专利名称：激光打标设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光打标设备。更具体地，它涉及用于将基底如带有日期代码、批号和相关信息等的标签打标，来允许制造商跟踪产品。典型地，这样的打标系统被用来在所要求的基底上打上字母-数字字符标号，不管所述的基底是产品本身、应用在产品中的标签还是产品装运所用的包装。在典型的激光打标设备中，被打印的表面被移动经过激光束，所述激光束以一种方式被扫描经过打印表面以施加字母-数字字符。将要被打标的表面应该这样移动，以致于它总是处于打标系统的景深(焦平面)之内。对于为平面的典型表面，光学系统可以预先被设置成或者被自动调节成可以维持一个特定的景深，以便于可以在其上打上高质量的字符标号。然而，当目标的运动或目标的曲率使所述表面移进且移出焦平面时，被打印字符的质量下降。这可以导致字符在高度、间距及/或模糊等的变化，使代码难以或无法阅读。显然地，当所打标的信息涉及如工厂地点、日期代码及批号等重要信息时，上述现象是无法接受的。
在美国专利号5,734,412中公开了一种扫描类型激光打标设备的一个实例。如其中所举例说明，包括激光器、扫描器及透镜的激光打标设备被应用于在工作件上打上字符标号，所述工作件被传送经过扫描激光束。所述工作件为平面并且所要求的就是当激光束被扫描经过工作件时，要维持到工作件的一个恒定景深，以便于产生所要求的标记。
对于不是平面及或具有距离光学系统的可变焦距的工作件或基底，所述的这样设备将存在质量问题。在这种情况下，在基底上的标记将变得模糊、在高度或间距上变化并且可能无法阅读，从而使字符在使用中令人不满意。
在激光扫描系统中的焦距及其校正等题目在美国专利号5,754,328中相当详细地加以讨论。它将激光扫描系统分成三种类型；物镜扫描器、物镜前扫描器和物镜后扫描器。
US-A-5,754,328举例说明了物镜扫描器，其利用一个简单的透镜来把一束光聚焦到工作件或部件上。扫描是既可以通过移动透镜又可以通过移动部件来完成。这样的系统不提供对焦距的任何校正。
US-A-5,754,328举例说明了一个物镜前扫描器，其应用一个移动的镜面反射(mirrored)表面，典型地是一个振镜或旋转镜面反射多面体来把激光束反射到透镜上。然后所述透镜把光束聚焦到工作件上。如US-A-5,754,328所指出，物镜前扫描的优点在于其高速度及其具有平坦范围的图象的能力。缺点包括透镜有些复杂。再次重复，物镜前扫描器典型地用于平坦的工作件。
US-A-5,754,328讨论了物镜后扫描器，其中在光束经过透镜之后才发生扫描。这种物镜后装置使激光束极佳地沿着一个弧线聚焦，而焦点没有对准到工作件的平面表面上的各个点上。
US-A-5,754,328基本上描述了对物镜后扫描器类型的改进，因为它公开了一种用于象散地校正扫描的方法和装置，以便于光束沿着工作件的平面表面被聚焦。这一改进部分地包括在扫描进程之前，在一个“中-物镜扫描器系统”中将物镜倾斜一个角度α。在激光束到达焦点之前，通过采用一个具有规定曲率半径的凹透镜，所述激光束再次被弯折90°。所述曲率半径在要被打标的工作件图象平面内将曲率范围校正，导致一个平的深度范围以便在平面工作件上打标。
虽然US-A-5,754,328公开了被扫描激光束深度范围的变化，但是它提供了一种显著不同于弓形工作件如瓶子、罐子以及被贴到横截面基本上为圆柱形的瓶子上的标签所需要的可变焦距范围的解决方案。US-A-5,754,328还提出了其它议题，是当工作件正在被打标时，如果工作件沿着传输带或输送轮保持运动则出现所述的这些议题。
