直頭型激光標識設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直頭型激光標識設(shè)備,它包括計算機控制系統(tǒng)、激光源、擴束系統(tǒng)、掃描振鏡、F-theta透鏡、紅光指示系統(tǒng)、45度合束鏡和輔助對焦紅光指示系統(tǒng);激光通過擴束系統(tǒng)經(jīng)合束鏡全反射,與激光入射方向成90度方向出射;指示紅光透過合束鏡射出,與激光實現(xiàn)同光路;同光路的激光和指示紅光進入掃描振鏡后反射,與激光入射方向同向通過F-theta透鏡聚焦到標識工件表面;輔助對焦指示紅光方向調(diào)節(jié)后,與F-theta透鏡光軸方向出射的指示紅光在F-theta透鏡焦平面上的焦點處重合。本發(fā)明使入射到工件表面的激光光束與激光源的出射光束平行,可方便調(diào)整和標識物體的距離,安裝空間??;可不受限制選擇F-theta透鏡,滿足標識精度和速度的要求。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光標識領(lǐng)域,尤其涉及入射到工件表面的激光光束與激光源的出射 光束平行的一種直頭型激光標識設(shè)備。 直頭型激光標識設(shè)備
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今隨著信息化技術(shù)在先進制造領(lǐng)域的快速發(fā)展,在生產(chǎn)、倉儲、物流、供應(yīng)鏈管 理、產(chǎn)品質(zhì)量追溯等領(lǐng)域?qū)ξ锲窐俗R溯源技術(shù)提出了更高的需求, 帶動了激光標識技術(shù)在各行各業(yè)越來越廣泛的應(yīng)用。在包裝、電子、汽車等行業(yè)激光 標識技術(shù)已經(jīng)成為一道不可或缺的工藝,激光標識設(shè)備也成為生產(chǎn)序列的重要環(huán)節(jié);隨著 工業(yè)化水平的不斷提高,對激光標識設(shè)備的需求也呈現(xiàn)多樣化。傳統(tǒng)的標準激光標識設(shè)備 都是L型的,即由掃描振鏡和F-theta透鏡組成的掃描頭和包含激光器和其他光學(xué)元件組 成的機身呈L型,這種激光標識設(shè)備的橫截面方向的尺寸較大,入射到工件表面的激光光 束與激光源的出射光束垂直,如圖1所示。通常短焦距F-theta透鏡的工作距離在127mm 左右,長焦距的工作距離也只有345mm左右;這就意味著如果要對一工件進行標識,待標 識的工件表面和F-theta透鏡平面之間的距離需在127-345mm這個范圍;但是在實際將激 光標識設(shè)備集成到生產(chǎn)線上時,受制于生產(chǎn)線設(shè)備,L型激光標識設(shè)備的橫截面尺寸由于較 大,安裝空間受限,不能靈活的調(diào)整激光標識設(shè)備和標識物體之間的距離。如果他們之間距 離在F-theta透鏡工作距離范圍內(nèi)時,有時可通過選擇合適的長焦距F-theta透鏡來解決, 但同時也帶來了激光標識精度和標識速度降低的問題;如果他們之間距離超出F-theta透 鏡工作距離范圍內(nèi)時,標準的激光標識設(shè)備就無法在生產(chǎn)線上使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的為了克服傳統(tǒng)的標準激光標識設(shè)備都是L型的,即由掃描振鏡和 F-theta透鏡組成的掃描頭和包含激光器和其他光學(xué)元件組成的機身呈L型,這種激光標 識設(shè)備的橫截面方向的尺寸較大的不足,提供一種直頭型激光標識設(shè)備。