具有复数个激光器和可单独调节的偏转装置组的标记仪器的制造方法

具有复数个激光器和可单独调节的偏转装置组的标记仪器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种标记仪器，其用于通过激光标记一物体，标记仪器包括了复数个激光器和一用于单独激活每一个激光器根据待标记的符号发射一激光束（90）的控制单元。提供有一偏转装置组（30）用于重新排列激光束（90）成一需要的激光束（90）阵列，偏转装置组（30）对应每个激光束（90）包括至少两个偏转装置（33a-i，34a-i），特别是至少两个映射镜（33a-i，34a-i）或者至少一个光波导，和对应每个激光束（90a-i）一个透镜，以及每个偏转装置（33a-i，34a-i）在其偏转方向单独可调节和/或单独可移置。
【专利说明】具有复数个激光器和可单独调节的偏转装置组的标记仪器
【技术领域】
[0001]根据权利要求1前文所述，本发明涉及一用于通过激光光线标记物体的标记仪器。
【背景技术】
[0002]通常，已知的标记设备使用一单一的激光器，例如，CO2激光器。这样一激光器发射一激光束，该激光束被传输到待标记的物体上。该物体在一传送带上相对该标记仪器移动。典型的，根据一待标记的符号，一扫描设备被提供，用于定向该激光束到该物体。因为普遍需要物体的高通量，物体在相对于标记仪器的传送带上的速度要高。然而，该速度不能被任意增加，因为当物体通过时，扫描设备需要足够的时间来在物体上书写标记。因此，这样的标记设备的速度被扫描设备的速度限制了。
[0003]通量可以通过包括了复数个激光器的普通的标记仪器被增加，激光器，例如可为气体激光器，和一用于根据一待标记的符号，单独激活每个激光器来来发射一激光束的控制单元。这样的标记仪器被在美国专利US5，229，573以及美国专利US5，229，574中被描述出。
[0004]为了达到越来越大的标记速度，就需要具有更多数量激光束的标记仪器。然而，激光器的数量至今很大程度上受限，因为各个的激光器的尺寸导致仪器的尺寸过大并同样妨碍将激光束传递至待标记的物体。
[0005]英国专利GB2304641A描述出了一用于通过激光束标记物品的系统。复数个光束被定向到一弓形反射镜来被重新排列成一垂直线。
[0006]美国专利US4，652，722涉及于一用于刻写字符到移动物品上的仪器。该仪器包括一定数量的激光器，该激光器发射的光束被定向到一个最初对齐的反射镜组。
[0007]美国专利US6，421，159B1涉及于一具有复数个激光器的激光标记仪器，这些激光器为了降低光束之间的间隔以一定角度互相安装。
[0008]美国专利US5，339，737A公开了与激光仪器同时使用的平面印刷图版。激光束被定向到一书写排列，激光束从该排列中以一预先定义的排列方式退出。
[0009]美国专利US5，115，446描述了一用于法兰以及其他激光仪器元件的支撑结构。该支撑结构以一矩形构造支持激光器的谐振管。

【发明内容】

[0010]本发明的目的是提供一具允许复数个激光器的光束灵活的传送的标记仪器。
[0011]本发明的目的可通过包括有权利要求1技术特征的标记仪器来解决。
[0012]优选的实施方案在从属权利要求和之后的说明书中，特别是结合附图给出。
[0013]根据本发明，以上所述种类的标记仪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阵列的偏转装置组，该偏转装置组对应每个激光束包括有至少两个偏转装置，特别是对应每个激光束，包括至少两个映射镜(mapping mirror),或者对应每个激光束至少一光波导和一个透镜，且每个偏转装置在它们的偏转方向可单独调节和/或可单独的移置。
[0014]可以被视为本发明的一基本想法的是，对应每个光束提供至少两个偏转装置用于单独偏转每一光束。也就是说每个光束被定向到它们相对应的偏转装置。偏转装置彼此可以被独立于彼此调节使得基本上任何需要的构造都可被设置出来。
[0015]由激光器发射出的激光束形成一特别的排列，例如，一平行行进的激光束的线性排列。可以被看作是本发明的一个重要优点的是，允许一线性排列的灵活映射成任何其他排列。特别是，光束之间的间隔可以通过偏转装置组被改变或者降低。
[0016]本发明的一个根本想法在于提供可调节的偏转装置。他们可以在标记设备运行中或者优先于标记设备运行被设置为一需要的位置。为了这个目的，每个偏转装置可以被通过一由控制单元控制的电动马达移位。
[0017]相对于棱镜，偏转装置组优点在于引起更少的失真，特别是反射镜被用作为偏转装置时。
