具有復數個激光器和可單獨調節的偏轉裝置組的標記儀器的制造方法

具有復數個激光器和可單獨調節的偏轉裝置組的標記儀器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種標記儀器，其用于通過激光標記一物體，標記儀器包括了復數個激光器和一用于單獨激活每一個激光器根據待標記的符號發射一激光束（90）的控制單元。提供有一偏轉裝置組（30）用于重新排列激光束（90）成一需要的激光束（90）陣列，偏轉裝置組（30）對應每個激光束（90）包括至少兩個偏轉裝置（33a-i，34a-i），特別是至少兩個映射鏡（33a-i，34a-i）或者至少一個光波導，和對應每個激光束（90a-i）一個透鏡，以及每個偏轉裝置（33a-i，34a-i）在其偏轉方向單獨可調節和/或單獨可移置。
【專利說明】具有復數個激光器和可單獨調節的偏轉裝置組的標記儀器
【技術領域】
[0001]根據權利要求1前文所述，本發明涉及一用于通過激光光線標記物體的標記儀器。
【背景技術】
[0002]通常，已知的標記設備使用一單一的激光器，例如，CO2激光器。這樣一激光器發射一激光束，該激光束被傳輸到待標記的物體上。該物體在一傳送帶上相對該標記儀器移動。典型的，根據一待標記的符號，一掃描設備被提供，用于定向該激光束到該物體。因為普遍需要物體的高通量，物體在相對于標記儀器的傳送帶上的速度要高。然而，該速度不能被任意增加，因為當物體通過時，掃描設備需要足夠的時間來在物體上書寫標記。因此，這樣的標記設備的速度被掃描設備的速度限制了。
[0003]通量可以通過包括了復數個激光器的普通的標記儀器被增加，激光器，例如可為氣體激光器，和一用于根據一待標記的符號，單獨激活每個激光器來來發射一激光束的控制單元。這樣的標記儀器被在美國專利US5，229，573以及美國專利US5，229，574中被描述出。
[0004]為了達到越來越大的標記速度，就需要具有更多數量激光束的標記儀器。然而，激光器的數量至今很大程度上受限，因為各個的激光器的尺寸導致儀器的尺寸過大并同樣妨礙將激光束傳遞至待標記的物體。
[0005]英國專利GB2304641A描述出了一用于通過激光束標記物品的系統。復數個光束被定向到一弓形反射鏡來被重新排列成一垂直線。
[0006]美國專利US4，652，722涉及于一用于刻寫字符到移動物品上的儀器。該儀器包括一定數量的激光器，該激光器發射的光束被定向到一個最初對齊的反射鏡組。
[0007]美國專利US6，421，159B1涉及于一具有復數個激光器的激光標記儀器，這些激光器為了降低光束之間的間隔以一定角度互相安裝。
[0008]美國專利US5，339，737A公開了與激光儀器同時使用的平面印刷圖版。激光束被定向到一書寫排列，激光束從該排列中以一預先定義的排列方式退出。
[0009]美國專利US5，115，446描述了一用于法蘭以及其他激光儀器元件的支撐結構。該支撐結構以一矩形構造支持激光器的諧振管。

【發明內容】

[0010]本發明的目的是提供一具允許復數個激光器的光束靈活的傳送的標記儀器。
[0011]本發明的目的可通過包括有權利要求1技術特征的標記儀器來解決。
[0012]優選的實施方案在從屬權利要求和之后的說明書中，特別是結合附圖給出。
[0013]根據本發明，以上所述種類的標記儀器的特征在于提供有一用于重新排列激光束成一需要的激光束陣列的偏轉裝置組，該偏轉裝置組對應每個激光束包括有至少兩個偏轉裝置，特別是對應每個激光束，包括至少兩個映射鏡(mapping mirror),或者對應每個激光束至少一光波導和一個透鏡，且每個偏轉裝置在它們的偏轉方向可單獨調節和/或可單獨的移置。
[0014]可以被視為本發明的一基本想法的是，對應每個光束提供至少兩個偏轉裝置用于單獨偏轉每一光束。也就是說每個光束被定向到它們相對應的偏轉裝置。偏轉裝置彼此可以被獨立于彼此調節使得基本上任何需要的構造都可被設置出來。
[0015]由激光器發射出的激光束形成一特別的排列，例如，一平行行進的激光束的線性排列。可以被看作是本發明的一個重要優點的是，允許一線性排列的靈活映射成任何其他排列。特別是，光束之間的間隔可以通過偏轉裝置組被改變或者降低。
[0016]本發明的一個根本想法在于提供可調節的偏轉裝置。他們可以在標記設備運行中或者優先于標記設備運行被設置為一需要的位置。為了這個目的，每個偏轉裝置可以被通過一由控制單元控制的電動馬達移位。
[0017]相對于棱鏡，偏轉裝置組優點在于引起更少的失真，特別是反射鏡被用作為偏轉裝置時。
[0018]在偏轉裝置是反射鏡的情況下，調節可以被通過單獨的傾斜反射鏡來實現，S卩，改變偏轉方向或者指定反射鏡的方向。額外地或可選地，反射鏡是可以被移位的，就是可以被移置的。由于激光束可以通過反射鏡重新排列，反射鏡也可以被成為映射鏡。
[0019]在本發明的上下文中，激活每一激光器從而發射一激光束可被理解為任何控制在待標記的物體上是否射有一光束的過程。因而，激活同樣也可通過一光束閘(beamshutter)來進行。也就是，一激光器可保持激活，且光束閘控制激光器的激光束是通過還是阻擋。
