(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源の光路の途中に配置されて、前記レーザ光源からレーザ光が出射されたときに被マーキング対象物上の照射点となるマーキングポイントを走査するガルバノミラーと、
前記ガルバノミラーを駆動モーターによって回動させるガルバノ駆動手段と、
前記被マーキング対象物に印字する文字、記号、図形等に関するマーキング情報を設定するための設定手段と、
設定された前記マーキング情報に基づいて、前記文字、記号、図形等を、所定の線要素に分け、それら各線要素のそれぞれについて、始点及び終点を含む複数の座標データを生成するデータ生成手段と、
前記レーザ光源のオンオフを制御すると共に、前記データ生成手段で生成された前記座標データを前記ガルバノ駆動手段に順次与える制御手段とを備え、
前記レーザ光源のオンオフ制御をしつつ、前記ガルバノ駆動手段により前記制御手段からの各座標データに基づいて、前記マーキングポイントの現在位置から次に与えられる座標データに対応する位置までの位置偏差に応じた制御電流を前記駆動モーターに与えてガルバノミラーを回動させることで、前記マーキングスポットの位置及び移動速度を制御して、所望の文字・記号・図形を印字するレーザマーキング装置において、
前記データ生成手段は、前記レーザ光源をオフして前記マーキングポイントを移動する非印字移動区間に対して、その移動方向に前記非印字移動区間の終端点から延ばした延長線上に仮終端点を設けて、前記仮終端点の座標データを生成するように構成され、
前記制御手段は、前記ガルバノ駆動手段に対して、前記非印字移動区間の始端点の座標データに次いで、前記仮終端点の座標データを与えると共に、前記マーキングポイントが前記終端点から前記仮終端点側に所定距離移動したときに前記終端点の座標データを与えるようにしたことを特徴とする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、ガルバノミラーを備えたレーザマーキング装置に関し、特に、そのガルバノミラーの駆動制御について改良したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、レーザマーキング装置は、例えば図６に示したもののように、一対のガルバノミラー１，２をレーザ光Ｌの光路の途中に配し、回転軸に各ガルバノミラー１，２がそれぞれ取り付けられた駆動モーターを備えた駆動部３，４により各ガルバノミラー１，２を駆動させることで被マーキング対象物Ｗ上でマーキングポイントＭＰが所望の位置に走査される。ここで、「マーキングポイント」とは、レーザ光源がオンしている場合に、被マーキング対象物Ｗ上のレーザ光Ｌの照射点となるポイントであり、かつ、レーザ光源がオフしている場合には、レーザ光源がオンしたときに被マーキング対象物Ｗ上のレーザ光Ｌの照射点となり得るポイントをいう。従って、マーキングポイントは、レーザ光源からレーザ光Ｌが出力されていない状態でも、被マーキング対象物Ｗ上に存在し得る。
【０００３】
また、レーザマーキング装置には、マーキング情報を設定する設定部（図示せず）と、マーキング情報を処理しかつレーザ光源のオンオフ及びガルバノミラー１，２を制御するＣＰＵ（図示せず）とが備えられている。この設定部にて、マーキングする文字、記号、図形等、及び、印字速度に係るマーキング情報を設定すると、ＣＰＵが、マーキング開始前に、マーキング情報に基づき、文字、記号、図形等を、所定の線要素に分け、その各線要素について始点と終点の座標データ、及び、始点から終点までの中間点の座標データを生成する。そして、ＣＰＵから前記駆動部３，４に座標データが与えられると、前記マーキングポイントＭＰが被マーキング対象物Ｗ上で移動されるが、このとき、レーザ光源をオフしてマーキングポイントＭＰを移動すれば、次に所望の位置からマーキングが開始可能になり、レーザ光源をオンしてマーキングポイントＭＰを移動すれば、所望の文字・記号・図形がマーキングされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したように、レーザ光源をオフしてマーキングポイントＭＰを移動する非印字移動区間としては、例えば、文字列「ＡＢ」をマーキングする場合には、以下のものが挙げられる。即ち、図７に示すように、マーキングを行う前は、マーキングポイントＭＰは被マーキング対象物Ｗ上に設定した原点Ｐ０に配されており、その原点Ｐ０から最初の線要素Ｋ１の始点Ｐ１までが、非印字移動区間Ｄ１になる。そして、線要素Ｋ１、線要素Ｋ２の順に印字した後、その線要素Ｋ２の終点Ｐ３から、次にマーキングする線要素Ｋ３の始点Ｐ４とが離れている場合には、その終点Ｐ３から次の始点Ｐ４までが非印字移動区間Ｄ２になる。さらに、同図において、線要素Ｋ３の終点Ｐ５と、線要素Ｋ４の始点Ｐ６の間も同様に、非印字移動区間Ｄ３になる。
