JPH1015676A - スキャニング式レーザマーキング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 被加工物におけるマーキング位置の調整を簡
単、迅速かつ正確に行えるようにする。 【解決手段】 「パターン投射」モードに入ると、制御
部はディスプレイの画面に表示されている起動Ｎｏ．を
識別し（ステップＡ1 ）、この起動Ｎｏ．に対応する描
画データをメモリから検索する（ステップＡ2 ）。マー
キング速度（スキャニング速度）等の条件データについ
ては「パターン投射」モード用の設定値を検索する（ス
テップＡ3 ）。制御部はレーザ発信器をオフ状態にした
まゝＨｅ−Ｎｅレーザを作動させ、ガイド光を点灯させ
る（ステップＡ4 ）。上記検索した描画データ、条件デ
ータに応じたスキャニング制御信号をスキャニングヘッ
ドに送り、被加工物表面上でガイド光のビームスポット
を１回スキャンさせ、この起動Ｎｏ．によるパターンを
描画し、スキャニング動作を他のコマンドが入力される
まで繰り返す（ステップＡ5 →Ａ6 →Ａ7 →Ａ5 ）。

Description

【発明の詳細な説明】

【００１０】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物の表面上
でレーザ光のビームスポットをスキャンして所望のパタ
ーンをマーキングするスキャニング式レーザマーキング
装置に関する。

【００２０】

【従来の技術】スキャニング式のレーザマーキング法
は、被加工物に高密度に集光されたレーザ光を照射し、
該レーザ光をスキャン・ミラーで振って、被加工物表面
上でレーザスポットをスキャンし、ビームスポットの当
たった被加工物表面の微小部分をレーザエネルギーで瞬
間的に蒸発または変色させながら、文字、図形、記号等
の所望のパターンを描画するようにしてマーキング（刻
印）する技術である。

【００３０】一般に、スキャニング式レーザマーキング
装置は、レーザ光を発振出力するレーザ発振部と、この
レーザ発振部からのレーザ光をスキャン（走査）しなが
ら被加工物に向けて集光照射するスキャニングヘッド部
と、レーザ発振部およびレーザ出射部の各々の動作（レ
ーザ発振動作、スキャニング動作）を制御する制御部と
を備えている。

【００４０】スキャニングヘッド部は、そのレーザ出射
口をたとえば作業台上のマーキング加工位置に向けて固
定配置される。作業台上には、装置側から見てソフトウ
ェア上のスキャニング座標が設定されている。被加工物
は、マーキングを施されるべき面（マーキング面）をス
キャニングヘッド部のレーザ出射口側に向けて作業台上
にセットされる。作業台上の被加工物の位置や向きを変
えることで、被加工物におけるマーキング位置（パター
ン形成位置）を調整できる。

【００５０】

【発明が解決しようとする課題】この種のレーザマーキ
ング装置では、被加工物にマーキングされるパターンが
スキャニング座標上の任意の位置に設定され、しかも任
意の拡がりと方向性を有するため、Ｘ，Ｙ方向およびθ
方向で被加工物の位置を合わせする必要がある。

【００６０】従来は、被加工物におけるマーキング位置
を調整ないし決定するために、被加工物のサンプルに所
望のパターンを実際にマーキングしてみて、作業員がそ
の出来具合（マーキング位置）と所望のマーキング位置
との誤差を推し量り、その推し量った誤差に応じて被加
工物の位置を合わせるようにしていた。

【００７０】しかし、そのようにマーキング加工を実施
しながら試行錯誤的に被加工物の位置合わせを行う従来
の方法では、レーザ発振器や被加工物（サンプル）等を
無駄に消耗または消費するだけでなく、位置合わせのた
めに多くの時間と手間を必要とし、生産性が低いという
問題があった。

【００８０】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、被加工物におけるマーキング位置の調整
を簡単、迅速かつ正確に行えるようにしたスキャニング
式レーザマーキング装置を提供することを目的とする。

