JPH0741431B2

JPH0741431B2 - レーザによる彫刻方法

Info

Publication number: JPH0741431B2
Application number: JP62252712A
Authority: JP
Inventors: 好秀金原; 正彦丸山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-10-07
Filing date: 1987-10-07
Publication date: 1995-05-10
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPH0195885A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明はレーザをエネルギー源にして彫刻原版に倣っ
て被加工物に彫刻を行なうレーザ彫刻方法に関するもの
である。

［従来の技術］第14図は例えば印刷物等の彫刻原版に倣って被加工物に
彫刻を行なう従来のレーザ彫刻装置の構成図であり、図
において（４）はレーザ発振器、（１）は上記レーザ発
振器（４）の出力レーザのピーク値を設定するレーザ出
力設定器、（２）は例えば印刷物である彫刻原版（９）
の図柄の明暗を検出する光学センサ、（３）は上記レー
ザ出力設定器（１）と上記レーザ発振器（４）間に設け
られたスイッチ手段であり、このスイッチ手段（３）の
制御端子（3a）へ上記光学センサー（２）の出力信号が
入力されて、この信号によりON,OFF制御される。（５）
は彫刻原版（９）に倣って被加工物（８）へレーザ
（Ｌ）を照射して彫刻する彫刻手段であり、上記レーザ
発振器（４）からのレーザ（Ｌ）を偏向するベンドミラ
ー（６）と、上記被加工物（８）へレーザ（Ｌ）を集光
照射する加工ヘッド（７）と、上記被加工物（８）と彫
刻原版（９）を配し、これ等（８），（９）の相対位置
関係を一定に保持してXY座標面上を移動させる駆動手段
（10），（11）を備えた加工テーブル（12）とから構成
されている。

次に動作について説明する。レーザ出力設定器（１）の
出力信号（A₁）はレーザ発振器（４）が彫刻原版（９）
に倣って被加工物（８）に彫刻するのに適した強度のレ
ーザ（Ｌ）を出力する所定の値に設定しておき、制御装
置（図示せず）により駆動手段（10），（11）を駆動し
て上記被加工物（８）と彫刻原版（９）を配した加工テ
ーブル（12）をXY座標面上を往復させると、光学センサ
ー（２）は第15図ａに示すごとき彫刻原版（９）の図柄
の明暗、例えば白黒を識別して、第15図ｂに示すごとく
この図柄が黒地のとき高レベル、白地のとき低レベルの
検知信号（c₁）を出力する。この検知信号（c₁）がスイ
ッチ手段（３）の制御端子（3a）に入力され、このスイ
ッチ手段（３）を高レベル信号入力時にON、低レベル信
号入力時にOFFに制御することにより、上記レーザ出力
設定器（１）の出力信号（A₁）は上記スイッチ手段
（３）により、第15図ｃに示すごとく制御され、レーザ
発振器（４）へレーザ出力設定信号（A₂）として入力さ
れる。そしてこのレーザ発振器（４）は上記レーザ出力
設定信号（A₂）に応じたピーク値と時間巾のレーザ
（Ｌ）を出力し、このレーザ（Ｌ）はベンドミラー
（６）、加工ヘッド（７）を介して上記被加工物（８）
へ集光照射される。この結果この被加工物（８）は上記
彫刻原版（９）に倣って、第15図ｅに示すごとき、この
彫刻原版（９）の黒地部分を彫込んだ同一図柄の彫刻が
なされる。

［発明が解決しようとする課題］以上のように構成されている従来のレーザ彫刻方法にお
いては、被加工物（８）が例えば木材、皮革、プラスチ
ック等で、かつ彫刻の深さを比較的浅くするといった場
合のように、通常の金属等の被加工物の加工時に必要と
するレーザ発振器（４）の定格出力に比較して、レーザ
出力を下げなければならない場合には、上記レーザ発振
器（４）を第３図に示すレーザ出力特性図においてその
レーザ出力のスレッショルド点B₀に近い、低い出力位置
B₁に設定して運転しなければならないが、このような状
態で運転すると、レーザ出力が第15図ｃに示すごとく、
極めて不安定となり、均一な深さの、かつその深さが浅
い彫刻が困難であるなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので通常の金属等の被加工物の加工時に必要とする
レーザ発振器の定格出力より小さい、すなわちレーザ出
力のスレッショルド点に近い領域までレーザ出力を下げ
なければならない場合においても、均一な深さでかつそ
の深さが比較的浅い彫刻ができるレーザ彫刻方法を得る
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る彫刻方法は、彫刻原版の図柄若しくは表
面の高低をセンサーで検知し被加工物を上記彫刻原版に
倣って彫刻するレーザによる彫刻方法において、上記被
加工物の素材に応じて定格出力よりも小さくスレッショ
ルド点に近いレーザ出力で彫刻する場合に、上記レーザ
出力を制御する出力パルス信号の、周波数を定格出力時
よりも高く設定し、かつデイューティを定格出力時より
も下げることにより、上記レーザ出力を定格出力よりも
下げるものである。