根据本发明的第一方面，提供有一种通过沿着光程扫描激光束给相对运动的基底打标的设备，所述光程总体上限定为一个终止于基底的长度，在打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备包括一个用于产生激光束的激光源；一个物镜，其具有被放置在光程上的一个表面以便把激光束导引到基底上；在光程上的一个扫描器，其用于将激光扫过所述物镜的所述表面，以便于所述物镜在所述物镜的所述表面上产生一个可变象距；以及一个控制器，其用于使扫描器与基底的运动同步，所述控制器包括一个用于确定基底运动第一分量的编码器以及具有其中所存储的表示基底运动第二分量数据的存储器，所述控制器将所述第一和第二分量组合以驱动所述扫描器，其中所述可变象距精密地符合所述光程长度的变化，借此当激光束被扫描经过基底时其被维持在所要求的打标距离。
根据本发明的第二方面，提供有一种扫描类型的激光打标设备，所述设备通过导引激光束沿着光程给相对运动的基底打标，所述光程总体上限定为一个终止于基底的长度，在基底上打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备包括一个用于产生激光束的激光源；一个在光程上的物镜，其用来将激光束导引到基底上并且限定象距；用于根据光学处方来调节所述透镜象距的装置；以及一个控制器，其用于使所述调节装置与基底的运动同步，所述控制器包括一个用于确定基底运动第一分量的编码器以及具有其中所存储的表示基底运动第二分量数据的存储器，所述控制器将所述第一和第二分量组合以驱动所述调节装置，借此在基底上的整个打标过程中，激光束基本上维持着在基底上聚焦。
根据本发明的第三方面，提供有一种扫描类型的激光打标设备，所述设备通过导引激光束沿着光程给相对运动的基底打标，所述光程总体上限定为一个终止于基底的长度，在基底上打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备包括一个在光程开始处用于发射激光束的激光源；一个在光程上用于偏转激光束的光扫描器；一个在光程上用于接收偏转的激光束的物镜，所述物镜具有符合所述光程长度变化的光学规定；以及一个用于使光扫描系统与基底的运动同步的控制器，所述控制器包括一个用于确定基底运动第一分量的编码器以及具有其中所存储的表示基底运动第二分量数据的存储器，所述控制器将光扫描器的所述第一和第二分量组合，借此在基底上的整个打标过程中，激光束被聚焦到基底上。
根据本发明的第四方面，提供有一种给相对运动的基底打标的方法，其包括下述步骤产生激光束；沿着光程扫描激光束，所述光程总体上限定为一个终止于基底的长度，在打标时所述光程的长度发生变化；将激光束导引到基底上，其包括扫描激光束扫过放置在光程上的一个物镜表面、扫过精密地符合所述光程长度变化的物镜表面产生一个可变象距、以及当激光束被扫描经过基底时将激光束维持在一个所要求的打标距离上；以及将导引激光束的步骤与基底的运动同步，其包括利用一个编码器确定基底所述运动的第一分量、存储表示基底所述运动第二分量的数据、以及将所述第一和第二分量组合用于导引激光束。
在本发明的实施例中，公开了一个物镜前打标机，其中激光束由一个光扫描器如镜面、镜面反射多面体表面或声光偏转器来扫描，激光束扫过光元件如球面透镜的表面。从所述的透镜，激光束被扫描到要被打标的工作表面上，所述表面相对于透镜在移动并且其距透镜具有可变的象距，这是由于例如这样的事实，即工作表面被安装在一个弓形表面上，当其作为例如一个贴标设备旋转时，其横向于透镜移动。为了与所述表面到打标设备光学系统的可变象距相匹配，透镜作为所要求的象距变化的函数被倾斜。结果产生激光打标器的一个可变景深，如果所述景深精密地与可变象距相匹配，则导致在工作表面或基底上打印出高质量的字母-数字字符。
本发明的实施例还具有当扫描设备移动扫过聚焦透镜时精确地使扫描设备与要被打标的产品位置和速度同步的能力。这个同步允许激光束处于一个倾斜的或非球面的聚焦透镜上的最佳放置，以便于激光器的焦点精确地与要被打标产品上的最佳表面位置匹配。这是通过采用编码器来完成的，当弓形表面沿着一个输送轮移动时，所述编码器跟踪弓形表面的横向运动，所述的横向运动被叠加到预先计算出的校正数据中，所述校正数据测量出弓形表面在安装在输送轮上的单独输送器上的旋转。换句话说，一个误差信号已经被叠加到扫描器的驱动器信号中，导致一个可以跟踪产品的扫描器，其中误差信号是基于未探测的运动，扫描器的驱动器信号是基于由编码器所探测的运动。同时，当扫描器跟踪产品时，激光束正在与产品同步被扫描过倾斜的光学系统。结果导致激光代码极佳地印刷到移动的且弯曲的物体上。