そして、従来のレーザマーキング装置では、ＣＰＵは、非印字移動区間の中間点の座標データは生成しないので、例えば、非印字移動区間Ｄ１の場合、その始端点となる原点Ｐ０の座標データが駆動部３，４に与えられたら、次には、非印字移動区間Ｄ１の終端点である線要素Ｋ１の始点Ｐ１の座標データが与えられる。非印字移動区間Ｄ２，Ｄ３に関しても同様である。
【０００５】
さて、この際、駆動部３，４は、非印字移動区間の両端点の位置偏差に応じた駆動電流を駆動モーターに流してガルバノミラー１，２の回動を加速させる。そして、マーキングポイントＭＰが終端点に近づくと、前記駆動電流に対する逆電流を流して減速させて、マーキングポイントＭＰが終端点に到達する。ここで、非印字移動区間が長くなればなるほど、その両端点の位置偏差に応じて駆動電流が大きくなると共に、逆電流も大きくなる。すると、駆動モーターへの電流供給を停止させても、前記逆電流により発生した残留磁束により移動方向に対して反対側に働くトルクが生じて、最終的にマーキングポイントＭＰが終端点に到達するのに時間がかかってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、非印字移動区間での移動時間を短縮させる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。
【０００７】
【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、レーザ光源と、レーザ光源の光路の途中に配置されて、レーザ光源からレーザ光が出射されたときに被マーキング対象物上の照射点となるマーキングポイントを走査するガルバノミラーと、ガルバノミラーを駆動モーターによって回動させるガルバノ駆動手段と、被マーキング対象物に印字する文字、記号、図形等に関するマーキング情報を設定するための設定手段と、設定されたマーキング情報に基づいて、文字、記号、図形等を、所定の線要素に分け、それら各線要素のそれぞれについて、始点及び終点を含む複数の座標データを生成するデータ生成手段と、レーザ光源のオンオフを制御すると共に、データ生成手段で生成された座標データをガルバノ駆動手段に順次与える制御手段とを備え、レーザ光源のオンオフ制御をしつつ、ガルバノ駆動手段により制御手段からの各座標データに基づいて、マーキングポイントの現在位置から次に与えられる座標データに対応する位置までの位置偏差に応じた制御電流を駆動モーターに与えてガルバノミラーを回動させることで、マーキングスポットの位置及び移動速度を制御して、所望の文字・記号・図形を印字するレーザマーキング装置において、データ生成手段は、レーザ光源をオフしてマーキングポイントを移動する非印字移動区間に対して、その移動方向に非印字移動区間の終端点から延ばした延長線上に仮終端点を設けて、仮終端点の座標データを生成するように構成され、制御手段は、ガルバノ駆動手段に対して、非印字移動区間の始端点の座標データに次いで、仮終端点の座標データを与えると共に、マーキングポイントが終端点から仮終端点側に所定距離移動したときに終端点の座標データを与えるようにしたところに特徴を有する。
【０００８】
なお、本発明において「マーキングポイント」とは、レーザ光源がオンしている場合に、被マーキング対象物におけるレーザ光の照射点となるポイントであり、かつ、レーザ光源がオフしている場合には、レーザ光源がオンしたときに、被マーキング対象物上のレーザ光の照射点となり得るポイントをいう。従って、マーキングポイントは、レーザ光源からレーザ光が出力されていない状態でも、被マーキング対象物上に存在し得る。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
