JP2004351512A - レーザマーキング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】CPUやD/A変換器等の性能を向上させることなく、高品質な印字を行うことが可能なレーザマーキング装置を提供する。
【解決手段】角度検出部22からの検出角度電圧信号は信号増幅回路23によって2倍に増幅され、この増幅角度電圧信号が、差動増幅回路24の一方の入力側に与えられる。制御部32からの座標データは、D/A変換器25を介して目標角度電圧信号に変換されて、差動増幅回路24の他方の入力側に与えられる。差動増幅回路24の出力側には、V/I変換回路26が接続され、このV/I変換回路26の出力側には前記ガルバノスキャナ20のガルバノ駆動コイル21が接続され、目標角度電圧信号に基づく目標角度と、増幅角度電圧信号に基づく、ガルバノミラー20Vの現在の回動角度の2倍の回動角度との差分に応じた電流をガルバノ駆動コイル21に流すようになっている。
【選択図】 図2
【解決手段】角度検出部22からの検出角度電圧信号は信号増幅回路23によって2倍に増幅され、この増幅角度電圧信号が、差動増幅回路24の一方の入力側に与えられる。制御部32からの座標データは、D/A変換器25を介して目標角度電圧信号に変換されて、差動増幅回路24の他方の入力側に与えられる。差動増幅回路24の出力側には、V/I変換回路26が接続され、このV/I変換回路26の出力側には前記ガルバノスキャナ20のガルバノ駆動コイル21が接続され、目標角度電圧信号に基づく目標角度と、増幅角度電圧信号に基づく、ガルバノミラー20Vの現在の回動角度の2倍の回動角度との差分に応じた電流をガルバノ駆動コイル21に流すようになっている。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガルバノスキャニング方式のレーザマーキング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のレーザマーキング装置として、従来、レーザ光源からのレーザ光をガルバノミラー機構を使って2次元的に走査し、印字対象物上に文字、記号、図形等の印字パターンを印字する、いわゆるガルバノスキャニング方式のレーザマーキング装置がある(下記、特許文献1参照)。
【0003】
この種のレーザマーキング装置のガルバノミラー機構は、レーザ光源からのレーザ光を反射するガルバノミラーと、これを駆動するガルバノ駆動コイルとを備え、ガルバノ駆動コイルに電流を流すことでガルバノミラーを回動させるようになっており、ガルバノミラーを所要角度だけ回動させるためにサーボ回路を備える。また、上記レーザマーキング装置には、所定の印字情報に基づき上記印字パターンを所定の単位線分に分解し、この単位線分を構成する始点及び終点を含む複数の座標点に対応して、ガルバノミラーの各回動角度に応じた目標角度信号を生成して出力する制御手段が設けられている。そして、サーボ回路では、制御手段からの目標角度信号と、角度検出手段により検出されたガルバノミラーの実際の回動角度信号との差分に応じた電圧をV/I変換し、その電流をガルバノ駆動コイルに供給するようになっており、これによりできるだけ高速で目標角度にガルバノミラーを回動させ得るようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−32168号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、制御手段で生成される各目標角度信号の分解能は、この制御手段を構成するCPUの情報処理能力や上記目標角度信号をD/A変換するD/A変換器の分解能(例えばビット数など)と、設定される印字エリアによって定まる。具体的には、CPUの性能が14bitであって、印字エリアが90mmとした場合には、分解能は90mm/214=約5.5μmとなり、制御手段では、約5,5μmの位置偏差の複数の座標点に対応する目標角度信号が順次生成され、印字対象物上のレーザ光の照射点が約5.5μmの単位移動量で順次移動することになる。従って、例えば、比較的に小さいサイズの印字パターンを印字する場合には、その印字パターンを構成する各線要素の長さに対する座標点の位置偏差(約5.5μm)が相対的に大きくなるために、印字品質に影響を及ぼすおそれがある。なお、このような影響は、特に、上記線要素が曲線の場合に、より顕著となる。
【0006】
これに対して、情報処理能力のより高いCPUや、分解能の高いD/A変換器に取り替えることも容易に考えられるが、これのような高性能のCPUやD/A変換器は高価であるために、レーザマーキング装置のコストが高くなってしまい、好ましくない。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、CPUやD/A変換器等の性能を向上させることなく、高品質な印字を行うことが可能なレーザマーキング装置を提供するところにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明に係るレーザマーキング装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を反射させてその方向を変えるガルバノミラーと、このガルバノミラーを回動させることにより印字対象物上に形成される前記レーザ光の照射点の位置を変化させるためのガルバノ駆動コイルと、前記ガルバノミラーの回動角度を検出して、その検出回動角度に対応する検出角度信号を出力する角度検出手段と、前記印字対象物上に印字する文字、記号、図形等の印字パターンを構成する各線要素の始点及び終点を含む複数の座標点に対応して、前記ガルバノミラーの各回動角度に応じた目標角度信号を出力する制御手段と、前記ガルバノ駆動コイルに電流を与えて駆動させるガルバノコイル駆動手段と、前記角度検出手段からの前記検出角度信号を、実際の検出回動角度よりも大きな回動角度に対応する増幅角度信号として出力する信号増幅手段とを備えて、前記ガルバノコイル駆動手段は、前記制御手段からの前記目標角度信号と、前記信号増幅手段からの前記増幅角度信号との差分に応じた値の電流を前記ガルバノ駆動コイルに与えることが可能な構成になっているところに特徴を有する。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1に記載の請求項1記載のレーザマーキング装置において、前記角度検出手段からの前記検出角度信号を、前記信号増幅手段を介して前記ガルバノコイル駆動手段に与える増幅ルートと、前記信号増幅手段を介さずに前記ガルバノコイル駆動手段に与える非増幅ルートとの間で切換可能な切換手段が設けられているところに特徴を有する。
