每一激光束具有多個激光器、偏轉裝置和伸縮裝置的標記儀器的制造方法

每一激光束具有多個激光器、偏轉裝置和伸縮裝置的標記儀器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種使用激光標記物體的標記儀器，包括多個激光器和一控制單元，根據待標記標志，用于單獨激活每一激光器來發射激光束（90a-i）。提供有一偏轉裝置組（30），用于定向激光束（90a-i）至待標記物體，提供有一伸縮裝置組（40），每一激光束（90a-i）包括至少一個伸縮裝置（40a-i），且每一伸縮裝置（40a-i）可調整，用于單獨設定各自激光束（90a-i）的焦距。
【專利說明】每一激光束具有多個激光器、偏轉裝置和伸縮裝置的標記儀器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種根據前述權利要求1，用于通過激光標記物體的標記儀器。
【背景技術】
[0002]通常，部署單個氣體激光器的標記儀器是被熟知的，比如二氧化碳激光器。這樣的激光器發射激光束，激光束被發送至待標記的物體。該物體在傳送帶上相對于標記儀器移動。通常情況下，掃描設備被提供用于根據待標記的標志將激光束定向至物體上。由于通常期望物體的高吞吐量，在傳送帶上的物體相對于標記儀器的速度應該很快。然而，因為在物體經過時，掃描設備需要足夠的時間來在其上編寫標記，該速度不能隨意提高。因此，這種標記設備的速度被掃描設備的速度所限定。
[0003]吞吐量可被通用的標記儀器提高，標記儀器包括多個激光器，尤其是氣體激光器和根據待標記的標志用于獨立激發每個激光器來發射激光束的控制單元。這種標記儀器被描述于美國專利US5229573和美國專利US5229574中。
[0004]為了取得更高的標記速度，需要具有更多數量的激光器的標記儀器。然而，由于單個激光器的大小造成過度龐大的設備，并阻礙了激光束傳遞至待標記物體，激光器的數量迄今為止被嚴格限制。
[0005]從英國專利GB2304641A可知一種具有多個激光器的標記儀器。發射出的激光束通過多個反射鏡重定向至一聚焦透鏡上。該聚焦透鏡聚焦所有激光束至待標記物品上。
[0006]日本專利JP2011-156571公開了一種用于制造太陽能板的儀器。一激光的激光束被分為多個激光束，每一激光束被定向至各自聚焦透鏡的基底上。
[0007]從美國專利US5115446A可知一種用于激光器的組件的承載結構。
[0008]美國專利US6421159B1的標的物為一種具有若干獨立激光器的標記儀器。由這些激光器發射的所有激光束被定向至一聚焦透鏡上。
[0009]美國專利US5339737A描述了一種用于照射平板印刷板的激光設備。其提供有多個激光器，其中發射出的激光束被導向至寫入陣列的預定出口位置。每一激光束通過各自的透鏡組退出寫入陣列。

【發明內容】

[0010]本發明的目的在于提供一種標記儀器，包括多個激光器，并允許激光器的激光束的靈活調整。
[0011]該目的由具有權利要求1的特征的標記儀器所解決。
[0012]優選實施例在從屬權利要求及以下描述，尤其是結合附圖給出。
[0013]根據本發明，上述種類的標記儀器的特征在于提供了一組用于定向激光束至待標記物體的偏轉裝置，提供了包括在每一激光束中有至少一個伸縮裝置的一伸縮裝置組，且每一伸縮裝置可調整，用于單獨設置各自激光束的焦距。[0014]本發明的核心思想在于提供用于設定每一激光束收斂或發散程度，從而設定焦距的裝置。這一思想能分別被每一光束實現。有利的是，該思路也因此可以補償光束光路差，即單個激光束行進直至到達物體的光路的不同長度。這可能是由于物體的表面輪廓或標記儀器內不同的內部光路長度。物體可被放置在激光束的焦點上或與其呈一定距離，用于控制物體上激光束的光斑大小。
[0015]本發明的基本思想在于對應每個激光束，即對應每一激光器，提供有一個伸縮裝置，用于準直每一光束。
[0016]本發明的上下文中，每一發射激光束的激光器激發可被理解為任何控制光束是否照射到待標記物體上的過程。因此，該激發也可通過射束光閘實現。即，激光器維持激發，射束光閘控制激光器的激光束的通過或阻擋。
[0017]通常，激光器可以是任何種類的激光器。如果部署激光器的空間很挑剔，本發明是尤其有優勢的。即，如果激光功率強烈地取決于激光器的大小。如果激光器的尺寸阻止產生互相非常靠近的激光束的話，本發明另一優點變得顯而易見。本發明同樣允許激光束的重排從而使得激光束間的距離較小并因而達成標記分辨率較高。
[0018]這樣的激光器的實例可以是氣體激光器、化學激光器、光纖激光器、染料激光器和固態激光器。可能的話，也可以使用半導體激光器或金屬蒸氣激光器。如果使用氣體激光器，這些激光器可以是任何通常已知類型的，例如氦氖激光器、一氧化碳激光器，IS激光器，氮激光器或準分子激光器。優選地，氣體激光器為二氧化碳激光器。這些可以作為連續波(CW)或脈沖操作。