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是一種直頭型激光標識設(shè)備,該設(shè)備包括計算機控制系統(tǒng)、激 光源、擴束系統(tǒng)、掃描振鏡和F-theta透鏡,在激光源前方設(shè)有第一支架,所述擴束系統(tǒng)裝 在該支架上;其特點是所述擴束系統(tǒng)前方,掃描振鏡下方增設(shè)有第二支架,在第二支架上安 裝紅光指示系統(tǒng),在第二支架上還安裝有可透過650nm紅光,對1064nm激光全反的45度 合束鏡;在F-theta透鏡下面的面板上增設(shè)有第三支架,在第三支架上裝有可轉(zhuǎn)動輔助對 焦紅光指示系統(tǒng);激光源輸出的激光通過擴束系統(tǒng)經(jīng)45度合束鏡全反射,然后在與激光入 射方向成90度的方向出射;安裝在45度合束鏡下方的指示紅光,輸出650nm的紅光,透過 45度合束鏡射出,與激光實現(xiàn)同光路;同光路的激光和指不紅光進入掃描振鏡后,經(jīng)掃描 振鏡X軸和Y軸方向的反射鏡反射后,最后在與激光入射方向同向的方向通過F-theta透 鏡,聚焦到標識工件表面;安裝在F-theta透鏡下面的輔助對焦指示紅光,經(jīng)方向調(diào)節(jié)后, 與F-theta透鏡光軸方向出射的指示紅光在F-theta透鏡焦平面上的焦點處重合。
[0005] 述激光源采用氣體激光器,固體激光器或光纖激光器,激光器運作在連續(xù)模式或 脈沖模式,激光器運作在脈沖模式時,激光脈寬從ns-fs,激光平均功率從5W到100W,重復(fù) 頻率從20KHz到200KHz。
[0006] 所述的擴束系統(tǒng)由兩片不同焦距的凹透鏡和凸透鏡組成,短焦距凹透鏡放置起偏 器之后,長焦距凸透鏡放置在凹凸鏡之后。
[0007] 所述擴束系統(tǒng)的短焦距凹透鏡和長焦距凸透鏡是共焦放置,且其焦距之比為擴束 系統(tǒng)的擴束倍數(shù)。
[0008] 所述45度合束鏡對650nm的激光高透,透過率大于99% ;對所用波長的激光45度 全反,反射率大于99. 5%。
[0009] 所述掃描振鏡的通光孔徑大于經(jīng)擴束系統(tǒng)出射的激光光斑的大小。
[0010] 所述掃描振鏡內(nèi)置有兩個高速伺服電機,每個高速伺服電機的軸上安裝有激光反 射鏡片,兩個高速伺服電機交叉安裝,振鏡頭在計算機控制下兩個高速伺服電機帶動兩個 反射鏡作高速度、高精度、短矢量的轉(zhuǎn)動。
[0011] 本發(fā)明的有益效果:由于本發(fā)明直頭型激光標識設(shè)備結(jié)構(gòu)使入射到工件表面的激 光光束與激光源的出射光束平行,因此本發(fā)明可方便靈活的調(diào)整和標識物體的距離,所需 要的安裝空間最??;用戶可不受限制的選擇最適合的F-theta透鏡,最大限度滿足對標識 精度、標識速度的要求。同時采用雙紅光指示,即可預(yù)先待標識的物體進行定位和待標識的 內(nèi)容進行預(yù)覽,又可快速方便地確保激光聚焦在標識工件的表面,降低了對操作人員的技 巧和經(jīng)驗,提高了工作效率,保證了標識質(zhì)量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為傳統(tǒng)的標準激光標識設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為直頭型激光標識設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0014] 如圖1所示,傳統(tǒng)的激光標識設(shè)備包括計算機控制系統(tǒng)1、激光源2、擴束系統(tǒng)3、掃 描振鏡6、F-theta透鏡8,在激光源2前方設(shè)有第一支架9,用來安裝擴束系統(tǒng)3。激光源2 輸出的激光通過擴束系統(tǒng)3進入掃描振鏡6,經(jīng)振鏡X軸和Y軸方向的反射鏡反射后,最后 在與激光入射方向垂直的方向通過F-theta透鏡8,聚焦到標識工件表面12。