更详细地，用于通过沿着光程扫描激光束给相对移动的基底打标的设备基本上限定了一个终止于基底的长度。所述的光程长度在打标过程中变化。所述的打标设备还包括一个用于产生激光束的激光源及一个物镜，所述物镜具有一个放置在光程上的表面以将激光束导引到基底上。在光程上的扫描器扫描光束扫过所述物镜的表面。还提供有一个用于将扫描系统与基底运动同步的控制器，并且此控制器包括一个编码器和一个存储器，所述编码器用于确定基底运动的第一分量，所述存储器用于存储表示基底运动第二分量的数据。所述控制器将第一和第二分量组合以驱动扫描器。由于合成的组合信号，可变象距精密地与光程长度的变化相符合，并且当激光束被扫描经过基底时，激光束被维持在一个所要求的打标距离上。
本发明实施例的一个优点是它提供一个用于在移动的弓形基底上打标的物镜前扫描器系统。此系统的另一个优点是其具有一个可变的景深，当弓形表面经过透镜时所述可变景深与从透镜到弓形表面的可变距离相匹配，以确保打标到表面上的字母-数字字符具有均匀的高度、间距和质量。
现在参考附图通过实例，对本发明加以说明，其中
图1为根据本发明的激光打标系统的示意图；图2A和2B为一个传输机系统的平面图，其中瓶子具有放置在其上的标签，并且其中在标签被放置在瓶子上之前，图1中的系统将标记打标到标签上；图3A和3B举例说明由于打标设备与要被打标标签的弯曲平面之间象距的变化，由本发明所解决问题的性质；图4和5是举例说明被扫描过倾斜球面透镜的激光的光学图；图6A和6B是在扫描方向上具有非球面曲率的透镜的图解，以便为了改变在所扫描路径上的象距这一目的而引起象散；图7是基本扫描过程的流程图；图8是用来调节光扫描器以用于对移动的弓形表面打标的测量表；以及图9是在根据本发明系统中所采用输送轮上的输送器路径的图解。
参考图1，总体上被命名为9的激光器或打标设备具有一个产生激光束12的激光源10。所述激光束12被导引到光扫描器13上，所述光扫描器是一个移动的反射表面如振镜、旋转镜面反射多面体或声光偏转器。光扫描器13在15扫描激光束如箭头B所指示扫过透镜14的表面。如将说明的那样，透镜14具有可变的象距，从而使激光束容纳在基底、产品或标签17的旋转路径(方向A和C)上，所述基底、产品和标签具有要被打标的被指示为16的弓形表面。本发明的典型应用将是当标签通过一个旋转元件如一个靴或传输机18或32正在被从标签机移动到瓶子时，对即将加到瓶子上的标签17打标。
光扫描器13由基于微处理器的扫描器控制器19来控制，所述扫描器控制器被接线到产品探测器11上，产品探测器被至关重要地沿着横向路径(箭头A)放置。产品探测器11向扫描控制器19指示产品或标签17的存在，扫描控制器启动打标过程并且起动扫描顺序。也提供有编码器23，当产品或标签17以箭头A方向沿着基本上为圆形或弓形的横向路径移动到透镜14的前面并经过透镜14时，编码器用于将光扫描器13和产品或标签17的运动同步。在优选的实施例中，编码器23被附着到在横向路径A旋转中心37的旋转轴25(如图2A所示)上，并且其优选地为一个正交类型的轴编码器，当基底17由传输机18承载时，这种轴编码器可以探测基底的运动方向以及速度。所述编码器提供基底17相对于光扫描器13运动的第一分量，此分量仅表示基底总运动的一部分。在优选的实施例中，第一分量为一个旋转分量。
优选地，打标设备9也包括一个存储器21，所述存储器用于存储基底17相对于光扫描器13运动的第二分量。存储器21由控制器19来读取。表99(如图8所示)是第二分量数据的实例，所述第二分量被用来校正激光源10和光扫描器13的增益系数。借助于从前存储在表99中的数据，如下面所解释的那样，产品或标签17的运动由光扫描器13加以预先考虑。