【００９０】

【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、本発明の第１のスキャニング式レーザマーキング
装置は、レーザ発振部からのマーキング用のレーザ光を
スキャン・ミラーを介して被加工物に照射し、制御部か
らのスキャニング制御信号に応じてスキャニング手段に
より前記スキャン・ミラーを振らせて、前記被加工物の
表面上で前記レーザ光のビームスポットをスキャンし
て、文字、記号または図形等からなる所望のパターンを
マーキングするスキャニング式レーザマーキング装置に
おいて、前記マーキングの工程に先立ち、ガイド光発生
手段からの可視性のガイド光を前記スキャン・ミラーを
介して前記被加工物に照射し、前記制御部からのスキャ
ニング制御信号に応じて前記スキャニング手段により前
記スキャン・ミラーを振らせて、前記被加工物の表面上
で前記ガイド光のビームスポットを連続的に繰り返しス
キャンして、前記パターンとほぼ同一のパターンを有す
る投射像を形成するパターン投射像形成手段を備えた構
成とした。

【０１００】また、本発明の第２のスキャニング式レー
ザマーキング装置は、上記第１の装置において、前記投
射像を形成するためのスキャニング速度を前記マーキン
グ工程のためのスキャニング速度よりも高くする構成と
した。

【０１１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明の
実施例を説明する。

【０１２０】図１に、この実施例によるスキャニング式
ＹＡＧレーザマーキング装置の外観を示す。このＹＡＧ
レーザマーキング装置は、制御電源ユニット１０とレー
ザ発振ユニット１２とスキャニング・ヘッド２０とを有
する。

【０１３０】制御電源ユニット１０において、上部室に
は表示部のディスプレイ１３が設けられ、中間室（前扉
１４の奥）にはキーボードや制御基板が設けられ、下部
室（前扉１６の奥）にはレーザ電源回路やレーザ冷却装
置等が配置されている。中間室内の制御部より発生され
たスキャニング制御信号は所定の信号線（図示せず）を
介してスキャニング・ヘッド２０へ伝送される。スキャ
ニング・ヘッド２０はレーザ発振ユニット１２のレーザ
出射口に取り付けられ、ヘッド２０の真下に作業台１８
が配置されている。この作業台１８の上で、被加工物Ｗ
にマーキングが施される。

【０１４０】図２に、制御電源ユニット１０およびレー
ザ発振ユニット１２内の要部の構成を示す。

【０１５０】レーザ発振ユニット１２内には、マーキン
グ用のＹＡＧレーザ光ＬM を発振出力するためのＹＡＧ
レーザ発振器２２だけでなく、可視性たとえば赤色のガ
イド光ＬG を発生するためのＨｅ−Ｎｅレーザ２４も設
けられている。ＹＡＧレーザ発振器２２より発振出力さ
れたＹＡＧレーザ光ＬM は、先ずミラー２６で光路が直
角に曲げられ、次にミラー２８で光路が直角に曲げられ
てから直進してスキャニング・ヘッド２０へ送られる。
Ｈｅ−Ｎｅレーザ２４より発生されたガイド光ＬG は、
先ずミラー３０で光路が直角に曲げられ、次にミラー３
２で光路が直角に曲げられてからミラー２８を裏側から
透過し、そのまま直進してスキャニング・ヘッド２０へ
送られる。

【０１６０】制御電源ユニット１０内には、ＹＡＧレー
ザ電源部３４、Ｈｅ−Ｎｅレーザ電源部３６、制御部３
８、表示部４０、入力部４２、インタフェース回路４４
等が設けられている。ＹＡＧレーザ電源部３４は、制御
部３８の制御の下でＹＡＧレーザ発振器２２内のレーザ
励起手段（たとえば励起ランプ）に電力を供給する。Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ電源部３６は、制御部３８の制御の下で
Ｈｅ−Ｎｅレーザ２４内のレーザ励起手段（たとえばレ
ーザ管）に電力を供給する。

【０１７０】表示部４０は、制御部３８からの画像デー
タおよび表示制御にしたがってディスプレイ１３に画面
を映し出す。入力部４２には、キーボード、マウス、イ
メージスキャナ等の入力装置が含まれる。インタフェー
ス回路４４は、外部装置（図示せず）とデータや制御信
号等をやりとりするために用いられる。