【0010】
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の請求項1又は請求項2に記載のレーザマーキング装置において、前記信号増幅手段は、設定増幅率を有し、この設定増幅率に基づき前記検出角度信号を増幅して前記増幅角度信号として出力するよう構成され、前記設定増幅率を設定変更可能な調整手段を備えているところに特徴を有する。
【0011】
【発明の作用及び効果】
<請求項1の発明>
本構成によれば、信号増幅手段によって、角度検出手段からの検出回動角度に対応する検出角度信号は、(設定増幅率に基づき)上記検出回動角度より大きな回動角度に対応する増幅角度信号として出力される。一方、制御手段によって、印字対象物上に印字する文字等の印字パターンを構成する各線要素の始点及び終点を含む複数の座標点に対応して、ガルバノミラーの各回動角度に応じた目標角度信号が出力される。そして、ガルバノコイル駆動手段は、上記信号増幅手段からの増幅角度信号と、目標角度信号との差分に応じた値の電流をガルバノ駆動コイルに与えるようになっている。つまり、ガルバノミラーを回動させるべき目標角度と、ガルバノミラーの実際の回動角度に設定増幅率を乗じた増幅回動角度との偏差に応じた電流がガルバノ駆動コイルに与えられるようになっている。
【0012】
これにより、例えば上記設定増幅率が例えば2である場合、ガルバノコイル駆動手段には、ガルバノミラーの実際の回動角度の2倍の回動角度に対応する増幅角度信号が与えられることになる。そうすると、制御手段から上記目標角度信号がガルバノコイル駆動手段に与えられる毎に回動するガルバノミラーの単位回動角度量は、角度検出手段からの検出回動角度に対応する検出角度信号を増幅せずにそのままガルバノコイル駆動手段に与える場合(設定増幅率1の場合)に比べて約1/2になる。即ち、従って、制御手段から目標角度信号によって指示された印字パターンのサイズ及びその各座標点の位置偏差に対して、約1/2に縮小されたサイズ及び座標点間隔の印字パターンを印字対象物上に印字させることができる。
【0013】
以上のように、角度検出手段からの検出回動角度に対応する検出角度信号を、(設定増幅率に応じて)増幅した回動角度に応じた増幅角度信号として、ガルバノコイル駆動手段にフィードバックさせるように構成した。これにより、制御手段を構成するCPU等の性能を変えることなく、制御手段からガルバノコイル駆動手段に目標角度信号が与える毎に移動するレーザ光の照射点の単位移動量を小さくさせることができ、サイズの小さい印字パターンでも高品質の印字を行うことができる。
【0014】
<請求項2の発明>
本構成によれば、例えば、レーザマーキング装置の本来の仕様に適合した通常のサイズの印字パターンを印字する場合には、切換手段によって非増幅ルート側に切り換えて印字を行う。一方、例えば、仕様に適合しない比較的にサイズの小さい印字パターンを印字する場合には、切換手段によって増幅ルート側に切り換えて、目標角度信号の出力タイミング間におけるレーザの照射点の単位移動量を小さくして印字を行う。これにより、通常サイズの印字パターンとそれより小さい印字パターンのいずれに対しても高品質な印字を行うことができる。
【0015】
<請求項3の発明>
本構成によれば、調整手段によって信号増幅手段における設定増幅率が変更設定できるようになっているから、種々の印字パターンに対して最適な増幅率に設定して印字を行うことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態について、図1〜図4を参照しつつ説明する。
【0017】
1.レーザマーキング装置の概要
本実施形態のレーザマーキング装置1は、図1に全体が示されており、同図において、符号10は、レーザ光源であって、ここから出射されたレーザ光Lはガルバノスキャナ20によって向きが変更される。ガルバノスキャナ20は、一対のガルバノミラー20V,20W、ガルバノ駆動手段20X、20Y及び収束レンズ20Zを備えており、一方のガルバノミラー20Vは、ガルバノ駆動手段20Xによって縦方向に角度を変移させることができ、他方のガルバノミラー20Wは、ガルバノ駆動手段20Yによって横方向に角度を変移させることができる。他方のガルバノミラー20Wからのレーザ光Lが収束レンズ20Z(例えばfθレンズ)で収束されて印字対象物W上にレーザ光Lの照射点が形成される。そして、これら両ガルバノミラー20V,20Wにより、レーザ光Lが2方向に向きを変えられ、上記照射点が、印字対象物W上を二次元的に移動するようになっている。
【0018】
コントローラ30には入力設定部31及び制御部32が備えられ、この制御部32は、印字すべき文字、記号、図形等の印字パターンに関する印字情報に基づいて印字対象物W上の印字位置に対応する複数の座標データ(本発明の「目標角度信号」に相当)と、オンオフ制御信号を生成する。そして、制御部32は、複数の座標データを所定のタイミングで順次ガルバノスキャナ20に与えて各ガルバノミラー20V,20Wの回動角度を制御するとともに、オンオフ制御信号をレーザ光源10に与えてオンオフ動作を制御する。
以上の構成により印字対象物W上に上記印字パターンを印字することができる。
【0019】
2.具体的構成
次に、図2には、本実施形態のレーザマーキング装置1のブロック図が示されている。なお、一方のガルバノミラー20V及びガルバノ駆動手段20X側と、他方のガルバノミラー20W及びガルバノ駆動手段20Y側とでは構成が同じなので、以下、一方のガルバノミラー20V及びガルバノ駆動手段20X側の構成を例に挙げて説明する。
【0020】
