JP2017196635A - マーキング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】線径の細い鋼線材に対しても明瞭なマーキングを施すことができるマーキング装置を提供する。【解決手段】マーキング装置10は、鋼線材Wを保持する左右一対の保持ブロック26,27が搬送方向に複数並設された搬送コンベア12と、搬送コンベア12の搬送方向の下流側で、かつ、鋼線材Wの上方に配設されたレーザヘッド14と、これら搬送コンベア12及びレーザヘッド14の動作制御を行う制御部16と、を備え、一対の保持ブロック26,27で保持された状態の鋼線材Wの表面にレーザ光を照射して、マーキングを行なう。【選択図】 図2

Description

この発明はマーキング装置に関し、鋼線材の表面に識別用のマーキングを施すマーキング装置に関する。
例えば、下記特許文献1に記載されているように、平板状の被加工材に識別用のマーキングを施す場合、先端面に文字等を形取った圧子で被加工材の表面を打刻する方法が一般的に用いられている。このような圧子打刻式のマーキングを断面円形状の鋼線材に対して適用する場合、予め被加工面の近傍において両側から鋼線材を移動不能にクランプし、所定の加圧力で圧子を被加工面である外周面に押し付ける。
しかしながら上記のような圧子打刻式のマーキング方法を用いた場合には、クランプ部材で鋼線材を確実に押さえ付けておかないと、下向きの打刻力に負けて鋼線材が左右方向に位置移動してしまい、明瞭な印字が得られない問題があった。
特に鋼線材の線径が細くなると線材自体の剛性が弱くなるため、上記のような問題が生じやすい。
特開平10−100524号公報
本発明は以上のような事情を背景とし、線径の細い鋼線材に対しても明瞭なマーキングを施すことができるマーキング装置を提供することを目的としてなされたものである。
而して請求項1のものは、鋼線材を保持する左右一対の保持ブロックが搬送方向に複数並設された搬送コンベアと、前記搬送コンベアの搬送方向の下流側で、かつ、前記鋼線材の上方に配設されたレーザ照射部と、これら搬送コンベア及びレーザ照射部の動作制御を行う制御部と、を備え、前記一対の保持ブロックで保持された状態の前記鋼線材の表面にレーザ光を照射して、マーキングを行なうように構成されていることを特徴とする。
請求項2のものは、請求項1において、前記レーザ照射部は前記レーザ光の焦点距離を調整する焦点距離調整手段を備え、また前記制御部は、前記マーキング対象の鋼線材の線径情報に基づいて、前記レーザ光の焦点距離を導出する焦点距離導出手段を備え、該焦点距離導出手段の導出結果に基づいて前記焦点距離調整手段を作動させ、前記レーザ光の焦点距離を自動調整するように構成されていることを特徴とする。
請求項3のものは、請求項2において、前記制御部は、前記マーキング対象の鋼線材の線径情報及びマーキング内容の情報が登録されている外部のベータベースから、これら線径情報及びマーキング内容の情報を取得する情報取得手段を備えていることを特徴とする。
請求項4のものは、請求項1〜3の何れかにおいて、前記搬送コンベアには、レーザ照射位置にある前記保持ブロックについて前記鋼線材の有無を検出する第1のワーク検出センサと、前記レーザ照射位置よりも上流側に設定された予備検出位置にある前記保持ブロックについて前記鋼線材の有無を検出する第2のワーク検出センサと、が設けられており、前記制御部は、前記レーザ照射位置にある前記保持ブロックについての、第1のワーク検出センサの鋼線材有無情報と、事前に予備検出位置で取得された前記第2のワーク検出センサの鋼線材有無情報とを比較し、一致していない場合を異常と判定する異常判定手段を備えていることを特徴とする。
請求項5のものは、請求項1〜4の何れかにおいて、前記保持ブロックには上面が開口したV字溝が形成され、該V字溝は前記搬送コンベアの中心部に向かって漸次溝深さが深くなるように形成されていることを特徴とする。
以上のように本発明は、鋼線材を保持する左右一対の保持ブロックが搬送方向に複数並設された搬送コンベアと、搬送コンベアの搬送方向の下流側で、かつ、鋼線材の上方に配設されたレーザ照射部と、を備え、一対の保持ブロックで保持された状態の鋼線材の表面にレーザ光を照射して、マーキングを行なうように構成されたものである。