【０１８０】制御部３８は、マイクロコンピュータから
なり、内蔵のメモリに蓄積されている所定のソフトウェ
アにしたがって所要のデータ処理を行い、装置内の各部
を制御する。特に、制御部３８は、後述するようなスキ
ャニング・ヘッド２０におけるスキャニング動作を制御
するためのスキャニング制御信号を信号線４６を介して
ヘッド２０内のスキャニング駆動回路に供給する。ま
た、ＹＡＧレーザ発振器２２にはピーク出力（尖頭値）
の極めて高いパルスレーザ光を得るためのＱスイッチが
内蔵されており、制御部３８は図示しない制御線を介し
てこのＱスイッチの制御をも行う。

【０１９０】図３に、スキャニング・ヘッド２０内のス
キャニング機構の構成例を示す。このスキャニング機構
は、互いに直交する回転軸５２ａ，５４ａに取り付けら
れたＸ軸スキャン・ミラー５２およびＹ軸スキャン・ミ
ラー５４と、両ミラー５２，５４をそれぞれ回転振動
（首振り）させるＸ軸ガルバノメータ５６およびＹ軸ガ
ルバノメータ５８を有している。

【０２００】スキャニング・ヘッド２０内に入って来た
レーザ発振ユニット１２からのレーザ光ＬM および／ま
たはガイド光ＬG は、先ずＸ軸スキャン・ミラー５２に
入射して、そこで全反射してからＹ軸スキャン・ミラー
５４に入射し、このミラー５４で全反射してのちｆθレ
ンズ６０を通って被加工物Ｗのマーキング加工面に集光
照射する。マーキング面上のビームスポットＳＰの位置
は、Ｘ方向においてはＸ軸スキャン・ミラー５２の振れ
角によって決まり、Ｙ方向においてはＹ軸スキャン・ミ
ラー５４の振れ角によって決まる。

【０２１０】Ｘ軸スキャン・ミラー５２は、Ｘ軸ガルバ
ノメータ５６の駆動で矢印Ａ，Ａ’方向に回転振動（首
振り）する。一方、Ｙ軸スキャン・ミラー５４は、Ｙ軸
ガルバノメータ５８の駆動で矢印Ｂ，Ｂ’方向に回転振
動（首振り）する。

【０２２０】Ｘ軸ガルバノメータ５６には、Ｘ軸スキャ
ン・ミラー５２に結合された可動鉄片（回転子）と、こ
の可動鉄片に接続された制御バネと、固定子に取り付け
られた駆動コイルとが内蔵されている。Ｘ軸ガルバノメ
ータ駆動回路（図示せず）よりＸ方向スキャニング制御
信号に応じた駆動電流が電気ケーブル６２を介してＸ軸
ガルバノメータ５６内の該駆動コイルに供給されること
で、該可動鉄片（回転子）が該制御バネに抗してＸ軸ス
キャン・ミラー５２と一体にＸ方向スキャニング制御信
号の指定する角度に振れるようになっている。

【０２３０】Ｙ軸ガルバノメータ５８も同様の構成を有
しており、Ｙ軸ガルバノメータ駆動回路（図示せず）よ
りＹ方向スキャニング制御信号に応じた駆動電流が電気
ケーブル６４を介してＹ軸ガルバノメータ５８内の駆動
コイルに供給されることで、Ｙ軸ガルバノメータ５８内
の可動鉄片（回転子）がＹ軸スキャン・ミラー５４と一
体にＹ方向スキャニング制御信号の指定する角度に振れ
るようになっている。

【０２４０】したがって、レーザ発振ユニット１２から
のレーザ光ＬM および／またはガイド光ＬG がスキャニ
ング・ヘッド２０内に所定のタイミングで入ってくる度
に、それと同期して両ガルバノメータ５６，５８がＸ方
向およびＹ方向スキャニング制御信号に応じてＸ軸スキ
ャン・ミラー５２およびＹ軸スキャン・ミラー５４をそ
れぞれ所定の角度で振ることにより、被加工物Ｗのマー
キング面上でレーザ光ＬM および／またはガイド光ＬG
のビームスポットＳＰがスキャンされる。