(1)コントローラ
上述したように、コントローラ30は、入力設定部31と制御部32とを備えて構成されている。このうち、入力設定部31は、例えば印字したい印字パターンに関する印字情報(例えば、文字、図形及び記号、そのサイズ、印字速度など)を入力するためのコンソールであって、図示はしないが併せて表示部を備えて入力した内容を確認できるようになっている。制御部32は、CPUと、各種の印字パターンに関するフォント情報を記録したフォントメモリとを備え、入力設定部31で入力された印字パターンを示すコードデータに基づいて、フォントメモリからフォント情報を読み出して印字パターンを線要素に分解し、その線要素の始点、終点を含む複数の座標点Xの座標データを順次生成して図示しないメモリに書き込む。
【0021】
具体的には、制御部32は、上記各線要素についてCPUの情報処理能力に応じた所定間隔(以下、「座標点生成間隔M」という)毎の複数の座標点Xを定め、それぞれの座標点Xに対応して、ガルバノミラー20Vの各回動角度に応じた複数の座標データを生成する。そして、入力設定部31で印字動作の開始信号が入力されると、上記メモリに格納されている座標データを順次読み出して、設定される印字速度に基づいて算出された出力タイミングTで順次ガルバノ駆動手段20Xに与える。
【0022】
(2)ガルバノ駆動手段
ガルバノ駆動手段20Xは、サーボ回路によってガルバノ駆動コイル21に供給する電流の向きと大きさとを制御するものであり、制御部32からの座標データと、ガルバノスキャナ20のガルバノミラー20Vの回動角度を検出し、その検出回動角度に応じた検出角度電圧信号を出力する角度検出部(例えばロータリエンコーダ)22からの信号とを受けてガルバノミラー20Xの回動角度をフィードバック制御する。
【0023】
さて、本実施形態では、角度検出部22から出力される検出角度電圧信号は、設定増幅率Aが例えば2に設定されている信号増幅回路23によって2倍に増幅され、この増幅角度電圧信号が、差動増幅回路24(本発明の「ガルバノコイル駆動手段」に相当)の一方の入力側に与えられるようになっている。また、制御部32からの座標データは、D/A変換器25を介して目標角度電圧信号に変換されて、差動増幅回路24の他方の入力側に与えられるようになっている。そして、差動増幅回路24の出力側には、V/I変換回路26が接続され、このV/I変換回路26の出力側には前記ガルバノスキャナ20のガルバノ駆動コイル21が接続され、上記目標角度電圧信号に基づく目標角度と、上記増幅角度電圧信号に基づく、ガルバノミラー20Vの現在の回動角度の2倍の回動角度との差分に応じた電流をガルバノ駆動コイル21に流すようになっている。
【0024】
ここで、例えば従来と同様に、角度検出部22からの現在の検出回動角度に対応した検出角度信号(本発明の「検出回動角度に対応する電圧信号」に相当)を増幅せずにそのまま差動増幅回路24に与える構成(即ち、本実施形態において設定増幅率Aが1の構成)とする。すると、制御部32からの座標データがガルバノ駆動手段20Xに与えられる毎に、ガルバノミラー20Vは、上記座標点生成間隔Mに対応するΔθ1の単位角度量ずつ回動し、これにより印字対象物W上のレーザ光Lの照射点が上記座標点生成間隔Mずつ移動することになる。
【0025】
これに対して、本実施形態のように、検出角度信号を2倍に増幅した増幅角度信号を差動増幅回路24に与えるようにすると、差動増幅回路24において、現在の検出回動角度が実際の検出回動角度の2倍の回動角度として捉えられることになり、結果として、図3に示すように、1つの座標データの出力に基づくガルバノミラー20Vの回動角度は、増幅しない構成(同図で1点破線)に比べて緩やかなカーブを描いてΔθ1/2の回動角度に収束することになる(同図で実線)。つまり、1つの座標データの出力に基づくレーザ光Lの照射点の単位移動量が、上記座標点生成間隔Mの1/2になる。これにより、制御部32からの座標データによって指示された印字パターンのサイズ及びその座標点生成間隔Mに対して、約1/2に縮小されたサイズ及び座標点間隔の印字パターンを印字対象物W上に印字させることができる。
【0026】
3.本実施形態の作用効果
例えば図4(A)に示すように、比較的に小さいサイズの半径Rの円を印字したい場合、制御部32ではこの円を上記座標点生成間隔Mに基づく3点の座標点Xに対応する座標データが生成されるが、これでは、滑らかな曲線を描くことはできず印字品質が低下してしまう。そこで、例えば同図(B)に示すように、制御部32で上記半径Rの2倍の円(半径2×R)を描くためのフォント情報に基づき座標データを生成するようにすれば、座標点生成間隔Mに基づき6点の座標点Xに対応する座標データが生成される。すると、この2倍の円の座標データに応じた目標角度電圧信号と、実際の検出回動角度の2倍の回動角度に応じた検出角度電圧信号とが差動増幅回路24に与えられ、これにより、印字対象物W上のレーザ光Lの照射点は、座標点生成間隔Mの1/2の座標点間隔(M/2)の6つの座標点Xをなぞるように移動し、もって滑らかな曲線の半径Rの円を印字することができる(同図(C)参照)。
【0027】
なお、本実施形態では、制御部32は、入力設定部31にて入力設定されたサイズに対して信号増幅回路23の設定増幅率A(本実施形態では2)を乗じたサイズのフォント情報に基づき座標データを生成するようになっている。
【0028】
以上のように、角度検出部22からの検出角度電圧信号を、設定増幅率Aに応じて増幅した回動角度に対応する増幅角度電圧信号として、ガルバノ駆動手段20X,20Yにフィードバックさせるように構成した。これにより、制御部32のCPUや、ガルバノ駆動手段20X,20YのD/A変換器25の性能を変えることなく、制御部32から座標データがガルバノ駆動手段20X,20Yに与える毎に移動するレーザ光Lの照射点の単位移動量を小さくさせることができ、サイズの小さい印字パターンでも高品質の印字を行うことができる。
【0029】
<第2実施形態>
図5は、(請求項2の発明に対応する)第2実施形態を示す。上記第1実施形態との相違は、信号増幅手段の構成にあり、その他の点は前記第1実施形態と同様である。従って、第1実施形態と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