[0020]通常，激光器可以是任何種類的激光器。若使用的激光器，其空間是起決定作用的，則本發明將特別有利。也就是說，激光器功率是否強烈取決于激光器的大小。若激光器尺寸阻礙了激光束彼此接近地生成，則本發明的另一優點將變得明顯。本發明允許激光束的重新排列致使激光束之間只有一小段距離，因此，具有高標記分辨率。
[0021]這類激光器的實例是氣體激光器、化學激光器、纖維激光器、染料激光器和固態激光器。此外，半導體激光或者金屬蒸汽激光器也可以使用。如果使用氣體激光器，可以為任何通常已知的種類，例如，氦氖激光器，CO激光器,IS激光器,氮激光器，或者準分子激光器。優選的，氣體激光器為CO2激光器。這些可以以連續波(continuous wave)或者脈沖運行。例如，通過調 Q(Q-switching)或者鎖模(mode-locking)。
[0022]待標記的符號可以被理解為任何標記，例如，一文字，一圖片或者一圖像的單一像素。符號可以包含一定數量的點或者線。也就是，激光器可被激活，對于短時間內，其在物體上產生點，或對于一可設置的時間段，其可產生特定長度的線。
[0023]在本發明的上下文中，待標記的物體可以是任何物品或者產品，其具有能夠被激光器的光線影響的表面。特別的是，物體可以是一個包裝，例如，用于食物或者飲料，一水果或者一標簽。物體的材料可以包括塑料、紙張、金屬、陶瓷、纖維、復合材料或者有機組織。
[0024]標記自身可為在物體表面內的任何變化，例如一個顏色變化，一個雕刻或一個切□。
[0025]上述提到的“需要的激光束陣列”可以為任何適用于相應的應用的激光束排列。需要的陣列可以不同于原始的激光束排列，即，射到偏轉裝置組之前的排列。特別是，需要的陣列可以為一相對于原始排列旋轉的線性排列。
[0026]根據本發明的一優選實施例，偏轉裝置被調節使得在激光束之間的光束間隔被減少了。由于激光器的尺寸大而造成光束間隔大的缺陷因而可被減緩。進一步地，可達到較高的標記分辨率。與用于減少光束間隔的設備中所有的光束被定向在一共有的光學元件，例如合適的棱鏡。相反，本發明的偏轉裝置將會導致更少的光束失真。
[0027]—減少的光束間隔也導致激光束更加集中的射到公共光學元件上。當球面象差及其相似物發生在傍軸射線和邊緣射線之間時，這是至關重要的，傍軸射線，即射到透鏡或者反射鏡的中心的激光束，邊緣射線，即射到遠離透鏡或者反射鏡中心的激光束。有益的是，降低光束間隔有利于降低球面象差。
[0028]本發明的另一優選實施例的特征在于，對應每個激光束由兩個偏轉裝置形成，作為一第一和第二映射鏡組，每個映射鏡組對應每個激光束，包括至少一映射鏡，且第一映射鏡組定向激光束到第二映射鏡組。因此，每個激光束被通過至少兩個映射鏡單獨定向。這允許光束的特別的靈活的排列。
[0029]通常，偏轉裝置是可以被手動調節的，特別是可移位的。然而，優選為控制單元被適用于移置偏轉裝置和/或者調節偏轉裝置的偏轉方向，特別是通過萬向支架。為了擴展應用領域，每個偏轉裝置可以被控制單元單獨調節。在相對成本較低的實例中，對應每一激光束，至少一個偏轉裝置可通過控制單元調節。有益的是，萬向支架可以允許安裝后的偏轉裝置在至少兩個自由旋轉角度或者甚至所有方向旋轉。
[0030]由控制單元對偏轉裝置的調節允許一可變代碼定位。這意味著，從儀器射出的激光束的方向可被改變從而改變通過在物體上的激光束而待產生的代碼的位置。另外，代碼的高度可以被改變。
[0031]優選的，控制單元被適用于在標記過程期間調節偏轉裝置來執行一激光束的掃描移動。單獨的激光束的掃描移動可以互相獨立，其更加強了靈活性或者標記速度。
[0032]此外，靜態的標記也是可行的。在這個情況中，物體相對于標記儀器在整個標記運行中不被移動。可操作偏轉裝置從而引起激光束的掃描移動從而所有待印刷的符號可在靜止的物體上連續的產生。本實施例中優選為用于印刷2D圖形，其需要高印刷分辨率。
[0033]優選的，控制單元更可以被適用于提供復數個多擊選項(multiple strikeoption)。如果激光束是脈沖的，這就意味著復數個脈沖被定向到一個物體上的公共點。通過物體及儀器間的相對移動以及激光器發射的合適時機來完成這個目的。可選的，一激光束的偏轉裝置的調節可以被改變使得一激光器的連續脈沖被定向到公共點。有益的是，灰度級印刷因此變得可能。
[0034]控制單元可以進一步適用為自動調節偏轉裝置以適用物體的位置的變化，例如，補償物體的振動。位置的變化可以通過一傳感器，如超聲波或者光學裝置或者接近開關來確定。
[0035]本發明儀器的一優選實施例其特征在于，提供至少一掃描鏡設備(scanningmirror device),其包括一公共鏡,來自偏轉裝置組的所有激光束射在公共鏡上面，同時控制單元被適用為樞轉掃描鏡設備，特別是通過一振鏡。
[0036]掃描鏡設備可以被理解為任何能夠導致一光束連續通過一系列空間位置的器械。
[0037]在簡單的情況下，這樣的設備可以包括一可旋轉的反射鏡，其圍繞一垂直于入射光束的平面的軸線可旋轉。該可旋轉的反射鏡可以包括一鏡筒(miiTor drum)，S卩，一具有一定數量公共圍繞一單軸旋轉的反射鏡的多邊形。
