JP2016175103A - レーザマーキング装置、該レーザマーキング装置における印字方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】移動印字を行なう場合において、マーキングヘッドの配置を精緻に行う必要がなく、正しい印字を行うことができるレーザマーキング装置、該レーザマーキング装置における印字方法及びコンピュータプログラムを提供する。
【解決手段】印字パターンの設定を受け付け、ワークの移動スピードの設定を受け付ける。レーザ光発生部を有するマーキングヘッドのＸ軸方向とワークの移動方向との角度、又はマーキングヘッドのＹ軸方向とワークの移動方向との角度を取得し、取得した角度及びワークの移動スピードに基づいて印字パターンを補正する。補正された印字パターンに基づいて印字データを生成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ワークの表面に文字を印字するレーザマーキング装置、該レーザマーキング装置における印字方法及びコンピュータプログラムに関する。

レーザマーキング装置は、ヘッド及びコントローラを有するレーザマーカと、ユーザの指示に応じて印字データを生成する印字データ生成装置とで構成される。印字データ生成装置で生成される印字データは、印字される文字列の内容、印字位置、印字サイズ等の情報を含む。

レーザマーカ及び印字データ生成装置を用いて、例えば半導体ウェハに形成された数百個のＩＣチップ等、マトリクス状に配置されたワークに対して所望の印字パターンをマーキングする。例えば特許文献１では、固定幅フォントを使用して印字することにより、一定の印刷領域に確実に一定の文字列を印刷することができる。

特開２００８−０４４００１号公報

レーザマーキング装置における印字方法としては、ワークが移動中に印字する移動印字と、ワークが静止中に印字する静止印字とがある。静止印字には、ワークをコンベア等で移動しているときに、一時的に静止させて印字する方法も含まれる。

移動印字を行う場合、印字対象となるワークがコンベア等で移動しているときに、ワークの移動方向とＸ軸／Ｙ軸スキャナのＸ軸方向又はＹ軸方向とが一致するように、レーザマーキング装置のマーキングヘッドを設置する必要がある。方向が一致していない場合には、印字する文字列が傾き、正しく文字列を印字することができない。

Ｘ軸／Ｙ軸スキャナのＸ軸方向又はＹ軸方向は、レーザマーキング装置のマーキングヘッドの筐体の外辺の方向と一致しているため、ワークが搬送されるラインに対して、マーキングヘッドの筐体をワークの搬送方向と一致させる必要がある。マーキングヘッドが、平面図において略長方形の外形を有している場合、短手方向がＸ軸スキャナのＸ軸方向となり、長手方向がＹ軸スキャナのＹ軸方向となるようにマーキングヘッドを設置する。したがって、移動印字を行なうためにレーザマーキング装置を設置する場合、マーキングヘッドをワークが搬送される搬送ラインに対する角度がずれないよう、筐体の長手方向か短手方向のいずれかをワークの搬送方向と一致させ、正確に配置しなければならないという問題点があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、移動印字を行なう場合において、マーキングヘッドの配置を精緻に行う必要がなく、正しい印字を行うことができるレーザマーキング装置、該レーザマーキング装置における印字方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１発明に係るレーザマーキング装置は、レーザ光を発するレーザ光発生部と、載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、印字データを生成する印字データ生成部と、前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部とを有するレーザマーキング装置であって、前記印字データ生成部は、印字パターンの設定を受け付ける印字パターン設定受付部と、前記ワークの移動スピードの設定を受け付ける移動情報設定受付部と、前記レーザ光発生部を有するマーキングヘッドのＸ軸方向と前記ワークの移動方向との角度、又は前記マーキングヘッドのＹ軸方向と前記ワークの移動方向との角度を取得する角度取得部と、取得した角度及び前記ワークの移動スピードに基づいて前記印字パターンを補正する印字パターン補正部とを備え、前記印字データ生成部は、補正された印字パターンに基づいて印字データを生成し、前記レーザ光制御部は、生成された印字データに基づいて前記レーザ光走査部の動作を制御し、前記ワーク表面に印字することを特徴とする。

また、第２発明に係るレーザマーキング装置は、第１発明において、前記角度取得部は、前記マーキングヘッドのＸ軸方向と前記ワークの移動方向との角度、又は前記マーキングヘッドのＹ軸方向と前記ワークの移動方向との角度の設定を受け付けることが好ましい。

また、第３発明に係るレーザマーキング装置は、第１又は第２発明において、前記移動情報設定受付部は、前記ワークの移動方向の設定を受け付け、前記印字パターン補正部は、取得した角度、前記ワークの移動スピード及び移動方向に基づいて前記印字パターンを補正することが好ましい。

また、第４発明に係るレーザマーキング装置は、第１乃至第３発明のいずれか１つにおいて、前記ワークの移動スピードを検出する速度検出部を備えることが好ましい。

次に、上記目的を達成するために第５発明に係る印字方法は、レーザ光を発するレーザ光発生部と、載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、印字データを生成する印字データ生成部と、前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部とを有するレーザマーキング装置で実行することが可能な印字方法であって、前記レーザマーキング装置は、印字パターンの設定を受け付ける工程と、前記ワークの移動スピードの設定を受け付ける工程と、前記レーザ光発生部を有するマーキングヘッドのＸ軸方向と前記ワークの移動方向との角度、又は前記マーキングヘッドのＹ軸方向と前記ワークの移動方向との角度を取得する工程と、取得した角度及び前記ワークの移動スピードに基づいて前記印字パターンを補正する工程とを含み、補正された印字パターンに基づいて印字データを生成することを特徴とする。