本発明によれば、レーザ光により鋼線材の表面をスポット溶解させてマーキングを施すため、鋼線材に対して実質的に無負荷で印字を行なうことができる。このためマーキングの際、下向きの打刻力により鋼線材が左右方向に逃げてしまうといった問題が生じることはなく、線径の細い鋼線材に対しても明瞭なマーキングを施すことができる。また強い力で鋼線材を位置固定する必要がなくなるため、搬送用の保持ブロックに鋼線材を載せたままの状態でマーキングを行なうことができる。この場合、マーキング動作の前後で鋼線材を搬送用の保持ブロックから位置固定用のクランプ部材に移し換える動作が不要になり、移載時の落下トラブルを解消することができる。
但し、レーザマーキングの場合、処理する鋼線材の線径が異なると、マーキングが施される鋼線材の表面位置がレーザ光の焦点から外れてしまい、印字される線幅が太くなったり、またスポット溶解に必要なエネルギが鋼線材の表面に供給されず印字が施されないといった問題が生じる。
これに対し本発明では、マーキング対象の鋼線材の線径情報に基づいて、マーキングに適したレーザ光の焦点距離を導出する焦点距離導出手段を設け、導出手段の導出結果に基づいてレーザ照射部に設けた焦点距離調整手段を作動させ、レーザ光の焦点距離を自動調整するように構成することができる(請求項2)。このようにすることで、線径が異なる鋼線材が混在している場合であっても、各鋼線材毎にレーザ光の焦点距離を変更させて、マーキングを行うことができる。
この場合、マーキング対象の鋼線材の線径情報及びマーキング内容の情報を、外部のベータベースから取得する情報取得手段を、制御部に設けておくことができる(請求項3)。
前工程で順次製造された鋼線材を、その順番のままマーキングする場合、前工程を管理しているホストコンピュータのデータベースから線径情報およびマーキング内容の情報を製造順に取得するようにすれば、オペレータが改めて線径情報およびマーキング内容の情報をマーキング装置に入力する作業を不要とすることができ、作業性が向上するとともに入力ミスによる品質トラブルを防止することができる。
また本発明では、レーザ照射位置にある保持ブロックについて鋼線材の有無を検出する第1のワーク検出センサと、レーザ照射位置よりも上流側の予備検出位置にある保持ブロックについて鋼線材の有無を検出する第2のワーク検出センサと、を搬送コンベアに設けておき、現在、レーザ照射位置にある保持ブロックについて、第1のワーク検出センサの鋼線材有無情報と、事前に予備検出位置で取得された第2のワーク検出センサの鋼線材有無情報とを比較し、一致していない場合を異常と判定する異常判定手段を、制御部に設けておくことができる(請求項4)。このようにすることでレーザ照射位置にある保持ブロックについて、ワークの未検出(有るばずのワークを無しと判断)や誤検出(無いはずのワークを有りと判断)の可能性がある場合、マーキング動作を停止させて品質トラブルを未然に防止することができる。
本発明では、鋼線材を保持する保持ブロックに、上面が開口したV字溝を形成しておくことができる。更に、このV字溝を搬送コンベアの左右方向の中心部に向かって漸次溝深さが深くなるように形成しておくことができる(請求項5)。例えば、マーキング対象の鋼線材が、コイル状に巻回して製造されたコイル製品の末端部分であった場合、鋼線材は円弧状に曲がった形状となる。このような場合、鋼線材の端部を保持する保持ブロックのV字溝深さを搬送コンベアの中心部に向かって漸次溝深さが深くなるように形成すれば、鋼線材を下向きに凸の状態で良好に保持することができる。
本発明のマーキング装置を用いてマーキングされる鋼線材を示した図である。 本発明の一実施形態であるマーキング装置の全体構成を示した図である。 図2のマーキング装置におけるレーザ照射位置にある保持ブロックを、レーザヘッドとともに示した図である。 図3の保持ブロックの一方を単体の状態で示した図である。 同実施形態のレーザヘッドの構成を示した図である。 同実施形態の制御系のブロック図である。 異常判定手段についての説明図である。