[0038]包括有一與一反射鏡連接的振鏡的設備通常被稱為振鏡掃描器。一振鏡掃描器可將輸入電信號轉換為振鏡掃描器的反射鏡的角位置，比如，可動線圈或一實心鐵轉子。有益的是，任何反射的光束被定向到的地點獨立于之前的激光束位置進行選址。優選地，提供有至少兩個振鏡掃描器。當振鏡掃描器被排列為對應每個激光束被從第一振鏡掃描器定向到第二振鏡掃描器時，有益地，任何二維掃描移動成為可能。
[0039]掃描鏡設備的任務也可以被聲光設備執行。在這種情形下，一聲波與一聲光材料耦合。聲波的頻率支配穿越聲光材料的激光束的偏轉的角度。通過快速的改變聲波的頻率，可達成激光束的快掃描運動。
[0040]為了標記相對于標記儀器移動中的物體，另一優選實施例中，控制單元被適用于根據物體移動的信息調節偏轉裝置和/或至少一掃描鏡設備。物體因此可以被追尋或追蹤。加速或者減速儀器和移動物體的傳送單元之間的一相對移動是可能的。有益的是，標記過程的速度可以因此被增加。
[0041]根據本發明的另一優選實施例中，偏轉裝置組包括第一和第二映射鏡組，每個映射鏡組對應每一激光束包括至少一映射鏡，第一映射鏡組定向激光束到第二映射鏡組，第一和第二映射鏡組分別排列成一線性陣列，且每個映射鏡是可以傾斜的。在這個實施例中，兩個映射鏡組中的一個中的映射鏡之間的間距可以是固定的，其允許使用一個公共安裝裝置以線性配置持有映射鏡，同時反射鏡的傾斜依然是可行的。第二映射鏡組可以傾斜出一由射到第一映射鏡組的激光束形成的平面。可以提供有用于調節映射鏡的線性陣列中至少一個的位置的定位裝置。特別是，定位裝置可以替代公共安裝裝置。
[0042]本發明儀器的另一優選實施例的特征在于，控制單元被適用于控制偏轉裝置來設置一從偏轉裝置發射的激光束的收斂或者發散的程度，特別的是，自第二偏轉裝置組的激光束。因此，偏轉裝置能被調節，使得自儀器的一給定距離，產生激光束之間的一所需距離。激光束制造的文字的高度以及印刷分辨率，即，由物體上的相鄰激光束弓I起的標記之間的距離，是由激光束的間隔來支配的，同時也能通過調節收斂的程度來修改。為此快速傾斜偏轉裝置就足夠了，并不需要改變偏轉裝置之間距離，這樣可能是更加費時的。
[0043]激光器可以被排列使得激光束平行的離開激光器并且形成一線性排列。然而，根據不同的應用，可能需要改變激光束的線性排列的方向。為此，控制單元可以被適用于調節偏轉裝置，使得射到偏轉裝置的激光束的線性排列，圍繞平行于發射的激光束的行進方向的軸轉動，例如90°。一個水平排列從而可以旋轉到垂直排列或反之亦然。由于通常產品上待標記的符號或文字是水平的或垂直的，因而這樣是特別有益的。因此，控制單元可以至少在這兩個重要情況下之間切換。為了旋轉激光束的線性排列，該偏轉裝置組可以包括一第一映射鏡組，其同至少一個或者兩個掃描鏡設備一起使用。
[0044]根據本發明的另一優選實施例，為了激光束的焦距的整體調節，提供有具有至少兩個透鏡的一伸縮設備(telescopic device).整體調節可被理解為激光器的所有激光束穿過伸縮設備并因而通過相同的方式被影響。控制單元可以適用為根據物體的距離設置伸縮裝置，特別是從而使得激光束的焦距對應于物體的距離。有利地，在物體移向儀器或遠離儀器時，物體上產生的標記的光斑大小(spot size)可保持恒定。通過移動物體的傳送單元和/或使用其他已知的距離檢測裝置，將到物體的距離信號提供給控制單元。由于通過偏轉裝置可減少任意兩個激光束間的最大光束間隔，因而優選地，可將伸縮設備設置在偏轉裝置后方。伸縮設備的光學元件因而可以被做的更小。
[0045]在本發明儀器的一優選的變化中，提供有一用于整形的伸縮裝置組，其特別是用于設置每個激光束收斂或者發散的程度，并從而設置每個激光束的焦距。這可以對每個光束單獨進行。有益的是，因此可以補償光路差，光路差是指到達物體前，單獨光束的路徑的長度不同，這可能是由于物體的表面輪廓或標記儀器內的不同內部路徑長度導致的。
[0046]每個伸縮裝置可以包括至少兩個光學元件，特別是至少兩個透鏡或者曲面鏡，光學元件之間的距離可被調節來設置焦距。伸縮裝置因此可以被設計為使用透鏡的折射伸縮、使用反射鏡的折射伸縮或者使用至少一個反射鏡和一個透鏡的折反射伸縮。
[0047]優選的，伸縮裝置，其也可以稱為一光束整形裝置，被控制單元線性調節，S卩，每個伸縮裝置的至少一光學元件的位置在各自激光束的傳播的方向上改變。
[0048]控制單元可適用于控制伸縮裝置來補償激光束之間的路徑長度差，特別是，由偏轉裝置的排列引起的路徑長度差。取決于偏轉裝置處于的地點，激光束的光路可能具有不同的長度，從而導致物體上的激光束的不同的光斑大小。具有了伸縮裝置，平面場校正是可行的，其中每個激光束從儀器的一末端測得相同的焦距。
[0049]當路徑長度因為偏轉裝置的調節而被改變時，控制單元也可以被適用于實時調節伸縮裝置。額外地或可選地，控制單元可適用于根據關于路徑長度改變的任何信息，例如物體的振動或其他移動，或激光束通過一掃描設備而重新定向，來設置伸縮裝置。
