一部に情報や絵柄などを付与することによって、効果的に加飾性を高めたり、効果的に製品個体の情報提供を行ったりすることができる。

　缶への情報や絵柄などの付与は、缶の表面に施されている塗膜に或いは缶の表面に直接レーザー光を照射して刻印を行う、レーザー刻印（レーザーマーキング）が採用されている。前述したタブへの刻印は、レーザー刻印を採用することで、比較的小さいスペースに高精細な刻印を行うことができる。缶の一部を成形するコイル材にレーザー刻印を行う装置（レーザー刻印装置）は、帯状の板材がロール状に巻かれているコイル材のロールと、ロールから引き出されたコイル材が供給されるプレス機との間にレーザーヘッドを配備しており、プレス機による成形を行う前に、プレス機に供給されるコイル材に対して、所定の位置にレーザー刻印を行っている（下記特許文献１参照）。

特表２０１５－５３１６８４号公報

　このようなレーザー刻印装置は、成形対象毎に異なる内容を刻印するバリアブル刻印が求められている。バリアブル刻印を行うためには、成形対象毎の刻印データを通信して、レーザーヘッドの動作プログラムを切り替えることが必要になる。この際、刻印データの切り替えに時間がかかることになり、実際にレーザーヘッドが一つの刻印データの内容を刻印する時間と成形対象毎の刻印データの切り替えに要する時間との合計時間によって、コイル材をプレス機に送るプレス１ストローク当たりの時間が制限されることになる。この制限が、刻印付きの成形対象を高い生産性で成形する上での障害になっていた。

　また、このようなレーザー刻印装置は、コイル材をプレス機に送るフィード機構を備えており、このフィード機構の速度制御で、プレス機に送るコイル材の送り速度を調整している。これに対して、フィード機構の送り速度が変化すると、レーザーヘッドが配備されている箇所でコイル材に弛みが発生しやすくなり、弛みによってコイル材上の刻印位置に誤差が生じたり、刻印される文字などに歪みが生じたりする問題があった。

　特に、コイル材の両面にレーザー刻印を行う場合には、コイル材の片面を台上に支持させることができないので、コイル材のレーザーヘッドに対面している部分は宙吊り状になっており、前述した弛みが生じ易くなっている。このため、コイル材の表裏両側にレーザーヘッドを配備して両面にレーザー刻印を行う場合には、前述した問題がより顕在化することになる。

　また、タブなどの缶の一部へのレーザー刻印は、コイル材にレーザー刻印を行った後にプレス機によってタブなどの成形がなされることから、プレス機の成形型を変更した場合などで、タブなどの成形対象内の刻印されるべき位置と実際の刻印位置とにずれが生じる場合があり、このずれの修正に時間と労力を要することが問題になっていた。

　また、従来技術においては、コイル材がプレス機に供給される前に、コイル材に付された位置合わせ用マークと刻印位置を検知して、レーザーヘッドの刻印タイミングを制御することがなされているが、これによると、プレス型の位置調整が必要な場合などでは、成形対象内の刻印されるべき位置と実際の刻印位置とのずれを正確に修正することができない問題が生じる。

　更に、成形後の製品にキズや汚れがある場合には不良品になるので、前述した従来技術のように、コイル材がプレス機に供給される前に刻印位置の検知を行っていると、刻印位置の検知とは別に、製品のキズや汚れの検査を行うことになり、検査工程や検査のためのシステム構成が煩雑になる問題があった。

　本発明は、このような問題に対処することを課題としている。すなわち、缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に、成形対象毎のバリアブル刻印を行うに際して、高い生産性で刻印付きの成形対象を成形できるようにすること、缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に、成形対象毎の刻印を行うに際して、コイル材の送り速度が変化した場合にも、コイル材の弛みを抑止して、精度の高い刻印を行うことができるようにすること、成形対象内の刻印されるべき位置と実際の刻印位置とのずれを正確且つ速やかに修正できるようにすること、刻印位置の検査と成形後の製品のキズや汚れの検査を含めた検査工程や検査システムを簡素化できるようにすること、などが本発明の課題である。

　このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
　缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に対してレーザー刻印を行う装置であって、コイル材を設定速度で送るフィード機構と、設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形対象毎に刻印を行うレーザーヘッドと、前記レーザーヘッドの刻印データを切り替えるデータ通信部とを備え、前記データ通信部は、複数の成形対象に刻印される複数個分の刻印データをまとめて切り替え、前記レーザーヘッドは、複数個分の刻印データを連続してコイル材の所定の位置に刻印することを特徴とするレーザー刻印装置。

　缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に対してレーザー刻印を行う刻印方法であって、レーザーヘッドが、プレス機に対して設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形対象毎に刻印を行うレーザー刻印工程と、前記レーザーヘッドの刻印データを切り替えるデータ通信工程とを有し、前記データ通信工程では、複数の成形対象に刻印される複数個の刻印データをまとめて切り替え、前記レーザー刻印工程では、複数個分の刻印データを連続して成形対象が成形される位置に刻印することを特徴とするレーザー刻印方法。

　缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に対してレーザー刻印を行う刻印装置であって、コイル材を設定速度で送るフィード機構と、設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形対象毎に刻印を行うレーザーヘッドとを備え、前記フィード機構は、前記レーザーヘッドのコイル材送り方向下流側に設けられ、コイル材の送り速度を制御するフィードロールと、前記レーザーヘッドのコイル材送り方向上流側に設けられ、コイル材に張力を付与するテンションロールとを備え、前記テンションロールは、ロールに加わる負荷が一定になるように、ロールを駆動するモータのトルク制御を行うことを特徴とするレーザー刻印装置。

　缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に対してレーザー刻印を行う刻印装置であって、コイル材を設定速度で前記プレス機に送るフィード機構と、設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形対象毎に刻印を行うレーザーヘッドと、前記プレス機から出てくる成形対象を撮影して、成形対象内の刻印位置を検査する画像を取得する検査カメラと、前記検査カメラが取得した画像を処理して、刻印すべき位置と実際の刻印位置とのずれ量を求め、該ずれ量に応じて前記レーザーヘッドの刻印タイミングを制御する制御部とを備えることを特徴とするレーザー刻印装置。

　タブの成形を行うと共に缶蓋の成形を行い、成形されたタブと缶蓋の結合を行うプレス機と、コイル材を設定速度で前記プレス機に送るフィード機構と、設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形されるタブ毎に刻印を行うレーザーヘッドと、前記プレス機から出てくる成形後のタブ付き缶蓋を撮影して、成形されたタブ内の刻印位置を検査する画像を取得する検査カメラと、前記検査カメラが取得した画像を処理して、刻印すべき位置と実際の刻印位置とのずれ量を求め、該ずれ量に応じて前記レーザーヘッドの刻印タイミングを制御する制御部とを備えることを特徴とするタブ付き缶蓋の製造装置。

　コイル材を設定速度でプレス機に送り、レーザーヘッドにより設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形されるタブ毎に刻印を行い、前記プレス機にて、タブの成形を行うと共に缶蓋の成形を行い、成形されたタブと缶蓋の結合を行い、前記プレス機から出てくる成形後のタブ付き缶蓋を撮影して、成形されたタブ内の刻印位置を検査する画像を取得し、取得した画像を処理して、刻印すべき位置と実際の刻印位置とのずれ量を求め、該ずれ量に応じて前記レーザーヘッドの刻印タイミングを制御することを特徴とするタブ付き缶蓋の製造方法。

　このような特徴を有する本発明のレーザー刻印装置は、成形対象毎の刻印を複数個分まとめて切り替えることができるので、成形対象毎のバリアブル刻印を行う際にも、プレス１ストローク当たりの時間を短時間に設定して、刻印付きの成形対象を高い生産性で成形することができる。

　缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に、成形対象毎の刻印を行うに際して、コイル材の送り速度が変化した場合にも、コイル材の弛みを抑止して、精度の高い刻印を行うことができる。

　成形対象内の刻印されるべき位置と実際の刻印位置とのずれを正確且つ速やかに修正することができる。

　また、タブ付き缶蓋の製品画像を検査カメラで取得するので、取得した画像で刻印位置の検査と成形後の製品のキズや汚れの検査を一元的に行うことができる。これによって検査工程や検査システムを簡素化することができる。

タブ付きの缶蓋を成形するシステムの概略構成を示した説明図である。第１実施形態のレーザー刻印装置の構成を示した説明図である。刻印データの切り替え方式（（ａ）個別通信方式と（ｂ）まとめ通信方式）を説明する説明図である。レーザー刻印方法の一例を示した説明図である。図４における刻印位置の移動を示す説明図である。レーザー刻印方法の他の例を示した説明図とその動作チャート示す説明図である。第２実施形態のレーザー刻印装置の構成を示す説明図である。コイル材のテンション制御を説明する説明図である。第３実施形態におけるタブ付き缶蓋の製造装置及び製造方法を説明する説明図である。レーザー刻印装置の構成を示す説明図である。検査カメラで撮像されたタブ付き缶蓋の画像を示す説明図である。検査カメラで撮像されたタブ付き缶蓋の画像（撮影条件の異なる２つの画像）を示す説明図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。なお、以下の説明では、成形対象として、缶蓋のタブを例にして説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、コイル材から成形される缶蓋自体、缶胴、金属キャップなどの缶の一部を対象としている。

＜第１実施形態＞
　先ず、図１において、タブ付きの缶蓋を成形するシステムの概略構成を説明する。この例では、タブの成形・蓋の加工・蓋とタブの結合を行うプレス機（コンバージョンプレス）１を用いている。タブが成形されるコイル材Ｔは、アルミニウム板の帯状板材であり、ロール状に巻かれたロールＲから引き出されて、プレス機１に設定速度で供給される。プレス機１では、コイル材に対してのタブ成形がなされると共に、別ルートのコンベヤ２で供給される缶蓋パネルＰの加工がなされ、成形されたタブが加工された缶蓋に結合された状態の缶蓋製品Ｗがプレス機１の出口から送り出される。