次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図1は、本実施形態におけるマーキング装置にてマーキングされる鋼線材Wを示した図である。この鋼線材Wは、長さおよそ300mmで、所定の曲率半径rで湾曲する断面円形の線材である。線径は5.5mm〜48mmの範囲で様々な径のものが存在する。この鋼線材Wは、熱間にて圧延された線材をコイル状に巻回して製造された線材コイル製品の端部を切断して得られたもので、外観検査、火花検査、呈色検査等に用いられる。
鋼線材Wは、コイル製品の本体から切り離された状態で取り扱われるため、切り離された直後に識別のため、数字やアルファベット文字からなるマーキングが施される。
図2は、鋼線材Wにマーキングを行うためのマーキング装置10の全体構成を示した図である。同図において、12は鋼線材Wを保持した状態で図中右方向に搬送する搬送コンベア、14はレーザ照射部としてのレーザヘッド、16は搬送コンベア12及びレーザヘッド14の動作制御を行う制御部である。
搬送コンベア12は、駆動モータ17(図6)、駆動モータ17に連結された一対の駆動ギア18、駆動ギア18とは搬送方向反対側に配置された一対の従動ギア20、更に駆動ギア18と従動ギア20との間に配設された一対の搬送チェーン22、を備えている。そして、駆動ギア18に連結された駆動モータ17の回転により搬送チェーン22が図中時計方向に回転し、図2において横長の長円形状をなした搬送チェーン22上側の搬送面22aは図中右方向に移動せしめられる。
図3に示すように一対の搬送チェーン22の間には支持板24が設けられている。支持板24は平面形状が矩形の長手形状をなしており、それぞれの長手方向の各端部が、一対の搬送チェーン22のそれぞれに固定され、搬送チェーン22とともに一体に移動する。そして、支持板24の上面には、対称形状をなした一対の保持ブロック26,27が左右方向それぞれの端部近傍に取り付けられている。
これら一対の保持ブロック26,27は、図2に示すように、搬送方向に一定の間隔Pを隔てて多数並設されている。
図4は、図3において支持板24の左側に取り付けられている保持ブロック26を単独で示した図である。保持ブロック26は全体が直方体形状をなしており、支持板24に取り付けた際の左右方向外側の側壁26aから中心側の側壁26bに亘って、上面26cで開口したV字溝30が形成されている。上面の開口を通じてV字溝30に収容された鋼線材Wは、2点鎖線で示すように、その下方側の外周面がV字溝30の斜面30a,30bに当接することで位置保持される。
また、同図(D)に示すように、V字溝30は、側壁26aから側壁26bに向かって、即ち、取り付け状態において、搬送コンベア12の中心部に向かって漸次溝深さが下向きに深くなるように形成されている。
尚、詳細な説明は省略するが、他方の保持ブロック27は、上記の保持ブロック26と左右対称の形状をなしており、図3で示すように、V字溝30は、側壁27aから側壁27bに向かって、即ち、取り付け状態において、搬送コンベア12の左右方向の中心部に向かって漸次溝深さが下向きに深くなるように形成されている。
図3に示すように、保持ブロック26,27を用いて保持される鋼線材Wは湾曲形状であるため、鋼線材Wを安定した状態である下向きに凸の状態で保持した時、その端部は搬送コンベア12の中心部に向かって斜め下向きに延びることから、本例では鋼線材Wの傾きに合わせて、V字溝30の溝深さを、搬送コンベア12の中心部に向かって漸次下向きに深くすることで、鋼線材Wの外周面と保持ブロック26,27の側壁との当接長を軸方向に長く確保することができる。若しくは、鋼線材Wの外周面と保持ブロック26,27の側壁との間に生じる隙間を小さくすることができる。このため、保持ブロック26,27で保持した際、鋼線材Wのがたつきを抑えることができる。
図2において、搬送面22aの最も右端、レーザヘッド14直下の位置がレーザ照射位置である。搬送コンベア12では、搬送面22a上の保持ブロック26,27が順次、レーザ照射位置にまで移動する。
