レーザマーキング装置およびレーザマーキング方法
【課題】メモリの容量および印字処理時間を増加させることなく、高精度な印字が可能なレーザマーキング装置およびレーザマーキング方法を提供する。
【解決手段】レーザ光源１６は、レーザ光を出射する。ガルバノスキャナ１８は、レーザ光の照射点を走査する。座標計算部３８は、一定の時間間隔で、レーザ光が辿る軌跡を表わす座標系列を生成する。Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６は、所定の特性を有する伝達関数に従って、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なう。ＤＡＣ４８は、補償された座標系列の各データをアナログ電圧に変換する。ガルバノドライバ１４は、アナログ電圧に従って、ガルバノスキャナ１８を駆動制御する。
【解決手段】レーザ光源１６は、レーザ光を出射する。ガルバノスキャナ１８は、レーザ光の照射点を走査する。座標計算部３８は、一定の時間間隔で、レーザ光が辿る軌跡を表わす座標系列を生成する。Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６は、所定の特性を有する伝達関数に従って、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なう。ＤＡＣ４８は、補償された座標系列の各データをアナログ電圧に変換する。ガルバノドライバ１４は、アナログ電圧に従って、ガルバノスキャナ１８を駆動制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザマーキング装置およびレーザマーキング方法に関し、特に文字、図形、または記号などを印字（マーキング）するレーザマーキング装置およびレーザマーキング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を対象物上で２次元方向に走査することによって、対象物に文字、図形などをマーキングするレーザマーキング装置において、ガルバノスキャナが用いられる。
【０００３】
このガルバノスキャナは、制御部から座標データを受けても直ぐには、レーザ光の照射点を移動させることができない。そのため、レーザ光の照射点が停止状態から動き始めるまでの間の挙動遅れ時間が問題となる。挙動遅れが発生することによって、正確な印字ができなくなる。
【０００４】
こうした挙動遅れに対応するため、たとえば特許文献１には、文字・記号・図形等を構成する線分が曲線である場合には、文字・記号・図形等を構成する正規の曲線より外側に膨らんだ仮想曲線上に分布させた補正点の座標データを、ガルバノスキャナの挙動遅れ時間に基づいて生成することを特徴としたレーザマーキング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２２５１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、挙動遅れ時間はガルバノスキャナの走査速度に応じて変化するため、走査速度に応じて補正点の座標データを正確に算出する必要がある。特許文献１の装置では、そのために、膨大な量の挙動遅れ時間のデータを記憶しておく必要があり、メモリ容量が増大する。
【０００７】
また、次の補正点は先の補正点と傾きの異なる直線によって生成されるので、２軸のガルバノスキャナにおいて、線分のつなぎ目ごとに速度が変化することになる。したがって、線分のつなぎ目ごとに、直線の角度に応じた補正を加えなければ理想曲線にはならない。補正処理を行なうためには、メモリアクセスに制約を加えることになり、処理速度を下げなければならない。よって、最終的に印字時間を落とさなければならない。
【０００８】
それゆえに、本発明の目的は、メモリの容量および印字処理時間を増加させることなく、高精度の印字が可能なレーザマーキング装置およびレーザマーキング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のレーザマーキング装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光の照射点を走査するガルバノスキャナと、レーザ光が辿る軌跡を表わす、一定の時間間隔の座標系列を生成する座標生成部と、所定の特性を有する伝達関数に従って、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なう補償部と、補償された座標系列の各データをアナログ電圧に変換するＤＡ変換部と、アナログ電圧に従って、ガルバノスキャナを駆動制御するドライバ部とを備える。
【００１０】
好ましくは、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なわれた後の座標系列のゲインは、共振周波数の手前で−２０ｄＢよりも小さくなるように急激に低下するような周波数特性を示す。
【００１１】
好ましくは、補償部は、もとのゲイン特性の減衰極を変更せずにゲイン補償する。
好ましくは、補償部は、ｎ時点の元の座標を｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝としたときに、次式に従って、補償後のｎ時点の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝を算出する。
【００１２】
Ｎｘ（ｎ）＝ａx×ｘ（ｎ）＋ｂx×ｘ（ｎ−１）＋ｃx×ｘ（ｎ−２）＋ｄx×Ｎｘ（ｎ−１）＋ｅx×Ｎｘ（ｎ−２）・・・（Ａ１）
Ｎｙ（ｎ）＝ａy×ｙ（ｎ）＋ｂy×ｙ（ｎ−１）＋ｃy×ｙ（ｎ−２）＋ｄy×Ｎｙ（ｎ−１）＋ｅy×Ｎｙ（ｎ−２）・・・（Ａ２）
ただし、ａx、ｂx、ｃx、ｄx、ｅx、ａy、ｂy、ｃy、ｄy、およびｅyは定数である。
【００１３】
本発明のレーザマーキング方法は、レーザ光源が、レーザ光を出射するステップと、ガルバノスキャナが、レーザ光の照射点を走査するステップと、制御部が、レーザ光が辿る軌跡を表わす一定の時間間隔の座標系列を生成するステップと、制御部が、所定の特性を有する伝達関数に従って、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なうステップと、ＤＡ変換部が、補償された座標系列の各データをアナログ電圧に変換するステップと、ドライバが、アナログ電圧に従って、ガルバノスキャナを駆動制御するステップとを備える。
【００１４】
好ましくは、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なわれた後の座標系列のゲインは、共振周波数の手前で−２０ｄＢよりも小さくなるように急激に低下するような周波数特性を示す。
【００１５】
好ましくは、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なうステップは、もとのゲイン特性の減衰極を変更せずにゲイン補償するステップを含む。
【００１６】
好ましくは、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なうステップは、ｎ時点の元の座標を｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝としたときに、次式に従って、補償後のｎ時点の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝を算出するステップを含む。
【００１７】
Ｎｘ（ｎ）＝ａx×ｘ（ｎ）＋ｂx×ｘ（ｎ−１）＋ｃx×ｘ（ｎ−２）＋ｄx×Ｎｘ（ｎ−１）＋ｅx×Ｎｘ（ｎ−２）・・・（Ａ１）
Ｎｙ（ｎ）＝ａy×ｙ（ｎ）＋ｂy×ｙ（ｎ−１）＋ｃy×ｙ（ｎ−２）＋ｄy×Ｎｙ（ｎ−１）＋ｅy×Ｎｙ（ｎ−２）・・・（Ａ２）
ただし、ａx、ｂx、ｃx、ｄx、ｅx、ａy、ｂy、ｃy、ｄy、およびｅyは定数である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のレーザマーキング装置およびレーザマーキング方法によれば、メモリの容量および印字処理時間を増加させることなく、高精度に印字することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態のレーザマーキング装置の構成を表わす図である。
【図２】文字「Ａ」を印字するときの、線分の分割の例を表わす図である。
【図３】図２のように分割した場合に生成される線分データの例を表わす図である。
【図４】図１のＧａｉｎ補償・位相進み補償部の構成を表わす図である。
【図５】本発明の実施形態のレーザマーキング装置の動作手順を表わすフローチャートである。
【図６】本実施の形態におけるＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さない場合の周波数特性と、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を施した場合の周波数特性を表わす図である。