现在参考图2A和2B，其中举例说明了本发明所适合预计的典型应用。图2A举例说明一个市场上买得到的贴标机26或28，而图2B举例说明与瓶子传输机系统31共同使用的贴标机26或28。首先参考图2B，瓶子20沿着以逆时针旋转的传输机系统31移动。在图2B中，两个贴标机26、28被放置在沿着主瓶子传输机24外圆周的各个点上。如图2A更清楚地所示，贴标机26或28包括一个标签机30，此标签机包括一些标签17，当瓶子20在传输机24上移动经过标签站26和28时，标签要被加到瓶子20上。
如图2A所示，多个弓形输送器32在输送轮33上逆时针旋转，同时其移动经过胶辊34到达标签机30，在此每个输送器拾起一个装在标签机内的标签17并且将其从标签机移动到夹持器汽缸36，夹持器汽缸最终将标签传输到瓶子29上。输送器32经常被称为胶调色板(gluepalettes)，其承载着标签经过图1中所公开类型的激光打标设备9。激光打标机9可以如图2B所举例说明放置在相对于贴标机28的位置40上。因此，当标签在胶调色板32上朝向夹持器汽缸36运行时，其经过激光束(在图1中为12和15)，在标签17被传输到夹持器汽缸36之前，所述激光束将所要求的字母-数字字符打标到标签17上。
从对图2A的回顾将显而易见的是当标签17被紧固在胶调色板32上时，打标系统的透镜14与标签表面之间的距离在变化，这是因为标签被紧贴在沿着方向A的路径移动的弓形表面16上，所述方向A基本上横向于激光器15的路径。同样在优选的实施例中，横向路径A因输送轮的缘故也是弓形的，但是沿着输送皮带可能是直的。这种弓形的运动引起另一个因素，即产生必须被补偿的可变象距的要求，以便于确保字母-数字字符为均匀的高质量。最终，除了沿着路径A的运动外，输送器同时沿着自身的轴35在旋转(在方向C)，这给可变象距增加了另一个系数。
参考图3A和3B，可以更容易地查觉问题。激光束输出43通过被指示在40的打标设备的末端41由透镜14(在图1中所示)而产生。要被打标的标签被指示在42处，并且如这些图所示，因为具有弓形表面16的胶调色板32的运动，即在图2A中其沿着自身中心35旋转或转动并且沿着轮33的圆周围绕输送轮33的中心37旋转，所以当标签17经过激光束43下面时，象距在变化。例如，在典型打标运行的开始时，激光打标设备40和标签42之间的象距可能在27毫米的数量级。在典型的例如在4至15个字符范围内变化的字母-数字字符串的打标运行结束时，象距已经降低到仅有23毫米。在这种类型的应用中这样的变化是典型的，并且这种变化极易造成质量下降使一些字符无法读取。在包装工业中贴标机28是一个非常普及的应用。这些类型的机器用于从啤酒到色拉味调料到制药等宽范围的各种产品。激光打标设备也可以用于标签17已经被贴到产品上的应用中。在这种应用中非常普及的是产品在一个旋转路径上运动，其中出现相同的打标问题。具体地，产品通常是弯曲的并且远离或朝向激光打标系统9移动。打标设备9也可以被应用在具有弯曲表面的产品上。在这样的情况下，本发明将仅补偿产品的形状而不补偿其运动。本发明具有的补偿不规则产品形状及不规则产品或标签的运动的能力允许生产线被设计成具有最佳生产量。
本发明解决此问题的一个方法是通过使到要被打标的基底或标签17的距离变化与透镜14对应的旋转相匹配，以便于提供一个变化的象距，此变化的象距紧密地与透镜与要被打标的表面之间的距离相匹配。
