JP3809998B2 - ガルバノスキャニング式レーザマーキング装置及びその投影像投射方法。 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガイド用の可視光レーザにより印字内容に応じた投影像を被印字対象物上に投射する機能を備えたガルバノスキャニング式レーザマーキング装置及びその投影像投射方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガルバノスキャニング式レーザマーキング装置（以下、「レーザマーキング装置」という）は、例えばマーキング用のレーザ光を出射するレーザ光源と、そのレーザ光の方向を変えて被印字対象物上に高密度に集光されたレーザ光を照射する一対のガルバノミラーと、制御装置とを備えてなる。この制御装置により印字すべき文字、記号、図形等（以下、「文字等」という）の印字内容に基づいて制御データが生成され、これらがレーザ光源及びガルバノミラーに与えられ駆動制御されることで、被印字対象物上でレーザ光の照射点を二次元的に走査し、もって所望の印字内容を被印字対象物上に印字できるのである。
【０００３】
ところで、印字開始前には、被印字対象物上における印字位置等を調整する必要がある。従来は、サンプル用の被印字対象物に実際に印字してみて、その出来具合と所望の印字位置との誤差を確認しつつ印字位置の調整作業を行っていた。しかし、これではレーザ光源及びサンプル用被印字対象物等を無駄に消耗又は消費するだけでなく、印字位置の調整作業に多くの時間や労力がかかるという問題があった。
【０００４】
そこで、レーザマーキング装置のなかには、投影像投射機能を備えたものがある。このものは、弱出力の可視光レーザを出射する可視光レーザ光源を備えて、印字開始前に、この可視光レーザ光源からの可視光レーザを前記ガルバノミラーを介して被印字対象物上を走査するように照射することで印字すべき印字内容の投影像を被印字対象物に投射するのである。この機能があれば、被印字対象物上における投影像の位置と所望の位置との誤差を確認することで印字位置調整ができるから、レーザ光源及びサンプル用被印字対象物等を無駄に消耗等することなく印字位置の調整作業を短縮化させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、依然として印字工程における時間の短縮化の要望は強い。ここで、上述した投影像投射機能を備えた従来のレーザマーキング装置では、印字すべき印字内容に基づいてガルバノミラーが駆動制御され、その印字内容そのままの投影像を被印字対象物に投射していくので、印字内容の文字等の画数や文字数等に応じた投影時間がかかる。また、特に大量数の文字等からなる印字内容を印字する場合には、印字開始点から印字終了点に至るまでの投影時間が長くなり、印字終了点付近を投射している頃には印字開始点付近の投影像が消灯してしまうなど、作業者が印字内容全体の投影像を一目で確認できず、印字位置の調整作業がし辛くなるという問題が生じる。
【０００６】
これに対して、特開平10-58167号では、印字すべき印字内容そのままの投影像ではなく、その印字内容が印字される印字領域を矩形等の簡単な図形で表した印字領域図の投影像だけを被印字対象物上に投射するものが開示されている。この構成であれば、上述した印字内容そのままの投影像を投影するものに比べて投影時間を更に短縮化することができる。
【０００７】
しかしながら、この構成では、印字領域図の投影像の被印字対象物上における位置をみることで、被印字対象物上において印字内容の全体的な位置がどの辺りになるかを知ることはできるが、印字内容内の個々の文字等のバランスなどを考慮した正確な印字位置調整を行うことができないという問題が生じる。
【０００８】
即ち、例えば図５（Ａ）に示すような印字内容１を被印字対象物３上に印字する場合、同図（Ｂ）に示すようにこの印字内容１全体を囲む矩形の印字領域図の投影像２が被印字対象物３上に投射されることになる（同図（Ｃ）参照）。ここで、この投影像２が被印字対象物３の中央にくるように位置合わせを行えば、同図（Ｄ）に示すように印字内容１全体を被印字対象物３上の中央に印字できるよう印字位置を調整することができる。これに対して例えば、同図（Ｅ）に示すように、”ＡＳＫＪ”及び”ＢＨＦＴ−ＬＫＳＲＴ”部分が被印字対象物３の中央にくるような位置に印字位置を調整したい場合がある。こうした場合、被印字対象物３上に投影される印字領域図の投影像２をみるだけでは前記”ＡＳＫＪ”及び”ＢＨＦＴ−ＬＫＳＲＴ”部分が実際に被印字対象物３上のどの位置にくるのか分かり辛い。これでは、結局作業者による感覚的な調整に頼らざるを得ず所望の印字位置に正確に合わせることができない。
