(57)【要約】      （修正有）【課題】マーキングに要する時間を短縮し、ソフトウェアで簡便に制御方法を構成できるレーザーマーキング方法とその装置を提供すること。【解決手段】Ｑスイッチ素子４と高周波電力制御回路を備えた発振器３から出力されるレーザパルス光をレーザスキャナ６を用いて被加工物上で２次元的に走査してマーキングを行うに際し、Ｑスイッチ素子を制御する高周波電力とレーザスキャナのポジショニングを同時に制御することによりファーストパルスを抑制するために必要な時間を削除または削減し、マーキング時間を短縮する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｑスイッチレーザ発振器の発振パルス光をレーザスキャナによって走査しマーキングを行うレーザマーキング方法であって、
前記発振パルス光に発生するファーストパルス抑制のための前記Ｑスイッチレーザ発振器の制御を、前記レーザスキャナの走査位置をマーキング開始点にポジショニングする時間内に行う、
ことを特徴とするレーザマーキング方法。
【請求項２】
前記ファーストパルスの抑制に要する時間を予め予測し、
前記ポジショニング完了と同時に前記ファーストパルスの抑制が完了する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザマーキング方法。
【請求項３】
前記レーザスキャナの制御と前記Ｑスイッチレーザ発振器の制御が、
所定の時間間隔で生成された前記ポジショニングのデータと前記ポジショニングのデータとリンクした前記Ｑスイッチレーザ発振器の制御データによって実行される、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザマーキング方法。
【請求項４】
前記所定の時間間隔が、
前記Ｑスイッチパルスの繰り返し周期である、
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザマーキング方法。
【請求項５】
Ｑスイッチレーザ発振器と、前記Ｑスイッチレーザ発振器の発振パルス光を走査するレーザスキャナと、前記Ｑスイッチレーザ発振器と前記レーザスキャナを制御するコントローラを備えたレーザマーキング装置であって、
前記コントローラが、
前記発振パルス光に発生するファーストパルス抑制のための前記Ｑスイッチレーザ発振器の制御を、前記レーザスキャナの走査位置をマーキング開始点にポジショニングする時間内に行う、
ことを特徴とするレーザマーキング装置。
【請求項６】
前記前記コントローラが、
前記ファーストパルスの抑制に要する時間を予め予測し、
前記ポジショニング完了と同時に前記ファーストパルスの抑制を完了する、
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザマーキング装置。
【請求項７】
前記レーザスキャナの制御と前記Ｑスイッチレーザ発振器の制御が、
所定の時間間隔で生成された前記ポジショニングのデータと前記ポジショニングのデータとリンクした前記Ｑスイッチレーザ発振器の制御データによって実行される、
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザマーキング装置。
【請求項８】
前記所定の時間間隔が、
前記Ｑスイッチパルスの繰り返し周期である、
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザマーキング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザマーキング方法並びにレーザマーキング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２次元の走査装置とＱスイッチパルス列の照射とを組み合わせて文字や図柄をマーキングするレーザマーキング装置に関し、マーキングの精度や品質を向上させる発明が多くなされている。一般的なレーザマーキング装置の技術は、特開昭５９−４５０９１号（例えば特許文献１）や、特開昭６０−２２１７２１号等に記載されている。また、Ｑスイッチパルス特有のファーストパルスの抑圧については、特開平２−２９００９０号（例えば特許文献２）や特開２００１−３１３４３４号の公報にＱスイッチ素子に与える高周波の電力を所定の時定数で次第に減少させ、レーザ媒質に蓄積したエネルギーを徐々に排出し、ファーストパルスを減衰させる技術が記載されている。
【０００３】