次に、上記目的を達成するために第６発明に係るコンピュータプログラムは、レーザ光を発するレーザ光発生部と、載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、印字データを生成する印字データ生成部と、前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部とを有するレーザマーキング装置で実行することが可能なコンピュータプログラムであって、前記レーザマーキング装置を、印字パターンの設定を受け付ける印字パターン設定受付手段、前記ワークの移動スピードの設定を受け付ける移動情報設定受付手段、前記レーザ光発生部を有するマーキングヘッドのＸ軸方向と前記ワークの移動方向との角度、又は前記マーキングヘッドのＹ軸方向と前記ワークの移動方向との角度を取得する角度取得手段、及び取得した角度及び前記ワークの移動スピードに基づいて前記印字パターンを補正する印字パターン補正手段として機能させ、前記印字データ生成部を、補正された印字パターンに基づいて印字データを生成する手段として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。

第１発明、第５発明及び第６発明では、印字パターンの設定を受け付け、ワークの移動スピードの設定を受け付ける。レーザ光発生部を有するマーキングヘッドのＸ軸方向とワークの移動方向との角度、又はマーキングヘッドのＹ軸方向とワークの移動方向との角度を取得し、取得した角度及びワークの移動スピードに基づいて印字パターンを補正する。補正された印字パターンに基づいて印字データを生成するので、ワークが移動する場合であってもワークが静止した状態で印字するのと同様の状態で印字することが可能となる。

第２発明では、マーキングヘッドのＸ軸方向とワークの移動方向との角度、又はマーキングヘッドのＹ軸方向とワークの移動方向との角度の設定を受け付ける。設定を受け付けた角度及びワークの移動スピードに基づいて印字パターンを補正することができ、補正された印字パターンに基づいて印字データを生成するので、ワークが移動する場合であってもワークが静止した状態で印字するのと同様の状態で印字することが可能となる。

第３発明では、ワークの移動方向の設定を受け付け、取得した角度、ワークの移動スピード及び移動方向に基づいて印字パターンを補正するので、ワークが移動する場合であってもワークが静止した状態で印字するのと同様の状態で印字することが可能となる。

第４発明では、ワークの移動スピードを検出する速度検出部を備えるので、ワークが静止している状態の印字データに移動スピードに相当する移動ベクトルを加算することができ、ワークが移動する場合であってもワークが静止した状態で印字するのと同様の状態で印字することが可能となる。

本発明によれば、マーキングヘッドのＸ軸方向とワークの移動方向との角度、又はマーキングヘッドのＹ軸方向とワークの移動方向との角度を取得し、取得した角度及びワークの移動スピードに基づいて印字パターンを補正する。補正された印字パターンに基づいて印字データを生成するので、ワークが移動する場合であってもワークが静止した状態で印字するのと同様の状態で印字することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るレーザマーキング装置の構成を模式的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るレーザマーキング装置の、固体レーザマーカを用いる場合の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るレーザマーキング装置の、ファイバレーザマーカを用いる場合の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置の、ＣＰＵ等の制御部を用いた場合の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置の設定画面の例示図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置の角度設定画面の例示図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置の印字パターン補正の例示図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置のワークとマーキングヘッドとの位置関係を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置のワークＷの移動ベクトルの分解の例示図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置の印字パターンのＸ軸方向の補正の例示図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置の印字パターンのＹ軸方向の補正の例示図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置の印字パターン補正の例示図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置の印字パターン補正の計算例を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置の印字パターン補正の他の計算例を示す他の説明図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置の印字パターン補正のｒ−θ座標系における計算例を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置のＣＰＵの印字処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態に係るレーザマーキング装置及び該レーザマーキング装置でワークが移動しながら印字する印字方法について、図面に基づいて具体的に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るレーザマーキング装置の構成を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係るレーザマーキング装置１０は、マーキングヘッド（レーザ光走査部）１と、マーキングヘッド１の動作を制御するコントローラ（レーザ光発生部及びレーザ光制御部）２と、コントローラ２とデータ通信することが可能に接続されている印字データ生成装置（印字データ生成部）３とで構成されている。印字データ生成装置３は、コントローラ２に対して印字データを展開データとして送信する。印字データ生成装置３は、展開データを生成するプログラムをインストールしたコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等で構成されることが好ましい。

コントローラ２には、必要に応じて各種外部機器４が接続される。外部機器４としては、例えばライン上に搬送されるワークＷの種別、位置等を確認するイメージセンサ等の画像認識装置４０１、ワークＷとマーキングヘッド１との距離に関する情報を取得する変位計等の距離測定装置４０２、所定のシーケンスに従って機器の制御を行うＰＬＣ４０３、ワークＷの通過を検出するＰＤセンサ、その他各種のセンサ等を例示的に挙げることができる。

レーザマーキング装置１０は、ワークＷの表面に印字する印字パターンを設定し、ワークＷの表面に印字する。図２は、本発明の実施の形態に係るレーザマーキング装置１０の、固体レーザマーカを用いる場合の構成を示すブロック図である。なお、印字とは、文字、記号、図形等のマーキングを意味しており、具体的には、ひらがな、カタカナ、漢字、アルファベット、数字、記号、絵文字、アイコン、ロゴ、バーコード、二次元コード等のグラフィックを含む。