【０００９】
また、例えば図６（Ａ）に示すような印字内容４を平面凸形状の被印字対象物５に印字する場合、やはり同図（Ｂ）に示すようにこの印字内容４全体を囲む矩形の印字領域図の投影像６が被印字対象物５上に投射されることになる（同図（Ｃ）参照）。ここで、この印字内容４を同図（Ａ）の位置に合わせるには、同図（Ｄ）に示すように投影像６を被印字対象物５から一部はみ出した位置に合わせることになるが、投影像６だけではやはりその位置に正確に合わせることは困難であり、結局作業者による感覚的な調整に頼らざるを得ない。
【００１０】
このように、印字領域図の投影像を投射するものでは、印字内容そのままの投影像を投射する構成に比べて投射時間を短縮化することはできるが、その反面、印字内容内の個々の文字等のバランスなどを考慮した正確な印字位置調整を行うことができないという欠点があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、可視光レーザの投射時間の短縮化を図りつつ、被印字対象物上の所望の位置に印字内容の印字位置を正確に合わせることが可能なガルバノスキャニング式レーザマーキング装置及びその投影像投射方法を提供するところにある。
【００１２】
【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の発明に係るガルバノスキャニング式レーザマーキング装置の投影像投射方法は、可視光レーザ光源から出射されるガイド用の可視光レーザをガルバノスキャナによって被印字対象物上を走査するように照射して、印字すべき文字、記号、図形等の印字内容に応じた投影像を被印字対象物上に投射する機能を備えたガルバノスキャニング式レーザマーキング装置の投影像投射方法において、印字内容の少なくとも一部の文字、記号、図形等を簡略化した文字、記号、或いは図形に置き換えた簡略化印字内容の投影像を被印字対象物上に投射するようにしたところに特徴を有する。
【００１３】
請求項２の発明に係るガルバノスキャニング式レーザマーキング装置は、ガイド用の可視光レーザを出射する可視光レーザ光源と、可視光レーザの方向を変えて被印字対象物上に可視光レーザを照射するガルバノスキャナと、このガルバノスキャナを駆動することで可視光レーザを被印字対象物上を走査するように照射して、印字すべき文字、記号、図形等の印字内容に応じた投影像が被印字対象物上に投射されるよう制御する制御手段を備えたガルバノスキャニング式レーザマーキング装置において、制御手段は、印字内容の少なくとも一部の文字、記号、図形等を簡略化した文字、記号、或いは図形に置き換えた簡略化印字内容の投影像を被印字対象物上に投射するようにガルバノスキャナの制御データを生成する制御データ生成手段が備えられているところに特徴を有する。
【００１４】
請求項の３の発明は、請求項２に記載のガルバノスキャニング式レーザマーキング装置において、簡略化印字内容は、印字内容のうち印字サイズが所定の大きさ以下である文字、記号、図形等について簡略化されたものであるところに特徴を有する。
【００１５】
なお、本発明において「簡略化」とは、例えば画数の多い文字等を画数の少ない文字等に置き換えたり、漢字や複雑な記号等を簡単な図形に置き換えたりするなど、印字内容全体の投影像を被印字対象物上に投射するのに要する時間がより短くなるような文字、記号、或いは図形等に置き換えることをいう。
【００１６】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１及び請求項２の発明＞
請求項１及び請求項２の構成によれば、被印字対象物上には、印字内容そのままの投影像ではなく、少なくとも一部の文字、記号、図形等を簡略化した文字、記号、或いは図形に置き換えた簡略化印字内容の投影像を投射する。
これにより、印字内容そのままの投影像を投射する従来のものに比べて投影時間を短縮化することができる。また、簡略化印字内容の投影像をみることで、印字内容内の各文字等間のバランスや位置関係を知ることができるから、もって印字領域図の投影像を投射する従来のものに比べて印字位置の正確な調整を行うことができる。
【００１７】
＜請求項３の発明＞
