JPH0985470A - レーザマーキング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】厚さまたは高さの異なる多種多様のワークに対
して、比較的簡単な構成でワーキングディスタンスを一
定に制御し正確なマーキングを行なえるレーザマーキン
グ装置を提供する。 【解決手段】回動ミラー５、７及び集光手段９を含む光
学系を、ワーク１０表面と近接する方向または遠ざかる
方向に移動可能に構成すると共に、集光手段９とワーク
１０表面との間隔を検出する検出手段１７を設け、この
検出手段１７の検出結果に応じて前記光学系をワーク１
０表面と垂直な方向に移動させるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振器から
発生したレーザ光をＸＹ２方向に走査しつつ、ワーク表
面に集光させて、ワークにマーキング加工を行うレーザ
マーキング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ルビー結晶をレーザ媒体として用いるこ
とにより、レーザ作用が実際に起こり得ることが始めて
示されて以来、３０年余り経過している。時が経つにつ
れて、レーザという用語は日常的に用いられるようにな
り、またそれのみではなく、今や、工業生産から医学に
わたる幅広い分野にとって、不可欠の道具であり、多く
の科学計測や研究の実施において、基礎をなすものとな
っている。レーザ光を用いた加工は従来から盛んに行わ
れている。例えば、レーザ溶接、レーザ切断等はＣＯ₂
レーザやＹＡＧレーザを用いて行われている。電子機器
や薬品等の微細加工に波長の短いエキシマレーザ等のレ
ーザ光での加工も盛んに行われている。

【０００３】なかでも最近は、ＰＬ法（製造物責任法）
の施行により、製品への警告表示や、製造者の表示等が
必要となり、種々の製品へのマーキングが必要となって
いる。レーザによるマーキングは、おもにＹＡＧレーザ
を用いて行われており、製品への非接触なマーキング、
また、高速マーキングによる高い生産性、周囲の環境を
汚さない等の多くの利点を備えたマーキング法でもあ
る。

【０００４】以下、図面を用いて、従来のレーザマーキ
ング装置の構成について説明する。

【０００５】図４は、従来のレーザマーキング装置の構
成例図である。レーザ発振器５１から発したレーザ光
は、Ｘ１方向から第１のミラー５２によりＹ１方向に光
軸を変更され、第２のミラー５３により、Ｙ１方向と直
角なＺ１方向に光軸を変更される。次に第２のミラー５
３からのレーザ光を第３のミラー５４により、Ｙ１方向
と平行な方向にレーザ光の光軸を変更し、第１の回動ミ
ラー５５を第１の回動手段５６によって回動させること
により、Ｙ方向にレーザ光を走査させることができる。
また第１の回動ミラー５５からのレーザ光を第２の回動
ミラー５７を第２の回動手段５８によって回動させるこ
とにより、Ｘ方向に走査させることができる。 第２の
回動ミラー５７からのレーザ光は、集光手段５９により
集光され、ワ−ク６０上で焦点を結び、第１の回動ミラ
ー５５、第２の回動ミラー５７を回動させることによ
り、ＸＹ２方向に走査しつつワーク６０上の所定の位置
にレーザ光を照射し、マーキングを行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では、集光手段とワーク表面との距離（ワーキ
ングディスタンス）を一定に出来ない場合、たとえばワ
ークの厚みまたは高さが異なる場合など、所定のビーム
径で正確なマーキングを行うことが出来ない。

【０００７】そのためワーク自身を上下させてワーキン
グディスタンスを一定にする方法があるが、ワークの重
さによりワークを上下させる機構が大掛かりになり、多
種多様のワークには対応しにくく、高い生産性が得られ
ないという問題点を有していた。

【０００８】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、厚さまたは高さの異なる多種多様のワ−クに対し
て、比較的簡単な構成でワ−キングディスタンスを一定
に制御し正確なマ−キングを行なえるレーザマーキング
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のレーザマーキング装置は、レーザ光を集光
手段によりワーク表面に集光させるとともに、回動ミラ
ーによりワーク表面を走査してマーキングを行うレーザ
マーキング装置において、回動ミラー及び集光手段を含
む光学系を、ワーク表面と近接する方向または遠ざかる
方向に移動可能に構成すると共に、集光手段とワーク表
面との間隔を検出する検出手段を設け、この検出手段の
検出結果に応じて前記光学系をワークの表面と垂直な方
向に移動させるように構成したものである。