　なお、図示の例では、プレス機１としてコンバージョンプレスを行うものを例示しているが、これに限らず、プレス機１としては、タブのみを成形して、別のプレス機で缶蓋の成形とプレス機１で成形されたタブ（コイル材と分離されていないもの）とを結合するようにしてもよい。

　タブに刻印を付与するレーザー刻印装置１０は、ロールＲから引き出されてプレス機１に供給されるコイル材Ｔに対して配備される。レーザー刻印装置１０は、タブの成形が行われる前のコイル材Ｔに対して、プレス機１のストロークに対応する所定の位置にレーザー刻印を行うものである。

　図２に示すように、レーザー刻印装置１０は、コイル材Ｔを設定速度で矢印方向に送るフィード機構１１（フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂ）と、設定速度で送られるコイル材Ｔにレーザー光を照射して、成形されるタブ毎に刻印を行うレーザーヘッド１２（第１レーザーヘッドＬ１と第２レーザーヘッドＬ２と第３レーザーヘッドＬ３）と、レーザーヘッド１２を制御する制御部１３と、レーザーヘッド１２に対しての刻印データを切り替えるデータ通信部１４とを備えている。

　図示の例では、レーザー刻印装置１０は台部１０Ａを備えており、台部１０Ａ上に、フィード機構１１或いはレーザーヘッド１２が装備されるレーザー照射部１５が配備されている。また、制御部１３やデータ通信部１４は、台部１０Ａ上に配備される図示省略した制御盤などに配備される。

　レーザー刻印装置１０は、コイル材Ｔの送り速度を計測する速度センサ１６が装備されている。速度センサ１６は、コイル材Ｔにレーザー光を照射して非接触でコイル材Ｔの送り速度を計測するレーザードップラー速度計を用いることができる。速度センサ１６の出力は制御部１３に送信され、計測された送り速度から送り量（距離）が算出される。制御部１３は、速度センサ１６の出力（コイル材Ｔの送り量）に応じてレーザーヘッド１２の刻印タイミングを制御して、コイル材Ｔの所定の位置に刻印がなされるように制御している。

　レーザーヘッド１２は、データ通信部１４で切り替えられる刻印データによって個々のタブ毎の刻印を行うものであり、図示の例では、レーザーヘッド１２は、複数台（レーザーヘッドＬ１，Ｌ２，Ｌ３の３台）設けられており、データ通信部１４は各々のレーザーヘッド１２の刻印データを個別に切り替えている。

　そして、レーザー刻印装置１０のデータ通信部１４は、図３の（ａ）に示すような、個別通信方式ではなく、図３の（ｂ）に示すような、まとめ通信方式によってレーザーヘッド１２の刻印データを切り替えている。図３の（ａ）に示す個別通信方式の場合には、次の刻印（例えば、「刻印２」）を行うために必要な刻印データ切り替えに要する通信時間ｔｃ１と実際に一つの刻印を行うのに必要な時間ｔｗ１を合わせた時間（ｔｃ１＋ｔｗ１）より、プレス成形のストローク間の時間ｔｓ１を長く取る必要がある（すなわち、ｔｃ１＋ｔｗ１＜ｔｓ１）ので、ストローク間の時間ｔｓ１を短くするのに限界があり、高い生産性で刻印付きのタブを成形することができない。

　これに対して、図３の（ｂ）に示すまとめ通信方式を採用すると、１回の通信時間ｔｃ２で複数個分（図示の例では６個分）の刻印データが切り替えられるので、１回の通信時間ｔｃ２と複数の刻印（刻印１～刻印６）を連続して行う時間ｔｗ２とを合わせた時間（ｔｃ２＋ｔｗ２）が、複数回のストロークに要する時間（ストローク１～ストローク６）内に収まれば良いことになり、ストローク間の時間（ｔｓ２）は短く設定することができる。これによって、高い生産性で刻印付きのタブを成形することができる。

　まとめ通信方式で通信される複数の刻印データは、各タブに対応するように異なる刻印内容を含めることができる。この際、複数の刻印内容の中に比較的長い刻印時間を要する複雑な刻印が含まれる場合には、刻印時間が短い刻印内容との組み合わせを行うことで、ストローク時間を長くすること無く、複雑な刻印内容を含めることが可能になる。

　図４は、３台のレーザーヘッド１２（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を用いて高い生産性で刻印付きのタブを成形する場合のレーザー刻印方法を示している。この例では、複数台のレーザーヘッド１２（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）は、各々のレーザーヘッドが分担する刻印位置（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）がコイル材Ｔの送り方向に沿って順次区分されている。図示の例では、複数個分（６個分）の刻印が連続してなされる位置を一つの区分としており、レーザーヘッドＬ１が担当する区分（Ｆ１）とレーザーヘッドＬ２が担当する区分（Ｆ２）とレーザーヘッドＬ３が担当する区分（Ｆ３）が、順次コイル材Ｔの送り方向に沿って並んでいる。すなわち、コイル材Ｔの送り方向の逆側に向けて、Ｆ１の区分の隣にはＦ２の区分が設定され、Ｆ２の区分の隣にはＦ３の区分が設定されている。