【図７】入力文字と、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さない場合の印字結果と、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施した場合の印字結果との比較を表わす図である。
【図８】走査速度およびＧａｉｎ補償・位相進み補償の有／無を変えた場合の印字結果を説明するための図である。
【図９】座標系列の利得の周波数特性を表わす図である。
【図１０】座標系列の位相の周波数特性を表わす図である。
【図１１】「□」を印字する際の１軸の制御信号入力と応答波形（オシロ波形）を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（レーザマーキング装置）
図１は、本発明の実施形態のレーザマーキング装置の構成を表わす図である。
【００２１】
図１を参照して、レーザマーキング装置２は、入力装置１０と、第１制御基板８と、光学装置４とを含む。
【００２２】
光学装置４は、第２制御基板６と、レーザ制御基板１２と、レーザ光源１６と、ガルバノドライバ１４と、ガルバノスキャナ１８とを含む。
【００２３】
第１制御基板８は、設定部２４と線分データ分割部２６とを含むＣＰＵ２２と、フォントデータメモリ２８と、線分データメモリ３０とを含む。
【００２４】
第２制御基板６は、ＣＰＵ３２と、メモリ３４と、印字制御部３６とを備える。
印字制御部３６は、座標計算部３８と、レーザ駆動信号生成部４０と、ガルバノ補正部４４と、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６と、タイミングトリガ部４２と、ＤＡＣ(Digital Analog Converter)４８とを備える。
【００２５】
入力装置１０には、印字すべき文字が入力される。
設定部２４は、入力された文字の印字速度を設定する。
【００２６】
線分データ分割部２６は、フォントデータを参照して、入力された文字を第１番目〜第Ｍ番目の複数の線分に分割して線分データを生成する。複数の線分には、入力された文字を一筆で印字するために、実際には入力された文字に含まれない線分も含まれる。つまり、分割された複数の線分は、入力された文字を印字するためにレーザ光が辿るべき軌跡を表わす。入力された文字に含まれない線分を辿るときには、レーザ光が照射されないように制御される。線分データは、コマンドＮＯ．、コマンド、印字の有無（レーザ光のオン／オフ）、線分の始点の座標、走査速度からなる。
【００２７】
図２は、文字「Ａ」を印字するときの、線分の分割の例を表わす図である。
図３は、図２のように分割した場合に生成される線分データの例を表わす図である。
【００２８】
フォントデータメモリ２８は、各種文字のフォントデータが記憶される。
線分データメモリ３０は、線分データ分割部２６によって生成された線分データを記憶する。
【００２９】
ＣＰＵ３２は、印字開始トリガがあると、第１制御基板８の線分データメモリ３０に記憶された線分データをメモリ３４に取込む。
【００３０】
座標計算部３８は、メモリ３４に記憶された各線分データに基づいて、各線分ｉの始点の座標、始点から次の線分（ｉ＋１）の始点までの間の１以上の中間点の座標、および次の線分（ｉ＋１）の始点の座標からなる座標系列｛ｘ′（ｎ）、ｙ′（ｎ）｝（ｎ＝１〜Ｎ）を出力する。したがって、｛ｘ′（１）、ｙ′（１）｝は、各線分ｉの始点の座標である。｛ｘ′（Ｎ）、ｙ′（Ｎ）｝は、次の線分（ｉ＋１）の始点の座標（つまり、各線分ｉの終点の座標）である。ただし、最後の線分については、終点の座標は、１番目の線分の始点とする。第ｉ番目の座標データが出力されるタイミングと、第（ｉ＋１）番目の座標データが出力されるタイミングとの時間間隔は、Ｔである。
【００３１】
レーザ駆動信号生成部４０は、線分データに含まれる印字の有無を表わす識別子に基づいて、レーザ光をオンまたはオフさせるレーザ駆動信号を出力する。
【００３２】
ガルバノ補正部４４は、座標｛ｘ′（ｎ）、ｙ′（ｎ）｝に対してガルバノ取付け誤差を補正して、補正された座標｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝を算出する。
【００３３】
Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６は、所定の特性を有する伝達関数Ｇx（ｓ）、Ｇy（ｓ）（ｓはラプラス演算子）に従って、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なう。なお、Ｄで表わされる遅延部は補償部４６では２次であるが、次数を高くすればより周波数特性の改善を図ることができる。印字制御部３６への実装負荷を考慮し、遅延部を２次としている。
【００３４】
伝達関数Ｇx（ｓ）、Ｇy（ｓ）は、座標系列｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝のラプラス変換を｛Ｘ（ｓ）、Ｙ（ｓ）｝とし、ＤＡＣ４８へ出力する補償後の座標系列｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝のラプラス変換を｛ＮＸ（ｓ）、ＮＹ（ｓ）｝としたときに、以下の式で表わされる。
【００３５】
Ｇx（ｓ）＝ＮＸ（ｓ）／Ｘ（ｓ）＝｛（１＋αy×Ｔ×ｓ）／（１＋Ｔ×ｓ）｝2・・（１）
Ｇy（ｓ）＝ＮＹ（ｓ）／Ｙ（ｓ）＝｛（１＋αx×Ｔ×ｓ）／（１＋Ｔ×ｓ）｝2・・（２）
ただし、αx、αyは定数である。αx＝αyとしてもよい。
【００３６】
式（１）および（２）を双一次変換すると、以下の式が得られる。
Ｇx（ｚ）＝（Ａx＋Ｂx×Ｚ-1＋Ｃx×Ｚ-2）／（Ｄx＋Ｅx×Ｚ-1＋Ｆx×Ｚ-2）・・（３）
Ｇy（ｚ）＝（Ａy＋Ｂy×Ｚ-1＋Ｃy×Ｚ-2）／（Ｄy＋Ｅy×Ｚ-1＋Ｆy×Ｚ-2）・・（４）
ただし、Ａx、Ｂx、Ｃx、Ｄx、Ｅx、Ｆx、Ａy、Ｂy、Ｃy、Ｄy、Ｅy、Ｆyは定数である。Ａx＝Ａy、Ｂx＝Ｂy、Ｃx＝Ｃy、Ｄx＝Ｄy、Ｅx＝Ｅy、Ｆx＝Ｆyとしてもよい。
【００３７】
式（３）および（４）を離散化すると、以下の式が得られる。
Ｎｘ（ｎ）＝ａx×ｘ（ｎ）＋ｂx×ｘ（ｎ−１）＋ｃx×ｘ（ｎ−２）＋ｄx×Ｎｘ（ｎ−１）＋ｅx×Ｎｘ（ｎ−２）・・・（５）
Ｎｙ（ｎ）＝ａy×ｙ（ｎ）＋ｂy×ｙ（ｎ−１）＋ｃy×ｙ（ｎ−２）＋ｄy×Ｎｙ（ｎ−１）＋ｅy×Ｎｙ（ｎ−２）・・・（６）
ただし、ａx、ｂx、ｃx、ｄx、ｅx、ａy、ｂy、ｃy、ｄy、ｅyは定数である。ａx＝ａy、ｂx＝ｂy、ｃx＝ｃy、ｄx＝ｄy、ｅx＝ｅyとしてもよい。
【００３８】
Ｎｘ（０）、Ｎｘ（−１）、Ｎｙ（０）、Ｎｙ（−１）は「０」または他の定数である。
【００３９】
したがって、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６は、具体的には、式（５）および（６）に従って、補償後のｎ時点の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝を算出する。
【００４０】
タイミングトリガ部４２は、座標計算部３８、ガルバノ補正部４４、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６およびレーザ駆動信号生成部４０の動作タイミングを合わせるために同期信号を出力する。つまり、座標計算部３８、ガルバノ補正部４４、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６およびレーザ駆動信号生成部４０は、時間間隔Ｔの同一のタイミングで１つの座標データに対して処理を行なう。
【００４１】
ＤＡＣ４８は、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６から出力されるデジタルの座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ｝｝をアナログ電圧に変換する。
【００４２】
レーザ制御基板１２は、レーザ駆動信号を受取り、レーザ光源１６を駆動する。
レーザ光源１６は、レーザパルス光をガルバノスキャナ１８に向けて出射する。
【００４３】
ガルバノドライバ１４は、ＤＡＣ４８から出力されるアナログ電圧に従って、ガルバノスキャナ１８を駆動制御する。
【００４４】
ガルバノスキャナ１８は、レーザ光の照射点を２次元で走査する。具体的には、ガルバノスキャナ１８は、一対のガルバノミラーおよび収束レンズを備える。一方のガルバノミラーは、Ｘ方向に角度を変移させることができ、他方のガルバノミラーは、Ｙ方向に角度を変移させることができる。これらのガルバノミラーによって変移したレーザ光は収束レンズによって、ワーク２０の表面に集光される。
【００４５】
（Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６）
