直頭型激光標(biāo)識(shí)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種直頭型激光標(biāo)識(shí)設(shè)備，它包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、激光源、擴(kuò)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(duì)焦紅光指示系統(tǒng)；激光通過(guò)擴(kuò)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(guò)合束鏡射出，與激光實(shí)現(xiàn)同光路；同光路的激光和指示紅光進(jìn)入掃描振鏡后反射，與激光入射方向同向通過(guò)F-theta透鏡聚焦到標(biāo)識(shí)工件表面；輔助對(duì)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(diǎn)處重合。本實(shí)用新型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(biāo)識(shí)物體的距離，安裝空間?。豢刹皇芟拗七x擇F-theta透鏡，滿足標(biāo)識(shí)精度和速度的要求。
【專利說(shuō)明】直頭型激光標(biāo)識(shí)設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于激光標(biāo)識(shí)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(biāo)識(shí)設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今隨著信息化技術(shù)在先進(jìn)制造領(lǐng)域的快速發(fā)展，在生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)、物流、供應(yīng)鏈管理、產(chǎn)品質(zhì)量追溯等領(lǐng)域?qū)ξ锲窐?biāo)識(shí)溯源技術(shù)提出了更高的需求，
[0003]帶動(dòng)了激光標(biāo)識(shí)技術(shù)在各行各業(yè)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在包裝、電子、汽車等行業(yè)激光標(biāo)識(shí)技術(shù)已經(jīng)成為一道不可或缺的工藝，激光標(biāo)識(shí)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(duì)激光標(biāo)識(shí)設(shè)備的需求也呈現(xiàn)多樣化。傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)激光標(biāo)識(shí)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(jī)身呈L型，這種激光標(biāo)識(shí)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(zhǎng)焦距的工作距離也只有345mm左右；這就意味著如果要對(duì)一工件進(jìn)行標(biāo)識(shí)，待標(biāo)識(shí)的工件表面和F-theta透鏡平面之間的距離需在127-345mm這個(gè)范圍；但是在實(shí)際將激光標(biāo)識(shí)設(shè)備集成到生產(chǎn)線上時(shí)，受制于生產(chǎn)線設(shè)備，L型激光標(biāo)識(shí)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(biāo)識(shí)設(shè)備和標(biāo)識(shí)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(shí)，有時(shí)可通過(guò)選擇合適的長(zhǎng)焦距F-theta透鏡來(lái)解決，但同時(shí)也帶來(lái)了激光標(biāo)識(shí)精度和標(biāo)識(shí)速度降低的問(wèn)題；如果他們之間距離超出F-theta透鏡工作距離范圍內(nèi)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的激光標(biāo)識(shí)設(shè)備就無(wú)法在生產(chǎn)線上使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的為了克服傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)激光標(biāo)識(shí)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(jī)身呈L型，這種激光標(biāo)識(shí)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(biāo)識(shí)設(shè)備。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種直頭型激光標(biāo)識(shí)設(shè)備，該設(shè)備包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、激光源、擴(kuò)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(kuò)束系統(tǒng)裝在該支架上；其特點(diǎn)是所述擴(kuò)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(guò)650nm紅光，對(duì)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(dòng)輔助對(duì)焦紅光指示系統(tǒng)；激光源輸出的激光通過(guò)擴(kuò)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度合束鏡下方的指不紅光,輸出650nm的紅光,透過(guò)45度合束鏡射出，與激光實(shí)現(xiàn)同光路；同光路的激光和指不紅光進(jìn)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(guò)F-theta透鏡，聚焦到標(biāo)識(shí)工件表面；安裝在F-theta透鏡下面的輔助對(duì)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(diǎn)處重合。
[0006]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(yùn)作在連續(xù)模式或脈沖模式，激光器運(yùn)作在脈沖模式時(shí)，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。
[0007]所述的擴(kuò)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(zhǎng)焦距凸透鏡放置在凹凸鏡之后。
[0008]所述擴(kuò)束系統(tǒng)的短焦距凹透鏡和長(zhǎng)焦距凸透鏡是共焦放置，且其焦距之比為擴(kuò)束系統(tǒng)的擴(kuò)束倍數(shù)。
[0009]所述45度合束鏡對(duì)650nm的激光高透，透過(guò)率大于99% ;對(duì)所用波長(zhǎng)的激光45度全反，反射率大于99.5%。
[0010]所述掃描振鏡的通光孔徑大于經(jīng)擴(kuò)束系統(tǒng)出射的激光光斑的大小。
[0011]所述掃描振鏡內(nèi)置有兩個(gè)高速伺服電機(jī)，每個(gè)高速伺服電機(jī)的軸上安裝有激光反射鏡片，兩個(gè)高速伺服電機(jī)交叉安裝，振鏡頭在計(jì)算機(jī)控制下兩個(gè)高速伺服電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)反射鏡作高速度、高精度、短矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果:由于本實(shí)用新型直頭型激光標(biāo)識(shí)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，因此本實(shí)用新型可方便靈活的調(diào)整和標(biāo)識(shí)物體的距離，所需要的安裝空間最?。挥脩艨刹皇芟拗频倪x擇最適合的F-theta透鏡，最大限度滿足對(duì)標(biāo)識(shí)精度、標(biāo)識(shí)速度的要求。同時(shí)采用雙紅光指示，即可預(yù)先待標(biāo)識(shí)的物體進(jìn)行定位和待標(biāo)識(shí)的內(nèi)容進(jìn)行預(yù)覽，又可快速方便地確保激光聚焦在標(biāo)識(shí)工件的表面，降低了對(duì)操作人員的技巧和經(jīng)驗(yàn)，提高了工作效率，保證了標(biāo)識(shí)質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)激光標(biāo)識(shí)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為直頭型激光標(biāo)識(shí)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0016]如圖1所示，傳統(tǒng)的激光標(biāo)識(shí)設(shè)備包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1、激光源2、擴(kuò)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(lái)安裝擴(kuò)束系統(tǒng)3。激光源2輸出的激光通過(guò)擴(kuò)束系統(tǒng)3進(jìn)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(guò)F-theta透鏡8，聚焦到標(biāo)識(shí)工件表面12。