[0019]待標記的標志可理解為任何標記，舉例來說，一字符，一圖像或圖形的單個像素。該標志可由若干點或線組成。即，激光器可在短時間內被激發，用于在物體上生成點，或在設置的時間跨度內被激發來造成一定長度的線。
[0020]本發明的上下文中，待標記物體可以是任何具有可被激光器的光影響的表面的物品或商品。尤其是，舉例來說，物體可以是食品或飲料、水果或標簽的包裝。物體的材料可包括塑料、紙、金屬、陶瓷、紡織品、復合材料或有機組織。
[0021 ] 標記本身可以是物體表面的任何變化，舉例來說，顏色變化、雕刻或切割。
[0022]本發明一優選變換中，每一伸縮裝置包括至少兩個光學元件，尤其是至少兩個透鏡或曲面鏡，兩者間的距離可調整，用于設置焦距。因此、伸縮裝置可設計為使用透鏡的折射望遠鏡、使用反射鏡的反射望遠鏡、或是使用至少一個反射鏡和至少一個透鏡的折反射望遠鏡。望遠鏡的具體結構通常為已知的，因而不再更詳細地解釋。
[0023]優選地，伸縮裝置，還可被稱為光束整形裝置，可被控制單元線性調節，S卩，每一伸縮裝置的至少一個光學元件的位置在各自激光束的傳播方向上是變化的。
[0024]本發明的標記儀器的一個優選實施例的特征在于，對應每一激光束，一偏轉裝置組包括至少一個偏轉裝置，尤其是對應每一激光束，至少一個映射鏡或一個光波導，用于將激光束重排成所期望的激光束陣列，且每一偏轉裝置可在其偏轉方向單獨調整和/或單獨移動。這意味著每一光束被定向至各自的偏轉裝置。偏轉裝置可相互獨立調整，以便基本上可設定任何期望的配置。由激光器發射的光束形成了特定的設置，舉例來說，并行運行的光束的線性設置。允許線性設置的靈活映射至任何設置，這可被視為本發明的基本優點。尤其是，光束間的間距通過一偏轉裝置組可變化或減少。[0025]偏轉裝置可在標記設備的運行期間或運行前被設置在期望的位置。為了這個目的，每一偏轉裝置可被由控制單元控制的電動機替換。相對于棱鏡，一偏轉裝置組有助于造成了更少的失真，尤其是當反射鏡用作為偏轉裝置時。
[0026]在偏轉裝置為反射鏡的情況下，可通過單獨傾斜反射鏡實現該調整，即，改變偏轉方向或反射鏡的指向方向。額外地或可選地，反射鏡可以是可移位的，即可移置的。由于激光束可通過反射鏡重新設置，后者也可稱為映射鏡。
[0027]上述“激光束的期望陣列”可以是合適于各自應用的激光束的任何設置。期望陣列可與激光束的初始設置不同，即在照射在一偏轉裝置組前的設置。尤其是，期望陣列可以是相對于初始設置旋轉的線性設置。
[0028]根據本發明的一優選實施例，偏轉設備可調整，以便減少了激光束間的光束間隔。由于激光器的大尺寸產生的大光束間隔的缺點會隨之減輕。另外，可取得高標記分辨率。用于減少光束間隔的設備，在該設備內所有激光束都被定向至例如合適的棱鏡的普通光學兀件上，與該設備對比，本發明儀器的偏轉裝置導致光束更少的失真。
[0029]減少的光束間隔也導致激光束更加集中地照射在普通光學元件。這是至關重要的，因為近軸光線和邊緣光線間發生球面像差和類似現象，近軸光線即激光束照射在透鏡或反射鏡的中心，邊緣光線即激光束照射遠離透鏡或反射鏡中心處。有利的是，減少光束間隔進而有利于減少球面像差。
[0030]本發明的另一優選實施例的特征在于，一偏轉裝置組包括第一和第二映射鏡組，對應每一激光束，每一映射鏡組包括至少一個映射鏡，且第一映射鏡組定向激光束至第二映射鏡組。因此每一光束經由至少兩塊映射鏡被單獨定向。這尤其允許激光束的靈活重新設置。
[0031]本發明儀器的一優選實施例的特征在于，每一伸縮裝置包括一反射鏡，其為一偏轉裝置組的映射鏡之一，且每一伸縮裝置進一步包括一光學元件，尤其是透鏡或曲面鏡，其相對于映射鏡可移位。因而用于本儀器的光學元件的總數量可以減少。伸縮裝置的光學元件可被設置在偏轉裝置的映射鏡間、映射鏡前或后。
[0032]通常，手動調整偏轉裝置是可能的，尤其是可移位的。然而，優選地，控制單元適用于，尤其適用于經由萬向架移動偏轉裝置和/或調整偏轉裝置的偏轉方向。對于應用的廣闊領域，每一偏轉裝置可通過控制單元單獨調整。在可比的成本效益的實施中，每一激光束的至少一個偏轉裝置由控制單元調整。有利地，萬向架可允許已安裝的偏轉裝置的旋轉在至少兩個旋轉自由度或甚至所有方向上。
[0033]控制單元對偏轉裝置的調整允許了可變的代碼定位。這意味著，儀器發出的激光束的方向可被改變以變化物體上的激光束產生的代碼的位置。額外地，代碼的高度可以改變。
[0034]另外，靜態標記是可能的。在此，物體在標記操作間相對于標記儀器移動并非必要的。偏轉裝置被操作來造成激光束的掃描位移，從而所有待打印的標志被連續生成在靜止物體上。本實施例尤其優選地用于打印需要高打印分辨率的2D圖像。
[0035]優選地，控制單元可進一步地適用于提供多擊選擇。如果激光束是脈沖的，這就意味著多個脈沖被定向至物體的公共點上。這可通過使用物體和儀器間的相對位移和適當定時激光器的發射來完成。可選地，激光束的偏轉裝置的調整可被改變，從而一個激光器的連續脈沖被定向至公共點上。有利地，灰度級打印成為可能。
