JP2009125762A - レーザマーキング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】露光範囲のどの場所でも迅速に歪みのないマーキングを行うことができ、しかも、高精度を要求される2次元コード等のマーキングに適するレーザマーキング装置を提供する。
【解決手段】レーザ光を反射するX方向ミラー2及びY方向ミラー3と、前記各ミラーを回転させる駆動モータ21,31と、前記ミラー2,3によって反射されたレーザ光1を集光する集光レンズ4を設ける。前記駆動モータ21,31の制御ユニット6に設けた主要制御部60のマーキング位置指令信号x,yの出力部と、前記駆動モータ21,31間にそれぞれ所期のマーキング位置Xm,Ymにマーキングさせるための指令信号Xc,Ycに変換させる指令信号変換演算部71,72を設ける。
【選択図】図8
【解決手段】レーザ光を反射するX方向ミラー2及びY方向ミラー3と、前記各ミラーを回転させる駆動モータ21,31と、前記ミラー2,3によって反射されたレーザ光1を集光する集光レンズ4を設ける。前記駆動モータ21,31の制御ユニット6に設けた主要制御部60のマーキング位置指令信号x,yの出力部と、前記駆動モータ21,31間にそれぞれ所期のマーキング位置Xm,Ymにマーキングさせるための指令信号Xc,Ycに変換させる指令信号変換演算部71,72を設ける。
【選択図】図8
Description
本発明は、レーザ光をX方向とY方向ミラーで反射し、各ミラーの回転角をモータで任意に制御することにより、露光面に配置された液晶パネルなどの材料の任意の場所にレーザ光を集光して2次元コード等のマーキングを行うレーザマーキング装置に関するものである。
図1は従来装置の要部構成を摸式的に表したもので、入射レーザ光1はX方向ミラー2とY方向ミラー3にて反射された後、集光レンズ4を通り、露光面5に焦点を結ぶ。そしてX方向ミラー2とY方向ミラー3の回転角θx,θyにより、露光面5での焦点位置座標Xm,Ymが一意的に定まる。しかしながら、このような構成の装置では、集光レンズ4の特性や集光レンズと各ミラー2,ミラー3の幾何学的配置に起因するレーザ光の照射位置の歪みにより回転角θx,θyを等間隔で回転させても座標Xm,Ymの間隔は等間隔にならない。
図2は、X,Y方向に回転角θx,θyを等間隔で回転させてマーキングした場合の理想的な結果物の例をグラフで表したもので、白丸の1点がθx,θyの回転角に対応している。また図3は、マーキングされた露光面上の座標Xm、Ymが、図2の白丸の位置に対してどのような位置になるかを示したもので、黒丸の1点がXm、Ymの位置に対応している。
図2では、白丸は等間隔の格子状となっているが、図3の黒丸は上下が膨らみ、左右が凹んだ形状となっている。従って、図5に示すように、露光面上での座標Xm,Ymが等間隔の格子状になるようにするには、各ミラーの回転角θx,θyを等間隔でない位置(図4の白丸)になるように制御する必要がある。
そこで、本発明者が先に開発した装置では、露光面上の座標が図5の黒丸の位置になるように図4の白丸の位置のミラー回転角を装置調整時に算出し、補正用テーブルとして装置内に設ける構成としたが、露光範囲の全ての点をテーブルにすることはできないため、黒丸の間隔が数十mmとなるような位置についてのみ対応する白丸の回転角を前記補正用テーブルに書き込んでおき、補正用テーブルにない位置はデータを補間することによってミラーの回転角を決めるようにしていた。
即ち、本発明が先に開発したレーザマーキング装置では、レーザを照射したい露光面上の位置から、それに対応するミラーの回転角を算出する際に、あらかじめ作成してある補正用テーブル(図6に一例を示す)から検索し、データを補間することによってミラーの回転角制御を行っていた。例えば、X=100,Y=50の位置にマーキングを行うとき、θxは図6の上の表より、θx=−11.176、θyは図8の下の表より、θy=−11.363となる。
しかし、上記の先に開発したレーザマーキング装置で、2次元コードをマーキングするような場合には、マーキングされる2次元コードは、数百もの点で構成されており、その全ての点について検索と補間作業を行っていては時間がかかりすぎ、実用装置として成り立たないため、従来装置では2次元コードの中心位置のみをテーブルにより変換し、コード内の点の位置は中心位置からの相対位置としてミラーの回転角を等間隔に変化させていた。そのため露光位置によっては、図7(a)に示すように2次元コードの形状がひし形に歪んでしまっていた。
又、所期の位置にマーキングするためにパターン認識装置を用いて、格子点における誤差量を計測し、現在位置と行き先位置の間の相対移動量にプラスして、各点における誤差量の差を補正量として、ガルバノメータ駆動信号に加えるようにして位置補正を行う方法(特許文献2参照)が提案されているが、図3のような非直線的な歪みをもつ系では、誤差量と補正量は厳密には等しくなく数百μmのずれがあるため、数百μm程度の精度で済むマーキングの場合は良いが、数十μmの精度を要求される2次元コードのマーキングには不十分であった。
特開昭62−94343号公報
特開平7−164169号公報