請求項３の構成によれば、印字内容のうち、所定サイズより大きい文字等についてはそのままの投影像が、所定サイズ以下の文字等については簡略化した文字等の投影像がそれぞれ被印字対象物上に投影されることになる。従って、実際の印字内容に極力近い状態の投影像が被印字対象物上に再現されるから、投影時間の短縮化を図りつつ印字位置のより正確な調整が可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１及び図２によって説明する。
本実施形態のガルバノスキャニング式レーザマーキング装置（以下、「レーザマーキング装置１０」は、図１に示すように、コントローラ部１１と分離型のヘッド部１２とを備えてなり、それぞれに設けられた入出力回路１３，１３同士が電気ケーブル１４にて接続されていると共に、コントローラ部１１から導出された後述する光伝送用ケーブル１５がヘッド部１２に接続されている。
【００１９】
コントローラ部１１には、赤外光（以下、「マーキング用レーザ光」という）を出射するレーザ発生手段１６と制御手段１７とが備えられている。レーザ発生手段１６から出射されたマーキング用レーザ光は光ファイバＦ１を介してヘッド部１２に与えられる。また、符号２０は、例えばコンソール等の入力手段であって、ここで印字したい文字、図形、記号等（以下、「文字等」という）」の印字内容に関する情報（印字内容を構成する各文字等のサイズや位置関係等を含む）の入力や、印字速度等の各種の設定を行うことができる。そして、制御手段１７は、入力手段２０にて入力設定された印字内容等に基づいて、これを構成する各文字等に対応するフォントデータを図示しないメモリから読み出し、これを所定の線分要素に分けられた印字データとして生成する。次いで、その印字データを実際の印字エリア上の位置関係を示す複数の座標データに変換して、次述するガルバノミラー２１，２２を駆動させるガルバノ駆動手段（図示せず）に与える。
【００２０】
一方、ヘッド部１２には、光ファイバＦ１の先端から出射されるマーキング用レーザ光を平行光にするコリメータレンズ２３と、その平行光の向きを変える一対のガルバノミラー２１，２２と、ガルバノミラー２１，２２で反射したレーザ光を受けて被印字対象物Ｗ表面上に集光するｆθレンズ２４とが備えられている。本実施形態では、ガルバノミラー２１，２２は、Ｘ軸ガルバノミラー２１及びＹ軸ガルバノミラー２２とからなり、前記コリメータレンズ２３からの平行光が、例えばＸ軸ガルバノミラー２１からＹ軸ガルバノミラー２２へと向う順序で反射する配置になっている。そして、各ガルバノミラー２１，２２は、前記ガルバノ駆動手段により制御手段１７から与えられる座標データに応じて回動されて、被印字対象物Ｗ上に形成されたレーザ光の照射点を二次元的に走査し、もって被印字対象物Ｗの表面上に前記印字内容が印字されることになる。
【００２１】
なお、本実施形態では、Ｘ軸ガルバノミラー２１は、レーザ光の一部を透過する材質によって構成されており、ヘッド部１２には、Ｘ軸ガルバノミラー２１を透過するレーザ光を受光する受光素子２５と、Ｘ軸ガルバノミラー２１の角度を検出する角度検出手段２６とが備えられている。受光素子２５での受光量に対応した受光信号と、角度検出手段２６にて検出された角度に対応した角度信号とは、電気ケーブル１４を介してコントローラ部１１の制御手段１７に与えられる。そして、制御手段１７は、与えられた受光信号及び角度信号に基づいてレーザ発生手段１６のレーザ出力を制御する。
【００２２】
また、レーザマーキング装置１０のコントローラ部１１には前記制御手段１７によりオンオフ制御される可視光レーザ光源２７が備えられており、この可視光レーザ光源２７から出射されたガイド用の可視光レーザは光ファイバＦ２を介してヘッド部１２側に伝送される。なお、この光ファイバＦ２と、前記マーキング用レーザ光を伝送する光ファイバＦ１とは、それらの先端側が図示しない保護チューブにて束ねられて一つの光伝送用ケーブル１５としてコントローラ部１１から導出され、その先端がヘッド部１２内の前記コリメータレンズ２３に向けられる。印字開始前においては、制御手段１７により、前記レーザ発生手段１６が停止され、可視レーザ光源及びガルバノ駆動手段が駆動制御されることで、もって印字対象物上には可視光レーザによる投影像が形成されることになる（以下、「トレース作業」という）。
【００２３】
次に、本実施形態のレーザマーキング装置１０の印字開始前の印字位置調整作業における作用効果について図２を参照しつつ説明する。
