JP2009204396A - マーキング評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】感光物（レジスト・フィルム等）への露光によるマーキングを観察できるようにするには、現像プロセスやエッチングプロセスが必要である。その為に、マーキングされたデータコードの品質評価には、現像やエッチングのプロセスを必要とし、プロセスの影響も受けた。本発明は、マーキングする対象物を必要とせず、リアルタイム且つ迅速にマーキングの品質を評価する方法を提供する。
【解決手段】照射光強度を受光素子で直接受光するステップ、照射光をデータ化してマーキングパターンを読み取るステップ、予め定められた基準パターンと比較判断するステップを有するマーキング評価方法において、照射光強度を電荷の蓄積として捉えるステップと画像データを形成し、マーキングパターンを再現するステップを有するマーキング評価方法。
【選択図】図９

Description

マーカ装置の光源からの光の照射によってマーキングされた、画像データの読み取りに関する。

マーカ装置は主としてレーザを光源とし、そのレーザ光によって、感光物を感光させたり、ガラス等の透明材料にクラックを生成したり、セラミック・樹脂・金属・紙・木材・ゴム等の印刷面・表面層を剥離したり発色させたりして文字、パターンをマーキングする。例えばデータコード（Ｄａｔａ Ｍａｔｒｉｘ・ＱＲ Ｃｏｄｅ・Ｖｅｒｉ Ｃｏｄｅ等）をマーキングする。

マーキングされたデータコードは、一般的には二次元コードである。マーキングされたデータコードは二次元コードリーダで読み取り、デコードされ、二次元コードとして認識される。

一般的な装置構成としては、マーキングされた画像を読み取り、評価するために通常、画像読み取り用のＣＣＤカメラと、データコードを画像データとして読み取る為の光学系と、マーキングされたデータコードを照射する照明系と、得られた画像からデータコードを識別するソフトウエアで構成される。尚、本出願ではマーキングされたデータコードを測定し、画像データとして認識することを、観察と呼ぶ。

またマーキング対象物質が、感光物（レジスト・フィルム等）の場合には、マーカ装置でマーキング後に、更に現像やエッチング等の処理を施した後に上記処理を行う。

特開平０７−２１２５３０号公報

従来、マーカ装置の品質は、マーキング対象物の品質を含めた状態で評価されていた。

データコードを読み取るには、従来はマーキングされた物に観察用の照明を当てる必要があった。その為に、マーキングされたデータコードの品質は、観察用の照明の品質に影響を受けていた。

またデータコードを読み取るには、従来はマーキングされた物が必要であった為に、マーキング後にしか、データコードの品質を確認する事ができず、マーカ装置をリアルタイムに評価出来なかった。

また感光物（レジスト・フィルム等）への露光によるマーキングを観察できるようにするには、現像プロセスやエッチングプロセスが必要である。その為に、マーキングされたデータコードの品質評価には、現像やエッチングのプロセスを必要とし、前記プロセスの影響も受けた。

さらにマーキングの品質を評価してマーカ装置を調整するには、従来はマーキングする為にテストワークが必要であった。このためマーカ装置を調整する際には、確認用のテストワークを大量に消費してしまいコストアップとなったり、テスト後に廃棄物が大量に発生し、その処分にも費用が発生した。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、マーキングする対象物を必要とせず、マーキングを行う光の強度をデータコードを形成する領域において観察し、画像データを形成し、リアルタイム且つ迅速にマーキングの品質を評価する方法を提供することにある。

請求項１の発明によると、対象物をマーキングパターンでマーキングする照射光の強度を受光素子用いて直接受光するステップと、前記照射光をデータ化して前記マーキングパターンを読み取るステップと、あらかじめ定められているマーキングパターンとを比較して判断するステップを有するマーキング評価方法において、前記照射光の強度を電荷の蓄積として捉えるステップと、画像データを形成し、前記マーキングパターンを再現するステップを有することを特徴とするマーキング評価方法である。

また請求項２の発明によると、請求項１において複数の前記画像データを合成して前記マーキングパターンを再現するステップを有することを特徴とするマーキング評価方法である。

