JPH02121792A - パターンならい式レーザ彫刻装置 - 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、レーザビームの照射を的確に制御して、な
らいパターンに忠実なレーク“加工を行なうようにした
レーク“彫刻装置に関する。

（従来の技術） 従来、レー（ｆ彫刻装置として持聞昭６０−１９９５８
９号に開示されるものがある。

この従来装置の構成を第７図によって説明すると、ます
Ｘ・Ｙテーブル３０上に、所望の彫刻パターンを黒色で
描出した被走査体３１、例えば白画の台紙を載置する。

そして、この被走査３１上を光センリーの検出ヘッド３
２が相対的にスキ駕・ニング移動するようになっている
。

また、別の×・Ｙテーブル３３上には、例えば木何から
なる被加工材３４が載置されており、この被加工（Ａ３
４の上方にレリ“発振機の加工ヘラ１へ３５が相対的に
移動できるように配置される。上記両Ｘ−Ｙテーブル３
０．３３は何れも図示を省略した駆動機構１こよって、
Ｘ軸方向およびＹ軸方向へ同１■移動するようになって
いる。

さらに、前記検出ヘッド３２が被走査体３１上に描出さ
れた彫刻パターン３６をスキャニングしている場合のみ
、レーリー発振機の出力をオン作動さけて、その加工ヘ
ッド３５からレーザビームを照射させ、被加工材３４を
彫刻加工するように電気制御系３７が接続されている。

次に作用を説明する。すなわち、被走査体３１を取りつ
けたＸ−Ｙテーブル３０が所定のパターンに従ってＸ−
Ｙ両軸方向に駆動されると、検出ヘッド３２は被走査体
３１およびこれに描出した彫刻パターン３６をくまなく
スキャニングすることになる。また、このとき被加工材
３４を取りつけた別のＸ・Ｙテーブル３３も上記Ｘ−Ｙ
テーブル３０に同期して移動する。

そして、前記検出ヘッド３２が黒色のパターン部分をス
キャニングしているときだけ、レーナ発Ｊｉ　ＩＩの出
力がオン作動され、加工ヘッド３５からレーザビームが
照射される。従って、被加工材３４には所望のパターン
形状に対応追従した彫刻が行なわれる。

（発明が解決しようとする課題） しかして、上述した従来のＩＪロエ装置においては、描
出した彫刻パターンの全面を走査するに当って、第６図
に示すように ■走査開始位置から主走査方向である＋Ｘ軸方向の移動
■主走査終端から副走査方向である＋Ｙ軸方向の移動■
副走査端から主走査方向であるーＸ軸方向の移動■主走
査始端から副走査方向である＋Ｙｅ１１方向の移動以上
■〜■を１す゛イクルとして、これを繰り返した所謂往
復走査方式を採用したものである。そして、加工能率を
可及的に増進するために走査速度、特に士ｘｔｂｈ方向
の主走査速痕を早く設定して加工作業にあたったもので
ある。

しかしながら、主走査速度を早くした場合、次のような
問題点を生じ、ならいパターンに従った忠実な加工がで
きず、また、これにより彫刻加工の微細さが欠除される
ことになる。

すなわち、検出ヘッド３２か彫刻パターンを検出してか
らレリ“ビームが照射されるまでには、必然的にある一
定のタイムラグ（故１ＩｌＳＦ１度）を生ずる。これは
検出−照射を司掌する電気制御系の必要悪として存在す
るもので、例えば第４図のような直線パターンａを走査
し彫刻したとき、第５図のようなギザキリ“の彫刻パタ
ーンとａ−となって現れる。

これはタイムラグによる彫刻スポットの遅れか往復走査
によって反対方向に生ずるためで、原稿パターンの場合
、このズレによってボブを生じ、微妙なニュアンスを的
適に表現することができない。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するため
になされたもので、１個の光センｔナーを設けて、これ
を往行走査と復行走査において切換的に位置変更し、な
らいバタンを先読みできるように設定したものである。

そして、検出からビーム照射までのタイムラグを支配す
ることにより、彫刻スポットの位置制御を行ない、原稿
パターンに従った忠実な彫刻加工を行なうことができる
レーデ加工機を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明のレーザ彫刻装置は
、次のように構成したものである。