良く知られているファーストパルスの抑制方法について説明する。図６は、マーキングを行うタイミング間隔であるクロックと、Ｑスイッチを駆動するＲＦ回路にＲＦ出力を指示するＲＦ出力指令の信号と、ＲＦ回路の出力信号と、Ｑスイッチ制御されたレーザパルス出力の時間波形を示す。Ｑスイッチ素子にＲＦ信号が出力されると、レーザ共振器内の損失が増大してレーザ出力が抑制される。ＲＦ出力を長い時間印加してレーザ発振を抑制した後、Ｑスイッチパルス発振を急に開始すると、レーザ共振器中に蓄積されたエネルギーが放出されて、定常的なＱスイッチ発振時に比べて波高値の高い光パルスとなって、破線で示したいわゆるファーストパルスとなって現れる。これによって、加工ばらつきが生ずる。このため、レーザ発振を抑制しかつ蓄積エネルギーが徐々に解放されるように、Ｑスイッチ素子に印加するＲＦパワーを低下させる過渡的な制御を行うことで、ファーストパルスの抑制が行われている。
【０００４】
しかし、これらの技術を組み合わせて使用してレーザマーキング装置を構成した場合には、以下のような問題があった。
第一の問題点はマーキングする文字や図形の線の切れ目でレーザパルスを出射せず、その状態を保持して新たなマーキング開始点にレーザスキャナを移動し、移動し終わった時点でレーザスキャナを停止させて、ファーストパルスの抑制を行い、抑制後新たなマーキングを開始するという制御のシーケンスを行っており、マーキングに時間がかかるといった問題があった。
第二の問題点は、ファーストパルスを抑制する装置がハードウェアにより構成されるため、ＲＦ出力制御の最適化を行うのに手間がかかるという問題があった。第三の問題点は、ファーストパルスを抑制するための制御回路が独立しており、さらにレーザスキャニングと同期をとる手段が必要となり、装置が高価となるといった問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５９−４５０９１号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献２】
特開平０２−２９００９０号公報（第２−３頁、図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、その目的はレーザマーキングに要する時間を短縮し、ソフトウェアで簡便に制御方法を構成できるレーザマーキング方法とそれを具現化したレーザマーキング装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題解決のために、本発明のレーザマーキング方法は、Ｑスイッチレーザ発振器の発振パルス光をレーザスキャナによって走査しマーキングを行うレーザマーキング方法であって、発振パルス光に発生するファーストパルス抑制のためのＱスイッチレーザ発振器の制御を、レーザスキャナの走査位置をマーキング開始点にポジショニングする時間内に行うことを特徴とする。
また、ファーストパルスの抑制に要する時間を予め予測し、ポジショニング完了と同時にファーストパルスの抑制が完了する。
また、レーザスキャナの制御とＱスイッチレーザ発振器の制御が、所定の時間間隔で生成されたポジショニングのデータとポジショニングのデータとリンクしたＱスイッチレーザ発振器の制御データによって実行される。
そして、所定の時間間隔が、Ｑスイッチパルスの繰り返し周期である。
【０００８】
また本発明のレーザマーキング装置は、Ｑスイッチレーザ発振器と、Ｑスイッチレーザ発振器の発振パルス光を走査するレーザスキャナと、Ｑスイッチレーザ発振器とレーザスキャナを制御するコントローラを備えたレーザマーキング装置であって、コントローラが、発振パルス光に発生するファーストパルス抑制のためのＱスイッチレーザ発振器の制御を、レーザスキャナの走査位置をマーキング開始点にポジショニングする時間内に行うことを特徴とする。
また、コントローラが、ファーストパルスの抑制に要する時間を予め予測し、ポジショニング完了と同時にファーストパルスの抑制を完了する。
また、レーザスキャナの制御とＱスイッチレーザ発振器の制御が、所定の時間間隔で生成されたポジショニングのデータとポジショニングのデータとリンクしたＱスイッチレーザ発振器の制御データによって実行される。
そして、所定の時間間隔が、Ｑスイッチパルスの繰り返し周期である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、Ｑスイッチ素子と高周波電力制御回路を備えたレーザ発振器から出力されるレーザパルス光をレーザスキャナを用いて被加工物上で２次元的に走査し、マーキングを行うレーザマーキング装置であり、とくに、レーザパルス発振開始時に発生するファーストパルスと呼ばれる尖頭値の高いレーザパルスの出力を抑制し、均一なレーザパルスを得る機能を有したレーザマーキング装置において、Ｑスイッチ素子を制御する高周波電力（以下ＲＦ）とレーザスキャナのポジショニングを同時に制御することによって、従来レーザスキャナのポジショニング後に必要であったファーストパルスの抑制するために要する時間を不要とし、マーキング時間を短縮する特徴を有する。