また請求項３の発明によると、請求項１〜２において前記マーキングパターンが２次元バーコードであることを特徴とするマーキング評価方法である。

また請求項４の発明によると、請求項１〜３において照射光の光源がレーザ、ＬＤ、ＬＥＤ、ランプのいずれかであることを特徴とするマーキング評価方法である。

また請求項５の発明によると、請求項１〜４において前記照射光の強度を電荷の蓄積として捉えるステップにおいてビームプロファイラ、フォトディテクタ、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサのどれか、或いはそれらを組み合わせて用いることを特徴とするマーキング評価方法である。

また請求項６の発明によると、対象物をマーキングパターンでマーキングする照射光の強度を受光素子用いて直接受光する手段と、前記照射光をデータ化して前記マーキングパターンを読み取る手段と、あらかじめ定められているマーキングパターンとを比較して判断する手段を有するマーキング評価装置において、前記照射光の強度を電荷の蓄積として捉える手段と、画像データを形成し、前記マーキングパターンを再現する手段を有することを特徴とするマーキング評価装置である。

また請求項７の発明によると、請求項６において複数の前記画像データを合成して前記マーキングパターンを再現する手段を有することを特徴とするマーキング評価装置である。

また請求項８の発明によると、請求項６〜７において前記マーキングパターンが２次元バーコードであることを特徴とするマーキング評価装置である。

また請求項９の発明によると、請求項６〜８において照射光の光源がレーザ、ＬＤ、ＬＥＤ、ランプのいずれかであることを特徴とするマーキング評価装置である。

また請求項１０の発明によると、請求項６〜９において前記照射光の強度を電荷の蓄積として捉える手段においてビームプロファイラ、フォトディテクタ、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサのどれか、或いはそれらを組み合わせて用いることを特徴とするマーキング評価装置である。

本発明の方法を用いれば、マーキング対象物を必要とせず、マーキング装置の品質を評価できる。

本発明の方法はマーキングする照射光を受光素子用いて受光し、その照射光の強度を示すデータ（画像データ）を読み取る。読み取った画像データを用いてマーキングデータの読み取り確認を行う。

本発明の方法によるとマーキング対象物質を必要とせず、例えばマーキング対象物が感光物の場合には、現像やエッチングのプロセスを行わずに、マーキングデータを読み取り、読み取ったデータを確認することも可能となる。

ここで受光素子にビームプロファイラ、フォトディテクタ、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサのどれか、或いはそれらが組み合わされた物を用いて受光する。

本発明の方法は前記受光素子を用いて得られた照射強度をＣＣＤカメラが本来の機能として有する電荷の蓄積を用いて観察し、画像データを構築する。

一般にマーキングには大きく分けて、接触式マーキングと非接触式マーキングに分類できる。接触式マーキングには、手書きマーキング、スタンプマーキング、ラベルマーキング、刻印マーキングが有り、非接触式マーキングには、インクジェットマーキングやレーザマーキングがある。本発明では、レーザマーキングを対象とする。レーザマーキング方式には、レーザ光をスキャニングミラーで２次元に振ってパターンやデータコードをマーキングするスキャン方式と、マスクを透過したレーザ光を結像して一括でパターンやデータコードを書き込むマスク転写方式等があるが、本発明では特に限定されない。

種々の可変情報をマーキングする用途が増えた事で、現在、レーザマーカ装置は、スキャン方式が主流となっているが、図１に代表的なスキャン方式の構成を示す。レーザマーキングでは視認性の良いマーキングを行うために、光源に高ピークパワーが出るＱスイッチパルス発振レーザが用いられる。レーザ光はガルバノミラー５、６と呼ばれるスキャニングミラーで、Ｘ軸・Ｙ軸に走査し、集光レンズ７を通してワーク１０の表面や内部に集光され、ワーク１０の表面や内部をマーキングする。

レーザマーキングでは、レーザを１〜２００ｋＨｚの高繰り返しでパルス発振させ、そのレーザ光を対象物に照射して、対象物の剥離・発色・感光等によって、１パルス１ドットを生成する。さらに生成されるドットを重ね書きにしたり、点在させたりする事で、パターンをマーキングする事ができる。そのパターンの一つにデータコードがある。図２にマーキングされたデータコードの一例を示す。

