JP2000114619A - レーザマーキング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常に一定の品質でレーザマーキングできるよ
うにする。 【解決手段】 ガラス板Ｗを載置するＸステージ１０
と、該Ｘステージ１０上のガラス板Ｗの表面にレーザを
照射して該表面にマーキングするレーザマーカ１２とを
備えたレーザマーキング装置において、前記ガラス板Ｗ
の表面に形成されたマーキング部を撮像して、その画像
を入力するＣＣＤカメラ１４と、該カメラ１４により入
力された画像を処理する画像処理装置１６と、該装置に
よる処理結果、例えば線幅とレーザ出力の相関に基づい
て前記レーザマーカ１２の発振部１２Ａから照射される
レーザ出力をフィードバック制御する制御装置１８とを
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザマーキング
装置、特にレーザを照射してマーキングするマーキング
部を高精度に制御するレーザマーキング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種製品に対してその表面に
商品名やロット番号等を直接マーキングすることが行わ
れている。このようなマーキングを行う方法の１つに、
レーザマーキング装置により製品表面にレーザを照射し
て、文字、記号、マーク、バーコード等のコードを直接
マーキングする方法が知られている。

【０００３】このレーザマーキング装置により製品表面
にマーキングする場合、その表面に形成されるマーキン
グ部を常に一定の品質にするためには、マーキング時の
レーザ出力を精度良く制御することが極めて重要とな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザマーキング装置では、マーキングする際のレーザ
出力を、レーザ発振部からの照射光自体をパワーメータ
によりオフライン又はオンラインで測定し、その測定結
果をフィードバックして制御していたため、必ずしも常
に一定の品質のマーキング部が得られないという問題が
あった。

【０００５】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、対象物の表面にレーザを照射してマ
ーキングする際、常に一定の品質のマーキング部を得る
ことができるレーザマーキング装置を提供することを課
題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、対象物を載置
する載置台と、該載置台上の対象物の表面にレーザを照
射して該表面にマーキングするレーザ発振手段とを備え
たレーザマーキング装置において、前記対象物の表面に
形成されたマーキング部を撮像して、その画像を入力す
る撮像手段と、該撮像手段により入力された画像を処理
する画像処理手段と、該画像処理手段による処理結果に
基づいて、前記レーザ発振手段から照射されるレーザ出
力をフィードバック制御する制御手段とを備えた構成と
することにより、前記課題を解決したものである。

【０００７】即ち、本発明においては、レーザ発振手段
から製品（対象物）の表面を照射して、該表面にマーキ
ングするためのレーザの出力（パワー）を、該レーザに
よりマーキングして形成された文字、記号、マーク、コ
ード等のマーキング部を画像として入力し、その画像を
処理した結果に基づいてフィードバック制御するように
したので、実際のマーキング結果を制御に反映させるこ
とが可能となることから、常に一定の品質でマーキング
部を形成することが可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【０００９】図１は、本発明に係る第１実施形態のレー
ザマーキング装置の概略構成を示す説明図である。

【００１０】本実施形態のレーザマーキング装置は、ガ
ラス板（対象物）Ｗを載置するＸステージ（載置台）１
０と、該Ｘステージ１０上のガラス板Ｗの表面にレーザ
を照射して、該表面にマーキングするレーザマーカ（レ
ーザ発振手段）１２とを備えていると共に、前記ガラス
板Ｗの表面に形成されたマーキング部（文字、記号、マ
ーク、コード等）を撮像して、その画像を入力するＣＣ
Ｄカメラ（撮像手段）１４と、該ＣＣＤカメラ１４によ
り入力された画像を処理する画像処理装置（パソコン）
１６と、該処理装置１６による処理結果に基づいて、前
記レーザマーカ１２の発振部１２Ａから照射されるレー
ザ出力をフィードバック制御する制御装置１８とを備え
ている。