【０２５０】図４に、制御電源ユニット１０のディスプ
レイ１３で表示される設定画面の一例を示す。画面の左
側領域において、最上段には現在のモード（図示のモー
ドは「起動待機」モード」）が表示される。その下に、
当該マーキング動作を指定するための起動Ｎｏ．が表示
され、その下にその起動Ｎｏ．のマーキング動作を規定
する条件データすなわちＱスイッチ周波数、マーキング
速度、ランプ電流、アパーチャＮｏ．等の各種条件デー
タの設定入力値が列挙して表示される。画面の右側領域
には、当該起動Ｎｏ．のパターンを規定する描画データ
が画像としてＸ−Ｙ座標上に表示される。

【０２６０】制御部３８内のＲＯＭには、起動Ｎｏ．単
位で所望のパターンを規定する描画データや各種条件デ
ータを設定入力するための「設定入力」モード用のソフ
トウェア、起動Ｎｏ．単位でマーキング動作を実行制御
するための「マーキング実行」モード用のソフトウェア
等が格納される。また、制御部３８内のＲＡＭまたは外
部記憶装置には、各起動Ｎｏ．毎に設定入力された描画
データおよび条件データ等が図５に示すような対応関係
をもって所定の記憶位置に格納される。

【０２７０】なお、本実施例では、後述するような「パ
ターン投射」モードを実行するためのソフトウェアおよ
び設定値もそれぞれ制御部３８内のＲＯＭおよびＲＡＭ
に格納される。

【０２８０】このレーザマーキング装置では、図４に示
すような「起動待機」モード以外に「設定入力」モー
ド、「マーキング実行」モード、そして本実施例よる
「パターン投射」モードがある。入力部４２のキーボー
ドまたはマウス等から所定のコマンドを入力することに
よって、各モードに切り換えられる。

【０２９０】図６に、「パターン投射」モードにおける
制御部３８の処理動作をフローチャートで示す。

【０３００】たとえば図４に示す例で、この「パターン
投射」モードに入ると、制御部３８は、先ずディスプレ
イ１３の画面に現在表示されている起動Ｎｏ．（Ｎｏ．
３）を識別し（ステップＡ1 ）、次いでこの起動Ｎｏ．
（Ｎｏ．３）に対応する描画データＤｍ1 （「ＡＢＣ
Ｄ」の画像データ）をメモリから検索する（ステップＡ
2 ）。ただし、マーキング速度（スキャニング速度）等
の条件データについては「パターン投射」モード用の設
定値を検索する（ステップＡ3 ）。なお、「パターン投
射」モード用のスキャニング速度は、マーキング工程用
の設定値よりも高い値に設定されるのが普通である。

【０３１０】次に、制御部３８は、ＹＡＧレーザ発振器
２２をオフ状態にしたまま、Ｈｅ−Ｎｅレーザ電源部３
６を通じてＨｅ−Ｎｅレーザ２４を作動させ、ガイド光
ＬGを点灯させる（ステップＡ4 ）。そして、上記検索
した描画データおよび条件データに応じたスキャニング
制御信号をスキャニング・ヘッド２０に送って、被加工
物Ｗの表面上でガイド光ＬG のビームスポットＳＰを１
回スキャンさせ、被加工物Ｗの表面上にこの起動Ｎｏ．
（Ｎｏ．３）によるパターン（「ＡＢＣＤ」の文字）を
描画する（ステップＡ5 ）。このスキャニング動作を、
他のコマンドが入力されるまで連続的に繰り返す（ステ
ップＡ5 →Ａ6 →Ａ7 →Ａ5 ）。なお、この繰り返しの
スキャニングにおいて、ビームスポットＳＰはパターン
の終点から始点へ幾らかの時間を費やして戻る。スキャ
ン・ミラーの限界速度を上げることで、このビームスポ
ットＳＰのリターン時間を短縮化できる。