レーザマーキング装置１０は、コントローラ２（レーザ光発生部２００及びレーザ光制御部２０１を含む）とマーキングヘッド１（レーザ出力部２０２）とを含み、レーザ出力部２０２に含まれるレーザ発振部２０４のレーザ媒質２０６で発振されたレーザビームＬｂをワークＷの表面で二次元状に走査させることでワークＷの表面に印字する。印字動作を制御する印字信号は、レーザビームＬｂのオンオフ信号であり、１パルスが発振されるレーザビームＬｂの１パルスに対応するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号は、周波数に応じたデューティ比に基づいてレーザ強度を規定することができる。変形例として、周波数に基づいた走査速度によってレーザ強度を規定しても良い。

レーザ光発生部２００は、レーザ励起光源２０８と集光部２１０とを備え、レーザ励起光源２０８には電源から定圧電源が供給される。レーザ励起光源２０８は、半導体レーザ、ランプ等で構成される。具体的には、レーザ励起光源２０８は、複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイで構成され、各素子からのレーザ発振がライン状に出力され、集光部２１０の入射面に入射される。

レーザ光発生部２００とレーザ出力部２０２とは、光ファイバケーブル２１２によって連結され、レーザ光発生部２００が生成したレーザ励起光は、上述したレーザ媒質２０６に入射される。レーザ媒質２０６は、ロッド状の固体レーザ媒質（例えばＮｄ：ＹＶＯ₄ ）で構成され、一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザビームＬｂを出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式が採用されている。レーザ媒質２０６は、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出射されるレーザビームＬｂの波長を任意の波長に変換できるようにしても良い。

レーザ媒質２０６は、上述した固体レーザ媒質の代わりに、レーザビームを発振させる共振器で構成することなく、波長変換のみを行う波長変換素子で構成しても良い。この場合、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行えば良い。

波長変換素子としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＰＯ₄ ）、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばＫＮ（ＫＮｂＯ₃ ）、ＫＡＰ（ＫＡｓＰＯ₄ ）、ＢＢＯ、ＬＢＯ、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂＯ₃ （Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ：ＰＰＬＮ）、ＬｉＴａＯ₃ 等）が利用できる。また、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｓｍ、Ｎｄ等の希土類をドープしたフッ化物ファイバを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。

レーザ出力部２０２は、レーザビームＬｂを発振させる上述したレーザ発振部２０４を備えている。レーザ発振部２０４は、上述したレーザ媒質２０６が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Ｑスイッチ等を備えている。レーザ媒質２０６が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間における多重反射により増幅し、Ｑスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザビームＬｂを出射する。

レーザ発振部２０４として、ＣＯ₂ やヘリウム−ネオン、アルゴン、窒素等の気体を媒質として用いる気体レーザ方式を採用しても良い。例えば炭酸ガスレーザを用いた場合、レーザ発振部２０４は、内蔵電極を含むレーザ発振部２０４の内部に炭酸ガス（ＣＯ₂ ）が充填され、コントローラ２から与えられる印字信号に基づいて内蔵電極により炭酸ガスを励起してレーザ発振させる。

レーザビーム走査系２２０は、レーザ発振部２０４と光路を一致させたＺ軸スキャナを内蔵するビームエキスパンダ２４２と、Ｘ軸スキャナ２２４と、Ｘ軸スキャナ２２４と直交するよう配置されたＹ軸スキャナ２２６とを備える。レーザビーム走査系２２０は、レーザ発振部２０４から出射されるレーザビームＬｂを、Ｘ軸スキャナ２２４及びＹ軸スキャナ２２６でワークＷの表面上の作業領域で二次元状に走査させる。

Ｘ軸スキャナ２２４及びＹ軸スキャナ２２６は、光を反射する反射面として全反射ミラーであるガルバノミラー２２４ａ、２２６ａ、ガルバノミラー２２４ａ、２２６ａを回動軸に固定して回動するためのガルバノモータ２２４ｂ、２２６ｂと、回動軸の回転位置を検出して位置信号として出力する位置検出部とを備える。また、Ｘ軸スキャナ２２４、Ｙ軸スキャナ２２６は、スキャナ駆動回路２２８に接続されている。スキャナ駆動回路２２８はコントローラ２に接続されており、コントローラ２から供給される制御信号に基づいてＸ軸スキャナ２２４、Ｙ軸スキャナ２２６を駆動する。

ここで、マーキングヘッド１内のＸ軸スキャナ２２４及びＹ軸スキャナ２２６によりレーザ光が走査される方向は、マーキングヘッド１の筐体の外辺と一致している。図１の例では、マーキングヘッド１の長手方向がＹ軸スキャナ２２６により走査される方向と一致し、短手方向がＸ軸スキャナ２２４により走査される方向と一致する。そのため、ワークＷの搬送方向（移動方向）とＸ軸スキャナ２２４の移動方向とが一致する。

ビームエキスパンダ２４２は、レーザ媒質２０６から出射するレーザビームＬｂのスポット径を調整する。スポット径を調整することで、ワーキングディスタンス（焦点距離）を調整することができる。すなわち、ビームエキスパンダ２４２で入射レンズと出射レンズとの相対距離を変化させることで、レーザビームＬｂのビーム径を拡大／縮小し、焦点位置を変化させることができる。

ビームエキスパンダ２４２、Ｘ軸スキャナ２２４、Ｙ軸スキャナ２２６の動作を制御することにより、ワーキングディスタンスを調整しながらレーザビームＬｂをワークＷの表面で二次元状に走査することができる。したがって、ワークＷの表面に対して焦点距離を合わせた状態で高精度に且つ最小スポットで印字することができる。