［作用］この発明におけるレーザ出力設定信号はレーザ発振器が
安定したレーザを出力する値に設定して出力され、彫刻
原版の図柄若しくは表面の高低を検知するセンサーの出
力信号で制御されると共に、定格出力より小さい、スレ
ッショルド点に近い出力までレーザの出力を下げる場
合、デイューティを定格出力時よりも下げ、かつ、周波
数を定格出力時よりも上げる設定にされたパルス信号で
制御されて上記レーザ発振器へ入力されることにより、
このレーザ発振器は平均エネルギーが小さく、かつピー
ク値の大きな安定したパルス状レーザを出力し、このパ
ルス状レーザの照射により、被加工物は上記彫刻原版に
倣って彫刻される。

［発明の実施例］以下、これ等の発明の一実施例を図について説明する。
第１図はレーザ彫刻装置の構成図であり、図において、
（１）〜（12）は第14図に示す従来のものと同一符号を
付して表わしているように従来例のそれと同じものであ
る。（15）はデイューティ設定器（13）および周波数設
定器（14）からの信号入力により出力パルス信号（c₂）
の周波数とそのデイューティを任意に設定できるパルス
発生器、（16）はこのパルス発生器（15）の出力パルス
信号（c₂）と光学センサー（２）の出力検知信号（c₁）
を入力とするAND回路、（３）はレーザ出力設定信号制
御手段を構成する制御端子（3a）付のスイッチ手段であ
り、上記AND回路（16）の出力パルス信号（c₃）が上記
制御端子（3a）に入力され、上記レーザ出力設定器
（１）から出力されたレーザ出力設定信号（A₁）が上記
スイッチ手段（３）を介して上記レーザ発振器（４）へ
入力される。

次に動作について説明する。光学センサー（２）は第14
図に示した従来例の場合と同様に、例えば印刷物である
彫刻原版（９）の表面に計測用の半導体レーザを照射
し、その反射レーザの反射率の差から、例えば第２図ａ
に示すごとき上記彫刻原版（９）の図柄の明暗、例えば
白黒の相違を識別して第２図ｂに示すごとく上記彫刻原
版（９）が黒白の場合は高レベルの、白地の場合は低レ
ベルの２値からなる検知信号（c₁）を出力する。一方、
パルス発生器（15）はデイューティ設定器（13）および
周波数設定器（14）を適切に設定することにより、第２
図ｃに示すごとき、比較的高い周波数でそのデイューテ
ィが比較的小さな所定の高周波パルス信号（c₂）を出力
する。AND回路（16）は上記二つの信号(c₁),(c₂)を入力
してこれ等の論理積信号（c₃）を出力し、この信号
（c₃）がスイッチ手段（３）の制御端子（3_a）に入力さ
れ、このスイッチ手段（３）は上記パルス信号のON,OFF
に応じON,OFF制御される。それゆえ、レーザ出力設定器
（１）からこのスイッチ手段（３）を介してレーザ発振
器（４）へ入力されるレーザ出力設定信号（A₂）および
この信号（A₂）の入力により上記レーザ発振器（４）か
ら出力されるレーザ（Ｌ）も第２図ｄに示すごとく、上
記AND回路（16）の出力信号と同じ周波数およびデイュ
ーティのものが得られる。この結果、この出力レーザ
（Ｌ）はその平均エネルギーは小さく、かつそのピーク
値が第３図に示すレーザ出力特性において例えばB₂点の
ごとき、スレッショルド点B₀から充分離れた安定な出力
領域に設定され、平均値が低く、安定なレーザ出力が得
られ、彫刻深さが均一で、かつ滑らかな加工が行なわれ
る。なお第14図に示した従来例と同様に、上記被加工物
（８）と彫刻原版（９）はその相対位置が固定されて加
工テーブル（12）上に配されており、駆動手段（10），
（11）で上記加工テーブルごとに往復動されることによ
り、上記被加工物（８）は彫刻原版（９）に倣って彫刻
される。この結果、木材、皮革、プラスチック等の素材
のごとく、上記レーザ発振器（４）の定格出力に対し
て、加工に要すレーザエネルギーが極めて小さな被加工
物（８）に彫刻する場合においても、第２図ｅに示すご
とく深さが均一で、その深さが比較的浅い彫刻がなされ
る。上記第２図ａと第２図ｅの比較することにより明ら
かなごとく、上記彫刻原版（９）の図柄の黒地部分が上
記被加工物（８）では彫込まれており、この被加工物
（８）は上記彫刻原版（９）と同一形状物を注形するた
めの注型用の「型」として用いられる。