[0050]根據本發明的另一實施例，控制單元被適用于單獨延遲每個激光器的激活，這樣，當物體在物體移動方向中相對標記儀器移動的情況下，至少兩個激光束在物體移動方向上射在物體上的相同位置。激光器的激活的時機可以使得所有激光束在物體移動方向中射到物體上的相同位置。
[0051 ] 進一步地，不論發出的激光束與物體移動方向間的方向，不同的激光束可能在與物體移動方向垂直的一條線中引起激光點。該線的長度取決于發出的激光束與物體移動方向間的方向。
[0052]優選的，激光器被堆疊使得激光器發射出的激光束形成一激光束陣列，特別是具有平行激光束的線性陣列。每個激光器可以包括至少部分環繞內部區域的諧振管，就是說諧振管形成一閉環或者開環。發射的激光束被通過光束傳輸裝置，優選為反射鏡組，定向到內部區域。通常，光束傳輸裝置也可以通過氣體激光器的輸出I禹合(output coupler)鏡形成。這樣的情況下每個氣體激光器的一諧振管末端部分可以指示在內部區域的方向。然后，該偏轉裝置組可以被排列在內部區域。
[0053]一諧振管被理解為一用于容納激光器增益介質或者由激光器增益介質組成的管子。在氣體激光器的情況下，該管子是空的，用于接收激光器氣體。對于固體激光器，該管子可以不是空的，而是由增益介質組成的。
[0054]有利地，某些諧振管利于冷卻，這些諧振器管被設置在閉環或開環的相對面，相對彼此距離最遠，而同時由于光線元件在內部區域以節省空間的方式容納，儀器的總尺寸并未增大。
[0055]在另一優選實施例中，每個激光器包括諧振管，其至少部分環繞一內部區域，光束傳輸裝置被提供用于定向由激光器發射的激光束到內部區域，且光束傳輸裝置是伸縮裝置的一部分。光束傳輸裝置對應每個激光束可以包括一個反射鏡，其反射鏡可以形成每個伸縮裝置的一第一光學兀件。
[0056]可選地，用于耦合出激光束的激光器的輸出耦合器可以是伸縮裝置的一部分。該輸出耦合器可以為部分反射鏡，其中每個反射鏡的外表面，即，朝著遠離激光器氣體的那個表面，可能通常具有任何形狀。因此優選的，該形狀使得每個輸出耦合器行為類似于通常已知的伸縮的第一透鏡。
[0057]本發明一優選變型致力于損壞(failed)像素的情況，頓壞像素是指激光器是失效的，并未發射出一激光束。為了取代失敗的激光器的激光束，控制單元可適用于調節偏轉裝置以及伸縮裝置從而起作用的激光器的激光束被偏轉至失敗的激光束的方向。因而伸縮裝置被控制用于調節損壞的激光束及取代這個光束的激光束間的路徑長度差。
[0058]本發明的另一優選實施例的特征在于，對應每一激光束，作為偏轉裝置至少一光波導以及一透鏡被提供。光波導可為引導激光器發射光線的任何可彎曲的光波導，該光線具有某一波長，特別的是一具有約為ΙΟμπι波長的紅外光。光波導的例子可為光學纖維或具有內部反射表面的空管。
[0059]每一光波導可配備有作為第一偏轉裝置的用于將射出的激光束以合適的角度定向至光波導的核心的輸入I禹合光學器。光波導也可以配有輸出I禹合光學器，其特別地包括至少兩個用于收集遠離光波導的激光輻射的透鏡。輸出耦合光學器可以確定激光束的大小，焦距和焦深。特別是，輸出耦合光學器可以被形成為伸縮裝置。
[0060]優選的，多個光波導具有相同的長度。這導致物體上的標記的光斑大小和質量更恒定。
[0061]本發明還涉及于一標記系統，其包括如上所述的一標記儀器，并進一步包括用于相對于物體移動方向傾斜標記儀器的樞轉裝置。
[0062]如隨后將說明的那樣，通過傾斜標記儀器，可使印刷分辨率改變，即改變在一垂直于一物體移動方向的方向中物體上標記點間的距離。這是通過在一垂直于一物體移動方向的方向中的光束間隔來支配。由于激光器可延遲至，當物體在物體移動方向中移動了如光束間隔相同時，才被激活，因而物體移動方向中的光束間隔并不對印刷分辨率起決定作用。
[0063]然后，可以通過傾斜標記儀器而改變垂直于一物體移動方向的方向中的光束間隔，并因而改變激光束的排列。優選的，控制單元被適用于根據一需要的印刷分辨率通過樞轉裝置來傾斜標記儀器。
[0064]在激光束線性排列的情況下，激光束的線性排列以及物體移動方向間的傾斜角支配了在垂直于物體移動方向的一方向中，物體上的標記點之間的距離。如果激光束的線性排列垂直于物體移動方向，標記點之間的距離最大。為了設置一更小的距離，傾斜角可以被減小。在加上適當的激光器的發射時機，傾斜角度可以被設置使得標記點形成一連續線或者分隔的標記點。重疊標記點可以被制造用來引起不同的標記點的強度，比如，用于灰度印刷。此外，傾斜角可以為零，若選擇一相應的發射間延遲，即選擇激光器的激活，標記點的完全重疊可達成。
[0065]本發明更充分的理解以及其他各種不同特征及本發明的優點將結合附圖通過以下說明而變得更清楚。以下說明僅是一些例子，而非對本申請的任何限制。附圖中的等效 部件分別用相同的附圖標記標示。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0066]圖1為本發明標記儀器第一實施例的示意圖；
[0067]圖2A到圖2C示出了光束整形裝置組和偏轉裝置組的第一構造的不同視圖；
[0068]圖3A到圖3C示出了光束整形裝置組和偏轉裝置組的第二構造的不同視圖；
[0069]圖4A和圖4B示出了光束整形裝置組和偏轉裝置組的第三構造的不同視圖；