　このようなコイル材Ｔ上の刻印位置の設定に対して、複数台のレーザーヘッド１２（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）は、コイル材Ｔの長手方向に沿って配置されており、各レーザーヘッドＬ１，Ｌ２，Ｌ３の刻印エリアＥ１，Ｅ２，Ｅ３がコイル材Ｔの長手方向に沿って固定した状態で設定されている。ここで言う刻印エリアとは、一つのレーザーヘッドで刻印が可能な範囲を指している。

　ここで、各レーザーヘッドＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ複数個分（６個分）の刻印データがまとめて切り替えられ、自身の刻印エリア（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）の所定の位置に自身の担当する刻印位置の区分（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）が来たときに、その区分内の所定位置に複数（６個）の刻印を連続して行う。

　レーザーヘッドＬ１の動作を個別に説明すると、コイル材Ｔが図示の矢印方向に送られ、刻印エリアＥ１に区分Ｆ１が入り、レーザーヘッドＬ１によって複数の刻印が連続して行われた直後は、刻印エリアＥ１には、レーザーヘッドＬ２が担当する区分Ｆ２とレーザーヘッドＬ３が担当する区分Ｆ３が順次入ることになる（その前段で区分Ｆ２，Ｆ３には既に刻印が行われている）。レーザーヘッドＬ２，Ｌ３の動作も同様である。

　図５は、図４に示した例の刻印位置の移動を示している。コイル材Ｔの移動距離は、プレスのストロークに依存しており、１ストロークでのコイル材Ｔの移動距離は図示の例ではＳ１に設定されている。図示のように、一つの刻印位置の区分（Ｆ１）が一つの刻印エリア（Ｅ１）に入って全て出るまでのストローク数は６ストロークになり、このストローク数と一つの刻印位置の区分（Ｆ１）内の刻印データの数は、同一となる様に設定されている。

　そして、一つのレーザーヘッド１２に対しては、自身が担当する刻印位置の区分Ｆ１が自身のレーザーヘッドの刻印エリアＥ１を通過する間に、各区分で刻印する複数個分（６個分）の刻印データを刻印し、自身が担当する次の刻印位置の区分が自身のレーザーヘッドの刻印エリアに入るまでに、刻印データの切り替えを行う。

　このような刻印方法によると、複数台のレーザーヘッドをコイル材の送り方向に沿って配備し、コイル材Ｔの上に各レーザーヘッドが分担する刻印位置の区分をコイル材Ｔの送り方向に沿って順次区分けすることで、プレスのストローク時間を短く設定しても、タブ毎のバリアブル刻印を円滑に行うことができる。

　図６は、３台のレーザーヘッド１２（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を用いて高い生産性で刻印付きのタブを成形する場合の他の刻印方法を示している。この例では、複数台のレーザーヘッド１２（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）は、コイル材Ｔに成形されるタブの列毎に配置されており、成形されるタブの列毎に各々のレーザーヘッドが分担する刻印位置が区分されている。具体的には、レーザーヘッドＬ１の刻印エリアＥ１とレーザーヘッドＬ２の刻印エリアＥ２とレーザーヘッドＬ３の刻印エリアＥ３が、成形されるタブの３列にそれぞれ並列されている。

　これによると、各レーザーヘッド（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）が複数個分（例えば６個分）の刻印データを連続して所定位置に刻印するには、図６に示す動作チャートのように、複数のストローク（６ストローク）の時間内に、複数の刻印（刻印１～刻印６）時間ｔｗと次の刻印を行うための刻印データを複数個分まとめて切り替える通信時間ｔｃを収めることが必要になる。

　これによると、成形されるタブの列毎に１台のレーザーヘッドを対応させているので、各列の刻印位置の補正をレーザーヘッド毎に行うことができ、また、刻印エラーが発生した場合に修正すべきレーザーヘッドを特定しやすくなるなど、制御や管理の上での利点が得やすくなる。

　以上説明したように、本発明の第１実施形態に係るタブの刻印装置及び刻印方法によると、タブ成形のプレス機のストローク間の時間を短くして生産性を高めた場合であっても、コイル材へのバリアブル刻印を円滑に行うことができる。よって、生産性を低下させること無く、様々な絵柄や情報を随時変更しながら、コイル材に刻印することが可能になる。

　＜第２実施形態＞
　第２実施形態においても、図１とその説明は共通する。

　第２実施形態においては、図７に示すように、レーザー刻印装置１０は、コイル材Ｔを設定速度で矢印方向に送るフィード機構１１（フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂ）と、設定速度で送られるコイル材Ｔにレーザー光を照射して、成形されるタブ毎に刻印を行うレーザーヘッド１２（第１レーザーヘッドＬ１、第２レーザーヘッドＬ２、第３レーザーヘッドＬ３、第４レーザーヘッドＬ４、第５レーザーヘッドＬ５、第６レーザーヘッドＬ６）と、レーザーヘッド１２を制御する制御部１３と、レーザーヘッド１２に対しての刻印データを切り替えるデータ通信部１４とを備えている。