参考图4及5可以看出这种方法可以被实施。参考这些图，图1举例说明了这样系统的光学图。激光束12在光扫描器13处被导引，所述光扫描器扫描激光束扫过透镜14的表面45。通过比较图4和5可以看出，扫描器13将光束从透镜14的最顶端部分移动到其最底端部分，从而当表面16移动经过光束时，使光束被聚焦并且被扫描过要被打标的表面16。在图4和5的实例中，扫描器使光束相对于透镜14的中心从正10°移动到负10°的一点上。如前面所指出，典型地光扫描器13是一个具有角运动的一个镜面，所述角运动由振镜、压电变送器、声光偏转器、光电偏转器或其它类似装置产生。透镜14具有随激光束12被扫描过其表面45而变化的象距。透镜14的一个实施例是相对光轴或路径47以角α安装的球面透镜，以便于第一光学元件(扫描器13)在倾斜方向将光束12扫过透镜14。在图4和5所示的实例情况下，球面透镜14相对于扫描器13的光轴被倾斜大约2°。结果是，在扫描的顶极端，+10°，从透镜14到要被打标表面16的象距为96.9毫米。如图5所示，当被扫描的光束处于-10°时，由于透镜2°的倾斜角，象距被降低到91.3毫米。很显然，可以利用产生可变象距的能力来解决图3A和3B所举例说明的与基底17有关的问题，此时基底被安装到一个弓形传输机18或基底本身为弓形。因此，通过采用图1所示类型的物镜前系统，可以适应对弓形表面16打标所要求的变化象距，在所述的物镜前系统中，对应于所要打标表面所要求的象距变化，透镜元件被倾斜一个量。
下表表示透镜在从+10°至-10°扫描条件下针对不同倾斜角的典型值。第一栏是透镜的倾斜角。第二栏为扫描器处于+10°时以毫米为单位的距透镜的焦距。第三栏为扫描器处于-10°时的焦距。第四栏为扫描器两个位置之间的焦距差。
建立可变象距的另一选择方法是提供一个作为“处方”透镜的透镜14。那就是说透镜14由于在其表面49上不同的曲率半径，其将具有一个可变象距。如例如典型在眼镜中用于校正象散那样，这种被称为非球面透镜的透镜14可以具有不同的曲率半径。根据本发明，代替使球面透镜倾斜，可以在扫描方向上采用非球面曲率来引起象散，以便于以非线性方式在扫描路径上来改变象距。这种方法将仔细地考虑到对在弯曲表面打印所特制的补偿，所述表面可能为弓形或其表面上可能有复杂的变化造成象距的复杂变化。
实际上，胶调色板32既沿着调色板轮33的圆周围绕中心37旋转，而且当其从站到站移动时还围绕其自身的中心35旋转，因为上述这些复合运动，甚至图2A的标签系统产生一个相当复杂的象距变化。虽然如图4和5所举例说明的实施例提供对象距变化的适当补偿，但是也可以提供一个非球面透镜，当标签移动经过打印点时，这种非球面透镜将精确地匹配象距变化。事实上这将提供对打标过程理想的校正，而不需要倾斜透镜14。
图6A和6B举例说明一个具有这种可变曲率半径的非球面透镜14，这种非球面透镜可以代替图4和5所示的倾斜球面透镜14用于本发明。在扫描方向上的非球面曲率将引起象散，而不消除象散以求改变在扫描路径上的象长度。
图6A显示一个非球面透镜，其在+10°被扫描且具有31.4毫米的象距。图6B显示在-10°被扫描的同样的透镜，其具有仅为18.5毫米的象距。通过处方所要求的光学处方，可以容易地制作出这样的透镜。
光学处方是一组参数，其完整地说明透镜的物理特性并且因此定义其光学性能。这些参数包括材料特性如密度、折射率、热特征等；以及尺寸特性如厚度、直径及相对光轴的位置；以及构成透镜的两个表面的表面轮廓。表面轮廓由一个方程式来定义，此方程式涉及表面上每个点的垂度或z-座标与其对应的x，y-座标的关系。例如被称为多项式表面的无理对称多项式非球面表面由下式给出z＝γ1x2+γ2x4+γ3x6+γ4x8+γ5y2+γ6y4+γ7y6+γ8y8其它表面轮廓如双锥形、复曲面、菲涅耳等同样可以通过一个方程式来定义。简单的球形表面可以仅仅通过表面的曲率半径来定义。处方中的其它参数可以定义公差或特殊涂层。一旦给出透镜的处方，则焦距、象差和其它光学特征等方面便完全被定义。
再参考图1，即使当透镜14被适当倾斜(如图4-5所示)时或透镜14为一个处方透镜(如图6A-6B所示)时，当光扫描器13与移动表面16不同步时，仍然出现焦距的不准确度。如前面所述，产品探测器11被用来指示表面16在光程47上的存在，并且当表面16沿着输送轮33运行时，编码器23被用来跟踪表面16在方向A的横向运动，以便于控制器19掌握表面16的基本位置。这一信息作为基底17运动的第一分量被控制器19所接收。