【００１０】
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１を参照すると、本発明のレーザマーキング装置の上面図図１（Ａ）と側面図図１（Ｂ）が示されている。本発明のレーザマーキング装置は、レーザスキャナを用いて被加工物上でレーザ光を２次元的に走査し、マーキングを行う構成であって、コントローラ１と、ＲＦ制御回路２と、レーザ発振器３と、Ｑスイッチ素子４と、ビームエキスパンダ５と、レーザスキャナ６と、ｆθレンズ７を備え、被加工物８にマーキングを行う。
コントローラ１は、レーザスキャナ６とＲＦ制御回路２を介してレーザ発振器３内のＱスイッチ素子４を制御する。コントローラ１はマーキングデータ作成のためのパラメータの入力、マーキングデータの生成および、マーキングデータに基づいてレーザスキャナ６とＲＦ制御回路２を制御してマーキングの制御を行う。レーザ発振器３は、ＲＦ制御回路２で制御されたＱスイッチ素子４により制御され、レーザパルス光を出射する。ビームエキスパンダ５は、レーザスキャナ６に向けてレーザ発振器３から出力されたレーザパルス光のビーム径を拡大する。レーザスキャナ６はビームエキスパンダ５から出射されたレーザパルス光がｆθレンズ７を通った後に被加工物８のマーキング面で２次元的に走査されるよう、２軸の駆動系に取り付けられたミラーで向きを変えてレーザパルス光を出射する。ｆθレンズ７は、レーザスキャナ６にて方向を定められたレーザパルス光を被加工物８のマーキング面で集光させる。
【００１１】
図１において、コントローラ１はある所定の時間間隔で区切られたマーキングデータとして、レーザスキャナ動作の為の分配データと共にファーストパルスの抑制動作を制御するデータをメモリに生成し、その生成されたデータを前記した所定の時間間隔でレーザスキャナ６とＲＦ制御回路２に出力し、レーザスキャナの制御とＲＦ出力の制御を同時に行うことができる。これにより、レーザスキャナのポジショニング中にファーストパルスの抑制を完了させ、無駄時間の無いマーキングを行うことができる。
【００１２】
次に、コントローラ１で生成されるマーキングデータの構成について、図２および、図３を用いて説明する。図２は、マーキングデータを示し、図３はマーキングのパターンの一例を示す。
マーキングデータは、図２のようにマーキング処理における所定の時間毎のレーザスキャナの位置（ポジションＸとポジションＹ）とＲＦ制御回路に与えるＲＦ出力指示データからなる。ここでは、所定の時間間隔をＱスイッチパルスの繰り返し時間に取っている。ＲＦ出力指示データは、ここでは例えばデータ値５０は、定常的な波高値のＱスイッチレーザパルス光を出力する状態の指示データを指している。また、データ値が５０より徐々に下がっている状態は、レーザパルス光を出力せず、かつ次のパルス光出力開始時にファーストパルスが出現しないように、Ｑスイッチ素子へのＲＦ出力を徐々に低下させるファーストパルス抑制の指示をＲＦ制御回路に送出しており、図６に示した従来のファーストパルス抑制法と同様の過渡的な制御を行っていることを示す。
図３は、“Ａ”の文字を一筆書きにマーキングする場合を示し、１０のマーキング点から１１、１２へとレーザスキャナのポジショニングとＱスイッチパルスの連続発振とを連動させてマーキングし、１２のパルス出力後、１３の区間はＱスイッチパルス出力を停止し、レーザスキャナのポジショニングのみを制御して、マーキング位置１４から再びレーザスキャナのポジショニングとＱスイッチパルスの連続発振とを連動させて１５までマーキングを行う場合の例である。
図３のマーキング処理と図２のマーキングデータとの対応を図２の表の右に記してある。図３のポジショニング区間１３に示すようなマーキング処理においては、レーザ発振を行わずにレーザスキャナの位置移動のみを行うために、レーザスキャナを移動するデータ部分に、次のマーキング位置１４でのレーザ発振時の時に発生しうるファーストパルスを抑制するためのＲＦ出力指示データを付加して、レーザ出力開始地点１４に示すようなマーキング位置に到達する時点では、ファーストパルスの抑制が完了するように構成されている。