[0070]圖5示出了偏轉裝置組的另一構造；
[0071]圖6示出了用于重新排列激光束成二維陣列的偏轉裝置組的映射鏡的構造；
[0072]圖7示出了根據本發明的標記系統和相對于標記系統移動的待標記的物體；
[0073]圖8A到圖8D示意性地示出了相對于物體移動方向離開本發明標記儀器的激光束的排列，以及由激光束制造的標記。
【具體實施方式】
[0074]圖1示出了根據本發明的一標記儀器100的第一實施例的示意圖，標記儀器100包括了，復數個激光器10，每個激光器發射一激光束，激光束被用于制造物體(未示出)上的一標記。為了形成和定向激光束，該儀器100進一步包括光學裝置30、40、45、50。
[0075]在所示的例子中，復數個激光器10包含9個氣體激光器IOa-1Oi。除了氣體激光器，其他激光器也可被采用。通常，有大量的氣體激光器10是理想的，比如，至少4或者6個激光器。每個氣體激光器10包括諧振管12，諧振管相互流體連接。也就是，一氣體激光器的諧振管12形成一公共的諧振器三維空間。不同的激光器10的諧振管12之間流體連接也是可行的。
[0076]在所描述的實施例中，氣體激光器是指CO2激光器，且相應地，氣體激光器可包括其他氣體，如CO2, N2和He。
[0077]諧振管12圍繞內部空間或者諧振管之間的自由中央空間5，被排列成環形。通過連接單元16形成的環形用于連接屬于相同激光器的相鄰諧振管12。連接元件16被安排到堆疊的激光器的邊角，且包裹有用于將激光光線從一個相鄰諧振器管12向其他諧振器管進行反射的反射鏡。自然地，根據使用的激光器氣體選擇所有的反射鏡。在本情況中，反射鏡包括在CO2激光器的波長區域內反射的材料，即，中紅外福射(medium-1R radiation)、主要在10.6μπι處。比如，可提供有一銅鏡或具有用于增加反射性和/或防止空氣中銹蝕的涂層的基材。
[0078]在所描述的例子中，諧振管12形成一矩形的形狀的密封圈。通常，任何其他至少部分封閉內部區域5的形狀可被選擇，例如一三角形，一正方形或一 U形。
[0079]每個氣體激光器IOa-1Oi的諧振管12構成一個密封三維空間。激光器的三維空間可彼此間相隔或相互連接從而形成一共用的密封三維空間。在密封的激光器內，通常需要在長時間內使激光器氣體組合物保持不變。為此，總的氣體三維空間被通過一額外的氣體儲存器19來增加。儲存器中的氣體不會被激勵而產生氣體光線。然而，儲存器19與一個或多個諧振管12的氣體三維空間相連。
[0080]標記儀器100進一步包括了在每個諧振管12上的激發裝置(excitation means)(未不出)和與諧振管12相連結的冷卻塊(未不出)。每個諧振管12的立方結構的每一面都可有一個冷卻塊。因此，每個冷卻塊不只是冷卻一單個諧振管，而是不同激光器IOa-1Oi的復數個諧振管12。冷卻塊可以具有復數個通道，通過這些通道冷卻流可以循環。
[0081]每個激光器10的諧振管12被設置在獨立且分隔開的平面層。激光器10大致相同并且被以平行的方式堆疊在彼此上。
[0082]激光器10的矩形形狀可在一個角上是開口的。在圖示的實施例中，左上部的角是開口的，在其上提供有一集成輸出法蘭17。在這個角上，激光器三維空間的末端有一背光鏡18，背光鏡18用于將激光光線反射回諧振管12中。背光鏡18可與一末尾諧振管12連接，該末尾諧振管12通過集成輸出法蘭17被支持，或者后視鏡18可與集成輸出法蘭17連結。
[0083]激光器三維空間的另一末端則通過輸出耦合器13被終止于同一個角上。輸出耦合器13 I禹合輸出一激光束,并又可同時被連接至一末端諧振管12或集成輸出法蘭17。輸出耦合器13可為部分反射鏡13或也可稱為部分反射輸出耦合器。發射的激光束可隨后通過光束傳輸裝置14被定向至內部區域5內。在圖示的實施例中，光束傳輸裝置14包括至少一設置在集成輸出法蘭17上的反射鏡14。從光束傳輸裝置14反射出的激光束通過在集成輸出法蘭17內的一個孔進入內部區域5。通常對于所有激光器10，提供有一公共的整合的輸出法蘭部17是可能的。在所描述的實施例中，然而，對于每個激光器10，就有一個集成輸出法蘭17,且每一集成輸出法蘭17表不一光束傳輸裝置14和一個孔,相應激光束可穿過該孔。
[0084]在內部區域5內，提供有有用于整形和偏轉激光束的光學裝置30、40、45、50，這一設置有利地使得空間需求相對較低。同時，一個激光器中相對的諧振管12通過內部區域5分隔開，其有利于諧振管12的冷卻。
[0085]來自光束傳輸裝置14的激光束射到一用于重新聚焦激光束的光束整形裝置組40上。該光束整形裝置組對應每一激光束包括有一光束整形裝置40a-40i。因此，激光束的聚焦可以被獨立于彼此單獨設置。圖示的是對于每一光束整形裝置40a-40i，設有一個透鏡。然而，每個光束整形裝置可以包括至少兩個光學元件，比如，反射鏡或者透鏡，來形成一個伸縮裝置，有益的是，調節激光束的焦距因而只需要伸縮裝置的光學元件的輕微的位移。
[0086]激光束然后射到偏轉裝置組30上。在示出的例子中，激光束預先行進通過光束整形裝置40。然而，該順序可以被改變或這兩種裝置中的單一元件可交替，即光束整形裝置40的一個元件可被設置在偏轉裝置30的兩個元件間。
