(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、マーキング対象物に対して前記レーザ光を走査する走査手段と、マーキングされるマークに関するマーキング情報に基づいて始点及び終点を含む複数の座標データと、この座標データに対するレーザ光のＯＮ／ＯＦＦデータとを生成するデータ生成手段と、前記レーザ光のＯＮ／ＯＦＦデータに基づいて前記マーキング対象物への前記レーザ光の照射と非照射を切替える照射選択手段と、前記走査手段及び前記照射選択手段を制御する制御手段とを備えたレーザマーキング装置において、
前記マーキング情報は前記座標データの前記始点と前記終点を結んで形成される線分により表され、
該線分における第１線分と第２線分のうち、少なくとも一方は曲線補間式を用いて形成されると共に、前記各線分に沿って行われるマーキングが重なる交差領域が存在する場合には、
前記制御手段は、
前記レーザ光を照射しながら走査する速度であるマーキング速度と、前記レーザ光のスポット径とから、前記レーザ光が前記交差領域を通過する通過時間を算出し、
前記制御手段は該通過時間の間、前記第１線分と前記第２線分のうち、一方を照射すると共に、他方を非照射とすることを特徴とするレーザマーキング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザマーキング装置において、
前記交差領域は、前記各線分が所定幅を有するように設けられ、該交差領域の幅は、前記スポット径と等しい大きさから該スポット径の半分の大きさの間で変更可能とすることを特徴とするレーザマーキング装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザマーキング装置において、
前記第１線分と前記第２線分のうちの一方の線分の曲線部分と他方の線分の直線部分とに対応する前記通過時間が算出された場合、
前記通過時間のうち、前記曲線部分の前記通過時間の間は、前記レーザ光を非照射とすると共に、前記直線部分の前記通過時間の間は、前記レーザ光を照射とすることを特徴とするレーザマーキング装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のレーザマーキング装置において、
前記曲線補間式としてスプライン補間を用いて前記座標データを生成する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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光をマーキング対象物に照射してマーキングを行うレーザマーキング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を走査すると共に、そのレーザ光をマーキング対象物に照射するレーザマーキング装置が知られている。このマーキング装置は、ガルバノミラー等からなる走査手段によって、レーザ光を偏向するようにしている。そして、レーザ光が照射されたマーキング対象物の照射部には気化や融解等が生じ、この照射部を除去することでマーキングが施されている。
【０００３】
しかし、このようなマーキング装置では、例えばプラス（＋）や掛ける（×）のような、線分が重なる部分を有する文字・記号・図形等（以下、「マーク」という。）をマーキングする際、線分が交差する領域では、何度もレーザ光が通過していた。そのため、照射が１度だけされる領域と複数回行われる領域とが生じ、マーキングの深さの違いや濃度の差が問題となっていた。
【０００４】
このため、特許文献１では、レーザを照射する座標データのうち、線分の始点又は終点を、レーザ光によりマーキングされた線幅分に応じて変更している。すなわち、線の重なりを減らす方向に始点又は終点をずらした座標データを生成するようにしている。これにより、線分が重なるようなマークでも、深さや濃度を均一に保ったマーキングを施すようにしていた。