そこで本発明は、露光範囲のどの場所でも迅速に歪みのないマーキングを行うことができ、しかも、高精度を要求される2次元コード等のマーキングに適するレーザマーキング装置を提供しようとするものである。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、請求項1記載の発明は、レーザ光を反射するX方向ミラー及びY方向ミラーと、前記各ミラーを回転させる駆動モータと、前記ミラーによって反射されたレーザ光を集光し、露光面に焦点を結ぶ集光レンズを備えたレーザマーキング装置において、制御ユニットのマーキング位置指令信号x,yの出力部と,前記駆動モータ間に、前記マーキング位置指令信号x,yを所期のマーキング位置Xm,Ymにマーキングさせるための指令信号Xc,Ycに変換させる2つの指令信号変換演算部を設けたことを特徴とするレーザマーキング装置である。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明における指令信号変換演算部を任意の次数の近似多項式f(x,y),g(x,y)によって指令信号Xc,Yc化の演算を行うものとしたことを特徴とするレーザマーキング装置である。
請求項3記載の発明は、請求項1記載又は2記載の発明において、集光レンズを省略すると共に、ミラーの直前にフォーカス制御機構を設けたことを特徴とするレーザマーキング装置である。
本発明では、所期の露光したい位置Xm,Ymにマーキングするために、X方向ミラー及びY方向ミラーを駆動するための指令信号Xc,Ycをマーキング信号指令信号x,yを入力とする2つの指令信号変換演算部によって得るように構成したので、マーキング指令信号x,yに補正量を加える方法に比し、指令信号Xc,Ycに内在する誤差量は極めて少なく、数十μmの精度を要求される2次元コードのマーキングにも適用することができると共に、補正用テーブルを用いる方法に比し、マーキングを迅速に行うことができる。
しかも、従来のように、光学装置の調整を全く必要とせず、レーザマーキング装置固有の歪み発生状態に応じて、指令信号変換演算部における近似多項式f(x,y),g(x,y)の係数を、歪み発生状態に応じて設定すれば対応することができるので、レーザマーキング装置の運転開始前に要する調整等の準備時間短縮化の効果がある。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図8は、本発明の第1の実施例の要部構成を示す模式図で、光学装置部は、図1に示した従来装置と同一であるが、制御ユニット6の構成を異にするものである。
即ち、制御ユニット6は、レーザ制御部61、マーキング点を数十mmの等間隔で格子状配置の誤差量検出用テストパターン発生部62及びネットワークを介して入力するマーキングパターン情報Pのマーキング位置情報出力部63を備えた主要制御部60と、指令信号変換演算部7とを備え、前記レーザ制御61は、Qスイッチ制御信号P1と励起光源制御信号P2を送出し、誤差量検出用テストパターン発生部62は、格子点の位置信号x,yを送出し、マーキング位置情報出力部63はマーキングパターン情報Pによるマーキング位置信号X,Yを送出する。
指令信号変換演算部7は、指令信号Xc,指令信号Ycを得るための2つの演算部71,72からなり、それぞれ前記マーキング位置信号X,Yを入力として,所期のマーキング位置Xm,Ymを得るための指令信号Xc,Ycの演算を行うもので、任意の次数の近似多項式f(x,y),g(x,y)を用いて演算が行われる。そして、各近似多項式の係数ai,bi(i=0,1,2,3・・・)は、後述の誤差量検出用テストパターンのマーキング結果を見て設定値等指令部8により設定する。
次に本実施例装置の取扱いについて説明すると、先ず、設定値等指令部8によりON信号P3を送出させて電子開閉部S1を開き、次に読み出し信号P5により誤差量検出パターン発生部62のメモリに記憶されている図2に示すような格子点状のテストパターンを読み出すと共に、テストパターンのマーキング指令信号x,yを電子開閉部S1及び電力増幅器9,9’を介してミラー2,3の駆動モータ21と31に与えて、前記テストパターンのマーキングを行う。
その結果物は前述のように光学装置部の幾何学的配置や集光レンズの特性により例えば図3に示すように歪曲する。
この歪曲した結果物の各点(図3の黒点)の位置を測長機で測定し、黒点を結ぶX軸方向とY軸方向の曲線の逆曲線の近似多項式を求め、その逆曲線の近似多項式を指令信号変換演算部7の演算部71,72に設定する。
曲線の近似多項式は係数が異なるだけであるので、装置としては、演算部71,72に近似多項式の主要部は予め設定しておき、上記の計算結果を見て、設定値等指令部8で各演算部71,72に各近似多項式の係数ai,biを設定する。
以上の事前準備が終わったなら、電子開閉部S1を閉じ、電子開閉部S2に設定値等指令部8からON信号P4を送出して開き、次にマーキング開始信号P0を設定値等指令部8から、主要制御部60に与えマーキングを開始させる。
マーキング開始と共に、マーキング位置情報出力部63から、マーキング位置信号X,Yが出力され、その出力信号は指令信号変換演算部7によって,所期の位置にマーキングさせるための指令信号Xc,Ycに変換され、それぞれ電力増幅器9,9’を介して駆動モータ21,31に与えられ、ミラー2,3を駆動して、所期の位置にマーキングを行う。