[0017]本實(shí)用新型實(shí)施例，如圖2所示，一種直頭型激光標(biāo)識(shí)設(shè)備，該設(shè)備包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1、激光源2、擴(kuò)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(kuò)束系統(tǒng)3裝在該第一支架9上；其特征在于，所述擴(kuò)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(guò)650nm紅光,對(duì)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(dòng)輔助對(duì)焦紅光指示系統(tǒng)7 ;第三支架11上有轉(zhuǎn)動(dòng)鎖緊裝置，激光源2輸出的激光通過(guò)擴(kuò)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(guò)45度合束鏡4射出，與激光源2輸出的激光實(shí)現(xiàn)同光路；同光路的激光和指不紅光進(jìn)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(guò)F-theta透鏡，聚焦到標(biāo)識(shí)工件表面12上；處在F-theta透鏡8下面的可轉(zhuǎn)動(dòng)輔助對(duì)焦紅光指示系統(tǒng)7發(fā)出的輔助對(duì)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(diǎn)處重合。
[0018]所述的擴(kuò)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(zhǎng)焦距凸透鏡放置在凹凸鏡之后。短焦距凹透鏡和長(zhǎng)焦距凸透鏡是共焦放置，且其焦距之比為擴(kuò)束系統(tǒng)的擴(kuò)束倍數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)功能，擴(kuò)束系統(tǒng)3中的兩塊透鏡應(yīng)該共焦放置，長(zhǎng)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(guò)擴(kuò)束系統(tǒng)后為平行光。經(jīng)擴(kuò)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(biāo)識(shí)精度和標(biāo)識(shí)速度，改善了標(biāo)識(shí)質(zhì)量。
[0019]F-theta透鏡8即是平場(chǎng)聚焦透鏡，激光束通過(guò)該透鏡，在整個(gè)透鏡焦平面內(nèi)可形成均勻大小的聚焦光斑，使整個(gè)像面上像質(zhì)一致，且像差小，無(wú)漸暈存在，提高了標(biāo)識(shí)的一致性。
[0020]由圖2所示，在第三支架11上裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)輔助對(duì)焦紅光指示系統(tǒng)7，輔助對(duì)焦紅光指示系統(tǒng)7發(fā)出的紅光可調(diào)節(jié)方向。對(duì)于一定焦距的F-theta透鏡8，調(diào)節(jié)輔助對(duì)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(biāo)識(shí)工件放置完成后，調(diào)整激光標(biāo)識(shí)設(shè)備和待標(biāo)識(shí)工件的距離，直到這兩束光的交點(diǎn)落在待標(biāo)識(shí)工件的表面，就表明標(biāo)識(shí)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(duì)焦方式，可快速方便的確保激光聚焦在標(biāo)識(shí)工件的表面，降低了對(duì)操作人員的技巧和經(jīng)驗(yàn)，提高了工作效率，保證了標(biāo)識(shí)質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1.一種直頭型激光標(biāo)識(shí)設(shè)備，該設(shè)備包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(I)、激光源(2)、擴(kuò)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(kuò)束系統(tǒng)(3)裝在該第一支架(9)上；其特征在于，所述擴(kuò)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(guò)650nm紅光,對(duì)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(dòng)輔助對(duì)焦紅光指示系統(tǒng)(7)；激光源(2)輸出的激光通過(guò)擴(kuò)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(guò)45度合束鏡(4)射出，與激光源(2)輸出的激光實(shí)現(xiàn)同光路；同光路的激光和指不紅光進(jìn)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(guò)F-theta透鏡，聚焦到標(biāo)識(shí)工件表面(12)上；處在F-theta透鏡(8)下面的可轉(zhuǎn)動(dòng)輔助對(duì)焦紅光指示系統(tǒng)(7)發(fā)出的輔助對(duì)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(diǎn)處重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直頭型激光標(biāo)識(shí)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(yùn)作在連續(xù)模式或脈沖模式，激光器運(yùn)作在脈沖模式時(shí)，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(biāo)識(shí)設(shè)備，其特征在于，所述的擴(kuò)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(zhǎng)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(biāo)識(shí)設(shè)備，其特征在于，所述擴(kuò)束系統(tǒng)(3)的短焦距凹透鏡和長(zhǎng)焦距凸透鏡是共焦放置，且其焦距之比為擴(kuò)束系統(tǒng)(3)的擴(kuò)束倍數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直頭型激光標(biāo)識(shí)設(shè)備，其特征在于，所述45度合束鏡(4)對(duì)650nm的激光高透，透過(guò)率大于99% ;對(duì)所用波長(zhǎng)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(biāo)識(shí)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(kuò)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(biāo)識(shí)設(shè)備，掃描振鏡￠)內(nèi)置有兩個(gè)高速伺服電機(jī)，每個(gè)高速伺服電機(jī)的軸上安裝有激光反射鏡片，兩個(gè)高速伺服電機(jī)交叉安裝，振鏡頭在計(jì)算機(jī)控制下兩個(gè)高速伺服電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)反射鏡作高速度、高精度、短矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B23K26/046GK203973059SQ201420396992
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)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(guó)旗, 羅華平, 王建超, 姜兆華, 朱德祥, 韓華, 張偉 申請(qǐng)人:上海市激光技術(shù)研究所