【００１０】本発明は、また、レーザ発振器と、前記レ
ーザ発振器から発し第１の方向に進むレーザ光を前記第
１の方向に直角な第２の方向に光軸を変更する第１のミ
ラーと、前記第２の方向に進むレーザ光を前記第１の方
向及び前記第２の方向に直角な第３の方向に光軸を変更
する第２のミラーと、前記第３の方向に進むレーザ光を
前記第２の方向に平行な方向に光軸を変更する第３のミ
ラーと、前記第３のミラーからのレーザ光を前記第２の
方向に走査させる第１の回動ミラーと、前記第１の回動
ミラーを回動する第１の回動手段と、前記第１の回動ミ
ラーからのレーザ光を前記第１の方向に走査する第２の
回動ミラーと、前記第２の回動ミラーを回動する第２の
回動手段と、前記第２の回動ミラーからのレーザ光を集
光する集光手段と、前記第３のミラー、前記第１、第２
の回動ミラー、前記第１、第２の回動手段及び前記集光
手段を固定する保持板と、前記保持板を前記第３の方向
と平行に案内する案内手段と、前記保持板を前記第３の
方向と平行に移動させる駆動手段と、ワークを第３の方
向と垂直に固定する支持手段と、前記集光手段と前記ワ
ークとの間隔を検出する検出手段を備えたことを具体的
な構成とするものである。

【００１１】本発明によれば、厚さまたは高さの異なる
多種多様なワークにレーザマーキングする場合に、集光
手段とワークとの距離（ワーキングディスタンス）を一
定にするために、ワークを上下させず、集光手段、回動
ミラーを上下させることにより、ワ−キングディスタン
スを一定にし、正確なマーキングが行え、高い生産性が
得られるレーザマーキング装置が提供できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態のレー
ザマーキング装置について、図面を参照しながら説明す
る。

【００１３】図１は、本発明の一実施例のレーザマーキ
ング装置の概略構成図であり、１はレーザ発振器、２は
レ−ザ発振器１からのＸ１方向の入射光をＹ１方向に反
射し第１のＸＹ平面内でその光軸を変更する第１のミラ
ー、３は第１のミラー２からの入射光を第１のＸＹ平面
と垂直なＺ１方向に反射する第２のミラーであり、図４
の５１、５２、５３で示し既に説明したものと同様の構
成を有し、それぞれ所定位置に固定されている。

【００１４】４は第１のＸＹ平面と平行な第２のＸＹ平
面上に配置された第３のミラーであり、第２のミラー３
からのレーザ光を反射して、その光軸を第２のＸＹ平面
内でＹ１方向と平行な方向に変更する第３のミラーであ
る。５は第３のミラー４から受光したレーザ光を反射し
てその光軸を−Ｘ１方向に変更すると共に反射光の光軸
をＸＹ平面内で−Ｘ１方向を中心として往復回動させ、
レーザ光をワーク１０上でＹ方向に走査するための第１
の回動ミラーであり、たとえばステッピングモータ等よ
りなる第１の回動手段６に回転軸を同じくして結合され
ている。

【００１５】７はＹ方向の軸のまわりに往復回動可能な
第２の回動ミラーであり、第１の回動ミラー５からのレ
ーザ光を受け、ＸＺ平面内でその光軸をＺ２方向を中心
としてＸ軸と平行な方向に往復回動させるものである。
８は第２の回動ミラー７に結合された第２の回動手段で
あり、第１の回動手段６と同様にステツピングモータ等
を用いる。９は、第２の回動ミラー７からのレーザ光を
ワーク１０の表面上に収束するための集光手段であり、
たとえば収束レンズ等から構成される。３０はワーク１
０を固定する支持手段である。

