JP4610768B2 - レーザマーキング装置 - Google Patents
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Description
【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
Claims (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。
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