[0018]在偏转装置是反射镜的情况下，调节可以被通过单独的倾斜反射镜来实现，S卩，改变偏转方向或者指定反射镜的方向。额外地或可选地，反射镜是可以被移位的，就是可以被移置的。由于激光束可以通过反射镜重新排列，反射镜也可以被成为映射镜。
[0019]在本发明的上下文中，激活每一激光器从而发射一激光束可被理解为任何控制在待标记的物体上是否射有一光束的过程。因而，激活同样也可通过一光束闸(beamshutter)来进行。也就是，一激光器可保持激活，且光束闸控制激光器的激光束是通过还是阻挡。
[0020]通常，激光器可以是任何种类的激光器。若使用的激光器，其空间是起决定作用的，则本发明将特别有利。也就是说，激光器功率是否强烈取决于激光器的大小。若激光器尺寸阻碍了激光束彼此接近地生成，则本发明的另一优点将变得明显。本发明允许激光束的重新排列致使激光束之间只有一小段距离，因此，具有高标记分辨率。
[0021]这类激光器的实例是气体激光器、化学激光器、纤维激光器、染料激光器和固态激光器。此外，半导体激光或者金属蒸汽激光器也可以使用。如果使用气体激光器，可以为任何通常已知的种类，例如，氦氖激光器，CO激光器,IS激光器,氮激光器，或者准分子激光器。优选的，气体激光器为CO2激光器。这些可以以连续波(continuous wave)或者脉冲运行。例如，通过调 Q(Q-switching)或者锁模(mode-locking)。
[0022]待标记的符号可以被理解为任何标记，例如，一文字，一图片或者一图像的单一像素。符号可以包含一定数量的点或者线。也就是，激光器可被激活，对于短时间内，其在物体上产生点，或对于一可设置的时间段，其可产生特定长度的线。
[0023]在本发明的上下文中，待标记的物体可以是任何物品或者产品，其具有能够被激光器的光线影响的表面。特别的是，物体可以是一个包装，例如，用于食物或者饮料，一水果或者一标签。物体的材料可以包括塑料、纸张、金属、陶瓷、纤维、复合材料或者有机组织。
[0024]标记自身可为在物体表面内的任何变化，例如一个颜色变化，一个雕刻或一个切□。
[0025]上述提到的“需要的激光束阵列”可以为任何适用于相应的应用的激光束排列。需要的阵列可以不同于原始的激光束排列，即，射到偏转装置组之前的排列。特别是，需要的阵列可以为一相对于原始排列旋转的线性排列。
[0026]根据本发明的一优选实施例，偏转装置被调节使得在激光束之间的光束间隔被减少了。由于激光器的尺寸大而造成光束间隔大的缺陷因而可被减缓。进一步地，可达到较高的标记分辨率。与用于减少光束间隔的设备中所有的光束被定向在一共有的光学元件，例如合适的棱镜。相反，本发明的偏转装置将会导致更少的光束失真。
[0027]—减少的光束间隔也导致激光束更加集中的射到公共光学元件上。当球面象差及其相似物发生在傍轴射线和边缘射线之间时，这是至关重要的，傍轴射线，即射到透镜或者反射镜的中心的激光束，边缘射线，即射到远离透镜或者反射镜中心的激光束。有益的是，降低光束间隔有利于降低球面象差。
[0028]本发明的另一优选实施例的特征在于，对应每个激光束由两个偏转装置形成，作为一第一和第二映射镜组，每个映射镜组对应每个激光束，包括至少一映射镜，且第一映射镜组定向激光束到第二映射镜组。因此，每个激光束被通过至少两个映射镜单独定向。这允许光束的特别的灵活的排列。
[0029]通常，偏转装置是可以被手动调节的，特别是可移位的。然而，优选为控制单元被适用于移置偏转装置和/或者调节偏转装置的偏转方向，特别是通过万向支架。为了扩展应用领域，每个偏转装置可以被控制单元单独调节。在相对成本较低的实例中，对应每一激光束，至少一个偏转装置可通过控制单元调节。有益的是，万向支架可以允许安装后的偏转装置在至少两个自由旋转角度或者甚至所有方向旋转。
[0030]由控制单元对偏转装置的调节允许一可变代码定位。这意味着，从仪器射出的激光束的方向可被改变从而改变通过在物体上的激光束而待产生的代码的位置。另外，代码的高度可以被改变。
[0031]优选的，控制单元被适用于在标记过程期间调节偏转装置来执行一激光束的扫描移动。单独的激光束的扫描移动可以互相独立，其更加强了灵活性或者标记速度。
[0032]此外，静态的标记也是可行的。在这个情况中，物体相对于标记仪器在整个标记运行中不被移动。可操作偏转装置从而引起激光束的扫描移动从而所有待印刷的符号可在静止的物体上连续的产生。本实施例中优选为用于印刷2D图形，其需要高印刷分辨率。
[0033]优选的，控制单元更可以被适用于提供复数个多击选项(multiple strikeoption)。如果激光束是脉冲的，这就意味着复数个脉冲被定向到一个物体上的公共点。通过物体及仪器间的相对移动以及激光器发射的合适时机来完成这个目的。可选的，一激光束的偏转装置的调节可以被改变使得一激光器的连续脉冲被定向到公共点。有益的是，灰度级印刷因此变得可能。