図３は、本発明の実施の形態に係るレーザマーキング装置１０の、ファイバレーザマーカを用いる場合の構成を示すブロック図である。図３に示すように、レーザマーキング装置１０は、コントローラ２とマーキングヘッド１とで構成され、コントローラ２に接続された印字データ生成装置３は、ワークＷの印字条件等の入力を受け付けて、ディスプレイ上に印字条件に対応するパラメータの設定画面等を表示する表示部を備えた入出力手段である。

コントローラ２は、メイン制御回路５０８、ワーク加工情報記憶部５１０、電源回路５１２、励起光源５１４及びレーザビーム増幅器５１６を含むレーザ発振器ユニットで構成され、コントローラ２によってレーザの発振制御、レーザビームの走査制御等が実行される。励起光源５１４は、レーザ媒質を励起するための励起光を生成するＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子と集光レンズとを含む。

レーザビーム増幅器５１６は、コアにレーザ媒質が添加された光ファイバを含み、レーザビーム増幅器５１６を用いてレーザビームを増幅することにより、エネルギー密度の高い高出力のレーザビームを生成することができる。レーザビーム増幅器５１６は、低出力の種光を発生させるマスターオシレータ部、種光を増幅するパワーアンプ部、ポンピング用光源装置、アイソレータ等で構成され、マスターオシレータ部及びパワーアンプ部は、レーザ媒質としてイッテルビウム（Ｙｂ）などの希土類元素が添加された希土類ドープ光ファイバによって構成される。

コントローラ２とマーキングヘッド１とは光ファイバケーブル５２０によって連結され、光ファイバケーブル５２０には、レーザビーム増幅器５１６で増幅されたレーザビームが直接的に入力される。

マーキングヘッド１は、光アイソレータ５２２、ビームエキスパンダ５２４、ビームサンプラー５２６、シャッタ５２８、フォトインタラプタ５３０、ダイクロイックミラー５３２、Ｚ軸スキャナ５３４、Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ５３６、パワーモニタ５３８及びガイド光源５４０を含む。

光アイソレータ５２２は、光ファイバケーブル５２０の端面から出射されたレーザビームを通過させ、戻り光を抑制する戻り光抑制手段を構成し、光ファイバケーブル５２０を介して伝送されたレーザビームをビームエキスパンダ５２４へ入力する順方向への伝送を許容し、逆方向への伝送を禁止する。光アイソレータ５２２は、例えば、アパーチャ、偏光子、ファラデー回転子によって構成される。アパーチャは、通過光を制限するための遮断板である。偏光子は、複屈折結晶からなるロッド状の光学素子である。ファラデー回転子は、磁界の印加によって偏光面を回転させる磁気光学素子である。

ビームエキスパンダ５２４は、レーザビームのビーム径を可変に制御するビーム径可変手段を構成し、光アイソレータ５２２と光軸を一致させて配置される。ビームエキスパンダ５２４は、光路上に配置された複数のレンズによって構成され、レンズ間の距離を調整することにより、ビーム径を所望の値に変換している。ビームサンプラー５２６は、ビームエキスパンダ５２４を通過したレーザビームの一部をダイクロイックミラー５３２に向けて反射させ、他の一部をパワーモニタ５３８側へ透過させる光学素子である。

パワーモニタ５３８は、ビームサンプラー５２６を透過したレーザビームを受光し、レーザパワーを検出するレーザパワー検出用センサであり、レーザパワーの検出結果をパワーレベル検出信号としてコントローラ２内のメイン制御回路５０８へ出力する。パワーモニタ５３８としては、例えばサーモパイル（熱電堆）、フォトダイオード等が用いられる。

シャッタ５２８は、レーザビームを必要に応じて遮断するための遮断装置であり、遮断板、及び遮断板を移動させる駆動機構によって構成される。シャッタ５２８は、ビームサンプラー５２６及びダイクロイックミラー５３２の間に配置されている。

フォトインタラプタ５３０は、シャッタ５２８が閉じているか否かを光学的に検出する光学センサである。ダイクロイックミラー５３２は、特定波長の光のみを反射し、他の波長の光を透過させる光学素子であり、シャッタ５２８を通過したレーザビームをＺ軸スキャナ５３４に向けて反射し、ガイド光源５４０からのガイド光をそのまま透過させる。

Ｚ軸スキャナ５３４は、光路上に配置された１又は２以上のレンズと、レンズを移動させるレンズ駆動用モータによって構成されるレーザビームの走査機構であり、レンズを変位させることによって、マーキングヘッド１から出射されるレーザビームの焦点位置を光軸方向に調整することができる。また、Ｚ軸スキャナ５３４は、レーザビームの集光機能を有している。なお、Ｚ軸スキャナ５３４は、ワークＷの高さに追随してレーザビームの焦点位置を光軸方向に移動させることが可能な走査機構である。

Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ５３６は、交差する回転軸にそれぞれ配置された２つのガルバノミラーと、ガルバノミラーを回転させるガルバノミラー駆動用モータとによって構成されるレーザビームの走査機構であり、ガルバノミラーを軸回転させることによって、レーザビームを光軸と交差する方向に走査させる。ここでは、印字対象面に照射されるレーザビームの光軸方向をＺ軸方向と呼び、光軸と交差する互いに平行でない２つの方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向と呼ぶ。

Ｚ軸スキャナ５３４を通過したレーザビームは、Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ５３６のガルバノミラーによって反射され、ワークＷに照射される。ガイド光源５４０は、レーザビームＬｂの照射位置をワークＷ上で可視化するためのガイド光を生成する光源装置である。ガイド光源５４０から出射されたガイド光は、ダイクロイックミラー５３２を透過し、レーザビームの光路に入る。レーザビームの光路に入ったガイド光は、Ｚ軸スキャナ５３４及びＸ軸／Ｙ軸スキャナ５３６を経てワークＷに照射される。