【特許文献１】特開平３−４２１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１では、レーザ光を照射する線分を形成する座標データは、直線及び円弧のみであった。そのため、始点又は終点をずらすことで、線分を短くするような座標データを生成していた。ところが、始点と終点を含んだ複数の点から曲線補間式によって生成された座標データを結んで得られる曲線では、始点又は終点の座標値を変更すると、曲率が変化してしまうという問題があった。例えば、図３（ｃ）に示すアルファベットの小文字「ｈ」のような曲線を含んだマーキングでは、始点をＸ方向（図において右方向）にずらした曲線部分３８の曲率が小さくなる。そのため、「ｈ」と読めなくなったり、マーキングされた情報を読み取る際、読取装置では識別できなくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、マーキングの深さの均一性を保つと共に、マークの形状を変化させることなくマーキングを行うことができるマーキング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、レーザ光を出射するレーザ光源と、マーキング対象物に対して前記レーザ光を走査する走査手段と、マーキングされるマークに関するマーキング情報に基づいて始点及び終点を含む複数の座標データと、この座標データに対するレーザ光のＯＮ／ＯＦＦデータとを生成するデータ生成手段と、前記レーザ光のＯＮ／ＯＦＦデータに基づいて前記マーキング対象物への前記レーザ光の照射と非照射を切替える照射選択手段と、前記走査手段及び前記照射選択手段を制御する制御手段とを備えたレーザマーキング装置において、前記マーキング情報は前記座標データの前記始点と前記終点を結んで形成される線分により表され、該線分における第１線分と第２線分のうち、少なくとも一方は曲線補間式を用いて形成されると共に、前記各線分に沿って行われるマーキングが重なる交差領域が存在する場合には、前記制御手段は、前記レーザ光を照射しながら走査する速度であるマーキング速度と、前記レーザ光のスポット径とから、前記レーザ光が前記交差領域を通過する通過時間を算出し、前記制御手段は該通過時間の間、前記第１線分と前記第２線分のうち、一方を照射すると共に、他方を非照射とする。
【０００８】
この構成によれば、レーザ光のスポット径とマーキング速度から、マークを表現する線分同士が重なる時間である通過時間をそれぞれ計算している。すなわち、２つの線分が１つの交差点を有する場合、通過時間は２回算出される。一方、線分の座標データは、曲線補間式を用いて始点と終点を含んだ曲線座標によって表される。そのため、意図した曲率の座標データに沿ってマーキングを行うことができる。さらに、通過時間の間は、一方の線分の照射を行わないようにした。そのため、マーキングの深さの均一性を高めて発色等の差が発生してしまうのを防ぐことができる。これらのことから、マーキングされるマークの歪みの発生を抑えることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザマーキング装置において、前記交差領域は、前記各線分が所定幅を有するように設けられ、該交差領域の幅は、前記スポット径と等しい大きさから該スポット径の半分の大きさの間で変更可能とする。
【００１０】
この構成によれば、第１線分と第２線分を構成する座標データのうち、互いの座標がレーザ光のスポット径の半分より近づいた場合は、レーザ光の照射を止める構成とした。そのため、各線分同士には、隙間が形成されてしまうことがなく、自動認証などにより識別する際に１つのマークとして識別され、マークの誤認を防ぐことができる。また、交差領域を可変とすることで、ユーザのニーズや、マーキング対象物の材質などに合わせて任意に設定することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレーザマーキング装置において、前記第１線分と前記第２線分のうちの一方の線分の曲線部分と他方の線分の直線部分とに対応する前記通過時間が算出された場合、前記通過時間のうち、前記曲線部分の前記通過時間の間は、前記レーザ光を非照射とすると共に、前記直線部分の前記通過時間の間は、前記レーザ光を照射とする。
【００１２】