例えば、図２（Ａ）に示すように、大きさの異なる複数の文字等からなる印字内容３０を被印字対象物Ｗに印字したい場合には、まず入力手段２０にてこの印字内容３０に関する印字情報等を入力設定する。すると、制御手段１７は、本発明の制御データ生成手段として機能する。即ち、印字内容３０を構成する各文字等について、入力手段２０で設定された印字サイズに基づいて、それら各文字等が所定のサイズ（本実施形態では、例えば１mm角）以下であるかどうかを判断する。そして、所定のサイズより大きい文字等については、上述したマーキング時と同様に、それに対応したフォントデータをメモリから読み出して印字データを生成する。一方、所定のサイズ以下の文字等については、例えば一律に”○”なる図形（本発明の「簡略化した文字、記号、或いは図形」に相当する）に対応するフォントデータを読み出して印字データを生成するよう動作する（請求項３の発明に相当する構成）。
【００２４】
そして、これらの印字データに基づく座標データがガルバノ駆動手段に与えられてガルバノミラー２１，２２が回動されて、被印字対象物Ｗ上に形成された可視光レーザの照射点が二次元的に走査される。これにより、同図（Ｃ）に示すように、被印字対象物Ｗ上には、印字内容３０のうち”Ｌ”，”０”，”１”，”Ａ”，”Ｐ”が”○”に置き換えられた投影像３１（本発明の「簡略化印字内容の投影像」に相当する）が投影されることになる。作業者は、この投影像３１の、被印字対象物Ｗ表面における位置を確認しつつ、例えば作業台上での被印字対象物Ｗの位置や向きを変更して、或いは入力手段２０での設定内容を変更して最適な印字位置に合わせる調整作業を行うことになる。
【００２５】
このように、被印字対象物Ｗ上には、印字内容３０のうち一部の文字等が簡単な”○”に置き換えられた投影像３１が投射される。従って、印字内容そのままの投影像を投射する場合に比べて投影時間を短縮化することができ、もって印字工程における作業時間の短縮化を図ることが可能になる。また、例えば印字内容３０のうち”ＳＫＴ”部分が被印字対象物Ｗ上の中央にくるよう印字位置を調整したい場合でも、投影像３１をみることで、印字内容３０全体が被印字対象物Ｗ表面内に収まるかどうかを確認しつつ前記”ＳＫＴ”部分が被印字対象物Ｗ上でどの辺りにくるのかを知ることができる。即ち、印字領域図の投影像を投射する従来のものに比べて、印字内容３０内の各文字等間のバランスを考慮した印字位置調整をより正確に行うことができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、簡略化するかどうかの判断は、印字サイズが１mm角以下であるかどうかを基準とした。これは、印字位置の調整作業の際、実際上１mm角程度の文字等の投影像は人間の目にはほとんど識別できない「点」のようなものである。従って、その位置に文字等が書かれるということがわかればよく、簡略化した文字・記号・図形に置き換えても支障はなく、印字内容そのままの投影像を投射する従来のものとほぼ同等の正確な印字位置調整を可能とし、かつそのものよりも投影時間の短縮化を図ることができる。
【００２７】
＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では、印字内容のうち所定のサイズ以下の文字等についてのみ簡略化する構成としたが、本第２実施形態は、印字内容のうち漢字等の複雑な文字（例えば、所定画数以上の漢字）を簡略化する構成である。より詳しくは、印字内容４０を構成する各文字等が、例えば平仮名、カタカナ又はアルファベットであるかどうかを判断して、それ以外の文字、記号、図形（図３では、”亜”，”細”，”神”，”無”，”月”，”＠”）のみを例えば”○”に置き換えた投影像４１を被印字対象物Ｗ上に投射するのである。漢字等の複雑な文字は、複雑な分だけその投影像を正確に投射するのに要する時間が長くなるが、ある程度の印字サイズであれば、印字位置調整に際しどの位置にその文字がくるかさえ分かればそのままの投影像を正確に投射する必要はない。従って、この複雑な文字を簡略化した文字等に置き換えることで投射時間を効果的に短縮化することができる。
【００２８】
＜第３実施形態＞
本第３実施形態は、印字内容内の最初及び最後の文字（又は図形、記号）以外の文字等を簡略化する構成である。例えば、図４（Ａ）に示す印字内容５０のうち、最初の”Ｓ”及び最後の”Ａ”についてはそのままで、それら以外の”ＫＴ−１”及び”２５−６０”に係る各文字を”□”に置き換えた投影像５１を被印字対象物Ｗ上に投影するのである（同図（Ｂ）（Ｃ）参照）。