本発明装置では、例えば、図2に示す格子点状テストパターンをマーキングしようとする場合、従来装置における図3に示すような結果物にならないように、それとは逆の図4に示すようなパターンに対応する指令信号Xc,Yc、換言すると、誤差量(偏位量)をキャンセルするような指令信号に変換してマーキングを行うもので、この方法によると、補正テーブルを用いる方法よりマーキング時間が著しく短縮されて装置自体が高速化され、又誤差量が数十μmの精度が得られるので、マーキングする2次元コードの品質向上が可能となり、二次元コードも歪むことなく図7(b)のようにマーキングできるようになった。なお、近似多項式の次数を多くすれば、精度を向上させることができるが、計算速度が遅くなる。つまりマーキング速度が遅くなるので、次数は要求される精度によって決定すればよい。
図9は第2の実施例の構成を示す模式図で、集光レンズ4の代わりに、フォーカス制御機構10を設けて露光面にレーザ光を集光させるようにしたものである。
このような構成でも、第1の実施例同様の効果を得ることができる。
図8及び図9に示した実施例では、誤差量検出用パターン発生部62のメモリにテストパターンを書き込んでおき、レーザマーキング装置固有の近似多項式を決定するに際してメモリから格子点の位置信号x,yを読み出し、電子開閉部S1及び電力増幅器9,9’を介して駆動モータ21,31に駆動信号を与えるように構成したが、外部ネットワークを介してテストパターン情報を主要制御部60に入力させ、電子開閉部S1及び電力増幅器9,9’を介して駆動モータ21,31に駆動信号を与えるように構成しても良いことは勿論である。
1 入射レーザ光
2 X方向ミラー
3 Y方向ミラー
21,31 駆動モータ
4 集光レンズ
5 露光面
6 制御ユニット
60 主要制御部
61 レーザ制御部
62 誤差量検出用テストパターン発生部
63 マーキング位置情報出力部
7 指令信号変換演算部
71 指令信号Xcの演算部
72 指令信号Ycの演算部
S1,S2 電子開閉部
8 設定値等指令部
9,9’ 電力増幅器
10 フォーカス制御機構
2 X方向ミラー
3 Y方向ミラー
21,31 駆動モータ
4 集光レンズ
5 露光面
6 制御ユニット
60 主要制御部
61 レーザ制御部
62 誤差量検出用テストパターン発生部
63 マーキング位置情報出力部
7 指令信号変換演算部
71 指令信号Xcの演算部
72 指令信号Ycの演算部
S1,S2 電子開閉部
8 設定値等指令部
9,9’ 電力増幅器
10 フォーカス制御機構
Claims (3)
- レーザ光を反射するX方向ミラー及びY方向ミラーと、前記各ミラーを回転させる駆動モータと、前記ミラーによって反射されたレーザ光を集光し、露光面に焦点を結ぶ集光レンズを備えたレーザマーキング装置において、制御ユニットのマーキング位置指令信号x,yの出力部と,前記駆動モータ間に、前記マーキング位置指令信号x,yを所期のマーキング位置Xm,Ymにマーキングさせるための指令信号Xc,Ycに変換させる2つの指令信号変換演算部を設けたことを特徴とするレーザマーキング装置。
- 指令信号変換演算部を任意の次数の近似多項式f(x,y),g(x,y)によって指令信号Xc,Yc化の演算を行うものとした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。
- 集光レンズを省略すると共に、ミラーの直前にフォーカス制御機構を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載のレーザマーキング装置。
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JP2007301649A JP2009125762A (ja) | 2007-11-21 | 2007-11-21 | レーザマーキング装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103909346A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-07-09 | 广东大族粤铭激光科技股份有限公司 | 大幅面激光打标装置 |
JP2018089646A (ja) * | 2016-12-01 | 2018-06-14 | 日本電産コパル株式会社 | 2次元コードマーキング装置 |
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JPS6044193A (ja) * | 1983-08-22 | 1985-03-09 | Fuji Electric Co Ltd | レ−ザ加工装置 |
JPH10263854A (ja) * | 1997-03-19 | 1998-10-06 | Miyachi Technos Corp | スキャニング式レーザマーカ装置 |
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2007
- 2007-11-21 JP JP2007301649A patent/JP2009125762A/ja active Pending
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