[0036]控制單元可進一步適用于提供高功率選擇。一束或多束激光束的偏轉裝置的調整可被改變，從而一束或多束激光的輸出被定向至公共點上。這樣一來，需要高于單一激光可提供的功率的材料也可被標記。換句話說，控制單元可適用于定向至少兩束激光的激光束至公共點上。對于尤其高的光束功率，偏轉裝置可被調整來整合高達激光束總數量的任何數量。
[0037]控制單元可進一步用于適用于自動調整偏轉裝置以適應物體的位置變化，舉例來說，來補償物體的震動。位置的變化可通過傳感器確定，傳感器可以是超聲或光學裝置或一個接近開關。
[0038]根據本發明的另一優選實施例，控制單元適用于控制伸縮裝置來補償激光束間的光路長度差，尤其是由于偏轉裝置的設置的光路差。取決于偏轉裝置的位置，激光束的光束光路可具有不同長度，導致物體上激光束的不同光斑大小。具有伸縮裝置后，平場校正是可能的，其中從儀器的一端測量每一激光束具有相同的焦距。為激光束設置任何期望焦平面是可能的。
[0039]當光路長度由于偏轉裝置的調整而變化時，控制單元可適用于實時調整伸縮裝置。額外地或可選地，控制單元可根據任何關于光路長度變化的信息，例如震動或物體的任何其他位移，亦或是具有掃描設備的激光束的重定向。
[0040]本發明儀器的一優選實施例的特征在于，提供至少一個掃描鏡設備，其包括一普通反射鏡，所有從一偏轉裝置組發來的激光束照射于其上，及控制單元，適用于樞轉掃描鏡設備，尤其是通過振鏡。
[0041]掃描設備或掃描鏡設備可理解為任何造成激光束依次穿過若干空間位置的器械。
[0042]在簡單的情況下，這種設備可包括旋轉鏡，其繞著垂直于入射光平面的軸旋轉。旋轉鏡可包括鏡筒，即繞著單一軸共同旋轉的多邊形或反射鏡。
[0043]包括有與反射鏡連接的振鏡的設備通常可被稱為振鏡掃描器。振鏡掃描器可轉換輸入電信號成振鏡掃描器的反射鏡的角位置，舉例來說，采用動圈或固體鐵轉子。有利地，任何反射光束被定向的位置可獨立于光束的先前位置尋址。優選地，提供有至少兩個振鏡掃描器。當振鏡掃描器被設置時，從而每一激光束從第一振鏡掃描器定向至第二振鏡掃描器，有利地，任何二維掃描位移是可能的。
[0044]掃描鏡設備的任務也可被聲-光設備實行。在這情況下，聲波被耦合至聲-光材料。聲波的頻率管理激光束通過聲-光材料行進的偏轉角度。通過快速改變聲波的頻率，可取得激光束的快速掃描運動。
[0045]另一優選實施例中，當物體相對于標記儀器移動時，為了標記物體，控制單元根據物體位移的信息適用于調整偏轉裝置和/或至少一個掃描鏡設備。物體因此可被追趕或追蹤。在儀器和傳動單元間加快或減緩相對運動速度來移動物體是可能的。有利地，標記過程的速度因此可被提高。
[0046]根據本發明另一優選實施例，第一和第二映射鏡組每一個都被設置為線性陣列，且每一映射鏡都可傾斜。在該實施例中，一映射鏡組中的映射鏡間的間距可以是固定的，這允許使用在線性設置中持有映射鏡的普通安裝裝置，同時反射鏡的傾斜也是可能的。第二映射鏡組可傾斜出由照射在第一映射鏡組的激光束形成的平面。可提供用于調整映射鏡的至少一個線性陣列的位置的定位裝置。尤其是，定位裝置可替代普通安裝裝置。
[0047]本發明儀器的另一優選實施例的特征在于，控制單元適用于控制偏轉裝置來設置由偏轉裝置發出的激光束收斂或發散的程度，尤其是從第二偏轉裝置組發出的。換句話說，在被偏轉裝置重定向后，激光束不再互相并行運行而是具有來自標記儀器，或尤其是一偏轉裝置組的距離獨立的光束間隔。偏轉裝置可被調整從而可在離儀器給定距離上造成激光束間的期望間距。由激光束產生的字符的高度及打印分辨率，即相鄰激光束在物體上造成的標記間的距離，由激光束的分離所管理，并因此也可通過調整收斂程度變化。為此，偏轉裝置的快速傾斜就足夠了，且沒有必要變化偏轉裝置間的距離，這會更加耗時。
[0048]激光器可被設置成使得激光束平行退出激光器，且形成一線性設置。然而，根據應用，它可被期望為變化激光束線性設置的定向。為此，控制單元可適用于調整偏轉裝置，從而照射在偏轉裝置上的激光束的線性設置可被旋轉，舉例來說，關于平行于照射激光束的行進方向的軸旋轉90°。水平設置可因此被旋轉至垂直設置或反之亦然。這尤其有利的是，因為通常標志或字符不是在水平方向就是在垂直方向上打印在產品上。因而，控制單元至少可在這兩個重要情況間切換。為了旋轉激光束的線性設置，一偏轉裝置組可包括與至少一個或兩個掃描鏡設備共同使用的第一映射鏡組。
[0049]根據本發明另一優選實施例，具有至少兩個透鏡的伸縮設備被提供用于激光束的焦距的全局調整。全局調整可理解為激光器的所有激光束通過伸縮設備運行，且以相同的方式受到影響。控制單元可適用于根據物體的距離設置伸縮設備，尤其是激光束的焦距對應至物體的距離。有利地，當物體靠近或遠離儀器移動時，產生在物體上的標記點的大小可保持恒定。至物體的距離信息可通過移動物體的傳送帶和/或通過使用現有已知的距離測量裝置被提供給控制單元。優選地，因為任何兩激光束間的最大光束間隔可通過偏轉裝置減少，伸縮設備被設置在偏轉裝置后。因此，伸縮設備的光學元件可構造的更小。