通常ＣＣＤカメラを用いて光強度分布を観察する場合、受光素子の同一箇所で、レーザの連続発振若しくはパルス発振されるレーザ光を受光することで、そのレーザ光の光強度を画像データとして表示する。この場合、レーザ照射を止めると、前記画像データの表示は消えてしまう事になるので、レーザ光を時間的に連続して画像情報として記録する必要がある。

さらに通常は１つのレーザから照射されるレーザ光は、１箇所でしか観察できないので、先に説明したレーザマーキングの様に、データコード等のパターンを照射する場合、同時に照射されない広範囲全てのレーザ光を一度に観察する事はできない。

そこで本発明は、前記ＣＣＤカメラの機能である電荷の蓄積機能を用いる。レーザ光が照射された場所の光強度を電荷として保持する機能である。この機能を用いてデータコード全体が形成される時間まで光強度を電荷として保持した後に、その光強度を電荷として画像データとする。照射されては消滅していく、時間と座標の異なる一連のレーザパルスを１つの画像データとする。

本発明を用いた例として、図３に１箇所でレーザ光を観察した光強度分布と、図４にパルス毎に位置が変化するレーザ光の光強度分布を短時間観察した場合と、図５に１つのデータコード全体が形成されてから光強度分布を観察した場合の例を図示する。図示された色が薄い場所が光強度が強い場所である。

一般的なデータコードである、Ｄａｔａ Ｍａｔｒｉｘをマーキングすることを例に、データコードをマーキングするために照射するレーザ光の観察を説明する。例えばレーザパルスの繰り返し周波数が２５ｋＨｚで１セルを８パルスの重ね書きでマーキングする場合、１パルスの時間は０．０４ｍｓｅｃとなり、１セルをマーキングする時間は０．３２ｍｓｅｃとなる。Ｄａｔａ Ｍａｔｒｉｘのモジュール数（セルの縦、横の数）が１８×１８の場合、コードの全セル数は３２４セルとなり、その全セルをマーキングした場合、１０３．６８ｍｓｅｃの時間となる。つまりＣＣＤカメラのシャッタースピードを１０３．６８ｍｓｅｃ以上に設定し、その間の電荷を蓄積する事で、全ての３２４セルに照射された２５９２発のレーザパルスの強度分布を、１つの画像データとして観察する事が可能である。

このようにＣＣＤカメラの電荷の蓄積機能を利用する事で、１セルを１パルスでマーキングする場合や、１セルを複数パルスでマーキングする場合でも、光強度を観察する事は可能である。１セルを複数パルスでマーキングする場合、そのパルスによりマーキングする位置が完全に重なっていても、完全に分離していても、一筆書きの様に一部分重なっていても、観察する事が可能である。図６に１セルを１パルスでマーキングする模式図、図７に１セルを複数パルスでマーキングする模式図、図８に１セルを一筆書きでマーキングする模式図を示す。

このようにして得られた画像データは、マーキング対象物に照射されるレーザ光の累積強度分布を示すものである。さらに画像データは、マーキング対象物を実際にマーキングした際の、剥離状態・発色状態・感光状態等と非常に酷似する結果を示す。

次に、得られた画像データを２次元コードリーダと呼ばれるデコード装置に送信しデータ解析する。マーキング対象物質を用いて実際に物体上にマーキングされたデータを読み取ること無く、ソフトウエアデータである画像データのみでマーキングデータをデコードする。

ここで、デコードに用いられる２次元コードリーダには、一般的にはデータコードの品質を評価（デコード結果・コントラスト評価・印刷拡張の評価・軸の非均一性評価・未使用のエラー訂正の評価・１セルあたりの画素数、セルサイズの評価、セル中心オフセットの評価・セル楕円率の評価・コード歪み角度の評価）する機能を有しているので、その機能を用いる事でマーキングされるデータコードの品質評価が可能である。

本発明の方法は、レーザ光を用いたどの様なマーキング装置にも対応できる。またレーザ光の走査方法、レーザ光源の種類、レーザの波長、レーザビームの形状、レーザの発振周期、レーザのパルス幅、マーキング対象物質の材質、マーキング対象物質の形状、マーキング場所等について特に限定されない。