【００１６】以上の構成において、第３のミラー４、第
１の回動ミラー５、第１の回動手段６、第２の回動ミラ
ー７、第２の回動手段８、及び集光手段９（これらを光
学系可動部と称す）は、上下方向（Ｚ方向）に移動可能
な保持板１１に、所定の光学位置関係を保って取り付け
られており、光学系の可動部を形成している。なお第１
の回動ミラー５及び第１の回動手段６は、回動ミラー５
のＺ方向の長さを十分大きくしておけば、原理的には可
動としなくてもよいが、上記の部分を一体として上下移
動できるように構成したほうが、各光学素子間の位置関
係をより正確に保つことができる。

【００１７】図２は光学系可動部４〜９の可動機構を詳
細に示す。１１は上記の光学系可動部を保持した保持板
である。１２は、保持板１１を上下方向に可動に支持す
る案内手段であり、左右１対の案内手段１２ａ、１２ｂ
（図１）によって構成されている。案内手段１２の具体
的構成は、特に限定されるものではないが、例えば固定
部材と可動部材とより成り、その一方の部材に設けた溝
内を他方の部材が褶動する方式のもの等でよい。１４
は、保持板１１を上下移動させるための駆動装置であ
り、例えばステッピングモータ等により構成される。１
３は、本装置の固定部に固定された支持板であり、案内
手段１２の固定部材、可動部材は、それぞれ支持板１
３、保持板１１に固定されている。駆動手段１５の制御
機構については後述する。１５は、駆動手段１４に結合
されたボールネジであり、Ｚ方向に平行に配置されてい
る。１６は、ボールネジ１５と螺合するナットであり、
保持板１１に固定されている。

【００１８】図１において、１７は、ワーク１０の表面
の高さ（Ｚ軸方向の位置−ワーク１０の厚さまたは高さ
により変化する）を検出するための検出手段であり、光
学方式、超音波方式その他種々の方式のものが使用可能
である。

【００１９】図３は、ワークの表面の高さに応じて、光
学系可動部４〜９を上下し、ワーキングディスタンスを
一定にするための制御系の１例図であり、検出手段１７
に検出されるワーク１０の表面高さデータが増幅器１８
により増幅される。制御装置１９は、内蔵したワーキン
グディスタンスの基準データと検出手段１７により検出
された表面高さデータとを比較し、その誤差信号に基づ
いて駆動電源２０を制御して駆動手段１４を正転または
逆転させ、伝動機構１５、１６を介して、保持板１１を
上下させ、ワーキングディスタンスを所望の値に制御す
るように構成されている。また場合によつては、検出手
段１７によりワーク１０の表面の高さを検出する代わり
に、またはこれと併用して、ワーク１０をレーザマーキ
ング位置に送り込むワーク供給装置側に、ワーク１０の
ロット毎の平均厚さまたは高さのデ−タを保持してお
き、レーザマーキング位置へのワーク送り込み動作中
に、このデ−タを制御装置に入力し、これに基づいてワ
ーキングディスタンスがほぼ所望の値になるように、ワ
ークの表面高さの観測前に、予め光学系可動部のＺ方向
位置を制御しておくように構成することもできる。な
お、ワーキングディスタンスの調節が粗調整で十分な場
合には、この予備調節のみで済むが、微調整が必要な場
合には、検出手段１７の検出信号を用いた制御が有効で
ある。

【００２０】次に、本発明装置の動作について説明す
る。レーザ発振器１から出射したレーザ光は第１のミラ
ー２により、出射レーザ光と同じ第１のＸＹ平面内で、
Ｘ１方向からＹ１方向に光軸を変更され、第２のミラー
３により、第１のＸＹ平面と垂直でかつ図で上向きのＺ
１方向に光軸を変更される。

【００２１】次に、第２のミラー３からのレーザ光を第
１のＸＹ平面と平行な第２のＸＹ平面上に配置された第
３のミラー４により、第２のＸＹ平面内でＹ１方向と平
行な方向にレーザ光の光軸を変更し、第１の回動ミラー
５を第１の回動手段６により、回動させることにより、
Ｙ方向にレーザ光を走査させることができる。