[0050]根據本發明另一實施例，控制單元適用于單獨延遲每一激光器的激活，從而在物體相對于標記儀器以物體移動方向移動的情況下，至少兩個激光束在物體的運動方向上照射在物體的相同位置上。激光器的激活的時機可使所有激光束在物體的運動方向上照射在物體的同一位置上。
[0051]另外，不論產生的激光束和物體的移動方向間的定向，不同的激光束可造成標記點呈一垂直于物體移動方向的線。線的長度取決于反射出的激光束和物體的移動方向間的定向。
[0052]優選地，激光器被堆疊從而由激光器發射的激光束形成激光束陣列，尤其是具有平行激光束的線性陣列。每一激光器可以是包括至少部分包圍內部區域的諧振管的氣體激光器，即諧振管形成一閉環或開環。發射出的激光束通過光束傳輸裝置被定向至內部區域，光束傳輸裝置優選為反射鏡組。光束傳輸裝置由氣體激光器的輸出I禹合反射鏡形成通常也是可能的。在這個情況下每一氣體激光器的諧振管尾部可指向內部區域方向。一偏轉裝置組隨后可設置在內部區域里。
[0053]通過那些被設置在封閉環或開放環相對邊的諧振管在彼此的最大距離，有利的是，使諧振管的冷卻變得容易，而與此同時，儀器的整體尺寸并未增加，因為光學元件是采用節省空間的方式容納在內部區域里。
[0054]在每一氣體激光器包括至少部分包圍內部區域的諧振管和提供有用于定向由氣體激光器發射的激光束至內部區域的光束傳輸裝置的情況下，尤其優選的是光束傳輸裝置為伸縮裝置的一部分。對應每一激光束，光束傳輸裝置可包括一反射鏡，反射鏡可形成每一伸縮裝置的第一光學兀件。
[0055]可選地，用于耦合出激光束的氣體激光器的輸出耦合器可以是伸縮裝置的一部分，輸出耦合器可以是部分反射鏡，其中每一反射鏡的外表面，即背向激光器氣體的表面，通常可具有任何形狀。因此，優選的是，該形狀使得每一輸出耦合器表現的像通常已知的望遠鏡的第一透鏡一樣。
[0056]本發明一優選的變體涉及損壞像素的情況，這意味著激光器有缺陷且無法發射激光束。為了取代損壞激光器的激光束，控制單元可適用于調整偏轉裝置和伸縮裝置，以便運行的激光器的激光束被偏轉至損壞激光束的方向上。伸縮設備因此被控制來為損壞激光束和用于取代前者的激光束間的路徑長度作調整。
[0057]多項傳遞選擇中，取代的激光束被依次定向至其常規方向及損壞激光束的方向。額外地或可選地，在像素損壞的情況下可執行降低的分辨率打印。為此，在激光器損壞的情況下，控制單元可適用于減少待標記的標志的分辨率，來激活運行的激光器來根據下降的分辨率標志發射激光束，并根據下降的分辨率標志設置偏轉裝置和伸縮裝置。
[0058]本發明另一優選實施例的特征在于，每一偏轉裝置包括或由光波導組成。光波導可以是任何靈活的引導由激光器發射的光線的波導，該光線具有波長，尤其是波長約為10 μ m的紅外光。光波導的例子可以是光纖或具有反射內表面的中空管。
[0059]每一光波導可配有用于將照射激光束以適當的角度定向至光波導的核心的輸入耦合光學器件。光波導也可配備包括尤其有至少兩個用于收集從光波導脫離的激光輻射的透鏡的輸出I禹合光學器件。輸出I禹合光學器件可決定激光束大小、焦距和焦深。尤其是，輸出耦合光學器件可形成為伸縮裝置。
[0060]優選地，光波導具有相同的長度。這導致造成在物體上的標記的點大小和質量更加恒定。
[0061]本發明進一步涉及一種標記系統，包括上述標記儀器，還進一步包括樞轉裝置，用于將標記儀器相對于物體移動方向傾斜。
[0062]正如隨后將說明的，通過傾斜標記儀器，改變打印分辨率，即在物體上垂直于物體移動方向的方向上的標記點間的距離是可能的。這由在垂直于物體移動方向的方向上的光束間隔支配。物體移動方向上的光束間隔不會損害打印分辨率，因為激光器的激發可被延遲直至物體移動的大小等于物體移動方向上的光束間隔的大小。
[0063]而后通過傾斜標記儀器從而設置激光束，在垂直于物體移動方向的方向上變化光束間隔是可能的。優選地，根據期望的打印分辨率，控制單元適用于傾斜具有樞轉裝置的標記儀器。
[0064]在激光束的線性設置的情況下，激光束的線性設置和物體移動方向間的傾斜角支配著在垂直于物體移動方向的方向上的標記點間的距離。如果激光束的線性設置垂直于物體移動方向，標記點間的距離是最大的。為了設定更小的距離，可減小傾斜角。與適當測定激光器的發光時機一起，可設定傾斜角使得標記點形成連續的線或是分開的標記點。重疊的標記點可被產生，以造成標記點的不同強度，舉例來說，用于灰度級打印。另外，如果發光即激光器的激發之間對應的延遲是選定的，傾斜角可以是零，致使標記點的完整重疊。[0065]本發明更好的理解和本發明的各種其他特征和優點將通過下文結合附圖的描述變得顯而易見，其僅以示例的方式示出，但并不限定于此，其中相同的附圖標記指代基本相同的組件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0066]圖1示出了本發明標記儀器的第一實施例的示意圖；
[0067]圖2A至圖2C示出了一伸縮裝置組和一偏轉裝置組的第一配置的不同視圖；
