直頭型激光標識設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種直頭型激光標識設備，它包括計算機控制系統、激光源、擴束系統、掃描振鏡、F-theta透鏡、紅光指示系統、45度合束鏡和輔助對焦紅光指示系統；激光通過擴束系統經合束鏡全反射，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節后，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。本實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，可方便調整和標識物體的距離，安裝空間小；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】直頭型激光標識設備
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于激光標識領域，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備。
【背景技術】
[0002]當今隨著信息化技術在先進制造領域的快速發展，在生產、倉儲、物流、供應鏈管理、產品質量追溯等領域對物品標識溯源技術提出了更高的需求，
[0003]帶動了激光標識技術在各行各業越來越廣泛的應用。在包裝、電子、汽車等行業激光標識技術已經成為一道不可或缺的工藝，激光標識設備也成為生產序列的重要環節；隨著工業化水平的不斷提高，對激光標識設備的需求也呈現多樣化。傳統的標準激光標識設備都是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元件組成的機身呈L型，這種激光標識設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備集成到生產線上時，受制于生產線設備，L型激光標識設備的橫截面尺寸由于較大，安裝空間受限，不能靈活的調整激光標識設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時，標準的激光標識設備就無法在生產線上使用。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的為了克服傳統的標準激光標識設備都是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元件組成的機身呈L型，這種激光標識設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備。
[0005]本實用新型的技術方案是一種直頭型激光標識設備，該設備包括計算機控制系統、激光源、擴束系統、掃描振鏡和F-theta透鏡,在激光源前方設有第一支架,所述擴束系統裝在該支架上；其特點是所述擴束系統前方，掃描振鏡下方增設有第二支架，在第二支架上安裝紅光指示系統，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有第三支架，在第三支架上裝有可轉動輔助對焦紅光指示系統；激光源輸出的激光通過擴束系統經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45度合束鏡射出，與激光實現同光路；同光路的激光和指不紅光進入掃描振鏡后，經掃描振鏡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，經方向調節后，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。
[0006]述激光源采用氣體激光器，固體激光器或光纖激光器，激光器運作在連續模式或脈沖模式，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，重復頻率從20KHz到200KHz。
[0007]所述的擴束系統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。
[0008]所述擴束系統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的擴束倍數。
[0009]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%。
[0010]所述掃描振鏡的通光孔徑大于經擴束系統出射的激光光斑的大小。
[0011]所述掃描振鏡內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、短矢量的轉動。
[0012]本實用新型的有益效果:由于本實用新型直頭型激光標識設備結構使入射到工件表面的激光光束與激光源的出射光束平行，因此本實用新型可方便靈活的調整和標識物體的距離，所需要的安裝空間最小；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，即可預先待標識的物體進行定位和待標識的內容進行預覽，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驗，提高了工作效率，保證了標識質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為傳統的標準激光標識設備的結構示意圖；
[0014]圖2為直頭型激光標識設備的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0016]如圖1所示，傳統的激光標識設備包括計算機控制系統1、激光源2、擴束系統3、掃描振鏡6、F-theta透鏡8，在激光源2前方設有第一支架9，用來安裝擴束系統3。激光源2輸出的激光通過擴束系統3進入掃描振鏡6，經振鏡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。
[0017]本實用新型實施例，如圖2所示，一種直頭型激光標識設備，該設備包括計算機控制系統1、激光源2、擴束系統3、掃描振鏡6和F-theta透鏡8,在激光源2前方設有第一支架9，所述擴束系統3裝在該第一支架9上；其特征在于，所述擴束系統3前方，掃描振鏡6下方增設有第二支架10，在第二支架10上安裝紅光指示系統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上增設有第三支架11，在第三支架11上裝有可轉動輔助對焦紅光指示系統7 ;第三支架11上有轉動鎖緊裝置，激光源2輸出的激光通過擴束系統3經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輸出的激光實現同光路；同光路的激光和指不紅光進入掃描振鏡6后,經掃描振鏡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下面的可轉動輔助對焦紅光指示系統7發出的輔助對焦指示紅光，經方向調節后，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。
[0018]所述的擴束系統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的擴束倍數。根據設計功能，擴束系統3中的兩塊透鏡應該共焦放置，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后為平行光。經擴束系統放大的激光束，可減小激光束的發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，改善了標識質量。
[0019]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可形成均勻大小的聚焦光斑，使整個像面上像質一致，且像差小，無漸暈存在，提高了標識的一致性。
[0020]由圖2所示，在第三支架11上裝有可轉動輔助對焦紅光指示系統7，輔助對焦紅光指示系統7發出的紅光可調節方向。對于一定焦距的F-theta透鏡8，調節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。當待標識工件放置完成后，調整激光標識設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驗，提高了工作效率，保證了標識質量。
【權利要求】
1.一種直頭型激光標識設備，該設備包括計算機控制系統(I)、激光源(2)、擴束系統(3)、掃描振鏡(6)和F-theta透鏡(8),在激光源(2)前方設有第一支架(9),所述擴束系統(3)裝在該第一支架(9)上；其特征在于，所述擴束系統(3)前方，掃描振鏡(6)下方增設有第二支架(10)，在第二支架(10)上安裝紅光指示系統(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)上增設有第三支架(11)，在第三支架(11)上裝有可轉動輔助對焦紅光指示系統(7)；激光源(2)輸出的激光通過擴束系統(3)經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(5)，輸出650nm的紅光，透過45度合束鏡(4)射出，與激光源(2)輸出的激光實現同光路；同光路的激光和指不紅光進入掃描振鏡(6)后,經掃描振鏡(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)下面的可轉動輔助對焦紅光指示系統(7)發出的輔助對焦指示紅光，經方向調節后，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.根據權利要求1所述的一種直頭型激光標識設備，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，重復頻率從20KHz到200KHz。
3.根據權利要求1所述的一種直頭型激光標識設備，其特征在于，所述的擴束系統(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.根據權利要求3所述的一種直頭型激光標識設備，其特征在于，所述擴束系統(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(3)的擴束倍數。
5.根據權利要求1所述的直頭型激光標識設備，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.根據權利要求1所述的一種直頭型激光標識設備，其特征在于，所述掃描振鏡(6)的通光孔徑大于經擴束系統(3)出射的激光光斑的大小。
7.根據權利要求1所述的一種直頭型激光標識設備，掃描振鏡￠)內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、短矢量的轉動。
【文檔編號】B23K26/046GK203973059SQ201420396992
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】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:上海市激光技術研究所