然而，由于(1)表面16的曲率，以及(2)传输机18或靴32围绕自身中心35(在方向C上)的运动，编码器23并不提供有关到光扫描器13和透镜14的距离变化。这个附加的运动进一步旋转表面16(如图2A所示)，这也改变从透镜14到表面16的焦距。例如，在瓶子生产线上，瓶子除了沿着传输皮带或输送轮做连续的圆周运动外，其还被旋转以进行贴标签和打标。这些变化要求进一步调节光扫描器13中的镜面位置。在这些情况下，未被编码器所探测出的产品17的旋转运动为机械驱动、具有重复性，因而具有预测性。换句话说，可以测量出传输机或靴32围绕其自身中心或轴35的旋转。因此，表99包含着第二分量，此第二分量可以被叠加到第一分量中，用于控制光扫描器13来补偿焦距的附加变化。
如图8所示，第二分量包括校正电压112，其用于改变在光扫描器13中的镜面的位置。获取校正电压112包括计算并采用表99(如图8所示)所显示的并且存储在存储器21中的校正系数100。校正系数100的计算考虑了透镜尺寸、编码器分辨率和校正被编码信号(即到达扫描器驱动器的电压，其用来调节透镜14未编码运动的位置)的信息长度。
现在参考图8-9，表99被用来解释对于存储在存储器21中的未编码数据的校正系数100的计算，所述计算是关于安装在旋转输送器台33并且在如图9所示的路径中移动的靴或输送器32。靴或输送器32在位置101被重点突出以解释相关角。对于由累计角106所指示的输送轮33每3°的旋转，定义出多个数据点或输送器步。集合角106是在第一线107与第二线109之间测量出，其中第一线是从输送轮33中心37延伸到输送轮0°位置，第二线连接着输送轮33中心37和靴32上的弓形表面或标签16的中心115。
对于每一个数据点或输送器步102，也测量出输送器或靴角104。这是在线103与第二线105之间的角，其中线103连接着输送轮33中心37和输送轮90°位置，第二线105是在靴32上弓形表面或标签16的中心115上的法线113的延伸。然后对于那个输送器位置和每个至少在光程内的输送器位置，这些角数据被用来计算相对累计系统或输送轮33的机械位置的靴角108。角108从图形上表示为线105与109之间的角。
然后根据线105与线111之间的步到步，可以计算出增量输送器旋转110，其中线105表示目前的位置101，线111表示下一个相邻的靴位置。因为累计或输送轮33的尺寸是已知的，所以增量旋转110可以被转化为增量距离114。
然后取决于单独应用的参数，确定出补偿或校正系数100。影响校正系数的参数是透镜焦距、代码长度和产品间距。然后校正系数100被转换成扫描器增益电压系数114，此扫描器增益电压系数控制相对由编码器所探测或所确定的产品运动的扫描器运动量。大于1的增益系数使扫描器相对于所确定运动的速度上升，并且小于1的增益使扫描器相对于所确定运动的速度减慢。借此，当产品17经过补偿光学系统的面前，而这未被编码器所检测时，扫描器的运动补偿了产品17的任何已知运动。产品探测器11被用来起动补偿序列，并且由此提供由编码器所确定的运动与扫描器预编程的运动同步。
现在参考图7，扫描设备9的操作概观开始于步骤80中的由产品探测器11对产品的探测。在步骤82中，探测器向控制器19发出一个信号以启动扫描过程。然后在步骤84中，当输送器18经过透镜14前面时通过确定输送器18的运动和速度，编码器23提供基底运动的第一分量，并且将此第一分量提供给控制器19。在步骤86中所述第一分量被控制器19转换成扫描器电压。对于步骤88，第一和第二分量的电压被组合形成了扫描器13的最终电压。换句话说，扫描器电压(第一分量)然后被校正系数电压(第二分量)114(在图8中所示)调节。包括表示校正电压114的第二分量预先已经被计算出并且被存储在存储器21中，以备在步骤90-92中由控制器所使用。一旦电压被控制器19组合，则在步骤94和96中电压被送到光扫描器13以驱动扫描器并且相应地移动其镜面。借助于这个过程，当激光束12适当地调节其焦点以补偿焦距的不同时，其可以精确地跟踪基底17的运动。