32は、レーザヘッド14の下方に設けられた第1のワーク検出センサである。この第1のワーク検出センサ32は、レーザ照射位置まで移動してきた保持ブロック26,27について、鋼線材Wを保持しているか否かを検出する。第1のワーク検出センサ32が鋼線材Wを検出すると、搬送コンベア12が位置停止している状態で、図3で示すようにレーザ照射位置にある鋼線材Wに対してレーザが照射され、鋼線材Wの外周面、詳しくは鋼線材Wの軸方向の中間位置における、レーザヘッド14と対向する上面にマーキングが施される。
また本例では、レーザ照射位置よりも1ピッチ(P)分上流側の位置を予備検出位置とし、この予備検出位置にある保持ブロック26,27について鋼線材Wの有無を検出する第2のワーク検出センサ34が設けられている。後述するように、この第2のワーク検出センサ34は、レーザ照射位置にある第1のワーク検出センサ32におけるワーク(鋼線材W)の未検出や誤検出といった異常を検出するために用いられるものである。
図5は、レーザ照射部としてのレーザヘッド14の構成を示した図である。40はレーザ光源としてのレーザ発振器で、本例ではYAGレーザが用いられている。42はレーザ光の焦点距離を調整するための焦点距離調整手段、44はレーザ光をX方向及びY方向に走査するための走査手段、46はレーザ光を集光するための集光レンズである。
焦点距離調整手段42は、入射レンズ48、出射レンズ49、更に入射レンズ48を出射レンズ49に対し接近離間方向に移動させる入射レンズ移動モータ50を備えている。焦点距離調整手段42では入射レンズ48と出射レンズ49との間の距離を変化させることで、レーザヘッド14、詳しくは集光レンズ46から出射されるレーザ光の焦点距離Sを変更させることができる。
走査手段44は、ガルバノミラー52及びこれを回転駆動させるための走査用モータ54を、X方向及びY方向についてそれぞれ一式ずつ備えている。本例では指定されたマーキングの内容に応じて、走査手段44を作動させることで、鋼線材Wの表面でのレーザ光をX方向及びY方向に位置移動させ、所定のマーキング内容が鋼線材Wの表面に印字される。
図6はマーキング装置10の制御系のブロック図である。搬送コンベア12及びレーザヘッド14の動作制御を行う制御部16は、情報取得手段56、焦点距離導出手段58、異常判定手段60、記憶部61を備えており、例えばCPU、RAM、HDD、及び各種インターフェイスを備えた情報処理装置や、専用のハードウェアを用いて構成することができる。
この制御部16には、第1のワーク検出センサ32、第2のワーク検出センサ34、ホストコンピュータ62、搬送コンベア12の駆動モータ17、レーザ発振器40、入射レンズ移動モータ50、走査用モータ54が接続されている。
情報取得手段56は、線材コイル製品を製造している工程を管理しているホストコンピュータ62のデータベースから線径情報およびマーキング内容の情報を取得する。本例では、前工程で製造された順に線材コイル製品の端部を切断し、得られた鋼線材Wをその順番でマーキング装置10にセットする。このため、線径情報およびマーキング内容の情報についても線材コイル製品が製造された順にデータベースから取得する。
焦点距離導出手段58は、得られた鋼線材Wの線径情報に基づいて、マーキングに適したレーザ光の焦点距離を導出する。本例では、保持ブロック26,27で保持された鋼線材Wの外表面に対してマーキングを行うが、線径が変化すると、図3で示す集光レンズ46から鋼線材Wの外表面までの距離Kが変化するため、レーザ光の焦点距離Sを変更する必要が生じる。
焦点距離導出手段58では、予め鋼線材Wの線径毎に明瞭に印字可能な焦点距離Sを調査して、鋼線材Wの線径と焦点距離Sとの関係を記憶部61に格納しておき、上記情報取得手段56にて取得された鋼線材Wの線径情報に対応する焦点距離Sの値を記憶部61から取り出すことで目的とする焦点距離Sを得ることができる。
以上のように構成されたマーキング装置10において、マーキングを行う基本的な手順は以下の通りである。まず、前工程で製造されたコイル製品の端部を切断して得られた鋼線材Wを、搬送コンベア12の保持ブロック26,27にセットする。