【００２２】また第１の回動ミラー５からのレーザ光を
第２の回動ミラー７を第２の回動手段８によつて回動さ
せることにより、Ｘ方向に走査させることができる。

【００２３】第２の回動ミラー５からのレーザ光は、集
光手段９により集光され、ワーク１０上で焦点を結び、
第１の回動ミラー５、第２の回動ミラー７を回動させる
ことにより、ワーク１０上の所定の位置に、レーザ光を
照射し、マーキングを行う。

【００２４】第３のミラー４、第１の回動ミラー５、第
１の回動手段６、第２の回動ミラー７、第２の回動手段
８、及び集光手段９は、保持板１１に固定されている。
また保持板１１は、一対の案内手段１２、駆動手段１３
により、Ｚ方向の移動が可能であり、その移動距離また
は、集光手段９とワーク１０との距離（ワーキングディ
スタンス）は、検出手段１７により検出する。

【００２５】その検出信号により、駆動手段１３を動か
し、保持板１１を上下させ、ワーキングディスタンスを
一定にする。保持板１１はＺ方向に移動するので、第２
のミラー３と第３のミラー４間の距離は変化するが、そ
の間のレーザ光の光軸はＺ方向を向いている結果、光学
系可動部４〜９におけるレーザ光軸は変化しない。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、厚さまたは高さの異な
る多種多様なワークにマーキングする場合に、集光手段
とワーク表面との間の距離（ワーキングディスタンス）
を一定にするために、ワークを上下させず、集光手段、
回動ミラーを最適位置に上下動させることにより、ワー
キングディスタンスを一定にし、正確なマーキングが行
え、高い生産性が得られる装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態におけるレーザマーキング装
置の概略構成斜視図。

【図２】上下動機構の具体的例図。

【図３】上下動機構の制御系の構成例図。

【図４】従来のレーザマーキング装置の斜視図。

【符号の説明】

１ レーザ発振器 ２ 第１のミラー ３ 第２のミラー ４ 第３のミラー ５ 第１の回動ミラー ６ 第１の回動手段 ７ 第２の回動ミラー ８ 第２の回動手段 ９ 集光手段 １０ ワーク １１ 保持板 １７ 検出手段 １９ 制御装置 ３０ 支持手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を集光手段によりワーク表面に
   集光させるとともに、回動ミラーによりワーク表面を走
   査してマーキングを行うレーザマーキング装置におい
   て、回動ミラー及び集光手段を含む光学系を、ワーク表
   面と近接する方向または遠ざかる方向に移動可能に構成
   すると共に、集光手段とワーク表面との間隔を検出する
   検出手段を設け、この検出手段の検出結果に応じて前記
   光学系をワークの表面と垂直な方向に移動させるように
   構成したことを特徴とするレーザマーキング装置。
2. 【請求項２】 レーザ発振器と、前記レーザ発振器から
   発し第１の方向に進むレーザ光を前記第１の方向に直角
   な第２の方向に光軸を変更する第１のミラーと、前記第
   ２の方向に進むレーザ光を、前記第１の方向及び前記第
   ２の方向に直角な第３の方向に光軸を変更する第２のミ
   ラーと、前記第３の方向に進むレーザ光を前記第２の方
   向に平行な方向に光軸を変更する第３のミラーと、前記
   第３のミラーからのレーザ光を前記第２の方向に走査さ
   せる第１の回動ミラーと、前記第１の回動ミラーを回動
   する第１の回動手段と、前記第１の回動ミラーからのレ
   ーザ光を前記第１の方向に走査する第２の回動ミラー
   と、前記第２の回動ミラーを回動する第２の回動手段
   と、前記第２の回動ミラーからのレーザ光を集光する集
   光手段と、前記第３のミラー、前記第１、第２の回動ミ
   ラー、前記第１、第２の回動手段及び、前記集光手段を
   固定する保持板と、前記保持板を前記第３の方向と平行
   に案内する案内手段と、前記保持板を前記第３の方向と
   平行に移動させる駆動手段と、ワークを第３の方向に固
   定する支持手段と、前記集光手段と前記ワ−クとの間隔
   を検出する検出手段を備えたことを特徴とする請求項１
   記載のレーザマーキング装置。