なお、マーキング処理において、レーザスキャナを移動する時間内で、ファーストパルスの抑制の処理が完了しない場合には、ファーストパルスの抑制の処理が完了するまでの間、レーザスキャナを停止させるデータが追加される。
また、ファーストパルスの抑制に要する時間を予め予測することができるので、ポジショニング完了と同時にファーストパルスの抑制が完了するようデータを生成することができる。
【００１３】
図１、図２及び、図４、図５を用いて本発明の動作について説明する。
コントローラ１はマーキングする文字や、図形および、スキャンスピードなどのマーキング条件が決定すると、ＲＦ制御回路２および、レーザスキャナ６を制御するためのマーキングデータを内蔵するメモリ上に生成する。その後、マーキングを開始するとコントローラ内に生成したマーキングデータに基づき、所定の時間間隔でＲＦ制御回路２および、レーザスキャナ６に同時に指示を与え、マーキングの為の制御を統括して行う。コントローラ１よりＲＦ出力指示信号を受け取ったＲＦ制御回路２は、即座にＱスイッチ素子４にＲＦ出力指示に対応する電力を出力する。同時にコントローラ１より位置のデータを受け取ったレーザスキャナ６は、そのデータに相当する位置へレーザが出射されるように動作する。
Ｑスイッチ素子４により制御され、レーザ発振器３より出射されたレーザパルスはビームエキスパンダ５を通過し、レーザスキャナ６により方向を変えられ、ｆθレンズ７を通り、被加工物８に照射され、マーキングが行われる。マーキング処理中のレーザスキャナのポジション、ＲＦ出力指示値、レーザパルス出力の状態は図４のようになる。なお、レーザスキャナのポジションについてはレーザスキャナ内部に搭載されたセンサーの電圧出力の変化を表し、ＲＦ出力、レーザパルス出力についてはそれぞれパルス出力値及びＲＦ制御回路からのＱスイッチ素子へのＲＦ出力値を表している。また、レーザスキャナのポジションの表記についてはレーザ出射していない部分は点線、レーザを出射している部分は実線で表している。
【００１４】
図４において、Ｔ１で示したタイミング時間は、ファーストパルスを抑制する過程であり、レーザ出射を行わずにレーザスキャナを移動している部分、すなわち、レーザスキャナのポジショニングのみを行っているである。
これに対して、図５は従来のマーキング処理におけるレーザスキャナのポジション、ＲＦ出力値、レーザパルス出力の状態を表したものである。すなわち従来の方法は、ポジショニングが完了してから後、ファーストパルス抑制の動作を行うため、抑制に費やす時間が無駄となっている。この時間は、マーキング処理の回数が増えるほど甚大となり、処理時間の増大を招く。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーザマーキング装置によれば、以下に記載するような効果を奏する。
第一の効果はマーキングに寄与しないファーストパルスの抑制時間を削除または削減し、マーキング時間を短縮できるという点である。その理由は、ファーストパルスを抑制するために必要な処理をレーザスキャナのポジショニング中に行うことができる為である。
第二の効果はファーストパルスを抑制する為のＲＦ出力制御の最適化を容易に行えるという点である。その理由はＲＦ出力の制御をデータに準じ、ソフトウェアで制御を行っているためである。
第三の効果は、装置を安価にできるという点である。その理由はファーストパルスを抑制するための制御とレーザスキャニング制御を１つのコントローラで行うためである。
【００１６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザマーキング装置構成を示す図である。
【図２】本発明のレーザマーキング装置のコントローラが生成するマーキングデータを示す図である。
【図３】本発明のレーザマーキング装置が生成するマーキングパターンの一例を示す図である。
【図４】本発明のレーザマーキング装置のマーキング動作を示す図である。
【図５】従来のレーザマーキング装置のマーキング動作を示す図である。
【図６】Ｑスイッチレーザのファーストパルス抑圧方法のタイムチャートを示す図である。
【符号の説明】
１    コントローラ
２    ＲＦ制御回路
３    レーザ発振器
４    Ｑスイッチ素子
５    ビームエキスパンダ
６    レーザスキャナ
７    ｆθレンズ
８    被加工物
【図１】
2004202532.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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