この構成によれば、曲線部分と直線部分とが重なる場合、曲線部分を非照射とする。一方、他の線分を照射する。これにより、例えば、直線部分と曲線部分からなるマークをマーキングする際、直線部分が優先的に照射される。従って、交差部分で直線部分が欠けてマークが歪になってしまうのを防ぐことができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載のレーザマーキング装置において、前記曲線補間式としてスプライン補間を用いて前記座標データを生成する。
この構成によれば、スプライン補間によって曲線座標を生成する。スプライン補完とは、始点と終点の間を複数の補間領域に分け、各領域の繋ぎ目を同じ傾きとして繋ぐため、滑らかな曲線の座標データを得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
上記の発明によれば、マーキングの深さの均一性を保つと共に、マークの形状を変化させることなくマーキングを行うことが可能なマーキング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化したレーザマーキング装置を図１〜図３に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態におけるレーザマーキング装置１１は、マーキング対象物１２をＸ方向に搬送するための搬送路１３の上方に配置されたレーザマーカ１４を備えている。レーザマーカ１４は、搬送路１３の上側となる位置には、搬送路１３上に載置されて矢印Ｖ方向に搬送される途中のマーキング対象物１２の表面に向けてレーザ光Ｌを照射する。
【００１６】
このレーザマーカ１４の本体部１５には、ヘッド部１６が支持されている。そして、ヘッド部１６には、レーザ光Ｌを照射するための照射口１７が設けられている。さらに、本体部１５には、制御手段としてのコントローラ１８がケーブル１９を介して接続されている。そして、コントローラ１８には、接続ケーブル２０を介してマーキングを行うマーク２１や、マーク２１のサイズや位置及びレーザ光Ｌの出力条件等からなるマーキング情報を入力するための入力装置２２が接続されている。この入力装置２２としては、例えば、コンピュータや、液晶パネル等の表示部を備えたコンソールを用いることができる。
【００１７】
図２に示すように、レーザマーカ１４（本体部１５）の内部には、レーザ光Ｌを出射するレーザ光源２３が設けられている。レーザ光源２３は、例えば、気体ガスレーザの炭酸ガスレーザ、固体レーザであるＹＡＧレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザ等である。そして、レーザ光源２３では、レーザ光Ｌを出射するための駆動信号がコントローラ１８から入力されると、駆動信号に対応するレーザ出力値のレーザ光Ｌが、レーザ光源２３の出射口２４から出射される。
【００１８】
そして、出射口２４には、レーザ光Ｌの通過と反射を選択することで、マーキング対象物への照射を切替える照射選択手段としてのシャッタ２５が設けられている。このシャッタ２５がＯＮとされているときは、照射口１７からマーキング対象物１２にレーザ光Ｌが照射され、一方、シャッタ２５がＯＦＦとされているときはマーキング対象物１２への照射が行われないようになっている。そして、このシャッタ２５は、制御部によってＯＮとＯＦＦを切替える制御がなされるようになっている。
【００１９】
さらに、シャッタ２５から照射口１７までの光路途中には、レーザ光源２３から出射されたレーザ光Ｌを偏向するための一対のガルバノミラー２６，２７が設けられている。そして、ガルバノミラー２６，２７によって偏向されたレーザ光Ｌは、収束レンズ２８によって収束されると共に、照射口１７からマーキング対象物１２に対して照射されるようになっている。このうち、一対のガルバノミラー２６，２７にはガルバノモータ２９が接続されている。ガルバノモータ２９によって、Ｘ軸ガルバノミラー２６はＸ方向の偏向に対応するように駆動されると共に、Ｙ軸ガルバノミラー２７はＹ方向の偏向に対応するようにガルバノモータ２９によって駆動されるようになっている。そして、このようにレーザ光源２３側から順に配置されたガルバノミラー２６，２７、収束レンズ２８と、ガルバノミラー２６，２７を駆動するガルバノモータ２９によって走査手段としての光走査機構３０が構成されている。