すなわちこの発明は、所定のならいパターン−を有する
被走査体を光センリーーによって往復方向に走査すると
共に、上記被走査体と光センサーの相対運動に同調して
、被加工材とこれに対向するレーリ゛ヘッドを相対移動
し、前記光セン９゛−の検出信号によって、被加工材へ
のレーザビームの照則ａ、＋＋絵１ｊを行なう加工機お
いて、前記ならいパターンを検出する１個の光センサー
を設けると共に、この光センサーに検出位置リノ換手段
を備えさけ、かつこの検出位置切換手段を走査方向と関
係的に作動して、レーリ゛ビーム照射位置を塁７■とし
て走査線−Ｆの照射位置または後側位置を検出するよう
にし、さらに光レンサーの検出出力を遅延回路を介して
レーザビームの照射制御回路に出力し、検出から照射ま
でのタイミングを制御ηるようにしたものである。

（作用） しかして、主走査が終端へ向って行なわれるときは、光
Ｐンリーーを一方の後側へ位置さけてパターン検出を行
ない、また主走査が始端へ向って行なわれるときは、他
方の前側へ位置さけて検出を行なうことにより、何れの
場合もならいパターンを先読みし、そして、この検出か
らレーザビームの照射までのタイミングを遅延回路によ
って適宜に設定して、的確な彫刻加１ニを行なうことが
できるようにしたものである。そして、このようにして
レーザ照ｑ・」を行なうこと（こよりズレのない１川工
を実工ηしたものである。

（実施例） 以下、この発明に係るパターンならい式レー＃ｊ′彫刻
装置の一実施例について説明する。

第１図において１はＸ−Ｙテーブルで、このＸ−Ｙテー
ブルは図示省略のＸＩＮＩ駆動モータとＹ軸駆動モータ
によって移動制■１され、十ｘ方向、−Ｘ方向で示す主
走査運動と、＋Ｙ力方向示す副走査運動を行なう。２は
上記Ｘ−Ｙテーブル１上の一側に取りつけた被走査体で
、線画、写真など適宜のならいパターンをもつものであ
る。３は被走査体２に対応して上部に設けた光センサー
で、前記ならいパターンの′ｆＡ淡の明度レベルに応じ
て、そこの照度を計測し、ア太ログ電１王からなる検出
信号を出力する。上記の光センサ３は受光素子として出
力電圧−照度特性の優れた、例えばフｔトダイオードを
用いるもので、被走査体２の微少部分（直径０．１ｍｍ
程度）からの入射光を受けて作用する。この入射光が弱
い（暗い）と大ぎな電圧出力がなされ、また入射光が強
い（明るい）と小さな電圧出力がなされる。なお、この
光センサーの配設態様については後ｊホする。

次に４はＸ−Ｙテーブル１上の他側に取りつけた木板な
どの被加工材で、この被加工材４は例えばバキューム手
段（図示省略）によって定位置に固定保持される。５は
上記被加工材４に対応さけてその上部に定置して設けた
レーザヘッドで、レーク”発振機６からのレーザビーム
７を効果的に照射する。

以上の構成にＪ二り、走査のための光センサー３と被走
査体２どの相対運動は、これと同調してレーデヘッド５
と液加５と被加工材４との間で行なわれることになる。

ここで、前記光センサー３の配設態様について説明する
。

この光センサー３は、十Ｙ方向からみたときレーリ゛ビ
ーム７の照射位置を基準として、その−側の前側または
他側の後側を検出位置とするもので、切換作動によって
交豆に前記位置に設定される。

第３図は、光センサー３の検出位置切換手段を示すもの
で、８は周面部一端に前記光センサー−３を取りつけた
回動盤、９は回動盤８の外周に設けた受動ギヤ、１０は
上記受動ギＷ９に１１Δみ合う駆動ギヤで、モータ１１
の出力軸に固定される乙のである。しかして、前記した
Ｘ軸駆動モータ（図示省略）がＸ−Ｙテーブル１を＋Ｘ
方向に駆動するとき、モータ１１は光センサー３を後側
の検出位置に設定し、また、Ｘ・Ｙテーブル１を−Ｘ方
向に駆動するとき、光センサー３を前側の検出位置に設
定する。上記前後の検出位置は、±Ｘ方向の同一走査線
上に存在するものとし、また、それぞれレーク“照射位
置を基準として等間隔に設定する。

第２図は光センサ−３の出力によりレーク”ご−ムの照
射制御を行なうブロック回路を示すもので、１２は光セ
ンサ−３の検出出力を増幅する増幅回路、１３は光セン
サー３の出力線路に接続した遅延回路で、増幅されたセ
ンサー出力を口）間びれをもってレーザ発振機６の照射
出力制御回路１５に出力゛する。レーリ゛ビーム７の出
力はセンサー出力のア犬ログ電圧値の大小に比例するも
のである。１６は遅延回路１３に設置、ｆｌこ遅延晴間
調整回路て必る。