図４は、図１のＧａｉｎ補償・位相進み補償部４６の構成を表わす図である。
【００４６】
図４を参照して、このＧａｉｎ補償・位相進み補償部４６は、Ｘ座標変換部５２と、Ｙ座標変換部５４とを含む。
【００４７】
Ｘ座標変換部５２は、定数乗算部６０，６２，６４，６６，６８と、遅延部７０，７２と、加算部５６，５８とを備える。
【００４８】
定数乗算部６４は、ｗx（ｎ）を受けて、ａx×ｗx（ｎ）を出力する。
遅延部７０は、ｗx（ｎ）を受けて、ｗx（ｎ−１）を出力する。
【００４９】
定数乗算部６０は、ｗx（ｎ−１）を受けて、ｄx×ｗx（ｎ−１）を出力する。
定数乗算部６６は、ｗx（ｎ−１）を受けて、ｂx×ｗx（ｎ−１）を出力する。
【００５０】
遅延部７２は、ｗx（ｎ−１）を受けて、ｗx（ｎ−２）を出力する。
定数乗算部６２は、ｗx（ｎ−２）を受けて、ｅx×ｗx（ｎ−２）を出力する。
【００５１】
定数乗算部６８は、ｗx（ｎ−２）を受けて、ｃx×ｗx（ｎ−２）を出力する。
加算部５６は、ｘ（ｎ）と、ｄx×ｗx（ｎ−１）と、ｅx×ｗx（ｎ−２）とを加算して、ｗ（ｎ）（＝ｘ（ｎ）＋ｄx×ｗx（ｎ−１）＋ｅx×ｗx（ｎ−２））を出力する。
【００５２】
加算部５８は、ａx×ｗx（ｎ）と、ｂx×ｗx（ｎ−１）と、ｃx×ｗx（ｎ−２）とを加算して、Ｎｘ（ｎ）（＝ａx×ｗx（ｎ）＋ｂx×ｗx（ｎ−１）＋ｃx×ｗx（ｎ−２））を出力する。
【００５３】
ここで、加算部５８が出力するａx×ｗ（ｎ）＋ｂx×ｗ（ｎ−１）＋ｃx×ｗ（ｎ−２）は、ａx×ｘ（ｎ）＋ｂx×ｘ（ｎ−１）＋ｃx×ｘ（ｎ−２）＋ｄx×Ｎｘ（ｎ−１）＋ｅx×Ｎｘ（ｎ−２）である。
【００５４】
Ｙ座標変換部５４は、定数乗算部８０，８２，８４，８６，８８と、遅延部９０，９２と、加算部７６，７８とを備える。
【００５５】
定数乗算部８４は、ｗy（ｎ）を受けて、ａy×ｗy（ｎ）を出力する。
遅延部９０は、ｗy（ｎ）を受けて、ｗy（ｎ−１）を出力する。
【００５６】
定数乗算部８０は、ｗy（ｎ−１）を受けて、ｄy×ｗy（ｎ−１）を出力する。
定数乗算部８６は、ｗy（ｎ−１）を受けて、ｂy×ｗy（ｎ−１）を出力する。
【００５７】
遅延部９２は、ｗy（ｎ−１）を受けて、ｗy（ｎ−２）を出力する。
定数乗算部８２は、ｗy（ｎ−２）を受けて、ｅy×ｗy（ｎ−２）を出力する。
【００５８】
定数乗算部８８は、ｗy（ｎ−１）を受けて、ｃy×ｗy（ｎ−２）を出力する。
加算部７６は、ｙ（ｎ）と、ｄy×ｗy（ｎ−１）と、ｅy×ｗy（ｎ−２）とを加算して、ｗy（ｎ）（＝ｙ（ｎ）＋ｄy×ｗy（ｎ−１）＋ｅy×ｗy（ｎ−２））を出力する。
【００５９】
加算部７８は、ａy×ｗy（ｎ）と、ｂy×ｗy（ｎ−１）と、ｃy×ｗy（ｎ−２）とを加算して、Ｎｙ（ｎ）（＝ａy×ｗy（ｎ）＋ｂy×ｗy（ｎ−１）＋ｃy×ｗy（ｎ−２））を出力する。
【００６０】
ここで、加算部７８が出力するａy×ｗy（ｎ）＋ｂy×ｗy（ｎ−１）＋ｃy×ｗy（ｎ−２）は、ａy×ｙ（ｎ）＋ｂy×ｙ（ｎ−１）＋ｃy×ｙ（ｎ−２）＋ｄy×Ｎｙ（ｎ−１）＋ｅy×Ｎｙ（ｎ−２）である。
【００６１】
（動作）
図５は、本発明の実施形態のレーザマーキング装置の動作手順を表わすフローチャートである。
【００６２】
図５を参照して、入力装置１０は、印字すべき文字を出力する。第１制御基板８の設定部２４は、入力された文字の印字速度を設定する（ステップＳ１０１）。
【００６３】
次に、第１制御基板８の線分データ分割部２６は、入力された文字をフォントデータを参照して、入力された文字を複数の線分に分割して、分割した線分についてコマンドＮＯ．、コマンド、印字の有無（レーザ光のオン／オフ）、線分の始点の座標、走査速度からなる線分データを生成して、線分データメモリ３０に書込む（ステップＳ１０２）。
【００６４】
次に、第２制御基板６のＣＰＵ３２は、印字開始トリガがあると（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、線分データメモリ３０内の線分データをメモリ３４に取込む（ステップＳ１０４）。
【００６５】
次に、座標計算部３８は、１つの線分データを先読みする（ステップＳ１０５）。
次に、座標計算部３８は、先読みした線分データに基づいて、第ｎ時点の座標｛ｘ′（ｎ）、ｙ′（ｎ）｝（ｎ＝１〜Ｎ）を生成する（ステップＳ１０６）。
【００６６】
次に、ガルバノ補正部４４は、座標｛ｘ′（ｎ）、ｙ′（ｎ）｝に対してガルバノ取付け誤差を補正して、補正された座標｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝を生成する（ステップＳ１０８）。
【００６７】
次に、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６は、座標｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝から、式（５）および（６）に従って、補償後の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝（ｎ＝１〜Ｎ）を算出する（ステップＳ１０９）。
【００６８】
ＤＡＣ４８は、補償後の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝（ｎ＝１〜Ｎ）をアナログ電圧に変換して、ガルバノドライバ１４へ出力する。ガルバノドライバ１４は、変換されたアナログ電圧に基づいてガルバノスキャナ１８を駆動制御する（ステップＳ１１０）。
【００６９】
ステップＳ１０５〜Ｓ１１１の処理と平行して、レーザ駆動信号生成部４０は、先読みした線分データに含まれる印字の有無を表わす識別子に基づいて、レーザ光をオンまたはオフさせるレーザ駆動信号を出力する（ステップＳ１０７）。
【００７０】
メモリ３４にまだ読み出されていない線分データがある場合には（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、ステップＳ１０５に戻って処理が繰り返される。
【００７１】
（実験結果）
図６は、本実施の形態におけるＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さない場合の周波数特性と、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を施した場合の周波数特性を表わす図である。
【００７２】
図６に示すように、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を行なわないと、周波数（座標系列の時間間隔Ｔの逆数）が高くなると、利得が減少する。Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を行なうことによって、周波数が高くなっても、周波数が低いときと同様の利得が得られる。
【００７３】
図７は、入力文字と、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さない場合の印字結果と、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施した場合の印字結果との比較を表わす図である。
【００７４】
図７に示すように、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を行なうことによって、特に、角張った部分において、入力文字により類似した文字を印字することができる。
【００７５】
図８は、走査速度およびＧａｉｎ補償・位相進み補償の有／無を変えた場合の印字結果を説明するための図である。
【００７６】
図８（ａ）は、ガルバノスキャナ１８の走査速度が４０００ｍｍ／ｓであり、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施したときの印字結果を表わす図である。
【００７７】
図８（ｂ）は、ガルバノスキャナ１８の走査速度が４０００ｍｍ／ｓであり、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さないときの印字結果を表わす図である。
【００７８】
図８（ｃ）は、ガルバノスキャナ１８の走査速度が３０００ｍｍ／ｓであり、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さないときの印字結果を表わす図である。
【００７９】
図８（ｄ）は、ガルバノスキャナ１８の走査速度が２０００ｍｍ／ｓであり、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さないときの印字結果を表わす図である。
【００８０】
図８（ｅ）は、ガルバノスキャナ１８の走査速度が１０００ｍｍ／ｓであり、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さないときの印字結果を表わす図である。