【００１１】上記レーザマーカ１２は、その発振部１２
ＡからＹＡＧレーザが発振されるようになっており、上
記ＣＣＤカメラ１４は、１画素が約５０μｍで形成さ
れ、約２５ｍｍ×２０ｍｍの視野でモノクロ画像を取り
込むことができるようになっている。

【００１２】又、上記ＣＣＤカメラ１４の前面には、ハ
ーフミラー付きの照明部２０が取り付けられている。即
ち、図２に拡大して示すように、このＣＣＤカメラ１４
は、その受光部１４Ａの光軸が前記ガラス板Ｗの表面に
平行になるようにＸ軸方向稼働部２２に取り付けられ、
且つ該受光部１４Ａの前方には前記照明部２０が配設さ
れている。この照明部２０は、同軸落射照明であり、上
方に配されたＬＥＤ（光源）２４と、該ＬＥＤ２４から
の照明光を透過して前記ガラス板Ｗの表面を照明すると
共に、該表面からの反射光を矢印方向に反射させて同受
光部１４Ａに入射させるハーフミラー２６が配設された
構成となっている。

【００１３】従って、上記照明部２０は、上記Ｘ軸稼働
部２２によりＣＣＤカメラ１４と一体でＸ軸方向（水平
方向）に稼働する。そして、このＣＣＤカメラ１４は、
マーキング時には図２に示した位置に退避し、マーキン
グ後に図１に示した位置に移動して画像を入力する。

【００１４】このように、上記ＣＣＤカメラ１４は横向
きにして、下方に位置するガラス板Ｗの表面を撮像でき
るようにしてあると共に、Ｘ軸稼働部２２により矢印方
向に進退動可能になっていることから、通常はガラス板
Ｗからレーザ発振部１２Ａまでの高さＨが１００ｍｍ位
しかない該発振部１２Ａの下に移動させ、ガラス板Ｗの
表面から画像を入力することができるようになってい
る。

【００１５】又、前記画像処理装置１６は、前記ＣＣＤ
カメラ１４により撮像した画像を入力するための画像入
力ボードと、入力された画像に対して後述する画像処理
を実行する画像処理ボードと、予め作成してあるレーザ
出力と線幅、ドットサイズ及び色とのそれぞれの相関関
係に関する種々の対象物（ガラス、金属、樹脂等）毎の
データが格納されているメモリ（図示せず）等を内蔵し
ている。

【００１６】本実施形態では、前記画像処理装置１６に
おいて、上記ＣＣＤカメラ１４により撮像して入力され
た画像から、マーキング部の実際の線幅と、予め求めて
あるマーキング部の線幅と、レーザ出力に対応する操作
電流の値との相関関係とに基づいて、目標とする電流値
を算出し、その電流値に相当する制御信号を前記制御装
置１８に出力することにより、レーザマーカ１２の出力
を制御するようになっている。

【００１７】図３は、前記レーザマーカ１２を１０Ａ
（アンペア）近傍の電流で操作して、ガラス板上に線を
マーキングした場合の線幅と電流値との相関の一例を示
したグラフである。

【００１８】このグラフから、１０．０Ａで操作すると
約５０μｍの線幅でマーキングでき、これを０．５Ａ単
位で電流値を変化させ、１５．０Ａにすると約７０μｍ
となり、５Ａ変化させると線幅は約２０μｍ変化するこ
とが分かる。

【００１９】本実施形態では、この図に示した相関を利
用し、図４のフローチャートに従ってレーザマーカ１２
のフィードバック制御を行う。これを、レーザマーカ１
２によりガラス板Ｗにバーコードをマーキングする場合
を例に説明する。

【００２０】まず、図２に示したように、ＣＣＤカメラ
１４を所定位置に退避させた状態で、レーザマーカ１２
に目標の電流値を設定して発振部１２Ａからガラス板上
にレーザを照射して線（バー）をマーキングする（ステ
ップ１）。