次に、１７は光センサーの出力電圧と、可変抵抗１８で
設定した基準電圧とを比較する比較回路で、出力電圧〉
基ｉ％電圧のとき論理「１１を出ノＪする。この比較回
路１Ｙは切換スイッチ１９を介して出力線路に接続され
てあり、ならいパターンか淵淡で表現されるものにおい
て、照度がある一定以下の６のは切り上げ、それ以上の
ものは切り捨てるように明暗レベルを二値化するように
作用する。２０は同じく切換スイッチ１９を介して出力
線路に接続したＶ／Ｆ変換回路で、光センサーのア太ロ
グ出力電圧に比例した周波数変換（ＰＦＭ）を行なう。

２１は比較回路１７とＶ／Ｆ変換回路２０の出力を入力
するアンドゲートて、両回路が論１！Ｊ！　ｒ　Ｉ　Ｊ
のときレーク“発振機６の照射パルス制御回路２１をオ
ン動作して、レーザビーム７を照則さぜる。

以上のように、レーザビーム７は照射出力制御回路１５
によりその強さを１制御され、また照射パルス制御回路
２２によりパルス列を制御されるもので、レーザヘッド
５のミラー２３によって屈折された後、集光レンズ２４
で約０．ｌｎｍはどのスポットに集光されて被加工材４
を彫刻加工する。

本ヅを明に係るパターンならい式レーザ彫刻装置の構成
は上記の通りであり、次のように動作することでレーザ
ビームの正確な照射を行ない、パターンに従った忠実な
彫刻加工を行なうことかできる。

ならいパターン原稿を走査するに当っては、主走査速度
、副走査速度を常に一定の設定速度に保つことを前提ど
するが、ま覆、検出からレーザビーム照射までのタイミ
ングを的確に設定するには、第４図のようにならいパタ
ーンａが直線であるものを用いる。またこのとき、切換
スイッチ１９を開いて、照射パルス制御回路２２は遮断
しておく。

しかして、常法に従ってＸ−Ｙテーブル１上に前記被走
査体２と被加工材４とを取付けた後、同テーブル１をＸ
！１１およびＹＩｌｉＩＩＩ駆動モータにより所要の走
査方向に駆動する。まず、＋Ｘ方向の主走査が行なわれ
るときは、検出位置切換手段により光センサ−３が前側
、すなわち走査方向の前方に位置し、ならいパターンａ
の黒色部分を検出するとき検出信号を出力する。この検
出信号は、遅延回路１３で設定された時間経過後に照射
出力制御回路１５に入力され、そしてこの結果レーザ“
ビーム７が照射され被加工材４に彫刻スポットをつくる
。

次に、十Ｙ方向の副走査か行なわれた後に、−Ｘ方向の
主走査が行なわれるときは、検出位置切削手段により、
後側、すなわち走査方向の前方に位置した光センサ−３
がならいパターンａを検出し、出力づる。この検出信号
は遅延回路１３を介して設定時間経過後にレーザビーム
７を照射させる。

そして、被加工材４に彫刻スポットをつくる。

以下、上記した主、副走査か繰り返されるもので、検出
からレーザビーム照射までのタイミングにより、原稿の
直線パターンａはキリ゛ギリ“の彫刻スポラ１〜ａ−の
配列で現われる。ここで、上記のタイミングは遅延時間
の調整で支配できるので、彫刻スポットのズレから判断
して的確な対応がでさ“る。例えば、第５図の場合は、
照射タイミングが早いのＣ，遅延回路の遅延時間を長く
することで、直線パターンに従った直線状の彫刻スポッ
トを正確に得ることができる。

なお、前記において主走査速度をさらに早り８ｐ定する
場合、ずなわら時間当りの移動量が大きいときは遅延時
間を短く、またこれとは反対の場合は、遅延時間を長く
設定することになる。

以上のようにして、パターン検出がらシー１ｆビーム照
則まてのタイミングを的確に設定したならば、原稿のな
らいパターンとして所要のものを設定し、さらに切換ス
イッチ１９を閉成し、レーリ゛ビーム７の出力とパルス
列を同時に制御して彫刻加工を行なう。

