JP2011237394A - ２次元測長機による測定値の補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用の２次元測長機を用いても露光面に形成された座標上の露光点を高精度に測定できるようにする。
【解決手段】Ｘ軸ガイドとＹ軸ガイドがＸ軸とＹ軸で直角に直交している状態から、Ｘ軸とＹ’軸とで示すように９０度以下の角度θで交差する状態になる。このとき、Ｘ軸ガイドとＹ軸ガイドに基づいて露光点観測カメラが露光点２０を測定すると、測定される座標の測定値はｘ’とｙ’となるが、露光点２０における真の座標の測定値はｘ、ｙである。一方、真の座標の測定値ｘ、ｙと実際の測定値ｘ’、ｙ’との関係は、ｘ＝ｘ’＋ｙ’cosθ、及び、ｙ＝ｙ’sinθで表わすことができる。従って、Ｘ軸ガイドとＹ軸ガイドが９０度以下の角度θで交差していても、実際に測定された測定値ｘ’、ｙ’と交差角度θを上式に代入すれば、真の座標の測定値ｘ、ｙを容易に求めることができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、２次元測長機による測定値の補正方法に関するものであり、特に、２次元測長機が、レーザマーキング装置で露光されてマーキングされた複数の露光点を測定したときの測定値の補正方法に関するものである。

レーザマーキング装置は、レーザ光をＸ方向ミラーとＹ方向ミラーで反射させ、各ミラーの回転角をモータで任意に制御することにより、露光面に配置された液晶パネルなどの材料の任意の場所にレーザ光を集光させ、２次元コード等のマーキングを行う用途などに広く利用されている。図１は、従来のレーザマーキング装置の要部構成を模式的に示す説明図である。同図において、図示しない光源から発した入射レーザ光１は、Ｘ方向ミラー２とＹ方向ミラー３にて反射された後、集光レンズ４を通り、露光面５に焦点を結ぶ。そして、Ｘ方向ミラー２とＹ方向ミラー３の回転角θｘ，θｙにより、露光面５における（焦点）座標位置Ｘｍ，Ｙｍが一意的に定まる。尚、図１中の符号６’は制御ユニットであり、該制御ユニット６’の主要制御部６０’は、レーザ制御部６１とマーキング位置情報出力部６３とから成る。又、該マーキング位置情報出力部６３には設定等指令部８が接続されている。

前記マーキング位置情報出力部６３はマーキングパターン情報Ｐに基づきマーキング指令信号ｘ，ｙを出力するが、マーキング指令信号ｘ，ｙは、電力増幅器９，９’を介してＸ方向ミラー２の駆動モータ２１及びＹ方向ミラー３の駆動モータ３１に送出される(特許文献１又は２参照)。

上記従来のレーザマーキング装置によれば、集光レンズ４の特性や該集光レンズ４とＸ方向ミラー２、Ｙ方向ミラー３の夫々の幾何学的配置に起因してレーザ光の照射位置に歪みが発生する。依って、Ｘ方向ミラー２とＹ方向ミラー３の回転角θｘ，θｙを等間隔で回転させても、前記レーザ光の照射位置に歪みにより、座標位置Ｘｍ，Ｙｍの間隔は等間隔にならない。

図２は、各回転角θｘ，θｙを夫々Ｘ方向，Ｙ方向に等間隔で回転させて、レーザ光によりマーキングした場合の理想的な結果物（マーキング後の製品）の一例をグラフで表したものであり、白丸で示す各点は、図２の直交座標におけるθｘ，θｙの回転角に対応している。また、図３は、図２の白丸で示す位置に対して、マーキングされた露光面上の座標位置（露光点）Ｘｍ，Ｙｍがどのような位置に変換されるかを示したものであり、黒丸で示す各点は、図３の直交座標におけるＸｍ，Ｙｍの位置に対応している。

図２では、白丸の点の配置は全体として等間隔の格子状を呈しているが、図３では、黒丸の点の配置は全体として上下が膨らみ、且つ、左右が凹んだ形状を呈している。従って、露光面上での座標位置（露光点）Ｘｍ，Ｙｍが図５に示すような等間隔の格子状になるようにするには、Ｘ方向ミラー２とＹ方向ミラー３の回転角θｘ，θｙが等間隔を有しない位置、即ち、図４における白丸の位置になるように制御する必要がある。このような制御を行うことによって図５に示すような等間隔の露光点をマーキングすることができる。