【００２０】
また、コントローラ１８は、レーザマーキング装置１１を統括的に制御する制御部３１と、制御部３１のデータを記憶するメモリ３２が設けられている。メモリ３２には、マーク２１として用いられる文字，記号，図形等のマーキング情報が予め記憶されている。このマーキング情報は、文字等を構成する各線分の始点及び終点の座標値、レーザ光Ｌの照射により形成される線分の太さ、等の情報を含む。更に線分が曲線の場合、上記の始点及び終点に加えて、曲線を形成するために必要な１又は複数の補助点の座標値を含む。
【００２１】
例えば、マーク２１が図３（ａ）に示す文字「ｈ」を示す線分３５の場合、マーキング情報には、図３（ｂ）に示すように、線分３５を構成する線分３６，３７の始点３６ａ，３７ａの座標値、終点３６ｂ，３７ｂの座標値を含む。更に、線分３７が曲線であるため、マーキング情報は、２つの補助点３９の座標値を含む。
【００２２】
図２に示す制御部３１の補間点設定部（データ生成手段）３３は、マーキング情報の各点間を補間する補間点を設定する。補間点設定部３３は、レーザ光Ｌのスポット径に応じて、線分の各点（始点、終点、補助点）間を分割した補間点を設定するとともに、各点と補間点とを含む座標データと、この座標データに対するレーザ光のＯＮ／ＯＦＦデータとを生成する。尚、補間点を生成する線分が曲線の場合、補間点設定部３３は、例えばスプライン曲線等の曲線補間式を用いて各点間の線分を算出し、その線分を分割して補間点を生成する。
【００２３】
制御部３１の通過時間計算部３４は、各座標データに基づいて、マーキングが施された際の線分３６，３７同士の重なりを検証すると共に、交差領域４２を定めている。尚、線分の中心から、線分の両側にそれぞれレーザ光Ｌのスポット径の２分の１離れた２つの位置の間が交差領域４２として設定されている。そしてレーザ光Ｌを走査する速度であるマーキング速度と、交差領域４２内に定められた座標から、レーザ光Ｌが交差領域４２内を走査される通過時間Ｔを算出している。
【００２４】
詳しくは、図３（ａ）に示すアルファベットの小文字「ｈ」がマーキング情報として入力された場合を以下説明する。なお、Ｘ方向の光路の時間変化を表すグラフは、実際は滑らかに変化している。
【００２５】
補間点設定部３３は、マーク２１として文字「ｈ」のマーキング情報をメモリ３２から入力し、第１線分３６及び第２線分３７に対して補間点を設定する。詳しくは、第１線分３６において、始点３６ａと終点３６ｂの間を結ぶ直線をレーザ光Ｌのスポット径に応じたピッチで分割して補間点を設定する。第２線分３７において、始点３７ａと終点３７ｂと２つの補助点３９を通る曲線をスプライン補間式にて生成し、始点３７ａと終点３７ｂとの間の曲線をレーザ光Ｌのスポット径に応じたピッチで分割して補間点を設定する。そして、補間点設定部３３は、生成した補間点の座標データを生成する。
【００２６】
各線分３６，３７を構成する座標データが生成されると、通過時間計算部３４によって各線分３６，３７同士が重なる、つまりレーザ光Ｌが交差領域４２を通過するまでに必要な通過時間Ｔが算出される。この通過時間Ｔは、各線分３６，３７において、始点３６ａ，３７ａと終点３６ｂ，３７ｂをそれぞれ結ぶ線を中心として、スポット径ｄの半分の幅を有するとともに、線分３５が延びる方向に沿って設けられる交差領域４２内をレーザ光Ｌの中心が通過する時間である。
【００２７】
通過時間計算部３４は、互いに交差する線分において、所定の座標軸（本実施形態ではＸ軸）において、一方の線分を形成するレーザ光Ｌの中心が、他方の線分の中心から所定範囲内にある時間を通過時間Ｔとして算出する。例えば、アルファベット「ｈ」の交差する線分３６，３７のうち、第１線分３６のＸ座標と第２線分３７を構成する補間点のＸ座標とを比較して、求めることができる。すなわち、通過時間Ｔとは、同一のＹ座標又は近い（差が少ない）Ｙ座標を有する第１線分３６と第２線分３７の補間点について、第２線分の各補間点のＸ座標データｘ２と第１線分の補間点のＸ座標データｘ１との距離が、スポット径ｄに対応する範囲（例えば２分の１）より小さい座標データ（ｘ，ｙ）上を、レーザ光Ｌが走査される時間である。