[0068]圖3A至圖3C示出了一伸縮裝置組和一偏轉裝置組的第二配置的不同視圖；
[0069]圖4A及圖4B示出了一伸縮裝置組和一偏轉裝置組的第三配置的不同視圖；
[0070]圖5示出了一伸縮裝置組和一偏轉裝置組的另一配置；
[0071]圖6示出了伸縮裝置組及用于重新設置激光束至二維陣列的一偏轉裝置組的映射鏡的配置；
[0072]圖7示出了根據本發明的標記系統及相對于標記系統移動的待標記物體；及
[0073]圖8A至圖8D概略示出了相對于物體移動方向退出本發明標記儀器的激光束的設置，及由激光束產生的標記。
【具體實施方式】
[0074]圖1概略示出了根據本發明的標記儀器100的第一實施例。標記儀器100包括多個激光器10，在描繪的實例中為氣體激光器10。其他激光器技術也可替換使用。每一氣體激光器10可被激活來發射用于在物體上產生標記(未示出)的激光束。為了形成和定向激光束，儀器100進一步包括光學裝置30、40、45、50。
[0075]示出的實例中，多個氣體激光器10由九個氣體激光器IOa-1Oi組成。通常大量的激光器10是需要的，舉例來說，至少四個或六個激光器。每一氣體激光器10包括互相流體連接的諧振管12。這意味著，氣體激光器的諧振管12形成了共同的諧振器三維空間。不同激光器10的諧振管12流體連接也是可能的。
[0076]在描繪的實施例中，氣體激光器是二氧化碳激光器，相應地該激光氣體包括其他氣體，二氧化碳、氮氣和氦氣。
[0077]諧振管12設置為環形形狀，圍繞內部區域或其間的自由中央空間5。該環形由用于連接屬于同一激光器的相鄰諧振管12的連接元件16形成。連接元件16被設置在堆疊的激光器的拐角處，并包覆用于反射激光從相鄰諧振管12之一至另一諧振管的反射鏡。自然地，所有的反射鏡會依據所使用的激光器氣體而選擇。這個情況下，反射鏡包括在二氧化碳激光器的波長區間反射的材料，即中紅外輻射，主要為10.6μπι內的反射材料。舉例來說，可設提供銅鏡和/或具有用于提高反射率和/或防止在空氣中變色的涂層的基板。
[0078]在描繪的實施例中，諧振管12形成了矩形形狀的密封環。通常來說，可選擇至少部分閉合內部空間5的任何其他形狀，例如三角形、正方形或U型。
[0079]每一氣體激光器IOa-1Oi的諧振管12構成一密封三維空間。激光器的本體可被互相分離或內部連接以形成共同的密封三維空間。密封的激光器內，通常期望激光氣體成分在一個長時段內保持恒定。為此,氣體總三維空間通過額外的氣藏19增加。氣藏內的氣體不會被激發產生激光。相比之下，氣藏19與一個或多個諧振管12的氣體本體連接。[0080]標記儀器100進一步地包括在每一諧振管12上的激發裝置(未示出)以及附在諧振管12上的冷卻塊(未示出)。諧振管12的立方設置的每一側可以有一塊冷卻塊。因而，每一冷卻塊不僅僅冷卻單個諧振管而是不同激光器IOa-1Oi的多個諧振管12。冷卻塊可具有多個通道，其內可循環有冷卻液。
[0081]每一激光器10的諧振管12以單獨、分開的扁平設置。激光器10基本等同并以平行的方式堆疊在彼此之上。激光器10通過合適的連接裝置例如螺栓、螺絲或類似物品互相連接。
[0082]激光器10的矩形形狀可在一拐角處打開。在描繪的實施例中為左上角，在其上設有一集成的輸出法蘭17。在這個拐角上，激光體終止于背光鏡18，用于將激光反射回諧振管12內。背光鏡18可與由集成輸出法蘭17支撐的一端管12連接，或是背光鏡18可附著在集成輸出法蘭17上。
[0083]位于同一拐角的激光體的另一端終止于輸出耦合器13。輸出耦合器13耦合出激光束，又可與端管12 —端或集成輸出法蘭17連接。輸出I禹合器13可以是部分反射鏡13,也可被稱為部分反射輸出耦合器。發射的激光束而后通過光束傳輸裝置14被定向至內部區域5。在示出的實施例中，光束傳輸裝置14包括至少一個設置在集成輸出法蘭17上的反射鏡14。從光束傳輸裝置14發射的激光束通過集成輸出法蘭17內的孔進入到內部區域
5。通常，為所有激光器10提供共同的集成輸出法蘭17是可能的。然而，在描繪的實施例中，每一激光器10具有一個集成輸出法蘭17，且每一集成輸出法蘭表現為一個光束傳輸裝置14和一個各自的激光束可穿過的孔。
[0084]內部區域5內，提供有用于整形和偏轉激光束的光學裝置30、40、45、50。該設置有助于導致相對低的空間需求。同時，一個激光器的相對的諧振管12被內部區域5隔開，促使了諧振管12的冷卻。
[0085]從光束傳輸裝置14，在這種情況下從反射鏡14發來的激光束，照射在一伸縮裝置組上，或光束整形裝置40上，用于重新聚焦激光束。一伸縮裝置組40包括一激光束一透鏡40a-40i。另外，每一伸縮裝置40包括另一光學元件，在本描繪的情況中，由反射鏡14構成。其他未描繪的光學元件可代替使用。通過伸縮裝置40，激光束的焦點可互相單獨設定。相比于僅具有一個用于調整激光束焦點的光學元件的光束整形裝置，伸縮裝置使這種調整變得容易，因為僅需要伸縮裝置的光學元件的更小的位移。