コントローラ２のワーク加工情報記憶部５１０は、ワークＷのレーザ印字に関する情報をワーク加工情報として保持するメモリであり、ワーク加工情報として、文字などをワークＷ上に加工する際の加工線の描画情報、レーザ発振を制御するためのレーザ出力制御情報などが保持される。

メイン制御回路５０８は、ワーク加工情報記憶部５１０内に保持されているワーク加工情報に基づいて、励起光源５１４、レーザビーム増幅器５１６、Ｚ軸スキャナ５３４、Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ５３６及びシャッタ５２８を制御する制御手段を構成し、具体的には、レーザ出力制御情報に基づいて、マーキングヘッド１から出射されるレーザビームのピークパワーやパルス幅を調整するための発振器制御信号を生成し、励起光源５１４及びレーザビーム増幅器５１６へ制御信号を出力する。

また、メイン制御回路５０８は、レーザ出力制御情報や描画情報に基づいて、Ｚ軸スキャナ５３４のレンズ駆動用モータ、Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ５３６のミラー駆動用モータ、及び、シャッタ５２８を制御するための駆動信号を生成し、各種の制御信号をＺ軸スキャナ５３４、Ｘ軸／Ｙ軸スキャナ５３６及びシャッタ５２８へ出力する。

図４は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置（印字データ生成部）３の、ＣＰＵ等の制御部を用いた場合の構成を示すブロック図である。図４に示すように、本実施の形態に係る印字データ生成装置３は、少なくとも動作を制御する制御プログラムを実行するＣＰＵ（制御部）３１、メモリ３２、記憶装置３３、Ｉ／Ｏインタフェース３４、ビデオインタフェース３５、可搬型ディスクドライブ３６、通信インタフェース３７及び内部バス３８を備えている。

ＣＰＵ３１は、内部バス３８を介して印字データ生成装置３の上述したようなハードウェア各部と接続されており、上述したハードウェア各部の動作を制御するとともに、記憶装置３３に記憶されているコンピュータプログラム１００に従って、種々のソフトウェア的機能を実行する。メモリ３２は、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ等の揮発性メモリで構成され、コンピュータプログラム１００の実行時にロードモジュールが展開され、コンピュータプログラム１００の実行時に発生する一時的なデータ等を記憶する。

記憶装置３３は、内蔵される固定型記憶装置（ハードディスク）、ＲＯＭ等で構成されている。記憶装置３３に記憶されたコンピュータプログラム１００は、プログラム及びデータ等の情報を記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体９０から、可搬型ディスクドライブ３６によりダウンロードされ、実行時には記憶装置３３からメモリ３２へ展開して実行される。もちろん、通信インタフェース３７を介して接続されている外部コンピュータからダウンロードされたコンピュータプログラムであっても良い。

通信インタフェース３７は内部バス３８に接続されており、接続線によりコントローラ２と接続されることにより、データ通信を行うことができる。具体的には、印字データあるいはフォントデータの一部を印字データに組み合わせて生成された展開データをコントローラ２へ送信する。もちろん、外部のコンピュータとインターネット等を介して接続しておき、例えばコンピュータプログラム等をダウンロードしても良い。

Ｉ／Ｏインタフェース３４は、キーボード４１、マウス４２等の入力装置と接続されており、ワークＷの表面に印字するデータ（印字データ）の入力を受け付ける。ビデオインタフェース３５は、ＬＣＤ等の表示装置４３と接続され、データの入力を受け付ける画面、ワークＷの表面に印字された文字列の状態等を表示する。

表示装置４３は、レーザ光の走査領域に対応する設定平面を表示し、設定平面上に印字パターンを表示する。なお、「設定平面」とは、レーザマーキング装置のＸ軸方向及びＹ軸方向を座標軸とする直交座標として規定された平面を意味しており、レーザマーキング装置により照射されるレーザ光の二次元状の走査領域に対応した平面である。印字データ生成装置３で、生成された印字データを設定平面で表したものを表示装置４３で目視で確認することができ、印字データ生成装置３で生成された印字データは、コントローラ２を介してマーキングヘッド１に送信され、ワークＷの表面に印字される。設定平面における印字データとワークＷの表面における印字とが略同じになるよう、コントローラ２、マーキングヘッド１の動作を制御する。

図５は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置（印字データ生成部）３の機能ブロック図である。本実施の形態に係る印字データ生成装置３の印字パターン設定受付部３０１は、文字列等の印字パターンの設定を受け付ける。

印字パターン設定受付部３０１では、印字する文字列等の印字パターンの設定を受け付けるだけでなく、印字する文字列のフォントデータの設定、印字する文字列のサイズの設定等を受け付ける。また、ワークＷの表面に正しく印字するために、印字面の形状の設定、印字する文字列の座標の設定、印字する文字の基準位置の設定、印字する文字列の角度の設定、印字条件の設定等を受け付ける。これらの設定を受け付けた内容が、印字データとしてコントローラ２へ送信される。

移動情報設定受付部３０２は、ワークＷの移動スピード及び移動方向の設定を受け付ける。具体的には、移動方向として、マーキングヘッド１のＸ軸の正方向（Ｘ＋）、Ｘ軸の負方向（Ｘ−）、Ｙ軸の正方向（Ｙ＋）、Ｙ軸の負方向（Ｙ−）の設定を受け付ける。移動スピードは、例えば「等速」であれば３００ｍｍ／ｓ、「エンコーダ」であれば３００ｍｍ／ｐｌｓのように入力を受け付ける。ここで、「移動スピード」とは、方向成分を持たない速さの絶対値を意味する。