ところで、露光面５に形成された図３に示すような座標上の複数の露光点は２次元測長機によって逐次測定され、その測定結果に基づいて、Ｘ方向ミラー２とＹ方向ミラー３の回転角θｘ，θｙが等間隔を有しない位置、即ち、図４における白丸の位置になるように制御を行う。さらに、図４における白丸の位置になるように制御した結果、図５に示すような等間隔の露光点が露光面にマーキングされたか否かのチェックについても２次元測長機によって逐次測定される。

尚、露光面上の所期の位置にマーキングするためにパターン認識装置を用いて、上記格子点における誤差量を計測し、現在位置と行き先位置との間の相対移動量にプラスして、各格子点における誤差量の差を補正量として、該補正量をガルバノメータ駆動信号に付加して位置補正を行う方法も提案されている。

特開昭６２−９４３４３号公報 特開平７−１６４１６９号公報

上述のような２次元測長機によって露光面に形成された座標上の複数の露光点を測定する場合は、該２次元測長機のＸ，Ｙ駆動軸が高精度で直角に交差している必要がある。しかしながら、エンコーダ等を用いた２次元測長機は、Ｘ軸用のエンコーダとＹ軸用のエンコーダがＸ，Ｙ座標を直交して移動しながら上記露光面に形成された露光点を測定しているので、直交するエンコーダの機構要素を高精度に直角状態に維持することは難しい。もちろん、高価な２次元測長機を用いれば、該２次元測長機のＸ，Ｙ駆動軸の構成要素を高精度に直角状態に維持することはできるが、汎用の２次元測長機では構成要素を高精度に直角状態に維持することは難しいので、結果的に、露光面に形成された座標上の露光点を測定するときに測定誤差が生じてしまう。

そこで、汎用の２次元測長機を用いても露光面に形成された座標上の露光点を高精度に測定できるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、Ｘ軸方向に駆動してＸ座標を測定するＸ座標測定手段とＹ軸方向に駆動してＹ座標を測定するＹ座標測定手段とを備えた２次元測長機による測定値の補正方法において、前記Ｘ座標測定手段と前記Ｙ座標測定手段との交差角度θが０＜θ＜πの範囲にあるとき、前記Ｘ座標測定手段と前記Ｙ座標測定手段が直角に交差しているときに測定される座標の真の測定値ｘ、ｙは、前記Ｘ座標測定手段と前記Ｙ座標測定手段が前記交差角度θで交差しているときに実際に測定した座標の測定値ｘ’、ｙ’と該交差角度θとによって求められることを特徴とする２次元測長機による測定値の補正方法を提供する。

この方法によれば、２次元測長機を構成するＸ座標測定手段（Ｘ軸エンコーダ）とＹ座標測定手段（Ｙ軸エンコーダ）との交差角度θが直角状態からずれても、交差角度θが０＜θ＜πの範囲にあるときは、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段が直角に交差しているときに測定される座標の真の測定値ｘ、ｙは、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段が実際に測定した座標の測定値ｘ’、ｙ’と交差角度θとの関数で表わすことができる。従って、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段が実際に測定した座標の測定値ｘ’、ｙ’と交差角度θが分かれば、一義的に座標の真の測定値ｘ、ｙを求めることができる。これによって、高価な２次元測長機を用意しなくても、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段の直角度がずれ易い安価な２次元測長機を用いても、座標の真の測定値を容易に求めることができる。

請求項２記載の発明は、上記交差角度θが０＜θ＜πのとき、上記真の測定値ｘ、ｙは、ｘ＝ｘ’＋ｙ’cosθ、及び、ｙ＝ｙ’sinθで表わされることを特徴とする請求項１記載の２次元測長機による測定値の補正方法を提供する。

この方法によれば、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段との交差角度θが０度から１８０度までのときは、真の測定値ｘ、ｙは、ｘ＝ｘ’＋ｙ’cosθ、及び、ｙ＝ｙ’sinθで求めることができる。従って、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段との交差角度θの範囲が０度から１８０度までの範囲にあるときは、容易に座標の真の測定値ｘ、ｙを求めることができるので、さらに安価で汎用的な２次元測長機を利用することが可能となる。