[0087]通常也可以是光束傳輸裝置14形成部分伸縮裝置40或者部分偏轉裝置30。在是部分偏轉裝置的情況下，光束傳輸裝置14可以組成第一映射鏡組。需要的光學元件的數量因而有益的減少了。
[0088]在描述的實施例中，偏轉裝置組30對應每一激光束包括了兩個偏轉裝置，其中對應每個激光束，示出了一個偏轉裝置33a-33i。這些偏轉裝置33a-33i還可以被稱為作為一第一映射裝置組33。通常，偏轉裝置可以是改變激光束的傳播方向的任何裝置。在示出的例子中，偏轉裝置是反射鏡。該組中的反射鏡可以獨立于彼此被放置。因此，射到偏轉裝置30的激光束的排列可以通過調節單獨的反射鏡33a-33i的位置來改變。反射鏡因此可以被稱為映射鏡33a-33i。[0089]映射鏡33a_33i是可傾斜和可移位的，就是說可平移的移動。為了傾斜反射鏡，每個映射鏡33a-33i被萬向安裝。一控制單元(未示出)可以適用為通過萬向架設置每個映射鏡33a-33i到需要的位置。
[0090]在離開偏轉裝置30之后，激光束射到一系列公共光學元件上，即，所有激光束射到的光學元件上。這可包括一用于激光束焦點的整體調整的伸縮設備45。與前述的伸縮裝置40相反，伸縮設備45相同的影響到所有的激光束。
[0091]光路中的光學元件可進一步包括用于改變一激光束的強度分布，或使一激光束的強度分布均一的裝置，以及用于改變激光束的偏振(polarisation)的裝置，特別是用于達成一激光束的整個截面的一公共偏振的裝置，或用于消除偏振激光束的裝置。
[0092]最終，激光束通過一掃描鏡設備50定向出儀器100。這個設備50可包括兩個振鏡掃描器50，每一掃描器具有一可旋轉的公共鏡50a，所有激光束射在公共鏡上。通過這兩個振鏡掃描器50，對于激光束可很容易地設置為任何行進方向。
[0093]如圖2A到2C所示，為從不同角度示出的，偏轉裝置組30以及激光整形裝置組40的第一不例。
[0094]為了激光束90a_90i的光束整形和準直，光束整形裝置組40包括復數個光束整形裝置40a-40i，每個具有至少兩個透鏡41和42。為了調節每個激光束90a_90i的焦點，并從而調節待標記的物體上的光斑大小，透鏡41、42可以在激光束90a-90i的傳播方向偏移。激光整形裝置40a-40i因而組成伸縮裝置40a-40i。當每個激光束90a_90i有一個伸縮裝置40a-40i時，光束也可以為了路徑長度差被調節。
[0095]在通過伸縮裝置40a_40i之后，激光束90a_90i射到偏轉裝置組30，該偏轉裝置組30包括第一和第二映射鏡組33、34。就是說，每個光束90a-90i被自第一映射鏡33a_33i定向到第二映射鏡34a-34i。第一映射鏡組33和第二映射鏡組34分別以線性陣列35、36排列。
[0096]在示出的例子中，激光束90a_90i被偏轉裝置組30映射出，使得激光束的線性排列旋轉，例如90°。該構造因此也可以被稱為作為一水平-垂直像素的映射器。第一和第二映射鏡組33、34被排列成一平面且相互垂直。
[0097]通過萬向支架，映射鏡33、34可以被調節使得傳出的激光束90a_90i在需要的方向上平行行進。
[0098]用于在物體上印刷符號的激光束90a_90i的掃描運動可以通過第二映射鏡組34被執行。可選地，第二映射鏡組34可以定向激光束90a-90i到一掃描鏡設備。
[0099]如圖3A到3C所示，為從不同角度示出的，偏轉裝置組30以及激光整形裝置組40的另一構造不例。
[0100]該構造與之前構造中的第一和第二映射鏡組33、34的排列不同。在當前情況下，第一映射鏡組33、第二映射鏡組34形成線性陣列，其(不同于先前的構造)不再一平面內。相反，兩個線性陣列成一個角度(在本例子中為45° )來減少在激光束90a-90i之間的空間。同時，激光束90a-90i的線性排列旋轉90°。
[0101]圖4A和4B示出了另一映射鏡33、34的有利構造。與之前的情況一樣，圖4A和4B描述的構造展示了第一和第二映射鏡組33、34，每映射鏡組分別被排列成線性陣列35、36。然而，第二映射鏡組34被傾斜使得反射的激光束90a-90i收斂，也就是說。基于距離儀器所需距離的需要間隔，光束間隔被進一步減少從而可改變產生標記的分辨率以及尺寸。
[0102]優選的，第二映射鏡組34是可通過萬向架被控制單元傾斜的。第一組映射單元33可以要么被固定使得這些反射鏡在印刷運行中不能被移位，要么反射鏡也可以被萬向轉動。
[0103]在圖1到圖4B的實施例中示出了，激光束90a_90i的掃描運動可以通過傾斜第二映射鏡組34的映射鏡34a-34i被運行。掃描設備，例如具有一用于重定向所有激光束90a-90i公共鏡的振鏡掃描器，在這種情況下并不需要。然而，提供有這樣的掃描設備也可能是有用的。
[0104]為了設置偏轉裝置到任何圖1、圖2A到圖2C、圖3A到圖3C以及圖4A和圖4B所示的構造，優選的提供有一控制單元。