【００２８】
ここで、上記のように構成されたレーザマーキング装置１１によるマーキングの方法について図３（ｂ）に基づいて説明する。
制御部３１は、レーザ光源２３に駆動信号を与えると共に、レーザ光Ｌを第１線分３６の始点３６ａに位置させるために、ガルバノモータ２９を駆動させる。そして、ガルバノミラー２６，２７がそれぞれ対応する角度まで回動した時間ｔ１から、シャッタ２５はＯＮ制御される。シャッタ２５がＯＮにされると、レーザ光Ｌはガルバノミラー２６に向かって出射される。そして、第１照射時間（時刻ｔ１〜ｔ２の間）、シャッタ２５はＯＮ状態に保たれると共に、Ｙ軸ガルバノミラー２７のみ回動され、マーキング対象物１２にレーザ光Ｌが照射されて第１線分３６が形成される。
【００２９】
第１線分３６の終点３６ｂまで照射すると（時刻ｔ２）、シャッタ２５はＯＦＦ制御される。そのため、マーキング対象物１２に対するマーキングが中止される。そして、制御部３１は、レーザ光Ｌが第２線分３７の始点３７ａに照射されるようにガルバノミラー２７を回動させる（時刻ｔ３）。このとき、第２線分３７の第２始点３７ａは、第１線分３６の中心にある。そのため、シャッタ２５はＯＦＦとされている。
【００３０】
つぎに、第２線分３７の座標データに従って、ガルバノミラー２６，２７が回動させる。そして、通過時間Ｔ（ｔ３〜ｔ４）経過後にシャッタ２５がＯＮ制御される。そして、第２照射時間（時刻ｔ４〜ｔ５の間）、シャッタ２５はＯＮ状態に保たれてレーザ光Ｌが照射されると共に、Ｘ軸ガルバノミラー２６とＹ軸ガルバノミラー２７が回動されてレーザ光Ｌがマーキング対象物１２に照射され、線分３７が形成される。そして、第２線分３７の第２終点３７ｂまでマーキングが施されると、シャッタ２５は再びＯＦＦ制御され、照射が中止される（時刻ｔ５）。
【００３１】
上記実施形態のレーザマーキング装置１１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）制御部３１（補間点設定部３３）は、マーク２１のマーキング情報から、始点３６ａ，３７ａと終点３６ｂ，３７ｂを含み、線分３６，３７を分割した補間点の座標データと、この座標データに対するレーザ光のＯＮ／ＯＦＦデータとを生成する。そして、制御部３１（通過時間計算部３４）は、補間点設定部３３により生成された座標データに基づいて、線分３６，３７の重なりに対応する通過時間Ｔを算出する。そして、制御部３１は、算出した通過時間Ｔの間、シャッタ２５をＯＦＦ制御して線分３７を形成するためのレーザ光Ｌをマーキング対象物１２に照射しないようにした。線分３７の座標データは、重なりがある状態、つまり線分３７の始点３７ａが線分３６の中心上にある状態で生成される。従って、シャッタ２５がＯＮ制御されて形成される線分３７の形状は、従来の重なりをもって線分を形成する場合と同じ形となる。このため、マーキングされたマーク２１の歪みを抑えることができる。
【００３２】
（２）通過時間Ｔをレーザ光Ｌのスポット径ｄに応じた交差領域４２に合わせて算出した。そのため、各線分３６，３７に沿って行われたマーキングにより、線分３６，３７間に隙間が開いてしまうことがない。つまり、所定の幅（レーザ光Ｌのスポット径）を持って形成された２つの線分３６，３７は繋がっている。従って、同一マーク２１である部分を認識しやすくなり、マーク２１を自動的に識別するような装置を用いる場合に誤認を防ぐことができる。
【００３３】
（３）直線部分４３と曲線部分３８が接するような交差点では、直線部分４３を優先して照射し、直線部分４３と交差する曲線部分３８を、通過時間Ｔを非照射とした。そのため、交差部分において直線部分４３が欠けてしまうのを防ぐことができる。
【００３４】