　レーザー刻印装置１０は、コイル材Ｔの送り速度を非接触で計測する速度センサ１６が装備されている。速度センサ１６は、フィードロールの近傍（好ましくはフィードロール１１Ａと１１Ｂ間）に設けられており、コイル材Ｔにレーザー光を照射して非接触でコイル材Ｔの送り速度を計測するレーザードップラー速度計を用いることができる。速度センサ１６の出力は、制御部１３に送信され、計測された送り速度から送り量（距離）が算出されている。制御部１３は、速度センサ１６の出力（コイル材Ｔの送り量（距離））に応じてレーザーヘッド１２の刻印タイミングを制御している。また、制御部１３が、速度センサ１６の出力に応じてフィードロールの回転制御を行うようにしてもよい。

　図８にて、フィード機構１１におけるコイル材Ｔのテンション制御を説明する。フィードロール１１Ａは、モータ（サーボモータ）２０の出力軸２０Ａにて回転駆動されている。速度制御部１３Ａは、プレス機１における生産状況等を考慮して、設定速度でモータ２０を回転させて、コイル材Ｔを設定した送り速度でプレス機１に送っている。

　テンションロール１１Ｂは、モータ（サーボモータ）２１の出力軸２１Ａにて回転駆動され、モータ２１は、出力軸２１Ａに設けられるトルクセンサ２３によって検知される負荷トルクに応じて、トルク制御部２２から出力される制御信号によってトルク制御されている。トルク制御部２２は、フィードロール１１Ａを回転駆動するモータ２０の回転速度よりも遅い速度を初期値として設定して、トルクセンサ２３が検出する負荷トルクが一定になるように、モータ２１の回転を制御している。

　これによると、速度制御部１３Ａによって設定されるコイル材Ｔの送り速度が適宜変更された場合であっても、テンションロール１１Ｂは、一定の負荷状態で回転駆動されることになる。テンションロール１１Ｂに加わる負荷は、コイル材Ｔのテンション（張力）と同等になるから、テンションロール１１Ｂを回転駆動するモータ２２をトルク制御することで、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間のコイル材のテンションが常時一定に制御されることになる。

　このような制御を行うことで、コイル材の速度変化に対して、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間のコイル材のテンションを高い応答性で一定に維持することができ、ロール間のコイル材Ｔの弛みを抑止することができる。これによって、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間に配備されるレーザーヘッド１２によるコイル材への刻印を高い精度で行うことが可能になる。

　ロール巻きのフィルム材などで一般に行われているテンション制御は、ロール間のフィルムのテンションを検出することで、前段と後段のロールの回転速度差を制御しているが、これによると、テンションの変動に対して速度応答性が低くなり、高い応答性でテンションを一定に維持することができない。

　図８に示すように、テンションロール１１Ｂをトルク制御することで、コイル材Ｔのテンション制御を行うと、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間にテンション検出器を置く必要が無いので、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂの間に複数のレーザーヘッド１２を並べて配置するためのスペースを十分に確保することが可能になる。

　また、図７に示すように、レーザーヘッド１２を、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間でコイル材Ｔに対して表裏両面側にそれぞれ配置した場合にも、弛みが抑えられたコイル材Ｔの表裏両面に精度の高いレーザー刻印を行うことができる。コイル材Ｔの表裏両面に同時にレーザー刻印を行おうとすると、コイル材はロール間で宙吊り状にならざるを得ないが、ロール間のコイル材Ｔの弛みが抑えられていることで、表裏のレーザー刻印を同等の精度で行うことができる。

　前述したように、コイル材Ｔの表裏両面側にそれぞれレーザーヘッド１２を配備する際に、レーザーヘッド１２に対面するコイル材Ｔの送り姿勢は、水平であっても垂直であっても良く、また、斜めに傾斜した状態であっても良い。

　タブＴの送り姿勢を水平にした場合には、レーザーヘッド１２はコイル材Ｔの上下に配置されることになる。この場合は、コイル材Ｔの左右のスペースを省スペース化することができる。コイル材Ｔの送り姿勢を垂直にした場合には、レーザーヘッド１２はコイル材Ｔの左右に配置されることになる。この場合には、コイル材Ｔにレーザー光を照射することで発生する塵（アルミ粉やヒュームなど）がコイル材Ｔ上やレーザーヘッドのレンズ上に落ちるリスクが少なくなる。

　レーザーヘッド１２のレーザー光源は、ファイバーレーザー、ＵＶレーザー、ＣＯ2レーザーなど、用途に応じて様々なものを用いることができる。ファイバーレーザーは、ファイバーをレーザー媒質として利用する形式のレーザーであり、低コストでスペース効率が高く、レーザー光を光ファイバーに直接導入して目的位置まで伝送し易い。このため、レーザーマーカーに一般に用いられている。