【００８１】
図８（ａ）と図８（ｄ）の印字結果は、ほぼ同等である。つまり、ガルバノスキャナ１８の走査速度が４０００ｍ／ｓで、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施した場合と、走査速度が２０００ｍ／ｓで本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なわない場合とで、ほぼ同等の印字結果が得られる。したがって、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施すことによって、精度を損なうことなく、高速に印字することができる。
【００８２】
図９は、座標系列の利得の周波数特性を表わす図である。
図１０は、座標系列の位相の周波数特性を表わす図である。
【００８３】
図９および図１０において、（１）の曲線は本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なわない場合の特性を表わし、（２）の曲線は補正関数（１段）を表わし、（３）の曲線は補正関数（２段）を表わし、（４）の曲線は擬似伝達関数を表わし、（５）の曲線は本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なった場合の特性を表わす。
【００８４】
（５）の曲線は、（１）の曲線に比べて、利得が減衰しはじめる周波数が高周波数側にずれている。
【００８５】
（５）の曲線で示されるように、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なった場合には、共振周波数ｆｒ（ガルバノスキャナでは一般に１５ｋＨｚ付近）の手前で、座標系列の利得は、−２０ｄＢよりも小さくなるように急激に低下する。
【００８６】
また、（５）の曲線で示されるように、もとのゲイン特性の減衰極（１０ｋＨｚ付近の落ち込み箇所）を変更せずに、ゲインが補償されている。この減衰極は、フィルタ特性として急激に落とす要素を加えることで、持ち上げたゲイン特性の高周波側の増加を抑える効果がある。
【００８７】
図１１は、「□」を印字する際の１軸の制御信号入力と応答波形（オシロ波形）を表わす図である。
【００８８】
図１１には、４種類の走査速度について、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なわない場合と、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なった場合の制御信号入力と応答波形（８セット）が表わされている。各セットにおいて、上側の波形が制御信号入力であり、下側の波形が応答波形である。
【００８９】
ここで、「制御信号入力」とは、ガルバノドライバ１４へ入力される信号を表わし、「応答波形」は、ガルバノドライバ１４から出力される信号を表わす。
【００９０】
図１１に示すように、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なった場合には、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なわない場合と比べて、制御信号入力波形の囲みで示した部分が相違する。
【００９１】
その結果、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なった場合に、走査速度が１０００ｍｍ／ｓと２０００ｍｍ／ｓのときに、応答波形においてコーナー部分に膨らみが確認される。
【００９２】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、座標系列の位相およびゲインを調整することによって、メモリの容量および印字処理時間を増加させることなく、高精度に印字することができる。
【００９３】
（変形例）
本発明は、上記の実施形態の限定されるものではなく、たとえば以下のような変形例も含む。
【００９４】
（１） Ｇａｉｎ補償・位相進み補償の対象データ
本発明の実施の形態では、線分データから生成された座標系列に対して、ガルバノ取付け誤差を補正した後に、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を実行したが、これに限定するものではない。ガルバノ取付け誤差を補正せずに、線分データから生成された座標系列に対して直接Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を実行することとしてもよい。
【００９５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９６】
２ レーザマーキング装置、４ 光学装置、６ 第２制御基板、８ 第１制御基板、１０ 入力装置、１２ レーザ制御基板、１４ ガルバノドライバ、１６ レーザ光源、１８ ガルバノスキャナ、２０ ワーク、２２，３２ ＣＰＵ、２４ 設定部、２６ 線分データ分割部、２８ フォントデータメモリ、３０ 線分データメモリ、３４ メモリ、３６ 印字制御部、３８ 座標計算部、４０ レーザ駆動信号生成部、４２ タイミングトリガ部、４４ ガルバノ補正部、４６ Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部、４８ ＤＡＣ、５２ Ｘ座標変換部、５４ Ｙ座標変換部、５６，５８，７６，７８ 加算部、７０，７２，９０，９２ 遅延部、６０，６２，６４，６６，６８，８０，８２，８４，８６，８８ 定数乗算部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザマーキング装置およびレーザマーキング方法に関し、特に文字、図形、または記号などを印字（マーキング）するレーザマーキング装置およびレーザマーキング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を対象物上で２次元方向に走査することによって、対象物に文字、図形などをマーキングするレーザマーキング装置において、ガルバノスキャナが用いられる。
【０００３】
このガルバノスキャナは、制御部から座標データを受けても直ぐには、レーザ光の照射点を移動させることができない。そのため、レーザ光の照射点が停止状態から動き始めるまでの間の挙動遅れ時間が問題となる。挙動遅れが発生することによって、正確な印字ができなくなる。
【０００４】
こうした挙動遅れに対応するため、たとえば特許文献１には、文字・記号・図形等を構成する線分が曲線である場合には、文字・記号・図形等を構成する正規の曲線より外側に膨らんだ仮想曲線上に分布させた補正点の座標データを、ガルバノスキャナの挙動遅れ時間に基づいて生成することを特徴としたレーザマーキング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２２５１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、挙動遅れ時間はガルバノスキャナの走査速度に応じて変化するため、走査速度に応じて補正点の座標データを正確に算出する必要がある。特許文献１の装置では、そのために、膨大な量の挙動遅れ時間のデータを記憶しておく必要があり、メモリ容量が増大する。
【０００７】
また、次の補正点は先の補正点と傾きの異なる直線によって生成されるので、２軸のガルバノスキャナにおいて、線分のつなぎ目ごとに速度が変化することになる。したがって、線分のつなぎ目ごとに、直線の角度に応じた補正を加えなければ理想曲線にはならない。補正処理を行なうためには、メモリアクセスに制約を加えることになり、処理速度を下げなければならない。よって、最終的に印字時間を落とさなければならない。
【０００８】
それゆえに、本発明の目的は、メモリの容量および印字処理時間を増加させることなく、高精度の印字が可能なレーザマーキング装置およびレーザマーキング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のレーザマーキング装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光の照射点を走査するガルバノスキャナと、レーザ光が辿る軌跡を表わす、一定の時間間隔の座標系列を生成する座標生成部と、所定の特性を有する伝達関数に従って、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なう補償部と、補償された座標系列の各データをアナログ電圧に変換するＤＡ変換部と、アナログ電圧に従って、ガルバノスキャナを駆動制御するドライバ部とを備える。
【００１０】
好ましくは、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なわれた後の座標系列のゲインは、共振周波数の手前で−２０ｄＢよりも小さくなるように急激に低下するような周波数特性を示す。
【００１１】