ｊ農淡て表現されたならいパターンにおいて、照度しｌ
＼ルが、ｉ′ｉＪい８１５分すなわち淡い部分１，１、
光センリー３による検出出力か小さいので、従ってレー
ク”ビーム７の照射出カが小さく、パルス幅か大きくな
り、彫刻スポットが小さく浅く、スポット間隔か広く表
現される。また、上記と反ス；］に照度レベルが低く濶
い部分は、検出出力が人きくなるので彫刻スポラ１へは
大きく深く、また、スポット間隔が狭く表現ぎれる。こ
の場合において、往復走査による照射ズレがＭ消されて
いるので、原稿のもつ微妙なニュアンスを崩すことかな
くうまく表現することができる。

なお、上記の一実施例ではパターン検出からレーザビー
ム照則まてのタイミングを時間制御にＪζっで設定した
ものである。しかし遅延手段としては、この時間制御方
式に限らず距離制御方式を採用することかできる。この
方式の場合は、光セン９−の検出位置とレーザじ−ム照
則位置との間隔をデジタル的に８１測しておいて、パタ
ーン検出を始点としてこのＶ１離に相当するＸ−Ｙテー
ブルの移動が認められるときビーム照射を行なうよ・う
に制御系を構成する。この距離制御の場合は、走査速度
の大小に関係なく常に一定の検出−照Ｑ＝１のタイミン
グが得られる。また一実施例では、１周の光センリーを
回動盤によって変位させ、二つの検出（存置に１７Ｊ１
４１え設定したものである。しかし、この光センリ一の
変位方式すなわら、検出位置切換手段は上記に限定され
るものではなく例えば、二つの検出位置を直線運動で結
ぶ往復作動方式、おるいは二つの検出位置を光センチ−
の揺動て結ぶ揺動作動方式なと適宜に設計して用いるこ
とができる。また、雨検出位置をビーム照射位置を基準
として計測したとき、それぞれ等距離にあるように設定
したものて必るが、これは必ずしも同じでなくてよい。

この場合は、検出位置に対応してそれぞれ別個の遅延回
路を設け、これの設定時間調整で前記距離のズレを補正
するようにする。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明のパターンならい式
し−り°彫刻装買は、光センサーの検出位置を往復走査
の各走占方向にλ１１応して適所に切換的に設定したら
のである。従って、パターンの検出を常に先読みするこ
とかてぎ、レーｊ゛ビーム照ｑ４をタイミングよく行わ
せることができる。このためならいパターンに従った忠
実な彫刻ができるという人ぎな効果を光挿復る。

なお本光１！ＩＪは、主として木材を被加工材とした場
合につい（述Ｉ＼たか、合成樹脂、紙、戊午、布などの
彫刻加工にあっても例外なく適用することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーリ゛彫刻装置の一実施例を示
す模式図　第２図は同じくブロック制御回路図　第３図
は光セン９−における検出位置切換手段の構成を示す正
面図　第４図はならいパターンの一例を示す平面図　第
５図は彫刻状態を示す被加工材の平面図　第６図はなら
いパターンの走査方式を示す説明図　第７図は従来のレ
ーリ゛彫刻装置を示す説明図である。 ′１：×・Ｙテーブル　２：被走査体　３：光センリー
−４：被加工材　５：レーリ゛ヘッド　６：レーリリそ
振機　７：し１、Ｆビーム　８：回動盤　９：受動ギヤ
　１０：駆動キＶ１２：増幅回路　１３：遅延回路　１
５：照射出力制御回路　１６：遅ｇ萌間調整回路　１７
：比較回路　２０：Ｖ／Ｆ変換回路２１：アンドゲート
　２２：照射パルス制御回路　２３：ミラー２４：集光
レンズ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定のならいパターンを有する被走査体を光センサーに
   よって往復方向に走査すると共に、上記被走査体と光セ
   ンサーの相対運動に同調して、被加工材とこれに対向す
   るレーザヘッドを相対移動し、前記光センサーの検出信
   号によって、被加工材へのレーザビームの照射制御を行
   なう加工機おいて、 前記ならいパターンを検出する１個の光センサーを設け
   ると共に、この光センサーに検出位置切換手段を備えさ
   せ、かつこの検出位置切換手段を走査方向と関係的に作
   動して、レーザビーム照射位置を基準として走査線上の
   前側位置または後側位置を検出するようにし、さらに光
   センサーの検出出力を遅延回路を介してレーザビームの
   照射制御回路に出力し、パターン検出からビーム照射ま
   でのタイミングを制御するようにしたパターンならい式
   レーザ彫刻装置。