要理解为虽然所优选的实施例提供第一分量来补偿围绕输送轮33的旋转运动，并且第二分量补偿输送器32围绕其自身轴的旋转，但是本发明同样适用于任何要被打标的弓形表面也处于运动的情况。因此，当第一分量表示沿着传输机皮带的直线运动时，本发明可以被采用，其中所述的传输机皮带移动要被打标的弓形表面。同样地，第二分量可以表示弓形表面沿着路径(不管是弓形的还是直线的)而没有附加旋转的弓形表面16的位置变化。例如当输送轮具有锁定在某些位置的输送器而输送器没有围绕其自身轴旋转时，这可能发生。最后，要理解为本发明还可能补偿沿着弓形路径在激光打标器面前移动的直平表面，而不是弯曲的或弓形表面。
权利要求
1.一种设备(9)，其通过沿着总体上限定为一个终止于基底(17)的长度的光程用激光束(12)扫描来对相对运动的基底(17)进行打标，在打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备(9)包括一个用于产生激光束(12)的激光源(10)；一个物镜(14)，其具有被放置在光程上的一个表面以便把激光束(12)导引到基底(17)上；在光程上的一个扫描器(13)，其用于将激光束(12)扫过所述物镜(14)的所述表面，以便于所述物镜(14)在所述物镜的所述表面上产生一个可变象距；以及一个控制器(19)，其用于使扫描器(13)与基底(17)的运动同步，所述控制器(19)包括一个用于确定基底(17)运动第一分量的编码器(23)以及具有其中所存储的表示基底(17)运动第二分量数据的存储器(21)，所述控制器(19)将所述第一和第二分量组合以驱动所述扫描器(13)，其中所述可变象距精密地符合所述光程长度的变化，借此当激光束(12)被扫描经过基底(17)时其被维持在所要求的打标距离。
2.根据权利要求1所述的设备，其还包括一个产品探测器(1)，当所述基底(17)进入由所述光程的运动范围所定义的目标区域时，所述产品探测器(11)用于通知所述控制器(19)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述第一分量是第一旋转分量且表示基本上横切于所述光程的一个弓形路径(A)的运动，以及其中所述第二分量是第二旋转分量且表示沿着距所述弓形路径(A)距离发生变化的路径(C)的附加旋转运动，所述编码器(23)仅探测所述第一分量，并且在所述存储器(21)中的所述数据包括用于补偿所述第二分量的校正系数。
4.根据权利要求3的设备，其中所述基底(17)进一步由所有沿着输送轮(33)圆周旋转地安装的多个输送器(32)中的一输送器(32)来支撑，其中所述弓形路径(A)基本上与所述圆周同心运行，其中所述第一分量表示所述输送轮(33)围绕所述输送轮(33)中心(37)的旋转，并且其中所述第二分量表示每个所述输送器(32)围绕其自身旋转中心(35)的旋转。
5.根据前述权利要求中任何一项的设备，其中所述第一和第二分量被转化成电压增益系数来改变用于驱动所述扫描器(130)的电压。
6.根据前述权利要求中任何一项的设备，其中所述第一分量包括基底(17)的位置和速度系数。
7.根据前述权利要求中任何一项的设备，其中所述物镜(14)基本上为球形，并且通过参照所述激光束(12)的光轴(47)将物镜(14)倾斜一个对应于所述光程长度变化的量，产生所述可变象距(图4和5)。
8.根据权利要求1至6任何一项的设备，其中所述物镜(14)为球形，并且通过采用透镜(14)的光学处方产生可变象距，所述的光学处方精密地符合所述光程的长度变化(图6A和6B)。
9.根据前述权利要求中任何一项的设备，其中光程的变化长度通过所述基底(17)的所述运动而形成。
10.根据前述权利要求中任何一项的设备，其中光程的变化的长度通过所述基底(17)的形状而形成。