好ましくは、補償部は、もとのゲイン特性の減衰極を変更せずにゲイン補償する。
好ましくは、補償部は、ｎ時点の元の座標を｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝としたときに、次式に従って、補償後のｎ時点の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝を算出する。
【００１２】
Ｎｘ（ｎ）＝ａx×ｘ（ｎ）＋ｂx×ｘ（ｎ−１）＋ｃx×ｘ（ｎ−２）＋ｄx×Ｎｘ（ｎ−１）＋ｅx×Ｎｘ（ｎ−２）・・・（Ａ１）
Ｎｙ（ｎ）＝ａy×ｙ（ｎ）＋ｂy×ｙ（ｎ−１）＋ｃy×ｙ（ｎ−２）＋ｄy×Ｎｙ（ｎ−１）＋ｅy×Ｎｙ（ｎ−２）・・・（Ａ２）
ただし、ａx、ｂx、ｃx、ｄx、ｅx、ａy、ｂy、ｃy、ｄy、およびｅyは定数である。
【００１３】
本発明のレーザマーキング方法は、レーザ光源が、レーザ光を出射するステップと、ガルバノスキャナが、レーザ光の照射点を走査するステップと、制御部が、レーザ光が辿る軌跡を表わす一定の時間間隔の座標系列を生成するステップと、制御部が、所定の特性を有する伝達関数に従って、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なうステップと、ＤＡ変換部が、補償された座標系列の各データをアナログ電圧に変換するステップと、ドライバが、アナログ電圧に従って、ガルバノスキャナを駆動制御するステップとを備える。
【００１４】
好ましくは、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なわれた後の座標系列のゲインは、共振周波数の手前で−２０ｄＢよりも小さくなるように急激に低下するような周波数特性を示す。
【００１５】
好ましくは、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なうステップは、もとのゲイン特性の減衰極を変更せずにゲイン補償するステップを含む。
【００１６】
好ましくは、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なうステップは、ｎ時点の元の座標を｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝としたときに、次式に従って、補償後のｎ時点の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝を算出するステップを含む。
【００１７】
Ｎｘ（ｎ）＝ａx×ｘ（ｎ）＋ｂx×ｘ（ｎ−１）＋ｃx×ｘ（ｎ−２）＋ｄx×Ｎｘ（ｎ−１）＋ｅx×Ｎｘ（ｎ−２）・・・（Ａ１）
Ｎｙ（ｎ）＝ａy×ｙ（ｎ）＋ｂy×ｙ（ｎ−１）＋ｃy×ｙ（ｎ−２）＋ｄy×Ｎｙ（ｎ−１）＋ｅy×Ｎｙ（ｎ−２）・・・（Ａ２）
ただし、ａx、ｂx、ｃx、ｄx、ｅx、ａy、ｂy、ｃy、ｄy、およびｅyは定数である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のレーザマーキング装置およびレーザマーキング方法によれば、メモリの容量および印字処理時間を増加させることなく、高精度に印字することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態のレーザマーキング装置の構成を表わす図である。
【図２】文字「Ａ」を印字するときの、線分の分割の例を表わす図である。
【図３】図２のように分割した場合に生成される線分データの例を表わす図である。
【図４】図１のＧａｉｎ補償・位相進み補償部の構成を表わす図である。
【図５】本発明の実施形態のレーザマーキング装置の動作手順を表わすフローチャートである。
【図６】本実施の形態におけるＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さない場合の周波数特性と、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を施した場合の周波数特性を表わす図である。
【図７】入力文字と、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さない場合の印字結果と、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施した場合の印字結果との比較を表わす図である。
【図８】走査速度およびＧａｉｎ補償・位相進み補償の有／無を変えた場合の印字結果を説明するための図である。
【図９】座標系列の利得の周波数特性を表わす図である。
【図１０】座標系列の位相の周波数特性を表わす図である。
【図１１】「□」を印字する際の１軸の制御信号入力と応答波形（オシロ波形）を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（レーザマーキング装置）
図１は、本発明の実施形態のレーザマーキング装置の構成を表わす図である。
【００２１】
図１を参照して、レーザマーキング装置２は、入力装置１０と、第１制御基板８と、光学装置４とを含む。
【００２２】
光学装置４は、第２制御基板６と、レーザ制御基板１２と、レーザ光源１６と、ガルバノドライバ１４と、ガルバノスキャナ１８とを含む。
【００２３】
第１制御基板８は、設定部２４と線分データ分割部２６とを含むＣＰＵ２２と、フォントデータメモリ２８と、線分データメモリ３０とを含む。
【００２４】
第２制御基板６は、ＣＰＵ３２と、メモリ３４と、印字制御部３６とを備える。
印字制御部３６は、座標計算部３８と、レーザ駆動信号生成部４０と、ガルバノ補正部４４と、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６と、タイミングトリガ部４２と、ＤＡＣ(Digital Analog Converter)４８とを備える。
【００２５】
入力装置１０には、印字すべき文字が入力される。
設定部２４は、入力された文字の印字速度を設定する。
【００２６】
線分データ分割部２６は、フォントデータを参照して、入力された文字を第１番目〜第Ｍ番目の複数の線分に分割して線分データを生成する。複数の線分には、入力された文字を一筆で印字するために、実際には入力された文字に含まれない線分も含まれる。つまり、分割された複数の線分は、入力された文字を印字するためにレーザ光が辿るべき軌跡を表わす。入力された文字に含まれない線分を辿るときには、レーザ光が照射されないように制御される。線分データは、コマンドＮＯ．、コマンド、印字の有無（レーザ光のオン／オフ）、線分の始点の座標、走査速度からなる。
【００２７】
図２は、文字「Ａ」を印字するときの、線分の分割の例を表わす図である。
図３は、図２のように分割した場合に生成される線分データの例を表わす図である。
【００２８】
フォントデータメモリ２８は、各種文字のフォントデータが記憶される。
線分データメモリ３０は、線分データ分割部２６によって生成された線分データを記憶する。
【００２９】
ＣＰＵ３２は、印字開始トリガがあると、第１制御基板８の線分データメモリ３０に記憶された線分データをメモリ３４に取込む。
【００３０】
座標計算部３８は、メモリ３４に記憶された各線分データに基づいて、各線分ｉの始点の座標、始点から次の線分（ｉ＋１）の始点までの間の１以上の中間点の座標、および次の線分（ｉ＋１）の始点の座標からなる座標系列｛ｘ′（ｎ）、ｙ′（ｎ）｝（ｎ＝１〜Ｎ）を出力する。したがって、｛ｘ′（１）、ｙ′（１）｝は、各線分ｉの始点の座標である。｛ｘ′（Ｎ）、ｙ′（Ｎ）｝は、次の線分（ｉ＋１）の始点の座標（つまり、各線分ｉの終点の座標）である。ただし、最後の線分については、終点の座標は、１番目の線分の始点とする。第ｉ番目の座標データが出力されるタイミングと、第（ｉ＋１）番目の座標データが出力されるタイミングとの時間間隔は、Ｔである。
【００３１】
レーザ駆動信号生成部４０は、線分データに含まれる印字の有無を表わす識別子に基づいて、レーザ光をオンまたはオフさせるレーザ駆動信号を出力する。
【００３２】
ガルバノ補正部４４は、座標｛ｘ′（ｎ）、ｙ′（ｎ）｝に対してガルバノ取付け誤差を補正して、補正された座標｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝を算出する。
【００３３】
Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６は、所定の特性を有する伝達関数Ｇx（ｓ）、Ｇy（ｓ）（ｓはラプラス演算子）に従って、座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なう。なお、Ｄで表わされる遅延部は補償部４６では２次であるが、次数を高くすればより周波数特性の改善を図ることができる。印字制御部３６への実装負荷を考慮し、遅延部を２次としている。
【００３４】