　ＵＶレーザーは、短波長域のレーザー光を照射することができるレーザーであり、コイル材Ｔの表面塗料の有機物に短波長のレーザー光を照射することで、表面塗料の分子構造を破壊することによる刻印が可能になる。これによると、残渣の少ない刻印を行うことできる。ＣＯ2レーザーは、長波長のレーザー光を照射することができるレーザーであり、コイル材Ｔの基材であるアルミニウムへの吸収率が低いため、基材の変質を抑えて表面塗料のみを選択的に加熱する刻印が可能になる。

　以上説明したように、本発明の第２実施形態に係るレーザー刻印装置１０は、コイル材Ｔのテンション変動に対しての速度応答性が優れており、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間でコイル材Ｔの弛みが発生し難いので、レーザー刻印する際のコイル材Ｔのフラット面を確保することができ、精度の高い刻印が可能になる。

　また、フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂとの間でコイル材Ｔを支持する必要が無いので、レーザーヘッド１２を複数並べて配置するスペースを十分に確保することができると共に、コイル材Ｔの表裏両面側にレーザーヘッド１２を配置して表裏への同時刻印を高い精度で行うことができる

　＜第３実施形態＞
　図９において、図１との共通部位は説明を省略する。

　第３実施形態においては、図９に示すように、プレス機１から出てくる成形後のタブは、タブ付きの缶蓋製品Ｗとして、検査カメラ３にて撮影される。検査カメラ３が取得する缶蓋製品Ｗの画像は、成形されたタブ内の刻印位置を検査するための画像であり、取得した画像は、制御部４に送信される。制御部４は、検査カメラ３が取得した画像を処理して、成形されたタブ内において、刻印すべき位置と実際の刻印位置とのずれ量を求め、このずれ量に応じてレーザー刻印装置１０におけるレーザーヘッドの刻印タイミングを制御する。

　第３実施形態におけるレーザー刻印装置１０は、図１０に示すように、コイル材Ｔを設定速度で矢印方向に送るフィード機構１１（フィードロール１１Ａとテンションロール１１Ｂ）と、設定速度で送られるコイル材Ｔにレーザー光を照射して、成形されるタブ毎に刻印を行うレーザーヘッド１２（第１レーザーヘッドＬ１、第２レーザーヘッドＬ２、第３レーザーヘッドＬ３）と、レーザーヘッド１２を制御する前述した制御部４とを備えている。

　図示の例では、レーザー刻印装置１０は台部１０Ａを備えており、台部１０Ａ上に、フィード機構１１或いはレーザーヘッド１２が装備されるレーザー照射部１５が配備されている。また、制御部４は、台部１０Ａ上に配備される図示省略した制御盤などに配備される。

　レーザー刻印装置１０は、コイル材Ｔの送り速度を非接触で計測する速度センサ１６が装備されている。速度センサ１６は、コイル材Ｔにレーザー光を照射して非接触でコイル材Ｔの送り速度を計測するレーザードップラー速度計を用いることができる。この速度センサ１６は、フィードロール１１Ａの近傍に設けることが好ましい。速度センサ１６をフィードロール１１Ａの近くに配置すると、フィードロール１１Ａの近くで振動の少ないコイル材Ｔに対して非接触で送り速度を計測するので、高い精度での計測が可能になる。速度センサ１６の出力は制御部４に送信される。制御部４は、速度センサ１６の出力と前述したずれ量に応じてレーザーヘッド１２の刻印タイミングを制御する。

　制御部４による刻印位置のずれ補正について、具体例を説明する。図１１は、検査カメラ３で撮影されるタブ付き缶蓋の画像Ｇを示している。画像Ｇは、制御部４にて画像処理され、適当な寸法座標上に重ねられ、画像Ｇの中のタブｔが抽出され、タブｔの一端位置ｔ１の座標が求められる。また、画像Ｇの中の刻印ｍが抽出され、刻印ｍの中心位置ｍ１の座標が求められる。これによって、前述したタブｔの一端位置ｔ１とタブｔ内の刻印ｍの中心位置ｍ１との距離Ｓを求めることができる。この距離Ｓは、刻印すべき位置に中心位置ｍ１がある場合の設定距離が予め記憶されており、制御部４は、その設定距離と画像処理で求めた距離Ｓとを比較して、その差をずれ量として認識する。

　画像Ｇは、缶蓋製品Ｗがプレス機１から送り出される度に検査カメラ３によって取得され、制御部４は、前述したようにずれ量を求めると、これをゼロにするように、速度センサ１６の出力に基づいてレーザーヘッド１２の刻印タイミングを制御している。また、制御部４は、速度センサ１６の出力に基づいて、送り速度が設定速度になるように、フィード機構１１（フィードロール１１Ａ）を制御するようにしてもよい。