図６は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置３の設定画面の例示図である。印字データ生成装置３の設定画面は、ワークＷの表面にどのように印字するかについて、ソフトウェアを用いて表示装置４３上で設定するためのＧＵＩである。図６の例では、印字選択ボタン６１により、「静止印字」か「移動印字」かの選択を受け付ける。以後、「移動印字」の選択を受け付けた場合について説明する。

そして、ヘッド状態表示領域６２に、ワークＷの移動方向に対するマーキングヘッド１の設置されている方向が表示される。図６のヘッド状態表示領域６２では、黒塗りの長方形がマーキングヘッド１の模式図であり、黒塗りの長方形の長手方向がＹ軸スキャナのＹ軸方向となり、短手方向がＸ軸スキャナのＸ軸方向となる。速度設定領域６３、６４では、ワークＷを搬送するラインスピードを、「等速」、あるいは「エンコーダ」検出かを選択し、それぞれラインスピードを、単位「ｍｍ／ｓ」、あるいは「ｍｍ／ｐｌｓ」として数値の入力を受け付ける。また、ヘッド位置調整領域６５では、上から順にマーキングヘッド１のＹ軸の負方向（Ｙ−）、Ｘ軸の負方向（Ｘ−）、Ｙ軸の正方向（Ｙ＋）、Ｘ軸の正方向（Ｘ＋）に対応するアイコンが表示されており、いずれかのアイコンを選択することで、マーキングヘッド１に対するワークＷの移動方向を変動させることができる。図６のヘッド位置調整領域６５では、上から二つ目の反転しているＸ軸の負方向（Ｘ−）が選択されている。

図５に戻って、角度取得部３０３は、マーキングヘッド１のＸ軸方向とワークＷの移動方向との角度、又はマーキングヘッド１のＹ軸方向とワークＷの移動方向との角度を取得する。例えば、マーキングヘッド１のＸ軸方向とワークＷの移動方向との角度、又はマーキングヘッド１のＹ軸方向とワークＷの移動方向との角度の設定を、設定画面から受け付ける。

図７は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置３を用いて、マーキングヘッド１とワークＷの移動方向とがなす角度の角度設定画面の例示図である。図７に示すように、回転角度θを回転角度入力領域７１に入力することで、設置されたマーキングヘッド１の回転角度を設定する。もちろん、座標値設定領域７２においてマーキングヘッド１の設置位置を直接指定できることは言うまでもない。

図５に戻って、印字パターン補正部３０５は、角度取得部３０３で取得した角度、ワークＷの移動スピード及び移動方向に基づいて印字パターンを補正する。図８は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置３の印字パターン補正の例示図である。図８は、ワークＷの移動方向とマーキングヘッド１のＸ軸方向とが一致している場合を例示している。

図８（ａ）に示すように、文字列「ＡＢＣ」を印字パターンとして設定を受け付けた場合、まず静止印字するときの文字パターンとしてマーキングヘッド１の移動ベクトルが生成される。そして、ワークＷの移動方向、すなわちマーキングヘッド１のＸ軸方向の移動ベクトルと、静止印字する場合の移動ベクトルとをベクトル加算することにより、図８（ｃ）に示すように、移動文字としてのマーキングヘッド１の移動ベクトルが生成される。

しかし、ワークＷの移動方向とマーキングヘッド１のＸ軸方向あるいはＹ軸方向とが一致していない場合も多い。この場合、ワークＷの移動方向をＸ軸方向及びＹ軸方向の移動ベクトルに分解し、それぞれに対する移動ベクトルを算出する。

図９は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置３のワークＷとマーキングヘッド１との位置関係を示す模式図である。図９に示すように、マーキングヘッド１の形状に応じてＸ軸方向９１とＹ軸方向９２とが定まる。ワークＷの移動方向９３は、コンベア等による搬送方向となる。図９の例は、レーザマーキング装置を用いて、ワークＷの表面に「ＣＢＡ」と印字する場合である。

図９に示すように、ワークＷは移動方向９３に従って左から右へと移動する。本実施の形態では、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」が別々の文字ブロックとして設定されている場合、マーキングヘッド１の印字範囲に入ってきた順に印字するため、「Ａ」→「Ｂ」→「Ｃ」の順に印字する。なお、印字方法は特にこれに限定されるものではなく、例えば文字列「ＣＢＡ」を１つの文字ブロックとして印字することで、「Ｃ」→「Ｂ」→「Ａ」の順に印字しても良いことは言うまでもない。

図１０は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置３のワークＷの移動ベクトルの分解の例示図である。図１０に示すように、ワークＷの移動ベクトルＱは、マーキングヘッド１のＸ軸方向のベクトルＱｘと、マーキングヘッド１のＹ軸方向のベクトルＱｙとに分解される。移動印字する場合の移動ベクトルは、それぞれ分解されたベクトルＱｘ、ベクトルＱｙについて、図８と同様にＸ軸方向の移動ベクトル、Ｙ軸方向の移動ベクトルを算出し、２つの移動ベクトルを合成して算出する。

図１１は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置３の印字パターンのＸ軸方向の補正の例示図である。図１１（ａ）に示すように、文字列「ＡＢＣ」を印字パターンとして設定を受け付けた場合、まず静止印字するときの文字パターンとしてマーキングヘッド１の移動ベクトルが生成される。そして、ワークＷのＸ軸方向の移動ベクトルと、静止印字する場合の移動ベクトルとをベクトル加算することにより、図１１（ｃ）に示すように、Ｘ軸方向への移動文字としてのマーキングヘッド１の移動ベクトルが生成される。