【0030】
図5に示すように、本実施形態では、信号増幅回路23の出力側と、差動増幅回路24の一方の入力側との間に、スイッチ素子40が設けられ、このスイッチ素子40の切換動作によって、角度検出部22からの検出角度電圧信号を、信号増幅回路23を介して2倍に増幅させて差動増幅回路24に与える「増幅ルート」と、信号増幅回路23を介さずそのまま増幅しないで与える「非増幅ルート」とに切り換え接続できるようになっている。なお、入力設定部31には、例えば上記非増幅ルートに対応する「通常モード」と増幅ルートに対応する「高分解モード」との間で切換設定可能とされ、このモード切替操作に応じて制御部32から出力される制御信号に基づきスイッチ素子40の切換動作が制御されるようになっている。このとき、制御部32は、通常モード時には入力設定部31で設定されたサイズのフォント情報に基づいて座標データを生成する一方で、高分解モード時には入力設定部31での設定サイズに増幅率Aを乗じたサイズのフォント情報に基づき座標データを生成するよう動作する。
【0031】
以上のように、例えば、上記CPUの性能に応じた上記座標点生成間隔Mで印字しても印字品質に支障が生じないような、ある程度大きなサイズの印字パターンを印字するときには通常モードで印字を行う一方で、座標点生成間隔Mで印字すると印字品質に支障が生じるような印字パターンを印字するときには高分解ルートに切り換えて印字を行うことができ、通常サイズの印字パターンとそれより小さい印字パターンのいずれに対しても高品質な印字を行うことができる。
【0032】
<第3実施形態>
図6は、(請求項3の発明に対応する)第3実施形態を示す。上記第1実施形態との相違は、信号増幅手段の構成にあり、その他の点は前記第1実施形態と同様である。従って、第1実施形態と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
【0033】
本実施形態に係る信号増幅手段は、その設定増幅率Aが変更できるようになっている。具体的には、図6に示すように互い異なる増幅率A(A1,A2,A3,A4...)に設定された複数の信号増幅回路41(本実施形態では4つ)を並列接続させて、スイッチ素子42の切換動作によって各信号増幅回路23が、差動増幅回路24及び角度検出部22間で選択的に接続できるようになっている。この他に、例えば図7に示すように、同一または異なる増幅率Aの複数の信号増幅回路43(本実施形態では4つ)を直列接続させて、スイッチ素子44を介して各信号増幅回路23の接続点に選択的に接続できる構成であってもよい。更に、図8に示すように、1つの信号増幅回路45で入力側の調整抵抗R1または/及び帰還抵抗R2を可変抵抗として、設定増幅率Aを連続的に変更できるようにした構成であってもよい。
【0034】
なお、入力設定部31には、設定増幅率Aを調整操作できるようになっており、この調整操作に応じて制御部32から出力される制御信号に基づきスイッチ素子42,44の切換動作の制御或いは可変抵抗R1(またはR2)の抵抗値の調整がされるようになっている。また、制御部32は、入力設定部31での設定サイズに、入力設定部31で設定されている設定増幅率Aを乗じたサイズのフォント情報に基づき座標データを生成する。
【0035】
以上のように、信号増幅手段における設定増幅率Aが変更設定できるようになっているから、種々の印字パターンに対して最適な増幅率Aに設定して印字を行うことができる。
【0036】
<他の実施形態>
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【0037】
(1)上記実施形態では、角度検出部22からのアナログ信号としての検出角度電圧信号を、信号増幅回路23,41,43,45によってアナログ的に増幅する構成としたが、これに限らず、最終的に、制御手段から指示される目標回動角度と、角度検出手段で検出された検出回動角度を所定の倍率で増幅させた増幅角度信号とに基づきガルバノミラーを回動させる構成であればよい。即ち、例えば、角度検出部からデジタル信号としての検出角度信号が出力されるようにし、この検出角度信号を、ソフト処理によって上記実際の検出回動角度を所定の倍率で増幅させた増幅検出回動角度に対応するデジタル信号に変換し、このデジタル信号或いはこれをD/A変換したアナログ信号をガルバノコイル駆動手段に与える構成であってもよい。
(2)図9には、信号増幅手段の変形例が示されている。この信号増幅手段50は、角度検出部22から検出角度電圧信号を加算信号算出手段51(例えば所定の設定増幅率に基づき増幅するアンプ)を介して所定分だけ信号レベルを増加させた増加電圧信号と、角度検出部22からの検出角度電圧信号とを加算して差動増幅回路24の入力側に与えるようになっている。このような構成であっても、本発明でいう「角度検出手段からの検出角度信号を、実際の検出回動角度よりも大きな回動角度に対応する増幅角度信号として出力する信号増幅手段」に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るレーザマーキング装置の全体構成図
【図2】そのブロック図
【図3】単位時間T内におけるガルバノミラーの回動角度の変化を示した図
【図4】印字パターンと座標点との関係を示した模式図
【図5】第2実施形態に係るレーザマーキング装置のブロック図
【図6】第3実施形態に係るレーザマーキング装置のブロック図
【図7】その変形例のブロック図
【図8】その変形例のブロック図
【図9】その変形例のブロック図
【符号の説明】
1…レーザマーキング装置
10…レーザ光源
20V,20W…ガルバノミラー
21…ガルバノ駆動コイル
22…角度検出部
23,41,43,45,50…信号増幅回路
24…差動増幅回路(ガルバノコイル駆動手段)
32…制御部
40,42,44…スイッチ素子
L…レーザ光
M…座標点生成間隔
R1…調整抵抗
R2…帰還抵抗
W…印字対象物
X…座標点