また装置構成の機構については、受光器や、パソコン（以下ＰＣと記す）や、二次元コードリーダを複数備えてもよい。さらに光源がＬＤ、ＬＥＤ、ランプであってもよい。

さらに照射光を測定する装置としてはビームプロファイラ、フォトディテクタ、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサのどれか、或いはそれらが組み合わされたものであってもよい。

次に本発明の一実施形態を図９に基づいて説明する。図９は本発明を具体的に装置化した構成である。本装置は、光を受光する為の受光器１、受光部１に入射する光のサイズを必要な大きさに拡大縮小する為のズームレンズ２を備えている。また受光部１に入射する光の強度を必要な強度に低下させる為のＮＤフィルター３を備えている。必要に応じて選択的に波長を観察する場合は波長カットフィルター４を備える事もある。また受光部１をマーキング装置や加工用テーブルなどに固定する為のブラケット５を備えている。またブラケット５の位置を微調整できるＸＹＺθステージ６を備えている。また受光部からのデータをＰＣに送信する為のケーブル７を備えている。また受光した光を２次元及び３次元の強度分布画像として画像化する為のソフトウエアを装備するＰＣ８を備えている。またＰＣ８からデータコードのデータ或いは画像をデータコードの読み取りや品質評価を行うリーダ装置に送信する為のケーブル９を備えている。さらにデータコードのデータ或いは画像を認識し、画像から切り出して読み取り文字列化すると共に、コードに読み取り品質を評価する為の二次元コードリーダ１０を備えた構成になっている。二次元コードリーダ１０は、そのソフト機能だけを、ＰＣ８に内蔵させる事で、装置構成から無くすことも可能である。図１０に実施例の信号の流れをフローチャートで示す。

さらに、データコードをマーキングする為のマーキング装置１１と、マーキング装置１１から照射される光１２がある。受光器１は、１装置につき１台とは限定されず、１装置に複数台数有する場合もある。ズームレンズ２は、ズームサイズを固定したり、可変させたりが可能である。またズームレンズ２を具備する必要の無い場合もある。ＮＤフィルター３は、光を減衰させる為に用いられ、例えばウエッジなどがそれに当たる。また、ＮＤフィルター３は具備する必要の無い場合もある。またＸＹＺθステージ６は、装置構成の必要性から、可動軸数は様々に変化するし、全く必要としない場合もある。ケーブル７およびケーブル９は、一方向からだけに限定されず、双方からのデータや、動作信号の送信を可能とする。

次に本発明においてバーコードデータを受光した画像データの例を図１１に図示する。図１１は、図９においてレーザマーカ１１から発せられたレーザ光１２を受光部１で受けて画像データを転送し、ＰＣ８で生成させた画像であり、ＰＣ８に表示される。図１１は、データコードの各セルの光強度を濃淡の変化で表現しており、各セルの位置、各セルのサイズ、各セルの光強度、コード全体のサイズ等が数値化される。この例はＤａｔａ Ｍａｔｒｉｘであり、７０ミクロンピッチで１８ｘ１８ドットで１ドットあたり６０ミクロンの大きさを持つ。図１２は図１１の画像データを二次元コードリーダ１０で読み取って図示したものであり、ＰＣ８に表示され、文字への変換が可能であった。

図１２の画像データを用いて、データコードのデコードとコードの品質評価を行う。読み取った画像データを２次元コードリーダが標準的に有するコード品質検証機能を用いてデータコードのＪＩＳ規格で定められた評価指標と比較し、画像データの品質を評価する。

データコードを文字列表記すると共に、コード種類、コントラスト結果、印刷拡張の評価、軸の非均一性の評価、未使用のエラー訂正の評価、１セル当たりの画素数、ドットサイズの評価、ドット中心オフセットの評価、ドット楕円率の評価、歪み角度の評価等の評価を行う。