【０３２０】このように、可視性（赤色）のカイド光Ｌ
G によるパターン（「ＡＢＣＤ」の文字）描画が連続的
に繰り返されることで、人間の持つ視覚的な残像効果に
よって、被加工物Ｗの表面上には該パターン（「ＡＢＣ
Ｄ」の文字）の定在的な投射像が形成される。

【０３３０】したがって、作業員は、パターン（「ＡＢ
ＣＤ」の文字）の投射像が被加工物Ｗにおいて所望のマ
ーキング位置（箇所）に一致するように被加工物Ｗの位
置を調整すればよい。

【０３４０】たとえば、図７に示すように、パターン
（「ＡＢＣＤ」の文字）の投射像に対して被加工物Ｗが
傾いているときは（図７の(A) ）、被加工物Ｗをθ方向
に回転移動させればよく、それでも被加工物ＷがＸＹ方
向でずれているときは（図７の(B) ）、Ｘ，Ｙ方向に平
行移動させればよい。この間、パターン（「ＡＢＣＤ」
の文字）の投射像が一定の位置に定在しているので、こ
のパターン投射像を基準として被加工物Ｗの位置合わせ
を迅速かつ適確に行うことができる。

【０３５０】上記のようにして「パターン投射」モード
で被加工物Ｗの位置合わせを行ったなら、作業員は「マ
ーキング実行」モードのコマンドを入力すればよい。

【０３６０】図８に、「マーキング実行」モードにおけ
る制御部３８の処理動作をフローチャートで示す。

【０３７０】「マーキング実行」モードに入ると、制御
部３８は、先ずディスプレイ１３の画面に現在表示され
ている起動Ｎｏ．（Ｎｏ．３）を識別し（ステップＢ1
）、次いでこの起動Ｎｏ．（Ｎｏ．３）に対応する描
画データＤｍ1 （「ＡＢＣＤ」の画像データ）および条
件データ（Ｑスイッチ周波数、マーキング速度等）をメ
モリから検索する（ステップＢ2 ）。

【０３８０】次に、制御部３８は、ＹＡＧレーザ電源部
３４およびＨｅ−Ｎｅレーザ電源部３６を通じてそれぞ
れＹＡＧレーザ発振器２２およびＨｅ−Ｎｅレーザ２４
を作動させ、ＹＡＧレーザ光ＬM およびガイド光ＬG を
それぞれ点灯させる（ステップＢ3 ，Ｂ4 ）。そして、
上記検索した描画データおよび条件データに応じたスキ
ャニング制御信号をスキャニング・ヘッド２０に送っ
て、被加工物Ｗの表面上でＹＡＧレーザ光ＬM およびガ
イド光ＬG のビームスポットＳＰを１回スキャンさせ、
被加工物Ｗの表面上にこの起動Ｎｏ．（Ｎｏ．３）によ
るパターン（「ＡＢＣＤ」の文字）を描画する（ステッ
プＡ5 ）。

【０３９０】このスキャニング動作により、被加工物Ｗ
の表面上では、ＹＡＧレーザ光ＬMのビームスポットの
当たった被加工物表面の微小部分がレーザエネルギーで
瞬間的に蒸発または変色し、結果として当該パターン
（「ＡＢＣＤ」の文字）がマーキング（刻印）される。
また、可視光（赤色）のガイド光ＬG のビームスポット
が非可視光（赤外線）のＹＡＧレーザ光ＬM のビームス
ポットと同じパターンを描くため、マーキングの軌跡が
目視で確認できる。

【０４００】通常は、１回のスキャニングでマーキング
加工は完了する。したがって、１回のスキャニングを行
ったなら、そこでスキャニング制御信号を止め（ステッ
プＢ6 ）、ＹＡＧレーザ光ＬM およびガイド光ＬG を消
灯させる（ステップＢ7 ）。なお、必要に応じてマーキ
ング加工用のスキャニングを複数回繰り返し行うことも
可能である。