【００２９】
＜第４実施形態＞
本第４実施形態では、印字内容を構成する文字等の数が所定数以上であるものについてそれらを簡略化した投影像を投射する構成である。このような構成であれば、従来説明で述べたように大量数の文字からなり全体の投影像を一度に確認できないような印字内容について簡略化することで投射時間の短縮化を図り全体の投影像が一目で確認できるようにすることが可能になる。
【００３０】
＜第５実施形態＞
本実施形態では、上記各実施形態とは異なり、例えば作業者により前記入力手段２０にて印字内容内うち任意の文字等を指定できるようにし、印字したい印字内容のうち指定された文字等のみ、或いは指定された文字等以外の文字等を簡略化した投影像を被印字対象物Ｗ上に投影する構成である。例えば、先の図４のように、印字内容のうち、被印字対象物Ｗに対して位置合わせの基準となる文字等を入力手段２０にて指定し、その指定された文字以外の文字を簡略化した投影像を投射するのである。
【００３１】
＜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。
（１）上記各実施形態では、Ｘ軸ガルバノミラー２１、及び、Ｙ軸ガルバノミラー２２を備える構成であったが、この限りではなく、どちらか一方のみを備える構成であっても良い。
【００３２】
（２）上記各実施形態では、所定サイズ以下の文字等についてのみ簡略化する構成としたが、この限りではなく、印字内容の全ての文字等について簡略化する構成あってもよい。
【００３３】
（３）なお、マーキング時における印字速度と、トレース作業時における投射速度とを別々に設定できる構成であってもよい。そうすれば、マーキング時は印字品質を保持できる程度の印字速度に設定し、投影像の投射速度はそれよりも速い速度に設定することで、印字工程全体にかかる時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のレーザマーキング装置を示すブロック図
【図２】印字内容及び投影像の関係を示す模式図
【図３】第２実施形態における印字内容及び投影像の関係を示す模式図
【図４】第３実施形態における印字内容及び投影像の関係を示す模式図
【図５】従来のレーザマーキング装置における印字内容及び印字領域図の投影像の関係を示す模式図（その１）
【図６】印字内容及び印字領域図の投影像の関係を示す模式図（その２）
【符号の説明】
１０…レーザマーキング装置
１６…レーザ発生手段
１７…制御手段
２１，２２…ガルバノミラー
２７…可視光レーザ光源
３０，４０，５０…印字内容
３１，４１，５１…投影像
Ｗ…被印字対象物

Claims (3)

1. 可視光レーザ光源から出射されるガイド用の可視光レーザをガルバノスキャナによって被印字対象物上を走査するように照射して、印字すべき文字、記号、図形等の印字内容に応じた投影像を被印字対象物上に投射する機能を備えたガルバノスキャニング式レーザマーキング装置の投影像投射方法において、
   前記印字内容の少なくとも一部の文字、記号、図形等を簡略化した文字、記号、或いは図形に置き換えた簡略化印字内容の投影像を前記被印字対象物上に投射するようにしたことを特徴とするガルバノスキャニング式レーザマーキング装置の投影像投射方法。
2. ガイド用の可視光レーザを出射する可視光レーザ光源と、
   前記可視光レーザの方向を変えて被印字対象物上に前記可視光レーザを照射するガルバノスキャナと、
   このガルバノスキャナを駆動することで前記可視光レーザを前記被印字対象物上を走査するように照射して、印字すべき文字、記号、図形等の印字内容に応じた投影像が被印字対象物上に投射されるよう制御する制御手段を備えたガルバノスキャニング式レーザマーキング装置において、
   前記制御手段は、前記印字内容の少なくとも一部の文字、記号、図形等を簡略化した文字、記号、或いは図形に置き換えた簡略化印字内容の投影像を前記被印字対象物上に投射するように前記ガルバノスキャナの制御データを生成する制御データ生成手段が備えられていることを特徴とするガルバノスキャニング式レーザマーキング装置。
3. 前記簡略化印字内容は、前記印字内容のうち印字サイズが所定の大きさ以下である文字、記号、図形等について簡略化されたものであることを特徴とする請求項２に記載のガルバノスキャニング式レーザマーキング装置。

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