図１２は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置３の印字パターンのＹ軸方向の補正の例示図である。図１２（ａ）に示すように、文字列「ＡＢＣ」を印字パターンとして設定を受け付けた場合、まず静止印字するときの文字パターンとしてマーキングヘッド１の移動ベクトルが生成される。そして、ワークＷのＹ軸方向の移動ベクトルと、静止印字する場合の移動ベクトルとをベクトル加算することにより、図１２（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向への移動文字としてのマーキングヘッド１の移動ベクトルが生成される。

図１３は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置３の印字パターン補正の例示図である。図１３に示すように、図１１で生成されたＸ軸方向の移動ベクトルと、図１２で生成されたＹ軸方向の移動ベクトルとを合成することで、実際の移動方向に対するマーキングヘッド１の移動ベクトルが生成される。このように生成された印字パターンの補正データに基づいて、ワークＷの表面に印字する。

図１４乃至図１６を用いて、縦棒を移動印字する場合の座標計算例について説明する。図１４は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置３の印字パターン補正の計算例を示す説明図である。図１４では、Ｘ軸方向への移動の場合の印字データ出力速度をＳ、印字するドット間隔をＤ、移動スピードをＶとする。図１４（ａ）に示すように、ワークＷが、マーキングヘッド１のＸ軸方向に移動スピードＶで移動する場合、最初印字されるドットの座標を（Ｐｘ、０）とすると、次に印字されるドットの座標は（Ｐｘ＋Ｖ×Ｄ／Ｓ、Ｄ）と表すことができる。

同様にして、順次印字されるドットの座標は（Ｐｘ＋Ｖ×２Ｄ／Ｓ、２Ｄ）、（Ｐｘ＋Ｖ×３Ｄ／Ｓ、３Ｄ）、・・・と表すことができる。一方、ワークＷの移動方向が、マーキングヘッド１のＸ軸方向と一致しない場合、移動スピードＶは、速度ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）で表すことができる。

図１５は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置３の印字パターン補正の他の計算例を示す他の説明図である。図１５では、Ｘ軸方向への移動の場合の印字データ出力速度をＳ、印字するドット間隔をＤ、移動スピードをＶ（Ｖｘ、Ｖｙ）とする。

図１５（ａ）に示すように、ワークＷが、移動スピードベクトルＶで移動する場合、最初印字されるドットの座標を（Ｐｘ、Ｐｙ）とすると、次に印字されるドットの座標は（Ｐｘ＋Ｖｘ×Ｄ／Ｓ、Ｐｙ＋Ｄ＋Ｖｙ×Ｄ／Ｓ）と表すことができる。

同様にして、順次印字されるドットの座標は（Ｐｘ＋Ｖｘ×２Ｄ／Ｓ、Ｐｙ＋２Ｄ＋Ｖｙ×２Ｄ／Ｓ）、（Ｐｘ＋Ｖｘ×３Ｄ／Ｓ、Ｐｙ＋３Ｄ＋Ｖｙ×３Ｄ／Ｓ）、・・・と表すことができる。

また、座標系としてｒ−θ座標系を用いても良い。図１６は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置３の印字パターン補正のｒ−θ座標系における計算例を示す説明図である。図１６では、Ｘ軸方向への移動の場合の印字データ出力速度をＳ、印字するドット間隔をＤ、移動スピードをＶ（Ｖｒ、θ）とする。

図１６（ａ）に示すように、ワークＷが、移動スピードベクトルＶｒで移動する場合、最初印字されるドットの座標を（Ｐｘ、Ｐｙ）とすると、次に印字されるドットの座標は（Ｐｘ＋Ｖｒ・cos θ×Ｄ／Ｓ、Ｐｙ＋Ｄ＋Ｖｒ・sin θ×Ｄ／Ｓ）と表すことができる。

同様にして、順次印字されるドットの座標は（Ｐｘ＋Ｖｒ・cos θ×２Ｄ／Ｓ、Ｐｙ＋２Ｄ＋Ｖｒ・sin θ×２Ｄ／Ｓ）、（Ｐｘ＋Ｖｒ・cos θ×３Ｄ／Ｓ、Ｐｙ＋３Ｄ＋Ｖｒ・sin θ×３Ｄ／Ｓ）、・・・と表すことができる。

図５に戻って、印字データ生成部３０６は、補正された印字パターンに基づいて印字データを生成する。印字データ送信部３０７は、生成された印字データをコントローラ（レーザ光制御部）２へ送信する。これにより、所望の文字列がワークＷの表面に移動印字される。

なお、ワークＷの移動スピードを検出する速度検出部３０８を備えることが好ましい。具体的には、ワークＷを搬送するコンベア等の移動スピードを検出するエンコーダ等を設置し、ワークＷのＸ軸方向の移動スピードを検出することができる。これにより、移動スピードが変動した場合であっても正しく印字することができる移動文字の文字パターンを生成することが可能となる。

図１７は、本発明の実施の形態に係る印字データ生成装置３のＣＰＵ３１の印字処理の手順を示すフローチャートである。図１７において、印字データ生成装置３のＣＰＵ３１は、文字列等の印字パターンの設定を受け付ける（ステップＳ１７０１）。

ＣＰＵ３１は、ワークＷの移動スピード及び移動方向の設定を受け付ける（ステップＳ１７０２）。具体的には、マーキングヘッド１のＸ軸の正方向（Ｘ＋）、Ｘ軸の負方向（Ｘ−）、Ｙ軸の正方向（Ｙ＋）、Ｙ軸の負方向（Ｙ−）の設定を受け付けるとともに、移動スピードの入力を受け付ける。例えば「等速」であれば３００ｍｍ／ｓ、「エンコーダ」であれば３００ｍｍ／ｐｌｓのように入力を受け付ける。