請求項３記載の発明では、上記２次元測長機は、レーザマーキング装置によって形成された露光面における露光点の座標を測定することを特徴とする請求項１又は２記載の２次元測長機による測定値の補正方法を提供する。

この方法によれば、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段との交差角度θが９０度からずれ易い安価な２次元測長機を用いて、レーザマーキング装置によって形成された露光面における露光点の座標を測定することができる。

請求項４記載の発明は、上記２次元測長機は上記レーザマーキング装置と一体的に構成されていることを特徴とする請求項３記載の２次元測長機による測定値の補正方法を提供する。

この方法によれば、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段との交差角度θが９０度からずれ易い安価な２次元測長機をレーザマーキング装置と一体的に組み込むことで、安価で使い勝手のよいレーザマーキング装置を提供することができる。

請求項１記載の発明は、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段が直角状態からずれても、簡単な演算よって座標の真の測定値を求めることができるので、高価な２次元測長機を用意しなくても、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段の直角度がずれ易い汎用の安価な２次元測長機を利用することができる。

請求項２記載の発明は、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段が実際に測定した座標の測定値ｘ’、ｙ’と交差角度θとによって座標の真の測定値を求めることができるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、より安価で簡易的な２次元測長機を利用することができる。

請求項３記載の発明は、より安価で簡易的な２次元測長機を用いて、レーザマーキング装置によって形成された露光面における露光点の座標を測定することができるので、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、さらに使い勝手のよい２次元測長機を実現することができる。

請求項４記載の発明は、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段との交差角度θが９０度からずれ易い安価な２次元測長機をレーザマーキング装置と一体的に組み込むことで、請求項３記載の発明の効果に加えて、安価で使い勝手のよいレーザマーキング装置を提供することができる

従来のレーザマーキング装置の要部構成を示す模式図。 図１のミラーの回転角を座標上でグラフ化した説明図。 同上ミラーの回転角に対応する露光面上のレーザ焦点位置の露光点を座標上でグラフ化した説明図。 同上露光面上のレーザ焦点位置の座標が等間隔の格子状になるようにしたときのミラーの回転角を座標上でグラフ化した説明図。 図４のミラーの回転角に対応する露光面上のレーザ焦点位置の露光点を座標上でグラフ化した説明図。 本発明に適用される２次元測長機が露光面に形成された露光点を測定する状態を示す説明図。 図６に示すＸ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が９０度以下の角度で交差している場合の座標軸を示す説明図。 図６に示すＸ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が９０度以上の角度で交差している場合の座標軸を示す説明図。

本発明は、汎用の２次元測長機を用いても露光面に形成された座標上の点を高精度に測定できるようにするという目的を達成するために、Ｘ軸方向に駆動してＸ座標を測定するＸ座標測定手段とＹ軸方向に駆動してＹ座標を測定するＹ座標測定手段とを備えた２次元測長機による測定値の補正方法において、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段との交差角度θが０＜θ＜πの範囲にあるとき、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段が直角に交差しているときに測定される座標の真の測定値ｘ、ｙは、Ｘ座標測定手段とＹ座標測定手段が交差角度θで交差しているときに実際に測定した座標の測定値ｘ’、ｙ’と該交差角度θとによって求められることを特徴とする２次元測長機による測定値の補正方法を提供することによって実現した。

以下、本発明の好適な一実施例を図６乃至図８に従って詳細に説明する。なお、本実施例は、図１に示すレーザマーキング装置によって露光面に形成された多数の露光点を測定する２次元測長機について説明する。この場合、使い勝手の利便性を考えて、２次元測長機はレーザマーキング装置内に実装されていることが望ましいが、２次元測長機とレーザマーキング装置が別々に構成されていても、本発明に係る２次元測長機による測定値の補正方法を実現することができる。

図６は、本発明に適用される２次元測長機が露光面に形成された露光点を測定する状態を示す説明図である、図６に示すように、２次元測長機１０は、Ｘ軸エンコーダ・スケール１１、Ｘ軸エンコーダ・センサ１２、Ｙ軸エンコーダ・スケール１３、Ｙ軸エンコーダ・センサ１４、Ｘ軸ガイド１５，１５、Ｙ軸ガイド１６、Ｘ軸方向可動ビーム１７、Ｙ軸方向可動ビーム１８、及び露光点観測カメラ１９を主要な要素として構成されていて、平面上の複数の露光点２０，２０，２０…を測定することができる。尚、このような２次元測長機１０は、公知の装置であるので更なる詳細な構成要素の説明は省略する。