本発明のレーザマーキング装置によれば、まず、非印字移動区間の始端点から仮終端点までの位置偏差に応じて制御電流が駆動モーターに流れて、マーキングポイントが仮終端点に向って移動する。そして、制御手段によりマーキングポイントが終端点を超えて所定距離移動したときに、ガルバノ駆動手段に終端点の座標データが与えられるからマーキングポイントを、残留磁束によるトルクを実質的に受けることなく終端点に到達させることが可能になる。従って、従来のように残留磁束がなくなるまで待つものに比べて、非印字移動区間の移動時間の短縮化ができ、ひいてはマーキング全体の所要時間の短縮化を図ることが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
本実施形態のレーザマーキング装置は、図１に全体が示されており、同図において、符号２１０は、レーザ光源であって、ここから出射されたレーザ光はガルバノスキャナ２２０によって向きが変更される。ガルバノスキャナ２２０は、第１及び第２のガルバノミラー２２０Ｖ，２２０Ｗと、それらの各ガルバノミラー２２０Ｖ，２２０Ｗが回転軸に取り付けられた駆動モーター（図示せず）を備えた駆動部２２０Ｘ，２２０Ｙ（本発明の「ガルバノ駆動手段」に相当する。）とを備え、前記駆動部２２０Ｘ，２２０Ｙの駆動モーターに座標データとしての電圧信号を与えると、その電圧信号のレベルに応じた角度に各ガルバノミラー２２０Ｖ，２２０Ｗが回動する。そして、第１ガルバノミラー２２０Ｖでレーザ光が、所定方向（これを「Ｘ方向」という）に振られると共に、第２ガルバノミラー２２０Ｗで、その所定方向と直交する方向（これを「Ｙ方向」という）に振られて、これにより、レーザ光の被マーキング対象物Ｗ上における照射点が、Ｘ方向とＹ方向の２次元方向で、所望の位置に走査される。
【００１１】
本実施形態のレーザマーキング装置の電気的構成は、図２に示されており、レーザ光源２１０及びガルバノスキャナ２２０を含むヘッド部２００と、コントローラ部１００とが、それぞれのラインドライバ／レシーバ５０Ａ，５０Ｂを介して接続されている。
コントローラ部１００のうち図２の符号１１０は、本発明の設定手段に相当する例えばコンソール等で構成される設定部である。この設定部１１０を用いて、レーザマーキング装置にマーキングさせる文字・記号・図形、及び、印字速度に係るマーキング情報が設定される。なお、設定したマーキング情報を、例えば、モニタ（図示せず）に映し出して、設定作業と同時にその内容を確認することができるようにしてもよい。
【００１２】
符号１２０は、データ生成手段であって、一対のＣＰＵ１，２からなる。設定部１１０にて設定されたマーキング情報に基づき、文字・記号・図形等を、所定の線要素に分け、それら各線要素の始点及び終点に関する座標データと、始点・終点間の１つ又は複数の中間点の座標データとを生成して、後述するメモリ１４２に書き込む。このとき、データ生成手段１２０は、レーザ光源１０をオンオフ制御するための、オンオフデータもメモリ１４２に書き込む。
なお、前記した始点・終点及び中間点の座標データは、全て、上述した第１及び第２のガルバノミラー２２０Ｖ，２２０Ｗのそれぞれに与える座標データの両方を意味する。以下の説明においても同様である。
【００１３】
さて、本実施形態では、データ生成手段１２０は、マーキング情報から、マーキングを行わずにマーキングポイントを移動する非印字移動区間を求めて、以下のデータ処理を行う。ここで、「マーキングポイント」とは、レーザ光源２１０がオンしている場合に、被マーキング対象物Ｗにおけるレーザ光の照射点となるポイントであり、かつ、レーザ光源２１０がオフしている場合には、レーザ光源２１０がオンしたときに、被マーキング対象物Ｗ上のレーザ光の照射点となり得るポイントをいう。従って、マーキングポイントは、レーザ光源２１０からレーザ光が出力されていない状態でも、被マーキング対象物Ｗ上に存在し得る。
【００１４】
非印字移動区間におけるデータ処理であるが、データ生成手段１２０は、マーキング情報から非印字移動区間を求めると、その移動方向に非印字移動区間の終端点から延ばした延長線上であって終端点から距離Ｌだけ離れた位置に仮終端点を設定し、その仮終端点の座標データを生成して、メモリ１４２に書き込む。
ここで、本実施形態では、前記距離Ｌは、図４に示すように後述する接近状態検出手段２５０での接近検出範囲長Ｌ１と、本発明の「所定距離」に相当する距離Ｌ２との合計距離となるように設定されている。そして、距離Ｌ２は、駆動部２２０Ｘ，２２０Ｙへの制御電流を停止させた際に残留磁束が実質的に発生しない長さに設定されており、その長さは、実験的に求めてもよいし、計算で求めてもよい。
【００１５】