評価の方法は例えばＩＳＯ１６０２２品質評価に基づいて行う。一般的な評価方法であるので詳細は省略する。

図１１、図１２の例ではＩＳＯ１６０２２品質評価を用いると
コード種類 ： データマトリックス
デコード結果 ： Ａ （成功）
コントラスト ： Ａ （７１）
印刷拡張 ： Ｂ （−６６）
非均一性 ： Ｆ （１７）
未使用誤り訂正 ： Ａ （１００）
セル当たり画素数（Ｈ，Ｖ）： （７．５，６．３）
であり、
デコード結果
１２３４５６７８９０ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫＬＭＮＯ
であった。

このように本発明のマーキング評価方法を用いれば、マーキング対象物を必要とせず、マーキング装置の品質を評価できる。

本発明を用いると、標準的な評価方法を用いる事で、マーキング品質のマージンが、どの項目に対して不足しているかを定量的に知ることが可能である。さらに検証結果をマーカ装置の光学調整にフィードバックする事が出来る。したがって調整作業時間の短縮や作業工数費の削減できる。

本発明をマーキング装置であるタイトラー装置に応用した具体的な効果として、装置の不具合のうち約７０％を占めるコード露光不良に関して追加原価を抑制することが出来た。本発明の応用分野として、加工装置、パターニング装置、通信の品質測定装置など、光、レーザーを用いた加工装置、品質測定装置などに広く応用できる。

一般的なレーザマーカ装置の基本構成図 レーザマーキングされたデータコード 通常のビームプロファイラ画像 パルス毎に位置が変化するビームプロファイラ画像 データコード全体が形成されたビームプロファイラ画像 １セルを１パルスでマーキングする模式図 １セルを複数パルスでマーキングする模式図 セルを一筆書きでマーキングする模式図 本発明の実施形態の模式構成図 本発明の信号フローチャート データコードの光強度画像 読み取り検証例

符号の説明

１ 受光部１
２ レンズ
３ ＮＤフィルター
４ 波長カットフィルター
５ ブラケット
６ ＸＹＺθステージ
７ ケーブル
８ ＰＣ
９ ケーブル
１０ 二次元コードリーダ

Claims (10)

1. 対象物をマーキングパターンでマーキングする照射光の強度を受光素子用いて直接受光するステップと、前記照射光をデータ化して前記マーキングパターンを読み取るステップと、あらかじめ定められているマーキングパターンとを比較して判断するステップを有するマーキング評価方法において、前記照射光の強度を電荷の蓄積として捉えるステップと、画像データを形成し、前記マーキングパターンを再現するステップを有することを特徴とするマーキング評価方法。
2. 請求項１において複数の前記画像データを合成して前記マーキングパターンを再現するステップを有することを特徴とするマーキング評価方法。
3. 請求項１〜２において前記マーキングパターンが２次元バーコードであることを特徴とするマーキング評価方法。
4. 請求項１〜３において照射光の光源がレーザ、ＬＤ、ＬＥＤ、ランプのいずれかであることを特徴とするマーキング評価方法。
5. 請求項１〜４において前記照射光の強度を電荷の蓄積として捉えるステップにおいてビームプロファイラ、フォトディテクタ、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサのどれか、或いはそれらを組み合わせて用いることを特徴とするマーキング評価方法。
6. 対象物をマーキングパターンでマーキングする照射光の強度を受光素子用いて直接受光する手段と、前記照射光をデータ化して前記マーキングパターンを読み取る手段と、あらかじめ定められているマーキングパターンとを比較して判断する手段を有するマーキング評価装置において、前記照射光の強度を電荷の蓄積として捉える手段と、画像データを形成し、前記マーキングパターンを再現する手段を有することを特徴とするマーキング評価装置。
7. 請求項６において複数の前記画像データを合成して前記マーキングパターンを再現する手段を有することを特徴とするマーキング評価装置。
8. 請求項６〜７において前記マーキングパターンが２次元バーコードであることを特徴とするマーキング評価装置。
9. 請求項６〜８において照射光の光源がレーザ、ＬＤ、ＬＥＤ、ランプのいずれかであることを特徴とするマーキング評価装置。
10. 請求項６〜９において前記照射光の強度を電荷の蓄積として捉える手段においてビームプロファイラ、フォトディテクタ、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサのどれか、或いはそれらを組み合わせて用いることを特徴とするマーキング評価装置。

Images