【００２１】次いで、レーザ照射を停止し、ＣＣＤカメ
ラ１４を図１の位置に移動させ、該カメラ１４により線
状のマーキング部を撮像して画像入力し、その画像デー
タを画像処理装置１６に取り込む（ステップ２）。な
お、ここではモノクロ（白黒）画像を入力しているが、
以下のように処理する画像は、ＣＣＤカメラ１４がモノ
クロでなくカラーの場合であればＧの出力のみでも十分
である。

【００２２】この画像処理装置１６では、入力時のノイ
ズを除去するために取り込んだ画像データを平滑化し
（ステップ３）、次いで所定の閾値を用いてそのデータ
を２値化し、２値画像とする（ステップ４）。次に、こ
の２値画像を基にバーコードの太さに注目し、太バー、
細バーの線幅を計測し、その線幅が許容値を超えている
か否か比較する（ステップ５）。許容値を超えている場
合には、その範囲に収まるように修正すべき電流値を、
前記図３に示した相関を用いて算出するパワー計算を行
い（ステップ６）、その電流値を制御装置１８に出力
し、次のマーキング時のレーザ出力に対するフィードバ
ック制御を行う。

【００２３】即ち、バーの太さが許容値を超えて太すぎ
た場合には、レーザの電流値を下げ、逆にバーの太さが
許容値を下回って細すぎた場合には、レーザの電流値を
上げる制御を行う。又、所定の電流値にしても目標の線
幅に入らない場合は、レーザランプの劣化等の不具合を
生じている可能性があるため警告を発する。

【００２４】次に、本発明に係る第２実施形態について
説明する。

【００２５】本実施形態のレーザマーキング装置は、マ
ーキングの対象物を鉄板とし、フィードバック制御をす
る際、レーザパワーを電流値と画像入力されたマーキン
グ部の色との相関関係に基づいて計算するようにした以
外は、前記第１実施形態と実質的に同一である。

【００２６】図５は、シャドウマスク（鉄板）にレーザ
マーキングした場合のレーザマーカ１２の電流値変化と
マーキング色（マーキング部の色）の関係を示したもの
である。これは、例えば１５Ａを基準にして実際にマー
キングして実験的に求めたものである。

【００２７】ここでは、マーキング色をＲ、Ｂ、Ｇの各
色を２５６（８ｂｉｔ）階調で表わしている。そして、
Ｒ、Ｂ、Ｇの各許容値が、いずれも２３５〜２５５の間
にあるということも予め求めておく。

【００２８】そこで、例えば、シャドーマスクに対し
て、レーザマーカを１５Ａで操作して、マーキングする
と、マーキング部は薄い灰色になる。この時、Ｒ＝２３
６、Ｇ＝２４０、Ｂ＝２３８であれば、上記許容値内で
あるので問題はないとする。

【００２９】ところが、電流値を２Ａ増加させると、表
面が酸化されて茶系の色になる。このときＲ＝２００、
Ｇ＝１００、Ｂ＝５０となり、上記許容値から外れてい
るので、パワーの補正が必要であることが判る。

【００３０】パワーを補正する場合は、前記図５に示し
たように白から茶へのマーキング色の変化には１Ａ程度
の電流値変化が予想されるので、まず０．５Ａ電流を下
げ再びマーキングし、それが許容幅に入らなければ更に
０．５Ａ下げてマーキングを行うというように調整する
ことにより、レーザの出力を補正制御する。

【００３１】本実施形態による制御を、前記図１のＸス
テージ１０上に、前記ガラス板Ｗに代えてシャドーマス
ク（図示せず）を載置し、その表面に数字をマーキング
する場合を例に、その流れを示すと、前記図４に相当す
る図６のフローチャートのようになる。

【００３２】即ち、本実施形態では、ＬＥＤ光源を白色
にして、カラーＣＣＤカメラ１４によりカラー画像を入
力し、Ｇの出力をモノクロ画像出力と考えて２値化を行
う（ステップ４）。ここで２値化できない場合、つまり
マーキング部が一定面積以上ない場合は電流値不足であ
るので警告を発する（ステップ５、６）。ステップ５で
２値化ができた場合には、ステップ７でＲＧＢ濃度を許
容値と比較し、さらにステップ８、９で実質上前記第１
実施形態のステップ６、７と同様の処理を行う。