符号１４０は、記憶手段であって、メモリ１４２にカウンタ１４１を連ねてなる。そして、記憶手段１４０のメモリ１４２に、前記データ生成手段１２０で生成した複数の座標データが記憶される。
符号１３０は、制御手段であって、前記記憶手段１４０に前記複数の座標データを格納し、かつ、それら座標データを記憶手段１４０から順番に取り出してラインドライバ／レシーバ５０Ａに出力させる。また、制御手段１３０は、前記複数の座標データが、始点および終点である端点の座標データであるか否かを認識し、前記複数の座標データの出力、および、前記レーザ光源２１０のON/OFFを制御する。
【００１６】
一方、ヘッド部２００のうち図２の符号２３０は、Ｄ／Ａ変換手段であって、前記コントローラ部１００の記憶手段１４０からラインドライバ／レシーバ５０Ａ，５０Ｂを介して送られてきた複数の座標データを、それぞれに対応する電圧に変換する。
符号２４０は、サーボ回路であって、Ｄ／Ａ変換手段２３０からの電圧に基づいて、前記ガルバノスキャナ２２０の駆動部２２０Ｘ，２２０Ｙ（図１参照）を制御する。
符号２５０は、接近状態検出手段であって、コンパレータ２５３（以下、単に「第１コンパレータ２５３」という）とウィンドコンパレータ２５４（以下、単に「第２コンパレータ２５４」という）と、角度センサ２５１と、微分回路２５２とから構成されている。そして、Ｄ／Ａ変換手段２３０からの各座標データに対応する電圧と、前記ガルバノスキャナ２２０の駆動量に対応する電圧とに基づいて、前記端点の座標データに対する、レーザ光の照射位置の接近状態を検出する。
【００１７】
本実施形態のレーザマーキング装置の構成は、以上であって、次に、例えば文字列「ＡＢ」をマーキングする場合を例にとり、動作を具体的に説明する。
設定部１１０にて「ＡＢ」という文字列がマーキング情報として設定されると、データ生成手段１２０は、「Ａ」及び「Ｂ」を、図３に示した各線要素Ｋ１〜Ｋ６に分けると共に、これら線要素Ｋ１〜Ｋ６をマーキングするに際して、レーザ光源２１０をオフした状態で、マーキングポイントを移動させる非印字移動区間Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を求める。そして、データ生成手段１２０は、各線要素Ｋ１〜Ｋ６に関しては、それらの始点・終点（Ｐ１〜Ｐ８）の座標データと、各線要素Ｋ１〜Ｋ６上の複数の中間点（図示せず）の座標データを生成してメモリ１５に記憶する。また、このとき、レーザ光源２１０のオンオフデータもメモリ１４２に記憶する。
【００１８】
さて、各非印字移動区間Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に関しては、データ生成手段１２０は、各非印字移動区間Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の終端点から移動方向に距離Ｌだけ離れた位置に仮終端点Ｐ１Ｆ，Ｐ４Ｆ，Ｐ６Ｆを設定し、それら仮終端点Ｐ１Ｆ，Ｐ４Ｆ，Ｐ６Ｆの座標データを生成して、メモリ１４２に記憶する。
【００１９】
次いで、レーザマーキング装置のマーキング開始のスイッチ（図示せず）がオンされると、制御手段１３０は、メモリ１４２から座標データを取り出し、それらの座標データを、所定周期で順次にガルバノスキャナ２２０側に与える。より詳しくは、メモリ１４２に記憶された座標データは、制御手段１３０によってラインドライバ／レシーバ５０Ａ，５０Ｂを介してＤ／Ａ変換手段２３０に与えられ、Ｄ／Ａ変換手段２３０にて電圧信号に変換されてサーボ回路２４０に与えられる。そして、サーボ回路２４０により電圧信号に応じた制御電流が各駆動部２２０Ｘ，２２０Ｙに与えられて、もってガルバノミラー２２０Ｖ，２２０Ｗが回動する。そして、このとき、制御手段１３０からのオンオフ信号に基づき、レーザ光源２１０をオンしてマーキングポイントを移動すると、所望の文字・記号・図形がマーキングされる。
【００２０】
一方、レーザ光源２１０をオフしてマーキングポイントを移動すると、所望の位置から次の線要素をマーキングすることができるようになる。具体的には、レーザ光源２１０をオフしてマーキングポイントを移動する非印字移動区間Ｄ１では、レーザマーキング装置は以下のように動作する。即ち、制御手段１３０は、非印字移動区間Ｄ１の始端点Ｐ０（図４参照）の座標データに次いで、仮終端点Ｐ１Ｆの座標データをガルバノスキャナ２２０側に与える。すると、始端点Ｐ０と仮終端点Ｐ１Ｆとの位置偏差に応じた駆動電流がガルバノミラー２２０Ｖ，２２０Ｗの各駆動部２２０Ｘ，２２０Ｙの駆動モーターに与えられて、マーキングポイントを仮終端点Ｐ１Ｆ側へと加速させると共に、途中から駆動電流に対する逆電流が与えられてマーキングポイントを減速させることになる。従って、前記逆電流の供給を停止させた仮終端点Ｐ１Ｆに接近した位置でもやはり残留磁束が発生し得る。