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガルバノスキャニング方式のレーザマーキング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のレーザマーキング装置として、従来、レーザ光源からのレーザ光をガルバノミラー機構を使って2次元的に走査し、印字対象物上に文字、記号、図形等の印字パターンを印字する、いわゆるガルバノスキャニング方式のレーザマーキング装置がある(下記、特許文献1参照)。
【0003】
この種のレーザマーキング装置のガルバノミラー機構は、レーザ光源からのレーザ光を反射するガルバノミラーと、これを駆動するガルバノ駆動コイルとを備え、ガルバノ駆動コイルに電流を流すことでガルバノミラーを回動させるようになっており、ガルバノミラーを所要角度だけ回動させるためにサーボ回路を備える。また、上記レーザマーキング装置には、所定の印字情報に基づき上記印字パターンを所定の単位線分に分解し、この単位線分を構成する始点及び終点を含む複数の座標点に対応して、ガルバノミラーの各回動角度に応じた目標角度信号を生成して出力する制御手段が設けられている。そして、サーボ回路では、制御手段からの目標角度信号と、角度検出手段により検出されたガルバノミラーの実際の回動角度信号との差分に応じた電圧をV/I変換し、その電流をガルバノ駆動コイルに供給するようになっており、これによりできるだけ高速で目標角度にガルバノミラーを回動させ得るようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−32168号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、制御手段で生成される各目標角度信号の分解能は、この制御手段を構成するCPUの情報処理能力や上記目標角度信号をD/A変換するD/A変換器の分解能(例えばビット数など)と、設定される印字エリアによって定まる。具体的には、CPUの性能が14bitであって、印字エリアが90mmとした場合には、分解能は90mm/214=約5.5μmとなり、制御手段では、約5,5μmの位置偏差の複数の座標点に対応する目標角度信号が順次生成され、印字対象物上のレーザ光の照射点が約5.5μmの単位移動量で順次移動することになる。従って、例えば、比較的に小さいサイズの印字パターンを印字する場合には、その印字パターンを構成する各線要素の長さに対する座標点の位置偏差(約5.5μm)が相対的に大きくなるために、印字品質に影響を及ぼすおそれがある。なお、このような影響は、特に、上記線要素が曲線の場合に、より顕著となる。
【0006】
これに対して、情報処理能力のより高いCPUや、分解能の高いD/A変換器に取り替えることも容易に考えられるが、これのような高性能のCPUやD/A変換器は高価であるために、レーザマーキング装置のコストが高くなってしまい、好ましくない。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、CPUやD/A変換器等の性能を向上させることなく、高品質な印字を行うことが可能なレーザマーキング装置を提供するところにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明に係るレーザマーキング装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を反射させてその方向を変えるガルバノミラーと、このガルバノミラーを回動させることにより印字対象物上に形成される前記レーザ光の照射点の位置を変化させるためのガルバノ駆動コイルと、前記ガルバノミラーの回動角度を検出して、その検出回動角度に対応する検出角度信号を出力する角度検出手段と、前記印字対象物上に印字する文字、記号、図形等の印字パターンを構成する各線要素の始点及び終点を含む複数の座標点に対応して、前記ガルバノミラーの各回動角度に応じた目標角度信号を出力する制御手段と、前記ガルバノ駆動コイルに電流を与えて駆動させるガルバノコイル駆動手段と、前記角度検出手段からの前記検出角度信号を、実際の検出回動角度よりも大きな回動角度に対応する増幅角度信号として出力する信号増幅手段とを備えて、前記ガルバノコイル駆動手段は、前記制御手段からの前記目標角度信号と、前記信号増幅手段からの前記増幅角度信号との差分に応じた値の電流を前記ガルバノ駆動コイルに与えることが可能な構成になっているところに特徴を有する。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1に記載の請求項1記載のレーザマーキング装置において、前記角度検出手段からの前記検出角度信号を、前記信号増幅手段を介して前記ガルバノコイル駆動手段に与える増幅ルートと、前記信号増幅手段を介さずに前記ガルバノコイル駆動手段に与える非増幅ルートとの間で切換可能な切換手段が設けられているところに特徴を有する。
【0010】
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の請求項1又は請求項2に記載のレーザマーキング装置において、前記信号増幅手段は、設定増幅率を有し、この設定増幅率に基づき前記検出角度信号を増幅して前記増幅角度信号として出力するよう構成され、前記設定増幅率を設定変更可能な調整手段を備えているところに特徴を有する。
【0011】
【発明の作用及び効果】
<請求項1の発明>
本構成によれば、信号増幅手段によって、角度検出手段からの検出回動角度に対応する検出角度信号は、(設定増幅率に基づき)上記検出回動角度より大きな回動角度に対応する増幅角度信号として出力される。一方、制御手段によって、印字対象物上に印字する文字等の印字パターンを構成する各線要素の始点及び終点を含む複数の座標点に対応して、ガルバノミラーの各回動角度に応じた目標角度信号が出力される。そして、ガルバノコイル駆動手段は、上記信号増幅手段からの増幅角度信号と、目標角度信号との差分に応じた値の電流をガルバノ駆動コイルに与えるようになっている。つまり、ガルバノミラーを回動させるべき目標角度と、ガルバノミラーの実際の回動角度に設定増幅率を乗じた増幅回動角度との偏差に応じた電流がガルバノ駆動コイルに与えられるようになっている。