伝達関数Ｇx（ｓ）、Ｇy（ｓ）は、座標系列｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝のラプラス変換を｛Ｘ（ｓ）、Ｙ（ｓ）｝とし、ＤＡＣ４８へ出力する補償後の座標系列｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝のラプラス変換を｛ＮＸ（ｓ）、ＮＹ（ｓ）｝としたときに、以下の式で表わされる。
【００３５】
Ｇx（ｓ）＝ＮＸ（ｓ）／Ｘ（ｓ）＝｛（１＋αy×Ｔ×ｓ）／（１＋Ｔ×ｓ）｝2・・（１）
Ｇy（ｓ）＝ＮＹ（ｓ）／Ｙ（ｓ）＝｛（１＋αx×Ｔ×ｓ）／（１＋Ｔ×ｓ）｝2・・（２）
ただし、αx、αyは定数である。αx＝αyとしてもよい。
【００３６】
式（１）および（２）を双一次変換すると、以下の式が得られる。
Ｇx（ｚ）＝（Ａx＋Ｂx×Ｚ-1＋Ｃx×Ｚ-2）／（Ｄx＋Ｅx×Ｚ-1＋Ｆx×Ｚ-2）・・（３）
Ｇy（ｚ）＝（Ａy＋Ｂy×Ｚ-1＋Ｃy×Ｚ-2）／（Ｄy＋Ｅy×Ｚ-1＋Ｆy×Ｚ-2）・・（４）
ただし、Ａx、Ｂx、Ｃx、Ｄx、Ｅx、Ｆx、Ａy、Ｂy、Ｃy、Ｄy、Ｅy、Ｆyは定数である。Ａx＝Ａy、Ｂx＝Ｂy、Ｃx＝Ｃy、Ｄx＝Ｄy、Ｅx＝Ｅy、Ｆx＝Ｆyとしてもよい。
【００３７】
式（３）および（４）を離散化すると、以下の式が得られる。
Ｎｘ（ｎ）＝ａx×ｘ（ｎ）＋ｂx×ｘ（ｎ−１）＋ｃx×ｘ（ｎ−２）＋ｄx×Ｎｘ（ｎ−１）＋ｅx×Ｎｘ（ｎ−２）・・・（５）
Ｎｙ（ｎ）＝ａy×ｙ（ｎ）＋ｂy×ｙ（ｎ−１）＋ｃy×ｙ（ｎ−２）＋ｄy×Ｎｙ（ｎ−１）＋ｅy×Ｎｙ（ｎ−２）・・・（６）
ただし、ａx、ｂx、ｃx、ｄx、ｅx、ａy、ｂy、ｃy、ｄy、ｅyは定数である。ａx＝ａy、ｂx＝ｂy、ｃx＝ｃy、ｄx＝ｄy、ｅx＝ｅyとしてもよい。
【００３８】
Ｎｘ（０）、Ｎｘ（−１）、Ｎｙ（０）、Ｎｙ（−１）は「０」または他の定数である。
【００３９】
したがって、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６は、具体的には、式（５）および（６）に従って、補償後のｎ時点の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝を算出する。
【００４０】
タイミングトリガ部４２は、座標計算部３８、ガルバノ補正部４４、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６およびレーザ駆動信号生成部４０の動作タイミングを合わせるために同期信号を出力する。つまり、座標計算部３８、ガルバノ補正部４４、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６およびレーザ駆動信号生成部４０は、時間間隔Ｔの同一のタイミングで１つの座標データに対して処理を行なう。
【００４１】
ＤＡＣ４８は、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６から出力されるデジタルの座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ｝｝をアナログ電圧に変換する。
【００４２】
レーザ制御基板１２は、レーザ駆動信号を受取り、レーザ光源１６を駆動する。
レーザ光源１６は、レーザパルス光をガルバノスキャナ１８に向けて出射する。
【００４３】
ガルバノドライバ１４は、ＤＡＣ４８から出力されるアナログ電圧に従って、ガルバノスキャナ１８を駆動制御する。
【００４４】
ガルバノスキャナ１８は、レーザ光の照射点を２次元で走査する。具体的には、ガルバノスキャナ１８は、一対のガルバノミラーおよび収束レンズを備える。一方のガルバノミラーは、Ｘ方向に角度を変移させることができ、他方のガルバノミラーは、Ｙ方向に角度を変移させることができる。これらのガルバノミラーによって変移したレーザ光は収束レンズによって、ワーク２０の表面に集光される。
【００４５】
（Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６）
図４は、図１のＧａｉｎ補償・位相進み補償部４６の構成を表わす図である。
【００４６】
図４を参照して、このＧａｉｎ補償・位相進み補償部４６は、Ｘ座標変換部５２と、Ｙ座標変換部５４とを含む。
【００４７】
Ｘ座標変換部５２は、定数乗算部６０，６２，６４，６６，６８と、遅延部７０，７２と、加算部５６，５８とを備える。
【００４８】
定数乗算部６４は、ｗx（ｎ）を受けて、ａx×ｗx（ｎ）を出力する。
遅延部７０は、ｗx（ｎ）を受けて、ｗx（ｎ−１）を出力する。
【００４９】
定数乗算部６０は、ｗx（ｎ−１）を受けて、ｄx×ｗx（ｎ−１）を出力する。
定数乗算部６６は、ｗx（ｎ−１）を受けて、ｂx×ｗx（ｎ−１）を出力する。
【００５０】
遅延部７２は、ｗx（ｎ−１）を受けて、ｗx（ｎ−２）を出力する。
定数乗算部６２は、ｗx（ｎ−２）を受けて、ｅx×ｗx（ｎ−２）を出力する。
【００５１】
定数乗算部６８は、ｗx（ｎ−２）を受けて、ｃx×ｗx（ｎ−２）を出力する。
加算部５６は、ｘ（ｎ）と、ｄx×ｗx（ｎ−１）と、ｅx×ｗx（ｎ−２）とを加算して、ｗ（ｎ）（＝ｘ（ｎ）＋ｄx×ｗx（ｎ−１）＋ｅx×ｗx（ｎ−２））を出力する。
【００５２】
加算部５８は、ａx×ｗx（ｎ）と、ｂx×ｗx（ｎ−１）と、ｃx×ｗx（ｎ−２）とを加算して、Ｎｘ（ｎ）（＝ａx×ｗx（ｎ）＋ｂx×ｗx（ｎ−１）＋ｃx×ｗx（ｎ−２））を出力する。
【００５３】
ここで、加算部５８が出力するａx×ｗ（ｎ）＋ｂx×ｗ（ｎ−１）＋ｃx×ｗ（ｎ−２）は、ａx×ｘ（ｎ）＋ｂx×ｘ（ｎ−１）＋ｃx×ｘ（ｎ−２）＋ｄx×Ｎｘ（ｎ−１）＋ｅx×Ｎｘ（ｎ−２）である。
【００５４】
Ｙ座標変換部５４は、定数乗算部８０，８２，８４，８６，８８と、遅延部９０，９２と、加算部７６，７８とを備える。
【００５５】
定数乗算部８４は、ｗy（ｎ）を受けて、ａy×ｗy（ｎ）を出力する。
遅延部９０は、ｗy（ｎ）を受けて、ｗy（ｎ−１）を出力する。
【００５６】
定数乗算部８０は、ｗy（ｎ−１）を受けて、ｄy×ｗy（ｎ−１）を出力する。
定数乗算部８６は、ｗy（ｎ−１）を受けて、ｂy×ｗy（ｎ−１）を出力する。
【００５７】
遅延部９２は、ｗy（ｎ−１）を受けて、ｗy（ｎ−２）を出力する。
定数乗算部８２は、ｗy（ｎ−２）を受けて、ｅy×ｗy（ｎ−２）を出力する。
【００５８】
定数乗算部８８は、ｗy（ｎ−１）を受けて、ｃy×ｗy（ｎ−２）を出力する。
加算部７６は、ｙ（ｎ）と、ｄy×ｗy（ｎ−１）と、ｅy×ｗy（ｎ−２）とを加算して、ｗy（ｎ）（＝ｙ（ｎ）＋ｄy×ｗy（ｎ−１）＋ｅy×ｗy（ｎ−２））を出力する。
【００５９】
加算部７８は、ａy×ｗy（ｎ）と、ｂy×ｗy（ｎ−１）と、ｃy×ｗy（ｎ−２）とを加算して、Ｎｙ（ｎ）（＝ａy×ｗy（ｎ）＋ｂy×ｗy（ｎ−１）＋ｃy×ｗy（ｎ−２））を出力する。
【００６０】
ここで、加算部７８が出力するａy×ｗy（ｎ）＋ｂy×ｗy（ｎ−１）＋ｃy×ｗy（ｎ−２）は、ａy×ｙ（ｎ）＋ｂy×ｙ（ｎ−１）＋ｃy×ｙ（ｎ−２）＋ｄy×Ｎｙ（ｎ−１）＋ｅy×Ｎｙ（ｎ−２）である。
【００６１】
（動作）
図５は、本発明の実施形態のレーザマーキング装置の動作手順を表わすフローチャートである。
【００６２】
図５を参照して、入力装置１０は、印字すべき文字を出力する。第１制御基板８の設定部２４は、入力された文字の印字速度を設定する（ステップＳ１０１）。
【００６３】
次に、第１制御基板８の線分データ分割部２６は、入力された文字をフォントデータを参照して、入力された文字を複数の線分に分割して、分割した線分についてコマンドＮＯ．、コマンド、印字の有無（レーザ光のオン／オフ）、線分の始点の座標、走査速度からなる線分データを生成して、線分データメモリ３０に書込む（ステップＳ１０２）。
【００６４】
次に、第２制御基板６のＣＰＵ３２は、印字開始トリガがあると（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、線分データメモリ３０内の線分データをメモリ３４に取込む（ステップＳ１０４）。
【００６５】
次に、座標計算部３８は、１つの線分データを先読みする（ステップＳ１０５）。
次に、座標計算部３８は、先読みした線分データに基づいて、第ｎ時点の座標｛ｘ′（ｎ）、ｙ′（ｎ）｝（ｎ＝１〜Ｎ）を生成する（ステップＳ１０６）。
【００６６】
次に、ガルバノ補正部４４は、座標｛ｘ′（ｎ）、ｙ′（ｎ）｝に対してガルバノ取付け誤差を補正して、補正された座標｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝を生成する（ステップＳ１０８）。
【００６７】
次に、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部４６は、座標｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝から、式（５）および（６）に従って、補償後の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝（ｎ＝１〜Ｎ）を算出する（ステップＳ１０９）。