[0015] 本發(fā)明實施例,如圖2所示,一種直頭型激光標識設(shè)備,該設(shè)備包括計算機控制系 統(tǒng)1、激光源2、擴束系統(tǒng)3、掃描振鏡6和F-theta透鏡8,在激光源2前方設(shè)有第一支架9, 所述擴束系統(tǒng)3裝在該第一支架9上;其特征在于,所述擴束系統(tǒng)3前方,掃描振鏡6下方 增設(shè)有第二支架10,在第二支架10上安裝紅光指示系統(tǒng)5,在第二支架10上還安裝有可透 過650nm紅光,對1064nm激光全反的45度合束鏡4 ;在F-theta透鏡8下面的面板13上 增設(shè)有第三支架11,在第三支架11上裝有可轉(zhuǎn)動輔助對焦紅光指示系統(tǒng)7 ;第三支架11上 有轉(zhuǎn)動鎖緊裝置,激光源2輸出的激光通過擴束系統(tǒng)3經(jīng)45度合束鏡4全反射,然后在與 激光源2輸出的激光入射方向成90度的方向出射;處于45度合束鏡4下方的紅光指示系 統(tǒng)5,輸出650nm的紅光,透過45度合束鏡4射出,與激光源2輸出的激光實現(xiàn)同光路;同 光路的激光和指不紅光進入掃描振鏡6后,經(jīng)掃描振鏡6的X軸和Y軸方向的反射鏡反射 后,最后通過F-theta透鏡,聚焦到標識工件表面12上;處在F-theta透鏡8下面的可轉(zhuǎn)動 輔助對焦紅光指示系統(tǒng)7發(fā)出的輔助對焦指示紅光,經(jīng)方向調(diào)節(jié)后,與F-theta透鏡8光軸 方向出射的指示紅光在F-theta透鏡8焦平面上的焦點處重合。
[0016] 所述的擴束系統(tǒng)3由兩片不同焦距的凹透鏡和凸透鏡組成,短焦距凹透鏡放置起 偏器之后,長焦距凸透鏡放置在凹凸鏡之后。短焦距凹透鏡和長焦距凸透鏡是共焦放置,且 其焦距之比為擴束系統(tǒng)的擴束倍數(shù)。根據(jù)設(shè)計功能,擴束系統(tǒng)3中的兩塊透鏡應(yīng)該共焦放 置,長焦距和短焦距之比,即是激光束放大的比例,保持兩透鏡之間的距離不變,可以保證 激光束通過擴束系統(tǒng)后為平行光。經(jīng)擴束系統(tǒng)放大的激光束,可減小激光束的發(fā)散角和降 低掃描振鏡上的功率密度,減小了聚焦激光光斑的大小,提高了標識精度和標識速度,改善 了標識質(zhì)量。
[0017] F-theta透鏡8即是平場聚焦透鏡,激光束通過該透鏡,在整個透鏡焦平面內(nèi)可形 成均勻大小的聚焦光斑,使整個像面上像質(zhì)一致,且像差小,無漸暈存在,提高了標識的一 致性。
[0018] 由圖2所示,在第三支架11上裝有可轉(zhuǎn)動輔助對焦紅光指示系統(tǒng)7,輔助對焦紅光 指示系統(tǒng)7發(fā)出的紅光可調(diào)節(jié)方向。對于一定焦距的F-theta透鏡8,調(diào)節(jié)輔助對焦紅光的 方向,使其和指示紅光在F-theta透鏡8的焦平面處相交。當(dāng)待標識工件放置完成后,調(diào)整 激光標識設(shè)備和待標識工件的距離,直到這兩束光的交點落在待標識工件的表面,就表明 標識工件表面和F-theta透鏡的焦平面重合了。這種紅光可視化的對焦方式,可快速方便 的確保激光聚焦在標識工件的表面,降低了對操作人員的技巧和經(jīng)驗,提高了工作效率,保 證了標識質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1. 