（４）通過時間Ｔの算出を補間点のＸ座標値のみから行った。通過時間Ｔを１方向の座標成分のみから算出することにより、１次の計算から簡単に求めることができる。そのため、算出負荷を軽減することができる。また、１方向の計算から求めるものを、Ｘ軸又はＹ軸方向に延びる直線部分４３が交差点を有する場合とすることで、簡単に判断することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・曲率補間式として、ラグランジュ補間式、線形補間、キュービック補間といった補間式を用いてもよい。このとき、複数の点を全て通る曲線において、各Ｘ座標ｘの値に対応するＹ座標ｙの値を求めることで、線分３５の座標（ｘ、ｙ）を求めるようにする。
【００３６】
・２つの線分が交わる場合について説明したが、２つの線分が交差する場合においても、上記と同様にシャッタ２５をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、それぞれの線分を交差し重なり合う場合と同じ形状に形成することができる。また、２つの線分の交わる又は交差する場合について説明したが、文字「α」等のように、１本の線分が交わる又は交差するマークについても同じように処理することができる。
【００３７】
・アルファベット「ｈ」は、曲線部分３８を有する第２線分３７の通過時間Ｔを非照射としたが、第１線分３６の直線部分４３を非照射と選択することもできる。
・通過時間Ｔを算出する際に基準とした交差領域４２は、マーキング対象物１２に対してマーキングされた線分３５の延びる方向と直交する方向の幅であるスポット径ｄからスポット径ｄの２分の１の間で任意に変更することができる。そして、通過時間に用いる座標成分とも任意に組み合わせることができる。また、Ｘ方向に延びる直線部分と交差する場合、Ｙ座標のみから通過時間を算出することもできる。また、パルスレーザでは、スポット径ｄの内側の領域において、１回ないし複数回のパルスレーザ光Ｌの照射が起こるような設定とし、この照射以外はシャッタ２５をＯＦＦ制御するようにしてもよい。このとき、照射する位置は交差領域４２の外側付近が望ましい。これにより、曲線の形状を保ったまま線分３５同士の重なりを減らすと共に、線分３５が離れてマーキングされることがない。
【００３８】
・走査手段はレーザ光源２３を変動させるようにしてもよい。また、プリズムを用いて変更させる方法や、光路として光ファイバを用いてもよい。あるいは、ＯＮとＯＦＦを切替え可能なレーザ光Ｌの出射口２４と対向する位置にマーキング対象物を設け、マーキング対象物を走査することで、マーキング対象物１２に対して相対的にレーザ光Ｌを照射することでマーキングを行うようにしてもよい。
【００３９】
・照射選択手段は、機械的なシャッタをレーザ光源２３の内部又は外部に備えるようにしてもよい。また、レーザ光源２３へ与える駆動信号を変更するようにしてもよい。
・Ｘ座標とＹ座標のうち、どちらか一方のみの成分から交差領域４２を計算できるマーク２１を予めメモリ３２に記憶させておいてもよい。また、算出した通過時間Ｔをメモリ３２に記憶させ、再び同じマークが入力された際に、メモリに保存された通過時間を利用してマーキングを行うようにしてもよい。
【００４０】
・交差領域４２を変更可能としてもよい。交差領域４２の範囲を変更すると、線分の重なりが変わる。レーザ光Ｌにより形成するマーク２１の深さや濃度は、マーキング対象物１２の材質によっては異なる。従って、マーキング対象物１２に応じて交差領域４２の範囲を変更するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態のレーザマーキング装置の概略構成図。
【図２】同レーザマーキング装置の機能構成図。
【図３】（ａ）第１の実施形態のマーク、（ｂ）同マークをマーキングするタイムチャート、（ｂ）従来の方法でマーキングしたマーク。
【符号の説明】
【００４２】
１１…レーザマーキング装置、１２…マーキング対象物、２３…レーザ光源、３０…走査手段としての光走査機構、２１…マーク、３５，３６，３７…線分、３６ａ，３７ａ…始点、３６ｂ、３７ｂ…終点、３１…制御手段としての制御部、３３…補間点設定部、３４…通過時間計算部、４２…交差領域、（ｘ，ｙ）…座標データ、Ｔ…通過時間、ｄ…スポット径、Ｌ…レーザ光。
【図１】
0004966804.tif 000002
【図２】
0004966804.tif 000003
【図３】
0004966804.tif 000004