鋼線材Wは保持ブロック26,27にて保持された状態で搬送され、レーザヘッド14の直下のレーザ照射位置に到達すると、第1のワーク検出センサ32が鋼線材Wを検出し、搬送コンベア12はその状態(鋼線材Wがレーザ照射位置にある状態)で停止する。制御部16はホストコンピュータ62のデータベースから取得した線径の情報に基づいて、レーザ光の焦点距離Sを導出し、レーザヘッド14におけるレーザ光の焦点距離Sが調整される。次にレーザ光がレーザ発振器40から出射され、鋼線材Wの表面に照射されたレーザ光は、鋼線材Wの表面の一部をスポット溶解させる。この際、取得したマーキング内容の情報に応じて走査手段44が制御される。その結果、照射位置が移動して、鋼線材Wの表面に所定のマーキング内容が印字される。
マーキングが完了すると搬送コンベア12は搬送を再開する。そして、新たな鋼線材Wがレーザ照射位置に到達すると、上記と同様に焦点距離の調整が行なわれ、その後レーザ光が照射されマーキングが行なわれる。
尚、上述のように本例では、レーザ照射位置の鋼線材Wを検出する第1のワーク検出センサ32の検出結果に基づいてマーキングが実行されため、第1のワーク検出センサ32の検出結果に誤りがあると、マーキングされる鋼線材Wとそのマーキング内容との不一致が生じるおそれがある。これを防止するため本例では、制御部16に異常判定手段60を設け、第1のワーク検出センサ32の鋼線材有無情報と、事前に予備検出位置で取得された第2のワーク検出センサ34の鋼線材有無情報とを比較し、一致していない場合は異常と判定し、警報を発するとともにマーキング動作を中止する。
例えば、図7(A)で示すように、ある保持ブロックが予備検出位置にあったとき第2のワーク検出センサ34がON(ワーク有り)であったにも拘らず、搬送コンベア12が1ピッチ(P)分移動し、レーザ照射位置に到達した際、第1のワーク検出センサ32がOFF(ワーク無し)であった場合は、第1のワーク検出センサ32が存在しているワーク(鋼線材W)を検出できていなかった未検出の可能性が高いため、マーキングを中止するとともに警報を発して、オペレータに確認を促す。
また図7(B)に示すように、ある保持ブロックが予備検出位置にあったとき第2のワーク検出センサ34がOFFであったにも拘らず、搬送コンベア12が1ピッチ分移動し、レーザ照射位置に到達した際、第1のワーク検出センサ32がONであった場合は、第1のワーク検出センサ32が他の部品(又は別の鋼線材)を誤って検出してしまった誤検出の可能性が高いため、マーキングを中止するとともに警報を発して、オペレータに確認を促す。
尚、図7(C)に示すように、ある保持ブロックが予備検出位置にあったとき第2のワーク検出センサ34がONであり、搬送コンベア12が1ピッチ(P)分移動し、レーザ照射位置に到達した際、第1のワーク検出センサ32もONである場合は、2つのセンサの検出結果が一致しているため、引き続きマーキングの動作が実行される。
以上のように本実施形態によれば、レーザ光により鋼線材Wの表面をスポット溶解させてマーキングを施すため、鋼線材Wに対して実質的に無負荷で印字を行なうことができる。このためマーキングの際、下向きの打刻力により鋼線材Wが左右方向に逃げてしまうといった問題が生じることはなく、線径の細い鋼線材Wに対しても明瞭なマーキングを施すことができる。また強い力で鋼線材Wを位置固定する必要がなくなるため、搬送用の保持ブロック26,27に鋼線材Wを載せたままの状態でマーキングを行なうことができる。
本実施形態では、マーキング対象の鋼線材Wの線径情報に基づいて、マーキングに適したレーザ光の焦点距離を導出する焦点距離導出手段58を設け、導出結果に基づいてレーザヘッド14に設けた焦点距離調整手段42を作動させ、レーザ光の焦点距離を自動調整する。このため、線径が異なる鋼線材Wが混在している場合であっても、各鋼線材毎にレーザ光の焦点距離を変更させて、マーキングを行うことができる。
本実施形態では、マーキング対象の鋼線材Wの線径情報及びマーキング内容の情報を、外部のベータベースから取得する情報取得手段56が、制御部16に設けられており、前工程で順次製造されたコイル製品の端部を切断して得られた鋼線材Wを、その順番のままマーキングする場合、前工程を管理しているホストコンピュータ62のデータベースから線径情報およびマーキング内容の情報を製造順に取得するようにすれば、オペレータが改めて線径情報およびマーキング内容の情報をマーキング装置10に入力する作業を不要とすることができ、作業性が向上するとともに入力ミスによる品質トラブルを防止することができる。