[0105]圖5示意性的示出了映射鏡33a_33i的另一排列。這里，只示出了偏轉裝置組30的第一映射鏡組33。穿過伸縮裝置40a-40i的激光束90a_90i的線性陣列自映射鏡33a-33i被反射使得激光束90a-90i之間的光束距離被減小了。在任何兩個相鄰反射的激光束90a-90i間的光束距離可以是相同的。在示出的例子中，激光束90a-90i的線沒有旋轉出由映射鏡33a-33i和伸縮裝置40a-40i形成的平面。傾斜映射鏡33a_33i使得反射的激光束90a-90i行進出所述平面會導致光束距離或者間隔的改變。因此，本實施例中激光束90a-90i的掃描動作可以要么由第二偏轉裝置組執行，要么由至少一個如圖1所示的掃描設備執行。
[0106]光束間隔的減少將允許優化氣體激光器的堆疊設計，其用于在不危害印刷分辨率或文字尺寸的情況下，熱冷卻及射頻(RF)激發，即一更大的氣體激光器間隔可被補償。
[0107]圖6描述了用于重新排列激光束90a_90i成激光束的二維陣列的(例如，3乘3的矩形陣列)映射鏡的構造。
[0108]再次，偏轉裝置組30包括了第一和第二映射鏡組33、34。在本例子中所示的，伸縮裝置40a-40i被排列到第一和第二映射鏡組33、34之間。然而，可替代的是，伸縮裝置40a-40i可以排列在第一映射鏡組3之前3或者在第二映射鏡組34之后。
[0109]圖6還示出了光束傳輸裝置，其將來自激光器的光束90a_90i重定向到第一映射鏡組33。光束傳輸裝置通過反射鏡組14a-14i形成。在其他的實施例中，該反射鏡組可以由一長反射鏡代替。
[0110]第二映射鏡組34a-34i被排列成二維陣列使得反射的激光束90a_90i以二維陣列被映射。有益的是，激光束90a、90i之間的最大距離被大大減小了，尤其是與激光束的任何線性排列相比。光束更加的緊密排列，并且因此通過光學元件，例如是聚焦光學器45，的中央部分。由于光學象差主要發生在光學元件的外部區域，二維的排列有助于提高聚焦和激光束的光束質量。尤其是外部大多數激光束相比于激光束的線性排列遭受較少的失真。此夕卜，光學元件的大小可以被減小，使得總成本更低。
[0111]雖然在圖1至圖6的實施例中，偏轉裝置由反射鏡形成，但光波導也可以作為代替使用。每個光波導的至少一端(優選為兩端)可以被連接到由控制單元控制的定位裝置，用于單獨調節由相應的光波導引起的偏轉。當光學纖維的一端在其位置被調節時，一用于定向激光器光線到光學纖維或者用于收集自光學纖維發出的激光器光線的透鏡被對應的調節。該透鏡作為一第二偏轉裝置。[0112]圖7示意性的示出了一標記系統120和待標記的物體I。
[0113]物體I在物體移動方向2中移動，并在圖中示出了其在三個不同的位置的情形，SP其依序在三個不同的位置上。標記系統120包括有一標記儀器100及一用于使標記儀器100傾斜的樞轉裝置110。
[0114]標記儀器100可包括任何前述的部件，例如由兩映射鏡組組成的偏轉裝置，每映射鏡組被排列成線性陣列。如圖7所示，提供有一控制單元20及一定位裝置60。定位裝置60用于定位映射鏡的線性陣列。在相應的陣列中單獨的映射鏡可被固定從而其不被移位而是被傾斜，例如通過萬向支架傾斜。
[0115]標記儀器100發射復數個激光束，圖7示出了其中的三個激光束90a、90b、90c。隨著物體I被移動，激光束90a、90b、90c相應的被重新定向。
[0116]取決于物體I的位置和形狀，物體I及儀器100間的距離可改變的大小如圖中的標記“d”中指示的。此外，依序在一個時間點，對于每個激光束90a、90b、90c，距離可能不同。仍然，激光束90a、90b、90c在物體I上的光斑大小將會是相同的。為此，提供有如上所述的由控制單元20調節的光束整形裝置。
[0117]在下文中，樞轉裝置110的功能和好處將會參考圖8A至8D來解釋，其示意性的示出了相對于物體移動方向2通過儀器100發射的激光束90a-90i的排列。
[0118]在圖8A中，激光束90a_90i的線性排列平行與物體移動方向。激光束90a_90i的至少兩個通過單獨延遲氣體激光器的發射，被射到物體I上相同的點80。該延遲可以被設置等于激光束90a-90i間的間隔除以物體的速度或者在激光束的線性排列的方向中物體的速度。
[0119]在圖8B至圖8D中，激光束90a_90i的線性排列以α角，帶有角度地與物體的行進方向2相傾斜。該傾斜角α可以通過樞轉裝置110被設置。與發射的延遲一起，該傾斜導致由點81-89形成的線的印刷。如圖8Β所示，該點81-89可以重疊，或者可以如圖8C和圖8D所示的，被分隔開。制造的線的長度因此由激光束90a-90i和物體移動方向2之間的傾斜角α確定。每個點81-89的尺寸可以通過光束整形裝置被控制，且因此線的寬度也可以通過光束整形裝置被控制。
[0120]描述的標記儀器有益的，可允許光束間隔的改變和由激光器產生的復數個激光束的排列的改變。每個激光束可以被光束整形裝置單獨調節。空間需求通過在一激光器環繞的區域內排列光學元件實現最小化。
【權利要求】