【００６８】
ＤＡＣ４８は、補償後の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝（ｎ＝１〜Ｎ）をアナログ電圧に変換して、ガルバノドライバ１４へ出力する。ガルバノドライバ１４は、変換されたアナログ電圧に基づいてガルバノスキャナ１８を駆動制御する（ステップＳ１１０）。
【００６９】
ステップＳ１０５〜Ｓ１１１の処理と平行して、レーザ駆動信号生成部４０は、先読みした線分データに含まれる印字の有無を表わす識別子に基づいて、レーザ光をオンまたはオフさせるレーザ駆動信号を出力する（ステップＳ１０７）。
【００７０】
メモリ３４にまだ読み出されていない線分データがある場合には（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、ステップＳ１０５に戻って処理が繰り返される。
【００７１】
（実験結果）
図６は、本実施の形態におけるＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さない場合の周波数特性と、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を施した場合の周波数特性を表わす図である。
【００７２】
図６に示すように、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を行なわないと、周波数（座標系列の時間間隔Ｔの逆数）が高くなると、利得が減少する。Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を行なうことによって、周波数が高くなっても、周波数が低いときと同様の利得が得られる。
【００７３】
図７は、入力文字と、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さない場合の印字結果と、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施した場合の印字結果との比較を表わす図である。
【００７４】
図７に示すように、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を行なうことによって、特に、角張った部分において、入力文字により類似した文字を印字することができる。
【００７５】
図８は、走査速度およびＧａｉｎ補償・位相進み補償の有／無を変えた場合の印字結果を説明するための図である。
【００７６】
図８（ａ）は、ガルバノスキャナ１８の走査速度が４０００ｍｍ／ｓであり、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施したときの印字結果を表わす図である。
【００７７】
図８（ｂ）は、ガルバノスキャナ１８の走査速度が４０００ｍｍ／ｓであり、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さないときの印字結果を表わす図である。
【００７８】
図８（ｃ）は、ガルバノスキャナ１８の走査速度が３０００ｍｍ／ｓであり、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さないときの印字結果を表わす図である。
【００７９】
図８（ｄ）は、ガルバノスキャナ１８の走査速度が２０００ｍｍ／ｓであり、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さないときの印字結果を表わす図である。
【００８０】
図８（ｅ）は、ガルバノスキャナ１８の走査速度が１０００ｍｍ／ｓであり、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施さないときの印字結果を表わす図である。
【００８１】
図８（ａ）と図８（ｄ）の印字結果は、ほぼ同等である。つまり、ガルバノスキャナ１８の走査速度が４０００ｍ／ｓで、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施した場合と、走査速度が２０００ｍ／ｓで本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なわない場合とで、ほぼ同等の印字結果が得られる。したがって、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を施すことによって、精度を損なうことなく、高速に印字することができる。
【００８２】
図９は、座標系列の利得の周波数特性を表わす図である。
図１０は、座標系列の位相の周波数特性を表わす図である。
【００８３】
図９および図１０において、（１）の曲線は本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なわない場合の特性を表わし、（２）の曲線は補正関数（１段）を表わし、（３）の曲線は補正関数（２段）を表わし、（４）の曲線は擬似伝達関数を表わし、（５）の曲線は本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なった場合の特性を表わす。
【００８４】
（５）の曲線は、（１）の曲線に比べて、利得が減衰しはじめる周波数が高周波数側にずれている。
【００８５】
（５）の曲線で示されるように、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なった場合には、共振周波数ｆｒ（ガルバノスキャナでは一般に１５ｋＨｚ付近）の手前で、座標系列の利得は、−２０ｄＢよりも小さくなるように急激に低下する。
【００８６】
また、（５）の曲線で示されるように、もとのゲイン特性の減衰極（１０ｋＨｚ付近の落ち込み箇所）を変更せずに、ゲインが補償されている。この減衰極は、フィルタ特性として急激に落とす要素を加えることで、持ち上げたゲイン特性の高周波側の増加を抑える効果がある。
【００８７】
図１１は、「□」を印字する際の１軸の制御信号入力と応答波形（オシロ波形）を表わす図である。
【００８８】
図１１には、４種類の走査速度について、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なわない場合と、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なった場合の制御信号入力と応答波形（８セット）が表わされている。各セットにおいて、上側の波形が制御信号入力であり、下側の波形が応答波形である。
【００８９】
ここで、「制御信号入力」とは、ガルバノドライバ１４へ入力される信号を表わし、「応答波形」は、ガルバノドライバ１４から出力される信号を表わす。
【００９０】
図１１に示すように、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なった場合には、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なわない場合と比べて、制御信号入力波形の囲みで示した部分が相違する。
【００９１】
その結果、本実施の形態のＧａｉｎ補償・位相進み補償を行なった場合に、走査速度が１０００ｍｍ／ｓと２０００ｍｍ／ｓのときに、応答波形においてコーナー部分に膨らみが確認される。
【００９２】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、座標系列の位相およびゲインを調整することによって、メモリの容量および印字処理時間を増加させることなく、高精度に印字することができる。
【００９３】
（変形例）
本発明は、上記の実施形態の限定されるものではなく、たとえば以下のような変形例も含む。
【００９４】
（１） Ｇａｉｎ補償・位相進み補償の対象データ
本発明の実施の形態では、線分データから生成された座標系列に対して、ガルバノ取付け誤差を補正した後に、Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を実行したが、これに限定するものではない。ガルバノ取付け誤差を補正せずに、線分データから生成された座標系列に対して直接Ｇａｉｎ補償・位相進み補償を実行することとしてもよい。
【００９５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９６】