また本実施形態では、現在、レーザ照射位置にある保持ブロック26,27について第1のワーク検出センサ32の鋼線材有無情報と、事前に予備検出位置で取得された第2のワーク検出センサ34の鋼線材有無情報とを比較し、一致していない場合を異常と判定する異常判定手段60が、制御部16に設けてあり、レーザ照射位置にある保持ブロック26,27において、ワークの未検出(有るばずのワークを無しと判断)や誤検出(無いはずのワークを有りと判断)の可能性がある場合、マーキング動作を停止させて品質トラブルを未然に防止することができる。
また本実施形態では、鋼線材Wを保持する保持ブロック26,27に、上面が開口したV字溝30を形成するとともに、このV字溝30を搬送コンベア12の左右方向の中心部に向かって漸次溝深さが深くなるように形成しているため、マーキング対象の鋼線材Wが円弧状に湾曲した形状であった場合に、鋼線材Wを下向きに凸の状態で良好に保持することができる。
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。上記実施形態では湾曲した鋼線材Wにマーキングを施したが、直線状に延びる鋼線材Wに対して適用することも可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
10 マーキング装置
12 搬送コンベア
14 レーザヘッド(レーザ照射部)
16 制御部
26,27 保持ブロック
30 V字溝
32 第1のワーク検出手段
34 第2のワーク検出手段
42 焦点距離調整手段
56 情報取得手段
58 焦点距離導出手段
60 異常判定手段

Claims (5)

  1. 鋼線材を保持する左右一対の保持ブロックが搬送方向に複数並設された搬送コンベアと、
    前記搬送コンベアの搬送方向の下流側で、かつ、前記鋼線材の上方に配設されたレーザ照射部と、
    これら搬送コンベア及びレーザ照射部の動作制御を行う制御部と、を備え、
    前記一対の保持ブロックで保持された状態の前記鋼線材の表面にレーザ光を照射して、マーキングを行なうように構成されていることを特徴とするマーキング装置。
  2. 前記レーザ照射部は前記レーザ光の焦点距離を調整する焦点距離調整手段を備え、
    また前記制御部は、前記マーキング対象の鋼線材の線径情報に基づいて、前記レーザ光の焦点距離を導出する焦点距離導出手段を備え、
    該焦点距離導出手段の導出結果に基づいて前記焦点距離調整手段を作動させ、前記レーザ光の焦点距離を自動調整するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のマーキング装置。
  3. 前記制御部は、前記マーキング対象の鋼線材の線径情報及びマーキング内容の情報が登録されている外部のベータベースから、これら線径情報及びマーキング内容の情報を取得する情報取得手段を備えていることを特徴とする請求項2に記載のマーキング装置。
  4. 前記搬送コンベアには、レーザ照射位置にある前記保持ブロックについて前記鋼線材の有無を検出する第1のワーク検出センサと、
    前記レーザ照射位置よりも上流側に設定された予備検出位置にある前記保持ブロックについて前記鋼線材の有無を検出する第2のワーク検出センサと、が設けられており、
    前記制御部は、前記レーザ照射位置にある前記保持ブロックについての、第1のワーク検出センサの鋼線材有無情報と、事前に予備検出位置で取得された前記第2のワーク検出センサの鋼線材有無情報とを比較し、一致していない場合を異常と判定する異常判定手段を備えていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のマーキング装置。
  5. 前記保持ブロックには上面が開口したV字溝が形成され、該V字溝は前記搬送コンベアの中心部に向かって漸次溝深さが深くなるように形成されていることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のマーキング装置。
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