【０４１０】上記のような「マーキング実行」モードで
ＹＡＧレーザ光ＬM によるスキャニングが行われること
により、被加工物Ｗの表面上には、たとえば図７の(C)
に示すように直前の「パターン投射」モードで位置合わ
せした所望の位置に投射像と同一のパターンでマーキン
グ（刻印）が施される。

【０４２０】なお、ガイド光発生手段（Ｈｅ−Ｎｅレー
ザ２４）は、人間（作業員）に「マーキング実行」モー
ドにおけるマーキングの軌跡を目視確認させる目的で、
従来より備えられているものである。本実施例の装置で
は、このガイド光発生手段（Ｈｅ−Ｎｅレーザ２４）を
「パターン投射」モードに兼用させて、ガイド光ＬGに
よるパターン投射像を得るようにしている。したがっ
て、「パターン投射」モードのために、新たにガイド光
発生手段を設ける必要はない。

【０４３０】上記した実施例によるＹＡＧレーザマーキ
ング装置は、マーキング用のレーザ発振部をＹＡＧレー
ザ発振器で構成し、ガイド光発生手段をＨｅ−Ｎｅレー
ザで構成した。しかし、それらは一例であり、本発明に
おいては任意のマーキング用レーザ発振部および任意の
ガイド光発生手段が使用可能である。

【０４４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ・マーキング工程に先立ち、被加工物の表面上で
可視性のガイド光のビームスポットを連続的に繰り返し
スキャンして、マーキングのパターンとほぼ同一のパタ
ーンを有する投射像を形成するようにしたので、被加工
物におけるマーキング位置の調整を簡単、迅速かつ正確
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるスキャニング式ＹＡＧ
レーザマーキング装置の外観を示す斜視図である。

【図２】実施例の装置における制御電源ユニットおよび
レーザ発振ユニット内の要部の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】実施例の装置におけるスキャニング・ヘッド内
のスキャニング機構の構成例を示す斜視図である。

【図４】実施例の装置において制御電源ユニットのディ
スプレイで表示される設定画面の一例を示す図である。

【図５】実施例の装置における設定値のデータ管理のフ
ォーマット例を示す図である。

【図６】実施例の装置における「パターン投射」モード
のための制御部の処理動作を示すフローチャートであ
る。

【図７】実施例の装置における「パターン投射」モード
での被加工物Ｗの位置合わせの例を示す図である。

【図８】実施例の装置における「マーキング実行」モー
ドのための制御部の処理動作を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

２０ スキャニング・ヘッド ２２ ＹＡＧレーザ発振器 ２４ Ｈｅ−Ｎｅレーザ ２６〜３２ ミラー ３４ ＹＡＧレーザ電源部 ３６ Ｈｅ−Ｎｅレーザ電源部 ３８ 制御部 ４０ 表示部 ４２ 入力部 Ｗ 被加工物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振部からのマーキング用のレー
   ザ光をスキャン・ミラーを介して被加工物に照射し、制
   御部からのスキャニング制御信号に応じてスキャニング
   手段により前記スキャン・ミラーを振らせて、前記被加
   工物の表面上で前記レーザ光のビームスポットをスキャ
   ンして、文字、記号または図形等からなる所望のパター
   ンをマーキングするスキャニング式レーザマーキング装
   置において、 前記マーキングの工程に先立ち、ガイド光発生手段から
   の可視性のガイド光を前記スキャン・ミラーを介して前
   記被加工物に照射し、前記制御部からのスキャニング制
   御信号に応じて前記スキャニング手段により前記スキャ
   ン・ミラーを振らせて、前記被加工物の表面上で前記ガ
   イド光のビームスポットを連続的に繰り返しスキャンし
   て、前記パターンとほぼ同一のパターンを有する投射像
   を形成するパターン投射像形成手段を備えたことを特徴
   とするスキャニング式レーザマーキング装置。
2. 【請求項２】 前記投射像を形成するためのスキャニン
   グ速度を前記マーキング工程のためのスキャニング速度
   よりも高くすることを特徴とする請求項１に記載のスキ
   ャニング式レーザマーキング装置。