[0086]激光束而后照射在一偏轉裝置組30上。在示出的實例中，激光束先行進通過光束整形裝置40。然而，這個順序可被改變或兩個組的單個元件可交替，即光束整形裝置40的一個元件可設置在偏轉裝置30的兩個元件間。
[0087]通常光束傳輸裝置14形成偏轉裝置30的一部分也是可能的。在這個情況下，光束傳輸裝置14可組成第一映射鏡組。需要的光學元件的數量也有助于減少。
[0088]在描繪的實施例中，對應每一激光束，一偏轉裝置組30包括一偏轉裝置33a_33i。這些偏轉裝置33a-33i也可稱為第一映射裝置33組。通常，偏轉裝置可以是任何改變激光束傳播方向的裝置。在示出的實例中，偏轉裝置為反射鏡。該組的反射鏡可彼此獨立放置。于是，照射在偏轉裝置30上的激光束的設置可通過調整單獨反射鏡33a-33i改變。而后者因此可稱為映射鏡33a-33i。
[0089]映射鏡33a_33i為傾斜的且可移位的，即為平移地移動。為了傾斜反射鏡，每一映射鏡33a-33i為萬向支架安裝的。一控制單元(未示出)可適用于通過萬向節設置每一映射鏡33a-33i的期望位置。
[0090]離開偏轉裝置30后，激光束照射在若干個共同的光學元件上，即，所有的激光束照射在光學元件上。光學元件可包括伸縮設備45，用于激光束的焦點的全局調整。與上述一伸縮裝置組40相對，伸縮設備45同等影響所有激光束。
[0091]光束路徑內的光學元件可進一步包括用于改變或均化光束的強度分布的裝置、用于改變光束的偏振尤其是用于在光束的整個截面上取得共同偏振或用于消偏光束的裝置。
[0092]最后，激光束通過掃描鏡設備50從儀器100被定向出。該設備50可包括兩個振鏡掃描儀50，各自具有一可旋轉的共同反射鏡50a，所有激光束照射在共同反射鏡50a上。通過這兩個振鏡掃描儀50，可以容易地設置激光束行進的任何方向。
[0093]圖2A至圖2C示出了不同視角的一偏轉裝置組30和一伸縮裝置組40的第一示例性設置。
[0094]為了光束整形和準直激光束90a_90i，一伸縮裝置組40包括多個伸縮裝置40a-40i,這些伸縮裝置可等同地建立。每一伸縮裝置40a-40i可具有至少兩個透鏡41和透鏡42，這兩個透鏡可在激光束90a-90i的傳播方向上偏移，用于調整各自的激光束90a_90i的焦點及待標記物體上的點大小。由于每一激光束90a-90i具有一伸縮裝置40a-40i，光束也可為光路長度差作調整。
[0095]穿過伸縮裝置40a_40i后，激光束90a_90i照射在一偏轉裝置組30上，一偏轉裝置組30包括第一和第二映射鏡組33、34。也就是說，每一光束90a-90i從第一映射鏡33a-33i被定向至第二映射鏡34a-34i。第一映射鏡組33的映射鏡和第二映射鏡組34的映射鏡各自被設置在線性陣列35、36內。
[0096]示出的實例中，激光束90a_90i可以通過一偏轉裝置組30映射，從而旋轉激光束的線性設置，舉例來說，旋轉90°。這個配置因而也可被稱為水平至豎直像素映射器。第一和第二映射鏡組33、34設置在一平面上并互相垂直。
[0097]映射鏡33、34可隨萬向架調整，以便出射激光90a_90i在期望方向上平行運行。
[0098]在物體上打印標志的激光束90a_90i的掃描運動可以通過第二映射鏡組34來實施。可選地，第二映射鏡組34可以導向激光束90a_90i至掃描鏡設備。
[0099]圖3A至圖3C示出一伸縮裝置組40和一偏轉裝置組30另一配置的不同示意圖。
[0100]這種配置不同于前一第一和第二映射鏡組33、34的配置。在本情況中，映射鏡組33、34形成線性陣列，其與之前的配置不同，不在同一平面上。相比之下，兩個線性陣列呈同一角度，本情況中為45°，來減少激光束90a-90i間的空間。與此同時，將激光束90a_90i的線性設置旋轉90°。
[0101]本實施例中，每一伸縮裝置包括一透鏡和反射鏡，也可用作偏轉裝置33a-33i。如果反射鏡33a-33i移動以變化各自激光束90a-90i的行進方向，伸縮裝置的透鏡可相應移動，從而激光束90a-90i的焦點維持不變。
[0102]圖4A和圖4B示出了伸縮裝置和映射鏡33、34的另一有利配置。正如之前的情況，描繪在圖4A和圖4B的配置顯示出第一和第二映射鏡組33、34的映射鏡，每一映射鏡設定在線性陣列35、36內。然而，在該實施例中，第二映射鏡組34的映射鏡傾斜，以便反射激光束90a-90i的收斂，即取決于距儀器所期望的距離處的期望間隔的光束間隔進一步減少，用于改變產生的標記的分辨率和尺寸。
[0103]優選地，第二映射鏡組34的映射鏡通過控制單元的萬向架傾斜。第一映射鏡組33的映射鏡亦可固定，從而在打印操作中這些反射鏡的位移是不可能的，或反射鏡也可是用萬向架固定的。
[0104]圖2A至4B示出的實施例中，激光束90a_90i的掃描動作可通過傾斜第二映射鏡組34的映射鏡34a-34i來操作。例如具有用于反射所有激光束90a_90i的共同反射鏡的振鏡掃描器的掃描設備在本情況中未展示出。然而，提供這種掃描設備仍然是有用的。