第４図は別の実施例であり、第１図に示した実施例とは
光学センサー（２）とAND回路（16）間にインバータ（1
7）を挿入し、光学センサー（２）の出力検知信号
（C₁）の高低レベルを反転させてAND回路（16）へ入力
させた点が異なる。この結果、第１図に示した実施例の
場合は第２図ｅに示すごとく彫刻原版（９）の黒地部分
が被加工物（８）へ凹部となるように彫刻されていた
が、第４図に示すこの実施例では第２図ｆに示すごと
く、上記彫刻原版（９）の白地部分が、上記被加工物
（８）の凹部となるように、すなわち黒地部分が凸部と
なるように彫刻される。

また光学センサー（２）が、彫刻原版（９）の黒白に応
じて、高、低レベルの検知信号を出力する端子の他に、
その反転信号を出力する端子をも備えている場合には、
第４図に示したインバータ（17）を挿入せずとも、上記
光学センサー（２）の二つの信号出力端子の切替によ
り、第２図e,fに示した彫刻を選定することができる。

第５図はまた別の実施例であり、第１図に示した実施例
とは、AND回路（16）の代りに、第２のスイッチ手段（1
8）を第１のスイッチ手段（３）と直列に接続し、光学
センサー（２）の出力検知信号（c₁）を上記第１のスイ
ッチ手段（３）の制御端子（3a）に、パルス発生器（1
5）の出力信号（c₂）を上記第２のスイッチ手段（18）
の制御端子（18a）に接続した点が異なり、第１図に示
した実施例と同様な効果が得られる。

第６図はさらに別の実施例であり、第１図に示した印刷
物のごとき彫刻原版（９）の代りに、その図柄の頂部が
同一高さの平面の凸部をなす彫刻原版（9a）と、平面の
明暗の相違を識別する光学センサー（２）の代りに、上
記彫刻原版（9a）の表面の凸部を判別して高低の２値信
号を出力する光学変位センサー（2a）を用いた点が第１
図に示した実施例とは異なる。この実施例では第７図ａ
に示すごとき、上記彫刻原版（9a）の凸凹すなわち高、
低に応じて、上記光学変位センサー（2a）は第７図ｂに
示すごとく、高、低レベルの検知信号（c₁）を出力し、
この信号（c₁）がAND回路（16）の一方の入力端子に入
力される。このAND回路（16）の他方の入力端子にはパ
ルス発振器（15）の第７図ｃに示すごとき出力パルス信
号（c₂）が入力されることにより、以下第１図に示した
実施例の場合と同様な作用により、レーザ発振器（４）
から第７図ｄに示すごとき高周波パルス状のレーザ
（Ｌ）が出力され、このレーザ（Ｌ）の集光照射によ
り、被加工物（８）は第７図ｅに示すごとく、上記彫刻
原版（9a）の図柄の凸凹が反転した彫刻が、すなわちこ
の彫刻原版（9a）と同一形状物を注型できる「型」が彫
刻される。

また第６図において、光学変位センサー（2a）とAND回
路（16）の入力端子間にインバータ（図示せず）を挿入
して、上記光学変位センサー（2a）の出力信号（c₁）の
反転信号をAND回路（16）へ入力することにより、被加
工物（８）は第６図に示した実施例の場合とは逆に、第
７図ｆに示すごとく、彫刻原版（9a）の平面部が彫られ
て凹部となり、この彫刻原版（9a）と同じ凸凹を有す彫
刻がなされる。