【0012】
これにより、例えば上記設定増幅率が例えば2である場合、ガルバノコイル駆動手段には、ガルバノミラーの実際の回動角度の2倍の回動角度に対応する増幅角度信号が与えられることになる。そうすると、制御手段から上記目標角度信号がガルバノコイル駆動手段に与えられる毎に回動するガルバノミラーの単位回動角度量は、角度検出手段からの検出回動角度に対応する検出角度信号を増幅せずにそのままガルバノコイル駆動手段に与える場合(設定増幅率1の場合)に比べて約1/2になる。即ち、従って、制御手段から目標角度信号によって指示された印字パターンのサイズ及びその各座標点の位置偏差に対して、約1/2に縮小されたサイズ及び座標点間隔の印字パターンを印字対象物上に印字させることができる。
【0013】
以上のように、角度検出手段からの検出回動角度に対応する検出角度信号を、(設定増幅率に応じて)増幅した回動角度に応じた増幅角度信号として、ガルバノコイル駆動手段にフィードバックさせるように構成した。これにより、制御手段を構成するCPU等の性能を変えることなく、制御手段からガルバノコイル駆動手段に目標角度信号が与える毎に移動するレーザ光の照射点の単位移動量を小さくさせることができ、サイズの小さい印字パターンでも高品質の印字を行うことができる。
【0014】
<請求項2の発明>
本構成によれば、例えば、レーザマーキング装置の本来の仕様に適合した通常のサイズの印字パターンを印字する場合には、切換手段によって非増幅ルート側に切り換えて印字を行う。一方、例えば、仕様に適合しない比較的にサイズの小さい印字パターンを印字する場合には、切換手段によって増幅ルート側に切り換えて、目標角度信号の出力タイミング間におけるレーザの照射点の単位移動量を小さくして印字を行う。これにより、通常サイズの印字パターンとそれより小さい印字パターンのいずれに対しても高品質な印字を行うことができる。
【0015】
<請求項3の発明>
本構成によれば、調整手段によって信号増幅手段における設定増幅率が変更設定できるようになっているから、種々の印字パターンに対して最適な増幅率に設定して印字を行うことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態について、図1〜図4を参照しつつ説明する。
【0017】
1.レーザマーキング装置の概要
本実施形態のレーザマーキング装置1は、図1に全体が示されており、同図において、符号10は、レーザ光源であって、ここから出射されたレーザ光Lはガルバノスキャナ20によって向きが変更される。ガルバノスキャナ20は、一対のガルバノミラー20V,20W、ガルバノ駆動手段20X、20Y及び収束レンズ20Zを備えており、一方のガルバノミラー20Vは、ガルバノ駆動手段20Xによって縦方向に角度を変移させることができ、他方のガルバノミラー20Wは、ガルバノ駆動手段20Yによって横方向に角度を変移させることができる。他方のガルバノミラー20Wからのレーザ光Lが収束レンズ20Z(例えばfθレンズ)で収束されて印字対象物W上にレーザ光Lの照射点が形成される。そして、これら両ガルバノミラー20V,20Wにより、レーザ光Lが2方向に向きを変えられ、上記照射点が、印字対象物W上を二次元的に移動するようになっている。
【0018】
コントローラ30には入力設定部31及び制御部32が備えられ、この制御部32は、印字すべき文字、記号、図形等の印字パターンに関する印字情報に基づいて印字対象物W上の印字位置に対応する複数の座標データ(本発明の「目標角度信号」に相当)と、オンオフ制御信号を生成する。そして、制御部32は、複数の座標データを所定のタイミングで順次ガルバノスキャナ20に与えて各ガルバノミラー20V,20Wの回動角度を制御するとともに、オンオフ制御信号をレーザ光源10に与えてオンオフ動作を制御する。
以上の構成により印字対象物W上に上記印字パターンを印字することができる。
【0019】
2.具体的構成
次に、図2には、本実施形態のレーザマーキング装置1のブロック図が示されている。なお、一方のガルバノミラー20V及びガルバノ駆動手段20X側と、他方のガルバノミラー20W及びガルバノ駆動手段20Y側とでは構成が同じなので、以下、一方のガルバノミラー20V及びガルバノ駆動手段20X側の構成を例に挙げて説明する。
【0020】
(1)コントローラ
上述したように、コントローラ30は、入力設定部31と制御部32とを備えて構成されている。このうち、入力設定部31は、例えば印字したい印字パターンに関する印字情報(例えば、文字、図形及び記号、そのサイズ、印字速度など)を入力するためのコンソールであって、図示はしないが併せて表示部を備えて入力した内容を確認できるようになっている。制御部32は、CPUと、各種の印字パターンに関するフォント情報を記録したフォントメモリとを備え、入力設定部31で入力された印字パターンを示すコードデータに基づいて、フォントメモリからフォント情報を読み出して印字パターンを線要素に分解し、その線要素の始点、終点を含む複数の座標点Xの座標データを順次生成して図示しないメモリに書き込む。
【0021】
具体的には、制御部32は、上記各線要素についてCPUの情報処理能力に応じた所定間隔(以下、「座標点生成間隔M」という)毎の複数の座標点Xを定め、それぞれの座標点Xに対応して、ガルバノミラー20Vの各回動角度に応じた複数の座標データを生成する。そして、入力設定部31で印字動作の開始信号が入力されると、上記メモリに格納されている座標データを順次読み出して、設定される印字速度に基づいて算出された出力タイミングTで順次ガルバノ駆動手段20Xに与える。
【0022】
(2)ガルバノ駆動手段
ガルバノ駆動手段20Xは、サーボ回路によってガルバノ駆動コイル21に供給する電流の向きと大きさとを制御するものであり、制御部32からの座標データと、ガルバノスキャナ20のガルバノミラー20Vの回動角度を検出し、その検出回動角度に応じた検出角度電圧信号を出力する角度検出部(例えばロータリエンコーダ)22からの信号とを受けてガルバノミラー20Xの回動角度をフィードバック制御する。
【0023】