[0105]為了將偏轉裝置設定至圖2A至圖2C、圖3A至圖3C、4A和4B的任何配置中，優選地提供有一控制單元。
[0106]圖5概略示出了映射鏡33a_33i的另一設置。在這里，一偏轉裝置組30由一映射鏡組33組成。穿過伸縮裝置40a-40i的激光束90a_90i的線性陣列被從映射鏡33a_33i反射，從而減少激光束90a-90i間的激光距離。任何兩相鄰反射激光束90a-90i間的激光距離可相等。在示出的實例中，激光束90a-90i的線未旋轉出由映射鏡33a-33i和伸縮裝置40a-40i形成的平面外。傾斜映射鏡33a-33i，從而從所述平面跑出的反射激光束90a_90i會導致激光束距離或間隔的變化。因此，本實施例中激光束90a-90i的掃描動作未通過一偏轉裝置組30操作。而如圖1所示設有至少一個掃描設備。
[0107]減少光束間隔允許待優化氣體激光器的堆疊的設計，用于在不損害打印的分辨率或字符大小下熱冷卻和射頻激發的優化，即可補償氣體激光器的較大的間隔。
[0108]圖6描繪用于重排激光束90a_90i至二維陣列激光束的映射鏡的配置，舉例來說，為三乘三的正方形。再次，一偏轉裝置組30包括第一和第二映射鏡組33、34。在示出的實例中，伸縮裝置40a-40i被設置在第一和第二映射鏡組33、34間。然而，伸縮裝置40a_40i可被替代設置在第一映射鏡組33前或第二映射鏡組34后。
[0109]圖6還不出了光束傳輸裝置,重定向從激光器發來的光束90a_90i至第一映射鏡組33。光束傳輸裝置由反射鏡14a-14i組形成，即對應一個激光束，一個光束傳輸裝置。其他實施例中，這個映射鏡組可被長反射鏡代替。
[0110]第二映射鏡組的映射鏡34a-34i設置在二維陣列中，從而反射的激光束90a_90i映射在二維陣列中。有利地，激光束90a、90i間彼此最遙遠的距離大大地減少,特別是與激光束的任何線性設置相比。該光束更加緊密地擠壓，并因此穿過光學元件，例如聚焦光學器件45，的中心部分。由于光學像差主要在光學元件的外部部分發生，二維設置具有提高聚焦、激光束的光束質量的好處。特別是外部大部分的激光束相比于激光束的線性設置承擔更少的失真。另外，光學元件的大小可被減少，導致總體成本更低。
[0111]圖7概略地示出了標記系統120和待標記物體I。
[0112]物體I在物體移動方向2上移動，并描繪在三個不同的位置中，即在三個不同的時間點。標記系統120包括標記儀器100和用于傾斜標記儀器100的樞轉裝置110。
[0113]標記儀器100可包括任何上述的組件，舉例來說，由兩映射鏡組構成的偏轉裝置，被各自設置在線性陣列中。如圖7所示，也可提供控制單元20及定位裝置60。后者用作定位映射鏡的線性陣列。單獨映射鏡可被固定在各自的陣列中，從而他們不可移位但可傾斜，舉例來說，通過萬向架傾斜。
[0114]標記儀器100發射多個激光束，如圖7所示其中三束90a、90b、90c。由于物體I移動，激光束90a、90b、90c對應重定向。
[0115]取決于物體I的形狀和位置，儀器100和物體I間的距離可如附圖標記d所示大小改變。另外，在同一時間點上，每一激光束90a、90b、90c的距離可以是不同的。但是，物體I上的激光束90a、90b、90c是相同的。為此，提供上述的光束整形裝置并由控制單元20調整。
[0116]接下來，樞轉裝置110的功能和好處可參考圖8A至8D解釋，每一附圖概略地示出了由儀器100相對于物體移動方向2發射的激光束90a-90i的設置。
[0117]圖8A中，激光束90a_90i的線性設置平行于物體移動方向。通過單獨延遲氣體激光器的發射，激光束90a-90i的至少兩束照射在物體I的同一點80上。該延遲可被設定等于激光束90a-90i間的間隔除以物體的速度或物體在激光束的線性陣列的方向上的物體速度。
[0118]圖8B至8D內，激光束90a_90i的線性設置與物體的行進方向成角度傾斜，傾斜角為a。這個傾斜角α可由樞轉裝置110設定。與發射的延遲一同，該傾斜導致由點81-89形成的線的打印。如圖8Β所示，點81-89可重疊，或如圖SC和8D所示，可以是分離的。因此產生的線的長度由激光束90a_90i與物體移動方向2間的傾斜角α決定。每一點81_89的大小及線的寬度可通過線束整形裝置控制。
[0119]所述標記儀器有助于允許通過一伸縮裝置組單獨整形每一激光束。另外，光束間隔及多個激光束的設置可通過一偏轉裝置組變化。通過設置光學元件使空間需求最小，尤其是伸縮裝置和偏轉裝置內氣體激光器圍繞的區域。
【權利要求】