第８図はさらに別の実施例であり、第６図に示した実施
例の頂部が同一高さの平面の凸部を為す彫刻原版（9a）
の代りに、表面の凸部が曲面をなす彫刻原版（9b）と、
単なる高低（深，浅）の２値信号を出力する光学変位セ
ンサー（2a）の代りに上記彫刻原版（9b）の凸部の曲面
の高さの差をリニアに計測して出力する光学変位センサ
ー（2b）を用いると共に、レーザ出力設定信号制御手段
が第６図の実施例に示したスイッチ手段（３）と共に、
このスイッチ手段（３）に直列に接続された加算器（2
0）から構成されており、この加算器（20）の二つの入
力端子の一方にレーザ出力設定器（１）の出力信号
（A₁）が、他方の入力端子に上記光学変位センサー（2
b）の出力信号（c₁）が分率器（19）を介し、この分率
器（19）により、所定の割合に分率されて入力され、上
記二つの入力信号の加算値である上記加算器（20）の出
力信号（A₂）が上記スイッチ手段（３）に入力される。
一方このスイッチ手段（３）の制御端子（3a）にはパル
ス発生器（15）の出力信号（c₂）が入力されている。そ
れゆえに、上記彫刻原版（9b）の断面が第９図ａに示す
形状の場合において、上記光学変位センサー（2b）は第
９図ｂに示すごとき検知信号（c₁）を出力し、この信号
（c₁）が分率器（19）を介して加算器（20）に入力さ
れ、この加算器（20）において、レーザ出力設定器
（１）からの信号（A₁）に加算されることにより、この
加算器（20）の出力信号（A₃）も第９図ｂに示すごとき
波形となって、上記スイッチ手段（３）に入力され、こ
のスイッチ手段（３）にて、第９図ｃに示すごときパル
ス発生器（15）の出力信号（c₂）によりON,OFF制御され
て上記レーザ発振器（４）へ入力される。この結果、こ
のレーザ発振器（４）は第９図ｄに示すごとき、そのピ
ーク値が上記彫刻原版（9b）の凹凸に応じて変化した高
周波パルス状のレーザ（Ｌ）を出力し、上記被加工物
（８）は第９図ｅに示すごとく、彫刻原版（9b）の凸凹
が反転した彫刻が、すなわちこの彫刻原版（9b）と同一
形状物を注型できる「型」が彫刻される。

第10図はさらに別の実施例であり、第８図に示した実施
例において、光学変位センサー（2b）と分率器（19）の
間に反転増巾器（21）を挿入した点が第８図に示した実
施例とは異なり、上記光学変位センサー（2b）の出力信
号（c₁）は、上記反転増巾器（21）により、その極性が
反転され、分率器（19）を介して加算器（20）に入力さ
れる結果、上記被加工物（８）は第９図ｆに示すごと
く、彫刻原版（9b）と同一形状の彫刻を行なう。

第11図は第８図に示した実施例に類似した別の実施例で
あり、図において（22）は光学変位センサー（2b）から
の入力信号が所定のレベル以上では常に高レベルの、所
定のレベル未満では低レベルの２値信号（c₄）を出力す
る比較器（22）であり、この信号（c₄）でAND回路（1
6）を介してスイッチ手段（３）を制御することによ
り、彫刻原版（図示せず）の端部境界を検知時に、レー
ザ発振器（４）の出力レーザのON,OFFを鋭敏に実行で
き、第８図に示した実施例の場合と比較して同等以上の
効果的な倣い彫刻ができる。

第12図は第11図に示した実施例に類似したさらに別の実
施例であり、加算器（20）をデイューティ設定器（13）
とパルス発生器（15）間に挿入して、光学変位センサー
（2b）の出力信号（c₁）を分率器（19）を介して上記加
算器（20）にて上記デイューティ設定器（13）の出力信
号に加算して、上記パルス発生器（15）に入力すること
により、レーザ発振器（４）が出力する高周波パルス状
レーザはそのピーク値は一定で、パルスのデイューティ
が彫刻原版（図示せず）の図柄の凸凹の高さに応じて増
減し、その平均エネルギー値が変化することにより、被
加工物（図示せず）は第９図ｅに示すごとき第11図に示
した実施例と同様な効果が得られる。