すなわち、上述のような構成により、２次元測長機１０は、Ｘ軸方向可動ビーム１７及びＹ軸方向可動ビーム１８が、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向へ移動し、露光点観測カメラ１９が平面上をＸ軸方向とＹ軸方向へスキャンして行くことにより、露光面の表面に形成された各露光点２０，２０，２０…のＸ座標及びＹ座標の位置を測定することができる。このようにして、露光点観測カメラ１９が露光面の全面をスキャンして行くと、例えば、図３又は図５に示すような多数の露光点の座標位置を測定することができる。

ところが、Ｘ軸ガイド１５，１５及びＹ軸ガイド１６は、機構部品の取付け部分のクリアランス（遊び）などによって直角状態を維持できないおそれがある。すなわち、Ｘ軸ガイド１５，１５とＹ軸ガイド１６が直角状態からずれると、必然的に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を移動中のＸ軸方向可動ビーム１７及びＹ軸方向可動ビーム１８も直交状態を維持することができなくなるおそれがある。その結果、露光点観測カメラ１９が露光面をスキャンしたときに測定された複数の露光点２０，２０，２０…に測定誤差が生じる。尚、Ｘ軸エンコーダ・スケール１１、Ｙ軸エンコーダ・スケール１３、Ｘ軸方向可動ビーム１７、Ｙ軸方向可動ビーム１８などに直交状態のずれが生じても、前述と同様に露光点２０，２０，２０…に測定誤差が生じる。

そこで、本発明の２次元測長機による測定値の補正方法では、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が交差する角度に応じて、露光点２０，２０，２０…のＸ座標及びＹ座標の測定値を補正することにより、露光点２０，２０，２０…の正確な測定値を求めている。以下、本発明の２次元測長機による測定値の補正方法の具体的な実施例について説明する。尚、以下の説明では、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が交差する角度が９０度以下の場合と９０度以上の場合とについて個別に説明する。

図７は、図６に示すＸ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が９０度以下の角度で交差している場合の座標軸を示す説明図である。すなわち、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が、Ｘ軸とＹ軸とによって９０度で直交している状態から、Ｘ軸とＹ’軸とによって９０度以下の交差角度θで交差する状態になったとする。

このとき、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６の角度に基づいて露光点観測カメラ１９が露光点２０を測定すると、測定される座標の測定値はｘ’とｙ’となる。ところが、露光点２０における真の座標の測定値はｘ、ｙである。従って、真の座標の測定値ｘ、ｙと、実際の座標の測定値ｘ’、ｙ’及び交差角度θとの関係は、つぎの式（１）及び式（２）のようになる。

ｘ＝ｘ’＋ｙ’cosθ （１）
ｙ＝ｙ’sinθ （２）

従って、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が９０度以下の交差角度θで交差している場合は、実際に測定された座標の測定値ｘ’、ｙ’の値と、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が交差する交差角度θとを式（１）及び式（２）に代入すれば、真の座標の測定値ｘ、ｙを求めることができる。これによって、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が９０度以下の交差角度θにずれていても、測定誤差のない真の座標の測定値ｘ、ｙを求めることができる。

図８は、図６に示すＸ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が９０度以上の角度で交差している場合の座標軸を示す説明図である。すなわち、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が、Ｘ軸とＹ軸とによって９０度で直交している状態から、Ｘ軸とＹ’軸とによって９０度以上の交差角度θで交差する状態になったとする。

このとき、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６によって露光点２０を測定すると、測定される座標の測定値はｘ’とｙ’となる。ところが、露光点２０における真の座標の測定値はｘ、ｙである。従って、真の座標の測定値ｘ、ｙと、実際の座標の測定値ｘ’、ｙ’及び交差角度θとの関係は、前述の式（１）及び式（２）のようになる。

従って、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が９０度以上の交差角度θで交差している場合は、実際に測定された座標の測定値ｘ’、ｙ’の値と、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が交差する交差角度θとを式（１）及び式（２）に代入すれば、真の座標の測定値ｘ、ｙを求めることができる。これによって、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が９０度以上の交差角度θにずれていても、測定誤差のない真の座標の測定値ｘ、ｙを求めることができる。