【００２１】
しかしながら、本実施形態のレーザマーキング装置では、マーキングポイントが仮終端点に接近したことを接近状態検出手段２５０が検出したときに、即ち、マーキングポイントが終端点Ｐ１から仮終端点Ｐ１Ｆ側に距離Ｌ２移動したときに、終端点Ｐ１の座標データをガルバノスキャナ２２０側に与えるように構成されている。そして、上述したように距離Ｌ２は、前記駆動部２２０Ｘ，２２０Ｙへの制御電流を停止させた際に残留磁束が実質的に発生しない距離内に設定してある。従って、マーキングポイントは、残留磁束によるトルクを実質的に受けることなく終端点Ｐ１に到達することになる。非印字移動区間Ｄ２，Ｄ３に関しても同様である。
【００２２】
このように本実施形態では、まずガルバノスキャナ２２０に非印字移動区間の始端点に次いで仮終端点を与えて、マーキングポイントを仮終端点側に一気に移動させると共に、マーキングポイントが終端点を通過した後に、終端点の座標データを与えて、駆動部２２０Ｘ，２２０Ｙへの制御電流を停止させた際に残留磁束が実質的に発生しない距離内で終端点に移動させるようにした。従って、従来のように残留磁束がなくなるまで待つものに比べて、非印字移動区間の移動時間を短縮化ができ、ひいてはマーキング全体の所要時間の短縮化を図ることが可能になる。
【００２３】
＜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）前記実施形態では、文字（例えば、文字列「ＡＢ」）をマーキングする場合を例示したが、文字以外に、記号・図形等をマーキングする場合に、本発明を適用してもよい。
【００２４】
（２）前記実施形態では、仮終端点の設定位置を終端点から距離Ｌは、接近状態検出手段２５０での接近検出範囲長Ｌ１と、本発明の「所定距離」に相当する距離Ｌ２との合計距離となるように設定したが、この長さに限られない。即ち、制御手段１３０がマーキングポイントが前記終端点から前記仮終端点側に前記距離Ｌ２（本発明の「所定距離」に相当する）移動したときにガルバノスキャナ２２０に前記終端点の座標データを与えるように構成されておれば、例えば、図５に示すように、仮終端点は終端点から距離Ｌ２よりも遠い位置に設定してもよい。このような構成であれば、仮終端点側に移動するマーキングポイントの減速途中、設定によっては減速開始前後に終端点の座標データを与えて終端点に移動させることで、非印字移動区間の移動時間のより短縮化を図ることが可能になる。
【００２５】
（３）さらに、本発明を適用したレーザマーキング装置で、非印字移動区間の終端点において、ウエイト時間を設けてもよい。その場合、従来の固定ウエイト時間よりも、ウエイト時間を短く設定することができ、トータルでマーキング所要時間を短縮化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザマーキング装置の概略斜視図
【図２】そのブロック図
【図３】マーキングする文字の模式図
【図４】非印字移動区間部分の拡大図（その１）
【図５】非印字移動区間部分の拡大図（その２）
【図６】従来説明のためのレーザマーキング装置の斜視図
【図７】マーキングする文字の模式図
【符号の説明】
１１０…設定部
１２０…データ生成手段
１３０…制御手段
２１０…レーザ光源
２２０Ｖ，２２０Ｗ…ガルバノミラー
２２０Ｘ，２２０Ｙ…駆動部
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…非印字移動区間
Ｌ２…距離
Ｐ１Ｆ，Ｐ４Ｆ，Ｐ６Ｆ…仮終端点
Ｐ１，Ｐ４，Ｐ６…終端点
Ｗ…被マーキング対象物
【図１】
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【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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【図７】
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