２ レーザマーキング装置、４ 光学装置、６ 第２制御基板、８ 第１制御基板、１０ 入力装置、１２ レーザ制御基板、１４ ガルバノドライバ、１６ レーザ光源、１８ ガルバノスキャナ、２０ ワーク、２２，３２ ＣＰＵ、２４ 設定部、２６ 線分データ分割部、２８ フォントデータメモリ、３０ 線分データメモリ、３４ メモリ、３６ 印字制御部、３８ 座標計算部、４０ レーザ駆動信号生成部、４２ タイミングトリガ部、４４ ガルバノ補正部、４６ Ｇａｉｎ補償・位相進み補償部、４８ ＤＡＣ、５２ Ｘ座標変換部、５４ Ｙ座標変換部、５６，５８，７６，７８ 加算部、７０，７２，９０，９２ 遅延部、６０，６２，６４，６６，６８，８０，８２，８４，８６，８８ 定数乗算部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光の照射点を走査するガルバノスキャナと、
前記レーザ光が辿る軌跡を表わす、一定の時間間隔の座標系列を生成する座標生成部と、
所定の特性を有する伝達関数に従って、前記座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なう補償部と、
前記補償された座標系列の各データをアナログ電圧に変換するＤＡ変換部と、
前記アナログ電圧に従って、前記ガルバノスキャナを駆動制御するドライバ部とを備えた、レーザマーキング装置。
【請求項２】
前記座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なわれた後の前記座標系列のゲインは、共振周波数の手前で−２０ｄＢよりも小さくなるように急激に低下するような周波数特性を示す、請求項１記載のレーザマーキング装置。
【請求項３】
前記補償部は、もとのゲイン特性の減衰極を変更せずにゲイン補償する、請求項１記載のレーザマーキング装置。
【請求項４】
前記補償部は、ｎ時点の元の座標を｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝としたときに、次式に従って、補償後のｎ時点の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝を算出する、
Ｎｘ（ｎ）＝ａx×ｘ（ｎ）＋ｂx×ｘ（ｎ−１）＋ｃx×ｘ（ｎ−２）＋ｄx×Ｎｘ（ｎ−１）＋ｅx×Ｎｘ（ｎ−２）・・・（Ａ１）
Ｎｙ（ｎ）＝ａy×ｙ（ｎ）＋ｂy×ｙ（ｎ−１）＋ｃy×ｙ（ｎ−２）＋ｄy×Ｎｙ（ｎ−１）＋ｅy×Ｎｙ（ｎ−２）・・・（Ａ２）
ただし、ａx、ｂx、ｃx、ｄx、ｅx、ａy、ｂy、ｃy、ｄy、およびｅyは定数である、請求項１記載のレーザマーキング装置。
【請求項５】
レーザ光源が、レーザ光を出射するステップと、
ガルバノスキャナが、前記レーザ光の照射点を走査するステップと、
制御部が、前記レーザ光が辿る軌跡を表わす、一定の時間間隔の座標系列を生成するステップと、
前記制御部が、所定の特性を有する伝達関数に従って、前記座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なうステップと、
ＤＡ変換部が、前記補償された座標系列の各データをアナログ電圧に変換するステップと、
ドライバが、前記アナログ電圧に従って、前記ガルバノスキャナを駆動制御するステップとを備えた、レーザマーキング方法。
【請求項６】
前記座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なわれた後の前記座標系列のゲインは、共振周波数の手前で−２０ｄＢよりも小さくなるように急激に低下するような周波数特性を示す、請求項５記載のレーザマーキング方法。
【請求項７】
前記座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なうステップは、もとのゲイン特性の減衰極を変更せずにゲイン補償するステップを含む、請求項５記載のレーザマーキング方法。
【請求項８】
前記座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なうステップは、ｎ時点の元の座標を｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝としたときに、次式に従って、補償後のｎ時点の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝を算出するステップを含む、
Ｎｘ（ｎ）＝ａx×ｘ（ｎ）＋ｂx×ｘ（ｎ−１）＋ｃx×ｘ（ｎ−２）＋ｄx×Ｎｘ（ｎ−１）＋ｅx×Ｎｘ（ｎ−２）・・・（Ａ１）
Ｎｙ（ｎ）＝ａy×ｙ（ｎ）＋ｂy×ｙ（ｎ−１）＋ｃy×ｙ（ｎ−２）＋ｄy×Ｎｙ（ｎ−１）＋ｅy×Ｎｙ（ｎ−２）・・・（Ａ２）
ただし、ａx、ｂx、ｃx、ｄx、ｅx、ａy、ｂy、ｃy、ｄy、およびｅyは定数である、請求項５記載のレーザマーキング方法。
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光の照射点を走査するガルバノスキャナと、
前記レーザ光が辿る軌跡を表わす、一定の時間間隔の座標系列を生成する座標生成部と、
所定の特性を有する伝達関数に従って、前記座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なう補償部と、
前記補償された座標系列の各データをアナログ電圧に変換するＤＡ変換部と、
前記アナログ電圧に従って、前記ガルバノスキャナを駆動制御するドライバ部とを備えた、レーザマーキング装置。
【請求項２】
前記座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なわれた後の前記座標系列のゲインは、共振周波数の手前で−２０ｄＢよりも小さくなるように急激に低下するような周波数特性を示す、請求項１記載のレーザマーキング装置。
【請求項３】
前記補償部は、もとのゲイン特性の減衰極を変更せずにゲイン補償する、請求項１記載のレーザマーキング装置。
【請求項４】
前記補償部は、ｎ時点の元の座標を｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝としたときに、次式に従って、補償後のｎ時点の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝を算出する、
Ｎｘ（ｎ）＝ａx×ｘ（ｎ）＋ｂx×ｘ（ｎ−１）＋ｃx×ｘ（ｎ−２）＋ｄx×Ｎｘ（ｎ−１）＋ｅx×Ｎｘ（ｎ−２）・・・（Ａ１）
Ｎｙ（ｎ）＝ａy×ｙ（ｎ）＋ｂy×ｙ（ｎ−１）＋ｃy×ｙ（ｎ−２）＋ｄy×Ｎｙ（ｎ−１）＋ｅy×Ｎｙ（ｎ−２）・・・（Ａ２）
ただし、ａx、ｂx、ｃx、ｄx、ｅx、ａy、ｂy、ｃy、ｄy、およびｅyは定数である、請求項１記載のレーザマーキング装置。
【請求項５】
レーザ光源が、レーザ光を出射するステップと、
ガルバノスキャナが、前記レーザ光の照射点を走査するステップと、
制御部が、前記レーザ光が辿る軌跡を表わす、一定の時間間隔の座標系列を生成するステップと、
前記制御部が、所定の特性を有する伝達関数に従って、前記座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なうステップと、
ＤＡ変換部が、前記補償された座標系列の各データをアナログ電圧に変換するステップと、
ドライバが、前記アナログ電圧に従って、前記ガルバノスキャナを駆動制御するステップとを備えた、レーザマーキング方法。
【請求項６】
前記座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なわれた後の前記座標系列のゲインは、共振周波数の手前で−２０ｄＢよりも小さくなるように急激に低下するような周波数特性を示す、請求項５記載のレーザマーキング方法。
【請求項７】
前記座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なうステップは、もとのゲイン特性の減衰極を変更せずにゲイン補償するステップを含む、請求項５記載のレーザマーキング方法。
【請求項８】
前記座標系列のゲイン補償および位相進み補償を行なうステップは、ｎ時点の元の座標を｛ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）｝としたときに、次式に従って、補償後のｎ時点の座標｛Ｎｘ（ｎ）、Ｎｙ（ｎ）｝を算出するステップを含む、
Ｎｘ（ｎ）＝ａx×ｘ（ｎ）＋ｂx×ｘ（ｎ−１）＋ｃx×ｘ（ｎ−２）＋ｄx×Ｎｘ（ｎ−１）＋ｅx×Ｎｘ（ｎ−２）・・・（Ａ１）
Ｎｙ（ｎ）＝ａy×ｙ（ｎ）＋ｂy×ｙ（ｎ−１）＋ｃy×ｙ（ｎ−２）＋ｄy×Ｎｙ（ｎ−１）＋ｅy×Ｎｙ（ｎ−２）・・・（Ａ２）
ただし、ａx、ｂx、ｃx、ｄx、ｅx、ａy、ｂy、ｃy、ｄy、およびｅyは定数である、請求項５記載のレーザマーキング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１８９３５９（Ｐ２０１１−１８９３５９Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５６１６６（Ｐ２０１０−５６１６６）
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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