すなわち、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６の交差角度θが、０＜θ＜πの範囲にあれば、実際に測定された座標の測定値ｘ’、ｙ’と、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６との交差角度θとに基づいて、真の座標の測定値ｘ、ｙを一義的に求めることができる。

これによって、高価な測長機を用いることなく、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６の交差角度が９０度（直角）からずれ易い汎用の安価な測長機を用いても、容易に露光点の真の座標の測定値ｘ、ｙを求めることができる。

以上を要約すると、本発明の２次元測長機による測定値の補正方法は、Ｘ軸方向に駆動してＸ座標の測定に寄与するＸ軸方向可動ビーム１７と、Ｙ軸方向に駆動してＹ座標の測定に寄与するＹ軸方向可動ビーム１８との交差角度θが０＜θ＜πの範囲にあれば、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が直角に交差しているときに測定される座標の真の測定値ｘ、ｙは、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６が交差角度θで交差しているときに実際に測定した座標の測定値ｘ’、ｙ’と前記交差角度θとによって容易に求めることができる。

さらに具体的に説明すると、Ｘ軸ガイド１５とＹ軸ガイド１６との交差角度θが０＜θ＜πの範囲にあるときは、真の測定値ｘ、ｙは、上記の式(１)と式（２）で求めることができる。

このような補正機能を備えた２次元測長機の好適な用途としては、レーザマーキング装置によって形成された露光面における露光点の座標を測定する用途などに使用することができる。このとき、２次元測長機をレーザマーキング装置と一体的に構成すれば、露光と測定とを一括して行うことができるので、レーザマーキング装置及び２次元測長機の使い勝手が一段と向上する。

本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明による２次元測長機による測定値の補正方法によれば、安価な汎用の２次元測長機を用いて、レーザマーキング装置で露光された露光点を正確に測定することができるので、レーザマーキング装置に２次元測長機を一体的に組み込んで露光と測定とを一括して行う複合装置として有効に利用することができる。

１ 入射レーザ光
２ Ｘ方向ミラー
３ Ｙ方向ミラー
４ 集光レンズ
５ 露光面
６’ 制御ユニット
８ 設定値等指令部
９ Ｘ方向の電力増幅器
９’ Ｙ方向の電力増幅器
１０ ２次元測長機
１１ Ｘ軸エンコーダ・スケール
１２ Ｘ軸エンコーダ・センサ
１３ Ｙ軸エンコーダ・スケール
１４ Ｙ軸エンコーダ・センサ
１５ Ｘ軸ガイド
１６ Ｙ軸ガイド
１７ Ｘ軸方向可動ビーム
１８ Ｙ軸方向可動ビーム
１９ 露光点観測カメラ
２０ 露光点
２１ Ｘ方向の駆動モータ
３１ Ｙ方向の駆動モータ
６０’主要制御部
６１ レーザ制御部
６３ マーキング位置情報出力部
ｐ マーキングパターン情報

Claims (4)

1. Ｘ軸方向に駆動してＸ座標を測定するＸ座標測定手段とＹ軸方向に駆動してＹ座標を測定するＹ座標測定手段とを備えた２次元測長機による測定値の補正方法において、
   前記Ｘ座標測定手段と前記Ｙ座標測定手段との交差角度θが０＜θ＜πの範囲にあるとき、前記Ｘ座標測定手段と前記Ｙ座標測定手段が直角に交差しているときに測定される座標の真の測定値ｘ、ｙは、前記Ｘ座標測定手段と前記Ｙ座標測定手段が前記交差角度θで交差しているときに実際に測定した座標の測定値ｘ’、ｙ’と該交差角度θとによって求められることを特徴とする２次元測長機による測定値の補正方法。
2. 上記交差角度θが０＜θ＜πのとき、上記真の測定値ｘ、ｙは、
   ｘ＝ｘ’＋ｙ’cosθ、及び、ｙ＝ｙ’sinθで表わされる
   ことを特徴とする請求項１記載の２次元測長機による測定値の補正方法。
3. 上記２次元測長機は、レーザマーキング装置によって形成された露光面における露光点の座標を測定することを特徴とする請求項１又は２記載の２次元測長機による測定値の補正方法。
4. 上記２次元測長機は上記レーザマーキング装置と一体的に構成されていることを特徴とする請求項３記載の２次元測長機による測定値の補正方法。

Images