　図１２は、刻印位置のずれ補正に関する他の具体例を示している。この例では、検査カメラ３が、成形されたタブが結合された缶蓋の画像をタブtの輪郭が高いコントラストで抽出できる撮像条件と、刻印が高いコントラストで抽出できる撮像条件で連続取得する。連続取得された２つの画像のうちの画像Ｇ１と画像Ｇ２が、制御部４にて画像処理され、一つの寸法座標上に重ねられる。そして、画像Ｇ１の中のタブｔが抽出され、タブｔの一端位置ｔ１の座標が求められ、画像Ｇ２の中の刻印ｍが抽出され、刻印ｍの中心位置ｍ１の座標が求められる。これによって、前述した例と同様に、タブｔの一端位置ｔ１とタブｔ内の刻印ｍの中心位置ｍ１との距離Ｓを求めることができる。その後の制御部４の動作は前述した例と同様である。

　また、前述した画像Ｇ，Ｇ１，Ｇ２は、刻印ｍの中心位置ｍ１を検査カメラ３の撮影画像中心（レンズの光軸中心）に合わせて撮影することで、レンズ収差による誤差を抑えて高い精度でずれ量を求めることができる。

　更に、前述したように２つの画像Ｇ１，Ｇ２を連続撮影する場合には、一方の画像Ｇ１で缶蓋のキズや汚れの検査を行うようにすることで、別の検査工程を追加すること無く、刻印位置の検査と成形後の製品のキズや汚れの検査を一元的に行うことができる。これによって検査工程や検査システムを簡素化することができる。２つの画像Ｇ１，Ｇ２の一方でキズや汚れの検査を行う例を説明したが、図１１に示すように、一つの画像Ｇでずれ量を求める場合にも、撮影条件を適宜調整することで、一つの画像Ｇで成形後の製品のキズや汚れの検査を行うことができる。

　前述した説明では、プレス機１としてコンバージョンプレスを用いたが、一つのプレス機では、タブのみの成形を行い、別のプレス機で缶蓋を成形して、これを成形後のタブと結合するようにしてもよい。この場合、コイル材を設定速度でタブを成形するプレス機に送り、設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、タブ毎に刻印を行う。そして、プレス機から出てくる成形後のタブを検査カメラで撮影し、検査カメラが取得した画像を処理して、刻印すべき位置と実際の刻印位置とのずれ量を求め、ずれ量に応じてレーザーヘッドの刻印タイミングを制御する。その際には、成形されたタブがコイル材から切り離される前の状態で刻印位置が検出されることになり、成形されたタブがコイル材から分離されていない状態で、別のプレス機に供給される。