第13図はさらに別の実施例であり、彫刻手段（5a）が駆
動手段（24）により回転されるドラム（23）と、光学セ
ンサー（２）および加工ヘッド（７）を取付けた駆動手
段（26）で往復動される構造体（25）から構成されてお
り、上記ドラム（23）上に印刷物のごとき彫刻原版
（９）と皮革等の被加工物（８）を巻付けて配設した点
が第１図に示した実施例と異なり、上記ドラム（23）を
その駆動手段（24）で回転駆動させ、かつ上記構造体
（25）をその駆動手段（26）で往復動させることによ
り、上記被加工物（８）は第１図に示した実施例の場合
と同様に第２図ｅに示すごとき、また上記光学センサー
（２）とAND回路（16）間にインバータ（図示せず）を
挿入して、上記光学センサー（２）の出力信号（c₁）の
反転信号を上記AND回路（16）に入力することにより、
第２図ｆに示すごとき、上記彫刻原版（９）に倣った彫
刻がなされる。

上記第８図および第10図〜第12図に示した実施例におい
て、彫刻原版（9b）の凸部の曲面の高さの計測に光学変
位センサー（2b）を用い、また第６図に示した実施例に
おいて彫刻原版（9a）の凸部の判別に高低の２値信号を
出力する光学変位センサー（2a）を用いたが、これ等彫
刻原版（9a），（9b）の彫刻の深さの計測用センサーと
しては上記光学変位センサー（2a），（2b）に限定する
必要はなく、上記彫刻原版（9a），（9b）が金属であれ
ば静電容量変位センサーを、磁性体であれば磁気変位セ
ンサーを用いてもよい。

［発明の効果］以上のようにこの発明は、被加工物の素材に応じて、定
格出力よりも小さい、スレッショルド点に近いレーザ出
力で被加工物に彫刻する場合に、レーザ出力を制御する
出力パルス信号のデイューティを定格出力時よりも下げ
ることによりレーザ出力を定格出力よりも下げるととも
に、出力パルス信号の周波数を定格出力時よりも高く設
定するものである。

このように、スレッショルド点近くまで出力を下げる場
合に、周波数を定格出力時よりも高く設定することによ
り、全体としてのレーザ出力が同量とした場合にパルス
の回数が増加するため、それと反比例して１パルス当た
りのエネルギー投入時間は短くなり、その結果、１パル
ス毎のレベルで見た場合に、被加工物に対して入熱過多
となることを防止できる。

以上に述べたように、この“周波数を定格出力時よりも
高く設定する”ことと、“デイューティを定格出力時よ
りも下げる”こととの相乗効果によって初めて、スレッ
ショルド点に近いレーザ出力における安定したレーザ発
生が可能となり、深さが均一で、かつ、深さが浅い彫刻
を行なうことが可能となる、といった効果がある。

【図面の簡単な説明】第１図はこの発明の一実施例によるレーザ彫刻装置の構
成図、第２図は第１図に示したレーザ彫刻装置の動作説
明図、第３図はレーザ発振器の特性図、第４図および第
５図は第１図におけるレーザ出力調整回路の変形例をそ
れぞれ示す回路ブロック図、第６図、第８図、第10図お
よび第13図はさらにこの発明の別の実施例をそれぞれ示
すレーザ彫刻装置の構成図、第７図は第６図に示したレ
ーザ彫刻装置の、第９図は第８図および第10図に示した
レーザ彫刻装置の動作説明図、第11図および第12図は第
10図におけるレーザ出力調整回路の変形例をそれぞれ示
す回路ブロック図、第14図は従来のレーザ彫刻装置の構
成図、第15図は第14図に示したレーザ彫刻装置の動作説
明図である。図において、（１）はレーザ出力設定器、（２）は光学
センサー、（３）はレーザ出力設定信号制御手段を構成
するスイッチ手段、（４）はレーザ発振器、（５）は彫
刻手段、（８）は被加工物、（９）は彫刻原版、（13）
はデイューティ設定器、（14）は周波数設定器、（15）
はパルス発生器、（16）はAND回路を示す。なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】彫刻原版の図柄若しくは表面の高低をセン
サーで検知し被加工物を上記彫刻原版に倣って彫刻する
レーザによる彫刻方法において、上記被加工物の素材に
応じて定格出力よりも小さくスレッショルド点に近いレ
ーザ出力で彫刻する場合に、上記レーザ出力を制御する
出力パルス信号の、周波数を定格出力時よりも高く設定
し、かつデイューティを定格出力時よりも下げることに
より、上記レーザ出力を定格出力よりも下げることを特
徴とするレーザによる彫刻方法。