1.用于通過激光標記一物體(1)的標記儀器，包括 復數個激光器(10)，特別是氣體激光器(10) '及 一用于根據待標記的一符號，單獨激活每個激光器(10)從而發射一激光束(90a - 90i)的控制單元(20)； 其特征在于， 提供有一用于靈活地重新排列激光束(90a-90i)成任何需要的激光束(90a-90i)陣列的偏轉裝置組(30)； 所述偏轉裝置組(30)對應每個激光束(90a-90i)，包括至少兩個偏轉裝置(33a-331、34a-34i)，特別是，對應每個激光束(90a-90i)至少兩個映射鏡(33a_331、34a_34i)或者，對應每個激光束(90a-90i)至少一個光波導和一個透鏡； 每個偏轉裝置(33a-331、34a-34i)在其偏轉方向可單獨調節和/或可單獨移置；及控制單元(20)適用為移置偏轉裝置(33a-331、34a-34i)和/或調節偏轉裝置(33a-331、34a-34i)的偏轉方向。
2.如權利要求1所述的標記儀器，其特征在于， 所述偏轉裝置(33a-331、34a-34i)被調節使得在激光束(90a-90i)之間的光束間隔被減小。
3.如權利要求1或2所述的標記儀器，其特征在于， 所述控制單元(20)被適用于通過萬向支架移置偏轉裝置(33a-331、34a_34i )和/或調節偏轉裝置(33a-331、34a-34i)的偏轉方向。`
4.如權利要求1至3任一項所述的標記儀器，其特征在于， 在標記過程中，所述控制單元(20)被適用于，特別是通過萬向支架，移置偏轉裝置(33a-331、34a-34i)和/或調節偏轉裝置(33a_331、34a_34i)的偏轉方向從而執行激光束(90a-90i)的掃描運動。
5.如權利要求1至4任一項所述的標記儀器，其特征在于， 提供有至少一個掃描鏡設備(50)，其包括一公共鏡(50a)，來自偏轉裝置組(30)的所有激光束(90a_90i)射在所述公共鏡(50a)上；及 控制單元(20 )適用為樞轉掃描鏡設備(50 )，特別是通過一振鏡樞轉。
6.如權利要求1至5任一項所述的標記儀器，其特征在于， 為了當物體(1)相對于標記儀器(100)移動時標記物體(1)，控制單元(20)適用為根據物體(1)的移動信息調節偏轉裝置(33a-331、34a-34i)和/或所述至少一個掃描鏡設備(50)。
7.如權利要求3至6任一項所述的標記儀器，其特征在于， 所述偏轉裝置組(30)包括一第一和第二映射鏡組(33、34)； 對應每個激光束(90a-90i )，每個映射鏡組(33、34)包括至少一個映射鏡(33a_331、34a-34i)； 所述第一映射鏡組(33)定向所述激光束(90a-90i)到所述第二映射鏡組(34)； 所述第一和所述第二映射鏡組(33、34)分別被排列成線性陣列(35、36);及 每個映射鏡(33a-331、34a-34i )是可傾斜的。
8.如權利要求7所述的標記儀器，其特征在于，提供有用于調節映射鏡(35、36)的線性陣列中的至少一個的位置的定位裝置(60)。
9.如權利要求1至8任一項所述的標記儀器，其特征在于， 所述控制單元(20)被適用于控制偏轉裝置(33a-331、34a-34i)來設置一從偏轉裝置(33a-331、34a-34i)發射的激光束(90a-90i)的收斂或發散的程度。
10.如權利要求1至9任一項所述的標記儀器，其特征在于， 控制單元(20)適用為調節偏轉裝置(33a-331、34a_34i )使得射到偏轉裝置(33a_33i )的激光束(90a-90i)的線性排列，圍繞平行于發射的激光束(90a-90i)的行進方向的軸轉動 90。。
11.如權利要求1至10任一項所述的標記儀器，其特征在于， 提供有用于激光束(90a-90i)的焦距的整體調節的具有至少兩個透鏡的伸縮設備(45)。
12.如權利要求1至11任一項所述的標記儀器，其特征在于， 控制單元適用為設置伸縮設備(45)使得激光束(90a-90i)的焦距對應于待標記的物體(1)，特別是一移動中的物體(1)的距離。
13.如權利要求1至12任一項所述的標記儀器，其特征在于， 控制單元(20)適用為延遲每個激光器(10)單獨的激活使得，當物體(1)在物體移動方向(2)中相對標記儀器(100)移動的情況下，至少兩個激光束(90a-90i)在物體移動方向`(2)中射在物體(1)上的相同位置。
14.如權利要求1至13任一項所述的標記儀器，其特征在于， 對應每一激光束(90a-90i)，提供有至少一個光波導(90a-90i)和一個透鏡，作為偏轉裝置(33a-331、34a-34i);且 光波導具有相同的長度。
15.如權利要求1至14任一項所述的標記儀器，其特征在于， 提供有一光束整形裝置組(40)，其用于單獨整形每個激光束(90a-90i)，特別是設置每個激光束(90a-90i)收斂或者發散的程度。
16.標記系統，包括有如權利要求1至15任一項所述的一標記儀器(100)，且 所述標記系統包括用于相對于待標記的物體(1)的物體移動方向(2)傾斜所述標記儀器(100)的樞轉裝置(110)。
【文檔編號】B23K26/04GK103781585SQ201280042943
【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