【００３３】上記ステップ７のＲＧＢ濃度の許容値との
比較は、前述したように、平滑化した画像データから前
記画像処理装置１６で画像処理をしてＲＧＢ濃度を演算
し、その濃度を許容値と比較した結果、ＲＧＢ各色が８
ｂｉｔ表現で２３５階調以上であれば正常とし、２３５
未満であればパワーを下げてマーキングを行うように電
流値を下げる指示を制御装置１８に出力する。

【００３４】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるも
のでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
ある。

【００３５】例えば、前記実施形態ではマーキングと画
像入力を別々に行う場合を示したが、これに限定され
ず、レーザ照射部に重ならない位置にＣＣＤカメラ１４
を固定し、対象物を動かしながら、マーキングと画像入
力を同時に行うようにしてもよく、又、逆にレーザマー
カ１２とＣＣＤカメラ１４を一緒に動かすようにしても
よい。

【００３６】又、ＣＣＤカメラは、スペース的に余裕が
ある場合には、光軸を垂直にした縦向きで使用してもよ
い。又、横向きで使用する場合でも、周囲が十分に明る
ければ、ＬＥＤはなくともよい。

【００３７】又、前記第１実施形態では、レーザパワー
の演算をマーキング部の線幅との相関に基づいて行う場
合を示したが、これに限らず、ドットでマーキングする
場合には、そのドットの大きさ（径又は面積）との相関
に基づいて行うようにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
常に一定の品質のマーキング部をレーザマーキングする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態のレーザマーキング
装置の概略構成を示す説明図

【図２】上記レーザマーキング装置の要部を拡大して示
す説明図

【図３】操作電流とマーキング部の線幅との相関の一例
を示すグラフ

【図４】第１実施形態の作用を示すフローチャート

【図５】操作電流とマーキング部の色との相関の一例を
示すグラフ

【図６】第２実施形態の作用を示すフローチャート

【符号の説明】

１０…Ｘステージ １２…レーザマーカ １２Ａ…発振部 １４…ＣＣＤカメラ １６…画像処理装置 １８…制御装置 ２０…照明部 ２２…Ｘ軸稼働部 ２４…ＬＥＤ ２６…ハーフミラー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象物を載置する載置台と、該載置台上の
   対象物の表面にレーザを照射して該表面にマーキングす
   るレーザ発振手段とを備えたレーザマーキング装置にお
   いて、 前記対象物の表面に形成されたマーキング部を撮像し
   て、その画像を入力する撮像手段と、 該撮像手段により入力された画像を処理する画像処理手
   段と、 該画像処理手段による処理結果に基づいて、前記レーザ
   発振手段から照射されるレーザ出力をフィードバック制
   御する制御手段とを備えていることを特徴とするレーザ
   マーキング装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記画像処理手段による処理結果が、画像入力されたマ
   ーキング部の線幅であることを特徴とするレーザマーキ
   ング装置。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記画像処理手段による処理結果が、画像入力されたマ
   ーキング部のドットサイズであることを特徴とするレー
   ザマーキング装置。
4. 【請求項４】請求項１において、 前記画像処理手段による処理結果が、画像入力されたマ
   ーキング部の色であることを特徴とするレーザマーキン
   グ装置。
5. 【請求項５】請求項１において、 前記撮像手段が、光軸が前記対象物の表面に平行な受光
   部を有し、 該受光部の前方には、上方に配された光源と、該光源か
   らの照明光を透過して前記対像物の表面を照明すると共
   に、該表面からの反射光を同受光部に入射させるハーフ
   ・ミラーとを有する照明手段が配設され、 該照明手段と前記撮像手段が一体として水平方向に移動
   可能になっていることを特徴とするレーザマーキング装
   置。
6. 【請求項６】請求項５において、前記撮像手段がＣＣＤ
   カメラであり、前記光源がＬＥＤであることを特徴とす
   るレーザマーキング装置。