さて、本実施形態では、角度検出部22から出力される検出角度電圧信号は、設定増幅率Aが例えば2に設定されている信号増幅回路23によって2倍に増幅され、この増幅角度電圧信号が、差動増幅回路24(本発明の「ガルバノコイル駆動手段」に相当)の一方の入力側に与えられるようになっている。また、制御部32からの座標データは、D/A変換器25を介して目標角度電圧信号に変換されて、差動増幅回路24の他方の入力側に与えられるようになっている。そして、差動増幅回路24の出力側には、V/I変換回路26が接続され、このV/I変換回路26の出力側には前記ガルバノスキャナ20のガルバノ駆動コイル21が接続され、上記目標角度電圧信号に基づく目標角度と、上記増幅角度電圧信号に基づく、ガルバノミラー20Vの現在の回動角度の2倍の回動角度との差分に応じた電流をガルバノ駆動コイル21に流すようになっている。
【0024】
ここで、例えば従来と同様に、角度検出部22からの現在の検出回動角度に対応した検出角度信号(本発明の「検出回動角度に対応する電圧信号」に相当)を増幅せずにそのまま差動増幅回路24に与える構成(即ち、本実施形態において設定増幅率Aが1の構成)とする。すると、制御部32からの座標データがガルバノ駆動手段20Xに与えられる毎に、ガルバノミラー20Vは、上記座標点生成間隔Mに対応するΔθ1の単位角度量ずつ回動し、これにより印字対象物W上のレーザ光Lの照射点が上記座標点生成間隔Mずつ移動することになる。
【0025】
これに対して、本実施形態のように、検出角度信号を2倍に増幅した増幅角度信号を差動増幅回路24に与えるようにすると、差動増幅回路24において、現在の検出回動角度が実際の検出回動角度の2倍の回動角度として捉えられることになり、結果として、図3に示すように、1つの座標データの出力に基づくガルバノミラー20Vの回動角度は、増幅しない構成(同図で1点破線)に比べて緩やかなカーブを描いてΔθ1/2の回動角度に収束することになる(同図で実線)。つまり、1つの座標データの出力に基づくレーザ光Lの照射点の単位移動量が、上記座標点生成間隔Mの1/2になる。これにより、制御部32からの座標データによって指示された印字パターンのサイズ及びその座標点生成間隔Mに対して、約1/2に縮小されたサイズ及び座標点間隔の印字パターンを印字対象物W上に印字させることができる。
【0026】
3.本実施形態の作用効果
例えば図4(A)に示すように、比較的に小さいサイズの半径Rの円を印字したい場合、制御部32ではこの円を上記座標点生成間隔Mに基づく3点の座標点Xに対応する座標データが生成されるが、これでは、滑らかな曲線を描くことはできず印字品質が低下してしまう。そこで、例えば同図(B)に示すように、制御部32で上記半径Rの2倍の円(半径2×R)を描くためのフォント情報に基づき座標データを生成するようにすれば、座標点生成間隔Mに基づき6点の座標点Xに対応する座標データが生成される。すると、この2倍の円の座標データに応じた目標角度電圧信号と、実際の検出回動角度の2倍の回動角度に応じた検出角度電圧信号とが差動増幅回路24に与えられ、これにより、印字対象物W上のレーザ光Lの照射点は、座標点生成間隔Mの1/2の座標点間隔(M/2)の6つの座標点Xをなぞるように移動し、もって滑らかな曲線の半径Rの円を印字することができる(同図(C)参照)。
【0027】
なお、本実施形態では、制御部32は、入力設定部31にて入力設定されたサイズに対して信号増幅回路23の設定増幅率A(本実施形態では2)を乗じたサイズのフォント情報に基づき座標データを生成するようになっている。
【0028】
以上のように、角度検出部22からの検出角度電圧信号を、設定増幅率Aに応じて増幅した回動角度に対応する増幅角度電圧信号として、ガルバノ駆動手段20X,20Yにフィードバックさせるように構成した。これにより、制御部32のCPUや、ガルバノ駆動手段20X,20YのD/A変換器25の性能を変えることなく、制御部32から座標データがガルバノ駆動手段20X,20Yに与える毎に移動するレーザ光Lの照射点の単位移動量を小さくさせることができ、サイズの小さい印字パターンでも高品質の印字を行うことができる。
【0029】
<第2実施形態>
図5は、(請求項2の発明に対応する)第2実施形態を示す。上記第1実施形態との相違は、信号増幅手段の構成にあり、その他の点は前記第1実施形態と同様である。従って、第1実施形態と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
【0030】
図5に示すように、本実施形態では、信号増幅回路23の出力側と、差動増幅回路24の一方の入力側との間に、スイッチ素子40が設けられ、このスイッチ素子40の切換動作によって、角度検出部22からの検出角度電圧信号を、信号増幅回路23を介して2倍に増幅させて差動増幅回路24に与える「増幅ルート」と、信号増幅回路23を介さずそのまま増幅しないで与える「非増幅ルート」とに切り換え接続できるようになっている。なお、入力設定部31には、例えば上記非増幅ルートに対応する「通常モード」と増幅ルートに対応する「高分解モード」との間で切換設定可能とされ、このモード切替操作に応じて制御部32から出力される制御信号に基づきスイッチ素子40の切換動作が制御されるようになっている。このとき、制御部32は、通常モード時には入力設定部31で設定されたサイズのフォント情報に基づいて座標データを生成する一方で、高分解モード時には入力設定部31での設定サイズに増幅率Aを乗じたサイズのフォント情報に基づき座標データを生成するよう動作する。
【0031】
以上のように、例えば、上記CPUの性能に応じた上記座標点生成間隔Mで印字しても印字品質に支障が生じないような、ある程度大きなサイズの印字パターンを印字するときには通常モードで印字を行う一方で、座標点生成間隔Mで印字すると印字品質に支障が生じるような印字パターンを印字するときには高分解ルートに切り換えて印字を行うことができ、通常サイズの印字パターンとそれより小さい印字パターンのいずれに対しても高品質な印字を行うことができる。
【0032】
<第3実施形態>