　以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

Claims

　缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に対してレーザー刻印を行う装置であって、
　コイル材を設定速度で送るフィード機構と、
　設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形対象毎に刻印を行うレーザーヘッドと、
　前記レーザーヘッドの刻印データを切り替えるデータ通信部とを備え、
　前記データ通信部は、複数の成形対象に刻印される複数個分の刻印データをまとめて切り替え、前記レーザーヘッドは、複数個分の刻印データを連続してコイル材の所定の位置に刻印することを特徴とするレーザー刻印装置。
　前記複数個分の刻印データが、異なる刻印内容を含むことを特徴とする請求項１に記載されたレーザー刻印装置。
　前記レーザーヘッドを複数台備え、
　前記データ通信部が、複数台の前記レーザーヘッドのそれぞれに対して複数個分の刻印データを切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載されたレーザー刻印装置。
　複数台の前記レーザーヘッドは、各々のレーザーヘッドが分担する刻印位置がコイル材の送り方向に沿って順次区分されており、
　一つの前記レーザーヘッドに対しては、自身が担当する刻印位置の区分が自身のレーザーヘッドの刻印エリアを通過する間に、各区分で刻印する複数個分の刻印データを刻印し、自身が担当する次の刻印位置の区分が自身のレーザーヘッドの刻印エリアに入るまでに、刻印データの切り替えを行うことを特徴とする請求項３に記載されたレーザー刻印装置。
　複数台の前記レーザーヘッドが、前記コイル材の長手方向に沿って配置されることを特徴とする請求項４に記載されたレーザー刻印装置。
　複数台の前記レーザーヘッドが、前記コイル材に成形される成形対象の列毎に各々のレーザーヘッドが分担する刻印位置が区分されていることを特徴とする請求項３に記載されたレーザー刻印装置。
　前記成形対象が、缶蓋のタブである請求項１～６のいずれか１項記載のレーザー刻印装置。
　缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に対してレーザー刻印を行う刻印方法であって、
　レーザーヘッドが、プレス機に対して設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形対象毎に刻印を行うレーザー刻印工程と、
　前記レーザーヘッドの刻印データを切り替えるデータ通信工程とを有し、
　前記データ通信工程では、複数の成形対象に刻印される複数個の刻印データをまとめて切り替え、前記レーザー刻印工程では、複数個分の刻印データを連続して成形対象が成形される位置に刻印することを特徴とするレーザー刻印方法。
　缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に対してレーザー刻印を行う刻印装置であって、
　コイル材を設定速度で送るフィード機構と、
　設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形対象毎に刻印を行うレーザーヘッドとを備え、
　前記フィード機構は、
　前記レーザーヘッドのコイル材送り方向下流側に設けられ、コイル材の送り速度を制御するフィードロールと、
　前記レーザーヘッドのコイル材送り方向上流側に設けられ、コイル材に張力を付与するテンションロールとを備え、
　前記テンションロールは、ロールに加わる負荷が一定になるように、ロールを駆動するモータのトルク制御を行うことを特徴とするレーザー刻印装置。
　前記レーザーヘッドが、前記フィードロールと前記テンションロールとの間のコイル材に対して、表裏両面側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項９記載のレーザー刻印装置。
　前記フィードロールの近傍には、コイル材の送り速度を非接触で測定する速度センサが設けられ、前記速度センサの出力に応じて前記レーザーヘッドの刻印タイミングが制御されることを特徴とする請求項９又は１０に記載のレーザー刻印装置。
　前記レーザーヘッドに対面するコイル材の送り姿勢が水平になっていることを特徴とする請求項９～１１のいずれか１項に記載のレーザー刻印装置。
　前記レーザーヘッドに対面するコイル材の送り姿勢が垂直になっていることを特徴とする請求項９～１１のいずれか１項に記載のレーザー刻印装置。
　前記成形対象が、缶蓋のタブである請求項９～１３のいずれか１項記載のレーザー刻印装置。
　缶の一部を成形するプレス機に供給されるコイル材に対してレーザー刻印を行う刻印装置であって、
　コイル材を設定速度で前記プレス機に送るフィード機構と、
　設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形対象毎に刻印を行うレーザーヘッドと、
　前記プレス機から出てくる成形対象を撮影して、成形対象内の刻印位置を検査する画像を取得する検査カメラと、
　前記検査カメラが取得した画像を処理して、刻印すべき位置と実際の刻印位置とのずれ量を求め、該ずれ量に応じて前記レーザーヘッドの刻印タイミングを制御する制御部とを備えることを特徴とするレーザー刻印装置。
　前記制御部は、成形対象の一端から刻印の中心位置までの距離を求め、該距離を設定距離と比較して前記ずれ量を求めることを特徴とする請求項１５に記載されたレーザー刻印装置。
　前記検査カメラは、撮影画像中心を前記刻印の中心位置に合わせていることを特徴とする請求項１６記載のレーザー刻印装置。
　前記制御部は、前記検査カメラが取得した一つの画像を処理して、前記ずれ量を求めることを特徴とする請求項１５～１７のいずれか１項記載のレーザー刻印装置。
　前記検査カメラは少なくとも二つの画像を取得するものであり、前記制御部は、前記検査カメラが取得した一つの画像で前記成形対象の一端位置を求め、他の画像で前記刻印の中心位置を求めることを特徴とする請求項１５～１７のいずれか１項に記載されたレーザー刻印装置。
　前記プレス機は、複数の成形対象の成形と結合を行うコンバージョンプレスであり、
　前記検査カメラは、結合された製品における前記画像を取得することを特徴とする請求項１５～１９のいずれか１項に記載されたレーザー刻印装置。
　前記制御部は、前記画像で、製品のキズや汚れ検査を行うことを特徴とする請求項１５～２０のいずれか１項に記載されたレーザー刻印装置。
　コイル材の送り速度を非接触で計測する速度センサが設けられ、前記速度センサの出力に基づいて、前記レーザーヘッドの刻印タイミングが制御されることを特徴とする請求項１５～２１のいずれか１項に記載のレーザー刻印装置。
　前記成形対象が、缶蓋のタブである請求項１５～２２のいずれか１項記載のレーザー刻印装置。
　タブの成形を行うと共に缶蓋の成形を行い、成形されたタブと缶蓋の結合を行うプレス機と、
　コイル材を設定速度で前記プレス機に送るフィード機構と、
　設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形されるタブ毎に刻印を行うレーザーヘッドと、
　前記プレス機から出てくる成形後のタブ付き缶蓋を撮影して、成形されたタブ内の刻印位置を検査する画像を取得する検査カメラと、
　前記検査カメラが取得した画像を処理して、刻印すべき位置と実際の刻印位置とのずれ量を求め、該ずれ量に応じて前記レーザーヘッドの刻印タイミングを制御する制御部とを備えることを特徴とするタブ付き缶蓋の製造装置。
　コイル材を設定速度でプレス機に送り、
　レーザーヘッドにより設定速度で送られるコイル材にレーザー光を照射して、成形されるタブ毎に刻印を行い、
　前記プレス機にて、タブの成形を行うと共に缶蓋の成形を行い、成形されたタブと缶蓋の結合を行い、
　前記プレス機から出てくる成形後のタブ付き缶蓋を撮影して、成形されたタブ内の刻印位置を検査する画像を取得し、
　取得した画像を処理して、刻印すべき位置と実際の刻印位置とのずれ量を求め、該ずれ量に応じて前記レーザーヘッドの刻印タイミングを制御することを特徴とするタブ付き缶蓋の製造方法。