1.使用激光標記物體(1)的標記儀器，包括 -多個激光器(10),尤其是氣體激光器(10), -一控制單兀(20),根據待標記標志，用于單獨激發每一激光器來發射一激光束(90a-90i), -一伸縮設置(45)，所有激光束(90a-90i )照射在其上，用于對激光束(90a_90i )焦距的全局調整，及 -一偏轉裝置組(30)，定向激光束(90a-90i)至待標記物體(I )， 其特征在于: 對應每一激光束(90a-90i)，該偏轉裝置組(30)包括至少一個偏轉裝置(33a_33i，34a-34i)，用于將激光束(90a-90i)靈活重新設置激光束(90a-90i)的任何期望陣列，且每一偏轉裝置(33a-33i，34a-34i )可在其偏轉方向單獨調整和/或單獨移置， 該標記儀器進一步包括 -一伸縮裝置組(40)，對應每一激光束(90a-90i )，包括至少一個伸縮裝置(40a-40i )，每一伸縮裝置(40a-40i )可調整，用于單獨設定各自的激光束(90a-90i )的焦距，及由于偏轉裝置(33a-33i，34a-34i)的設置，該控制單元(20)適用于控制伸縮裝置(40a-40i)來補償激光束(90a-90i)間的光路長度的差異。
2.如權利要求1 所述的標記儀器，其特征在于 每一伸縮裝置(40a-40i )包括至少兩個光學元件(41，42)，尤其是至少兩個透鏡或曲面鏡，兩者間的距離可調整，用于設定焦距。
3.如權利要求1或2所述的標記儀器，其特征在于 每一偏轉裝置(33a-33i，34a-34i)為映射鏡(33a_33i，34a_34i )或光波導之一。
4.如權利要求1至3任一項所述的標記儀器，其特征在于 每一伸縮裝置(40a-40i)包括反射鏡，其為映射鏡(33a-33i，34a-34i)之一，且每一伸縮裝置(40a-40i )包括光學元件，尤其是透鏡或曲面鏡，相對于映射鏡(33a-33i，34a_34i )可移位。
5.如權利要求1至4任一項所述的標記儀器，其特征在于 每一激光器(IOa-1Oi)為氣體激光器(IOa-1Oi)且包括至少部分圍繞一內部區域(5)的諧振管(12), 提供光束傳輸裝置(14)，用于定向由激光器(IOa-1Oi)發射至內部區域(5)的激光束(90a-90i)，且 光束傳輸裝置(14)為伸縮裝置(40a-40i)的一部分。
6.如權利要求1至5任一項所述的標記儀器，其特征在于 每一激光器(IOa-1Oi )包括輸出I禹合器(13),用于稱合輸出激光束(90a_90i),且 激光器(IOa-1Oi)的輸出稱合器(13)為伸縮裝置(40a_40i )的一部分。
7.如權利要求6所述的標記儀器，其特征在于 為了取代損壞激光器(IOa-1Oi)的激光束(90a-90i)，控制單元(20)適用于調整偏轉裝置(30)和伸縮裝置(40)，從而運行中的激光器(IOa-1Oi)的激光束(90a_90i)偏轉至損壞激光束(90a-90i)的方向。
8.如權利要求1至7任一項所述的標記儀器，其特征在于控制單元(20)適用于 -在激光器(IOa-1Oi)損壞的情況下，減少待標記標志的分辨率， -根據減少分辨率的信號，激發運行中的激光器(IOa-1Oi )來發射激光束(90a-90i )，及 -根據減少分辨率的信號，設定偏轉裝置(30 )和伸縮裝置(40 )。
9.如權利要求1至8任一項所述的標記儀器，其特征在于 調整偏轉裝置(33a-33i，34a-34i)，從而減少激光束(90a_90i )間的光束間隔。
10.如權利要求1至9任一項所述的標記儀器，其特征在于 該偏轉裝置組(30)包括第一和第二映射鏡組(33，34)， 對應每一光束(90a-90i)，每一映射鏡組(33，34)包括至少一個映射鏡(33a-33i, 34a_34i)，且 第一映射鏡組(33)定向激光束(90a-90i)至第二映射鏡組(34)。
11.如權利要求10所述的標記儀器，其特征在于 第一和第二映射鏡組(33，34)都設置在線性陣列(35，36)內；且 每一映射鏡(33a-33i，34a-34i )為傾斜的。
12.如權利要求1至11任一項所述的標記儀器，其特征在于` 控制單元(20)適用于控制偏轉裝置(33a-33i，34a_34i )來設定從偏轉裝置(33a_33i，34a-34i)發射出的激光束(90a-90i)的收斂和發散的程度。
13.如權利要求1至12任一項所述的標記儀器，其特征在于 每一偏轉裝置包括一光波導且光波導具有相同的長度。
14.如權利要求1至13任一項所述的標記儀器，其特征在于 控制單元(20 )進一步適用于調整該偏轉裝置組(30 )，從而至少兩個激光器(10 )的激光束被定向至一共同點。
15.標記系統包括 如權利要求1至14任一項所述的標記儀器(100)，及 樞轉裝置(110 )，用于相對于待標記物體(1)的物體運動方向(2 )傾斜標記儀器(100 )。
【文檔編號】B23K26/36GK103781584SQ201280042908
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年7月19日 優先權日:2011年9月5日
【發明者】凱文·L·安布魯斯特, 布拉德·D·吉爾馬丁, 彼得·J·屈克達爾, 伯納德·J·理查德, 丹尼爾·J·瑞安 申請人:奧迪克激光應用技術股份有限公司