図6は、(請求項3の発明に対応する)第3実施形態を示す。上記第1実施形態との相違は、信号増幅手段の構成にあり、その他の点は前記第1実施形態と同様である。従って、第1実施形態と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
【0033】
本実施形態に係る信号増幅手段は、その設定増幅率Aが変更できるようになっている。具体的には、図6に示すように互い異なる増幅率A(A1,A2,A3,A4...)に設定された複数の信号増幅回路41(本実施形態では4つ)を並列接続させて、スイッチ素子42の切換動作によって各信号増幅回路23が、差動増幅回路24及び角度検出部22間で選択的に接続できるようになっている。この他に、例えば図7に示すように、同一または異なる増幅率Aの複数の信号増幅回路43(本実施形態では4つ)を直列接続させて、スイッチ素子44を介して各信号増幅回路23の接続点に選択的に接続できる構成であってもよい。更に、図8に示すように、1つの信号増幅回路45で入力側の調整抵抗R1または/及び帰還抵抗R2を可変抵抗として、設定増幅率Aを連続的に変更できるようにした構成であってもよい。
【0034】
なお、入力設定部31には、設定増幅率Aを調整操作できるようになっており、この調整操作に応じて制御部32から出力される制御信号に基づきスイッチ素子42,44の切換動作の制御或いは可変抵抗R1(またはR2)の抵抗値の調整がされるようになっている。また、制御部32は、入力設定部31での設定サイズに、入力設定部31で設定されている設定増幅率Aを乗じたサイズのフォント情報に基づき座標データを生成する。
【0035】
以上のように、信号増幅手段における設定増幅率Aが変更設定できるようになっているから、種々の印字パターンに対して最適な増幅率Aに設定して印字を行うことができる。
【0036】
<他の実施形態>
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【0037】
(1)上記実施形態では、角度検出部22からのアナログ信号としての検出角度電圧信号を、信号増幅回路23,41,43,45によってアナログ的に増幅する構成としたが、これに限らず、最終的に、制御手段から指示される目標回動角度と、角度検出手段で検出された検出回動角度を所定の倍率で増幅させた増幅角度信号とに基づきガルバノミラーを回動させる構成であればよい。即ち、例えば、角度検出部からデジタル信号としての検出角度信号が出力されるようにし、この検出角度信号を、ソフト処理によって上記実際の検出回動角度を所定の倍率で増幅させた増幅検出回動角度に対応するデジタル信号に変換し、このデジタル信号或いはこれをD/A変換したアナログ信号をガルバノコイル駆動手段に与える構成であってもよい。
(2)図9には、信号増幅手段の変形例が示されている。この信号増幅手段50は、角度検出部22から検出角度電圧信号を加算信号算出手段51(例えば所定の設定増幅率に基づき増幅するアンプ)を介して所定分だけ信号レベルを増加させた増加電圧信号と、角度検出部22からの検出角度電圧信号とを加算して差動増幅回路24の入力側に与えるようになっている。このような構成であっても、本発明でいう「角度検出手段からの検出角度信号を、実際の検出回動角度よりも大きな回動角度に対応する増幅角度信号として出力する信号増幅手段」に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るレーザマーキング装置の全体構成図
【図2】そのブロック図
【図3】単位時間T内におけるガルバノミラーの回動角度の変化を示した図
【図4】印字パターンと座標点との関係を示した模式図
【図5】第2実施形態に係るレーザマーキング装置のブロック図
【図6】第3実施形態に係るレーザマーキング装置のブロック図
【図7】その変形例のブロック図
【図8】その変形例のブロック図
【図9】その変形例のブロック図
【符号の説明】
1…レーザマーキング装置
10…レーザ光源
20V,20W…ガルバノミラー
21…ガルバノ駆動コイル
22…角度検出部
23,41,43,45,50…信号増幅回路
24…差動増幅回路(ガルバノコイル駆動手段)
32…制御部
40,42,44…スイッチ素子
L…レーザ光
M…座標点生成間隔
R1…調整抵抗
R2…帰還抵抗
W…印字対象物
X…座標点
Claims (3)
- レーザ光を出射するレーザ光源と、
このレーザ光源からのレーザ光を反射させてその方向を変えるガルバノミラーと、
このガルバノミラーを回動させることにより印字対象物上に形成される前記レーザ光の照射点の位置を変化させるためのガルバノ駆動コイルと、
前記ガルバノミラーの回動角度を検出して、その検出回動角度に対応する検出角度信号を出力する角度検出手段と、
前記印字対象物上に印字する文字、記号、図形等の印字パターンを構成する各線要素の始点及び終点を含む複数の座標点に対応して、前記ガルバノミラーの各回動角度に応じた目標角度信号を出力する制御手段と、
前記ガルバノ駆動コイルに電流を与えて駆動させるガルバノコイル駆動手段と、
前記角度検出手段からの前記検出角度信号を、実際の検出回動角度よりも大きな回動角度に対応する増幅角度信号として出力する信号増幅手段とを備えて、
前記ガルバノコイル駆動手段は、前記制御手段からの前記目標角度信号と、前記信号増幅手段からの前記増幅角度信号との差分に応じた値の電流を前記ガルバノ駆動コイルに与えることが可能な構成になっていることを特徴とするレーザマーキング装置。 - 前記角度検出手段からの前記検出角度信号を、前記信号増幅手段を介して前記ガルバノコイル駆動手段に与える増幅ルートと、前記信号増幅手段を介さずに前記ガルバノコイル駆動手段に与える非増幅ルートとの間で切換可能な切換手段が設けられていることを特徴とする請求項1記載のレーザマーキング装置。
- 前記信号増幅手段は、設定増幅率を有し、この設定増幅率に基づき前記検出角度信号を増幅して前記増幅角度信号として出力するよう構成され、
前記設定増幅率を設定変更可能な調整手段を備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザマーキング装置。
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