ＣＰＵ３１は、マーキングヘッド１のＸ軸方向とワークＷの移動方向との角度、又はマーキングヘッド１のＹ軸方向とワークＷの移動方向との角度を取得する（ステップＳ１７０３）。例えば、マーキングヘッド１のＸ軸方向とワークＷの移動方向との角度、又はマーキングヘッド１のＹ軸方向とワークＷの移動方向との角度の設定を、設定画面から受け付けても良いし、角度センサ３０４によりマーキングヘッド１のＸＹ平面上での傾斜角度を検出しても良い。

ＣＰＵ３１は、取得した角度、ワークＷの移動スピード及び移動方向に基づいて印字パターンを補正し（ステップＳ１７０４）、補正された印字パターンに基づいて印字データを生成する（ステップＳ１７０５）。ＣＰＵ３１は、生成された印字データをコントローラ（レーザ光制御部）２へ送信する（ステップＳ１７０６）。これにより、所望の文字列がワークＷの表面に移動印字される。

以上のように本実施の形態によれば、マーキングヘッド１のＸ軸方向とワークＷの移動方向との角度、又はマーキングヘッド１のＹ軸方向とワークＷの移動方向との角度を取得し、取得した角度、ワークＷの移動スピード及び移動方向に基づいて印字パターンを補正する。補正された印字パターンに基づいて印字データを生成するので、ワークＷが移動する場合であってもワークＷが静止した状態で印字するのと同様の状態で印字することが可能となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変更、改良等が可能である。

１ マーキングヘッド（レーザ光走査部）
２ コントローラ（レーザ光発生部及びレーザ光制御部）
３ 印字データ生成装置（印字データ生成部）
４ 外部機器
１０ レーザマーキング装置
３１ ＣＰＵ
３２ メモリ
３３ 記憶装置
９０ 可搬型記録媒体
１００ コンピュータプログラム

Claims (6)

1. レーザ光を発するレーザ光発生部と、
   載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、
   印字データを生成する印字データ生成部と、
   前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部と
   を有するレーザマーキング装置であって、
   前記印字データ生成部は、
   印字パターンの設定を受け付ける印字パターン設定受付部と、
   前記ワークの移動スピードの設定を受け付ける移動情報設定受付部と、
   前記レーザ光発生部を有するマーキングヘッドのＸ軸方向と前記ワークの移動方向との角度、又は前記マーキングヘッドのＹ軸方向と前記ワークの移動方向との角度を取得する角度取得部と、
   取得した角度及び前記ワークの移動スピードに基づいて前記印字パターンを補正する印字パターン補正部と
   を備え
   前記印字データ生成部は、補正された印字パターンに基づいて印字データを生成し、
   前記レーザ光制御部は、生成された印字データに基づいて前記レーザ光走査部の動作を制御し、前記ワーク表面に印字することを特徴とするレーザマーキング装置。
2. 前記角度取得部は、前記マーキングヘッドのＸ軸方向と前記ワークの移動方向との角度、又は前記マーキングヘッドのＹ軸方向と前記ワークの移動方向との角度の設定を受け付けることを特徴とする請求項１に記載のレーザマーキング装置。
3. 前記移動情報設定受付部は、前記ワークの移動方向の設定を受け付け、
   前記印字パターン補正部は、取得した角度、前記ワークの移動スピード及び移動方向に基づいて、前記印字パターンを補正する請求項１又は２に記載のレーザマーキング装置。
4. 前記ワークの移動スピードを検出する速度検出部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。
5. レーザ光を発するレーザ光発生部と、
   載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、
   印字データを生成する印字データ生成部と、
   前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部と
   を有するレーザマーキング装置で実行することが可能な印字方法であって、
   前記レーザマーキング装置は、
   印字パターンの設定を受け付ける工程と、
   前記ワークの移動スピードの設定を受け付ける工程と、
   前記レーザ光発生部を有するマーキングヘッドのＸ軸方向と前記ワークの移動方向との角度、又は前記マーキングヘッドのＹ軸方向と前記ワークの移動方向との角度を取得する工程と、
   取得した角度及び前記ワークの移動スピードに基づいて前記印字パターンを補正する工程と
   を含み、
   補正された印字パターンに基づいて印字データを生成することを特徴とする印字方法。
6. レーザ光を発するレーザ光発生部と、
   載置されたワーク表面をレーザ光にて二次元状に走査するレーザ光走査部と、
   印字データを生成する印字データ生成部と、
   前記ワーク表面に文字列を印字するための印字データに基づいて、レーザ印字を行うレーザ光制御部と
   を有するレーザマーキング装置で実行することが可能なコンピュータプログラムであって、
   前記レーザマーキング装置を、
   印字パターンの設定を受け付ける印字パターン設定受付手段、
   前記ワークの移動スピードの設定を受け付ける移動情報設定受付手段、
   前記レーザ光発生部を有するマーキングヘッドのＸ軸方向と前記ワークの移動方向との角度、又は前記マーキングヘッドのＹ軸方向と前記ワークの移動方向との角度を取得する角度取得手段、及び
   取得した角度及び前記ワークの移動スピードに基づいて前記印字パターンを補正する印字パターン補正手段
   として機能させ、
   前記印字データ生成部を、補正された印字パターンに基づいて印字データを生成する手段として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。