11.一种扫描类型的激光打标设备(9)，其通过沿着光程导引激光束(12)给相对运动的基底(17)打标，所述光程总体上限定为一个终止于基底(17)的长度，在基底(17)上打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备(9)包括一个用于产生激光束(12)的激光源(10)；一个在光程上的物镜(14)，其用来将激光束(12)导引到基底(17)上并且限定象距；用于根据光学处方来调节所述透镜(14)象距的装置(13)；以及一个控制器(19)，其用于使所述调节装置(13)与基底(17)的运动同步，所述控制器(19)包括一个用于确定基底(17)运动第一分量的编码器(23)以及具有其中所存储的表示基底(17)运动第二分量数据的存储器(21)，所述控制器(19)将所述第一和第二分量组合以驱动所述调节装置(13)，借此在基底(17)上的整个打标过程中，激光束(12)基本上维持着在基底(17)上聚焦。
12.一种扫描类型的激光打标设备(9)，其通过沿着光程导引激光束(12)给相对运动的基底(17)打标，所述光程总体上限定为一个终止于基底(17)的长度，在给基底(17)打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备(9)包括一个在光程开始处用于发射激光束(12)的激光源(10)；一个在光程上用于偏转激光束(12)的光扫描器(13)；一个在光程上用于接收偏转的激光束(12)的物镜(14)，所述物镜(14)具有符合所述光程长度变化的光学处方；以及一个用于使光扫描系统(13)与基底(17)的运动同步的控制器(19)，所述控制器(19)包括一个用于确定基底(17)运动第一分量的编码器(23)以及具有其中所存储的表示基底(17)运动第二分量数据的存储器(21)，所述控制器(19)将光扫描器(13)的所述第一和第二分量组合，借此在基底(17)的整个打标过程中，激光束(12)被聚焦到基底(17)上。
13.一种给相对运动的基底(17)打标的方法，其包括下述步骤产生激光束(12)；沿着光程扫描激光束(12)，所述光程总体上限定为一个终止于基底(17)的长度，在打标时所述光程的长度发生变化；将激光束(12)导引到基底(17)上，其包括将激光束(12)扫描过放置在光程上的一个物镜(14)表面、扫过精密地符合所述光程长度变化的物镜(14)表面产生一个可变象距、以及当激光束(12)被扫描经过基底(17)时将激光束(12)维持在一个所要求的打标距离上；以及将导引激光束(12)的步调与基底(17)的运动同步，其包括利用一个编码器(23)确定基底(17)所述运动的第一分量、存储表示基底(17)所述运动第二分量的数据、以及将所述第一和第二分量组合用于导引激光束(12)。
全文摘要
一种通过沿着光程扫描激光束(12)给相对运动的基底(17)打标的设备(9)，所述光程总体上限定为一个终止于基底(17)的长度，在打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备(9)包括一个用于产生激光束(12)的激光源(10)；一个物镜(14)，其具有被放置在光程上的一个表面以便把激光束(12)导引到基底(17)上；在光程上的一个扫描器(13)，其用于将激光束(12)扫过所述物镜(14)的所述表面，以便于所述物镜(14)在所述物镜(14)的所述表面上产生一个可变象距；以及一个控制器(19)，其用于使扫描器(13)与基底(17)的运动同步，所述控制器(19)包括一个用于确定基底(17)运动第一分量的编码器(23)以及具有其中所存储的表示基底(17)运动第二分量数据的存储器(21)，所述控制器(19)将所述第一和第二分量组合以驱动所述扫描器(13)，其中所述可变象距精密地符合所述光程长度的变化，借此当激光束(12)被扫描经过基底(17)时其被维持在所要求的打标距离上。
文档编号B23K26/08GK1409677SQ00817220
公开日2003年4月9日 申请日期2000年10月13日 优先权日1999年10月15日
发明者D·J·瑞安 申请人:马科尼数据系统公司