一種直頭型激光標識設(shè)備,該設(shè)備包括計算機控制系統(tǒng)(1)、激光源(2)、擴束系統(tǒng) (3)、掃描振鏡(6)和F-theta透鏡(8),在激光源(2)前方設(shè)有第一支架(9),所述擴束系統(tǒng) (3)裝在該第一支架(9)上;其特征在于,所述擴束系統(tǒng)(3)前方,掃描振鏡(6)下方增設(shè)有 第二支架(10),在第二支架(10)上安裝紅光指示系統(tǒng)(5),在第二支架(10)上還安裝有可 透過650nm紅光,對1064nm激光全反的45度合束鏡(4);在F-theta透鏡(8)下面的面板 (13)上增設(shè)有第三支架(11),在第三支架(11)上裝有可轉(zhuǎn)動輔助對焦紅光指示系統(tǒng)(7); 激光源(2)輸出的激光通過擴束系統(tǒng)(3)經(jīng)45度合束鏡(4)全反射,然后在與激光源(2) 輸出的激光入射方向成90度的方向出射;處于45度合束鏡(4)下方的紅光指示系統(tǒng)(5), 輸出650nm的紅光,透過45度合束鏡(4)射出,與激光源(2)輸出的激光實現(xiàn)同光路;同光 路的激光和指不紅光進入掃描振鏡(6)后,經(jīng)掃描振鏡(6)的X軸和Y軸方向的反射鏡反射 后,最后通過F-theta透鏡,聚焦到標識工件表面(12)上;處在F-theta透鏡(8)下面的可 轉(zhuǎn)動輔助對焦紅光指示系統(tǒng)(7)發(fā)出的輔助對焦指示紅光,經(jīng)方向調(diào)節(jié)后,與F-theta透鏡 (8)光軸方向出射的指示紅光在F-theta透鏡(8)焦平面上的焦點處重合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直頭型激光標識設(shè)備,其特征在于,所述激光源(2)采用 氣體激光器,固體激光器或光纖激光器,激光器運作在連續(xù)模式或脈沖模式,激光器運作在 脈沖模式時,激光脈寬從ns-fs,激光平均功率從5W到100W,重復(fù)頻率從20KHz到200KHz。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直頭型激光標識設(shè)備,其特征在于,所述的擴束系統(tǒng) (3)由兩片不同焦距的凹透鏡和凸透鏡組成,短焦距凹透鏡放置起偏器之后,長焦距凸透鏡 放置在凹凸鏡之后。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種直頭型激光標識設(shè)備,其特征在于,所述擴束系統(tǒng)(3)的 短焦距凹透鏡和長焦距凸透鏡是共焦放置,且其焦距之比為擴束系統(tǒng)(3)的擴束倍數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直頭型激光標識設(shè)備,其特征在于,所述45度合束鏡(4)對 650nm的激光高透,透過率大于99% ;對所用波長的激光45度全反,反射率大于99. 5%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直頭型激光標識設(shè)備,其特征在于,所述掃描振鏡(6) 的通光孔徑大于經(jīng)擴束系統(tǒng)(3)出射的激光光斑的大小。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直頭型激光標識設(shè)備,掃描振鏡¢)內(nèi)置有兩個高速伺 服電機,每個高速伺服電機的軸上安裝有激光反射鏡片,兩個高速伺服電機交叉安裝,振鏡 頭在計算機控制下兩個高速伺服電機帶動兩個反射鏡作高速度、高精度、短矢量的轉(zhuǎn)動。
【文檔編號】B23K26/36GK104084694SQ201410342102
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】張玲玲, 徐佳君, 李國旗, 羅華平, 王建超, 姜兆華, 朱德祥, 韓華, 張偉 申請人:上海市激光技術(shù)研究所