[0034]控制单元可以进一步适用为自动调节偏转装置以适用物体的位置的变化，例如，补偿物体的振动。位置的变化可以通过一传感器，如超声波或者光学装置或者接近开关来确定。
[0035]本发明仪器的一优选实施例其特征在于，提供至少一扫描镜设备(scanningmirror device),其包括一公共镜,来自偏转装置组的所有激光束射在公共镜上面，同时控制单元被适用为枢转扫描镜设备，特别是通过一振镜。
[0036]扫描镜设备可以被理解为任何能够导致一光束连续通过一系列空间位置的器械。
[0037]在简单的情况下，这样的设备可以包括一可旋转的反射镜，其围绕一垂直于入射光束的平面的轴线可旋转。该可旋转的反射镜可以包括一镜筒(miiTor drum)，S卩，一具有一定数量公共围绕一单轴旋转的反射镜的多边形。
[0038]包括有一与一反射镜连接的振镜的设备通常被称为振镜扫描器。一振镜扫描器可将输入电信号转换为振镜扫描器的反射镜的角位置，比如，可动线圈或一实心铁转子。有益的是，任何反射的光束被定向到的地点独立于之前的激光束位置进行选址。优选地，提供有至少两个振镜扫描器。当振镜扫描器被排列为对应每个激光束被从第一振镜扫描器定向到第二振镜扫描器时，有益地，任何二维扫描移动成为可能。
[0039]扫描镜设备的任务也可以被声光设备执行。在这种情形下，一声波与一声光材料耦合。声波的频率支配穿越声光材料的激光束的偏转的角度。通过快速的改变声波的频率，可达成激光束的快扫描运动。
[0040]为了标记相对于标记仪器移动中的物体，另一优选实施例中，控制单元被适用于根据物体移动的信息调节偏转装置和/或至少一扫描镜设备。物体因此可以被追寻或追踪。加速或者减速仪器和移动物体的传送单元之间的一相对移动是可能的。有益的是，标记过程的速度可以因此被增加。
[0041]根据本发明的另一优选实施例中，偏转装置组包括第一和第二映射镜组，每个映射镜组对应每一激光束包括至少一映射镜，第一映射镜组定向激光束到第二映射镜组，第一和第二映射镜组分别排列成一线性阵列，且每个映射镜是可以倾斜的。在这个实施例中，两个映射镜组中的一个中的映射镜之间的间距可以是固定的，其允许使用一个公共安装装置以线性配置持有映射镜，同时反射镜的倾斜依然是可行的。第二映射镜组可以倾斜出一由射到第一映射镜组的激光束形成的平面。可以提供有用于调节映射镜的线性阵列中至少一个的位置的定位装置。特别是，定位装置可以替代公共安装装置。
[0042]本发明仪器的另一优选实施例的特征在于，控制单元被适用于控制偏转装置来设置一从偏转装置发射的激光束的收敛或者发散的程度，特别的是，自第二偏转装置组的激光束。因此，偏转装置能被调节，使得自仪器的一给定距离，产生激光束之间的一所需距离。激光束制造的文字的高度以及印刷分辨率，即，由物体上的相邻激光束弓I起的标记之间的距离，是由激光束的间隔来支配的，同时也能通过调节收敛的程度来修改。为此快速倾斜偏转装置就足够了，并不需要改变偏转装置之间距离，这样可能是更加费时的。
[0043]激光器可以被排列使得激光束平行的离开激光器并且形成一线性排列。然而，根据不同的应用，可能需要改变激光束的线性排列的方向。为此，控制单元可以被适用于调节偏转装置，使得射到偏转装置的激光束的线性排列，围绕平行于发射的激光束的行进方向的轴转动，例如90°。一个水平排列从而可以旋转到垂直排列或反之亦然。由于通常产品上待标记的符号或文字是水平的或垂直的，因而这样是特别有益的。因此，控制单元可以至少在这两个重要情况下之间切换。为了旋转激光束的线性排列，该偏转装置组可以包括一第一映射镜组，其同至少一个或者两个扫描镜设备一起使用。
[0044]根据本发明的另一优选实施例，为了激光束的焦距的整体调节，提供有具有至少两个透镜的一伸缩设备(telescopic device).整体调节可被理解为激光器的所有激光束穿过伸缩设备并因而通过相同的方式被影响。控制单元可以适用为根据物体的距离设置伸缩装置，特别是从而使得激光束的焦距对应于物体的距离。有利地，在物体移向仪器或远离仪器时，物体上产生的标记的光斑大小(spot size)可保持恒定。通过移动物体的传送单元和/或使用其他已知的距离检测装置，将到物体的距离信号提供给控制单元。由于通过偏转装置可减少任意两个激光束间的最大光束间隔，因而优选地，可将伸缩设备设置在偏转装置后方。伸缩设备的光学元件因而可以被做的更小。
[0045]在本发明仪器的一优选的变化中，提供有一用于整形的伸缩装置组，其特别是用于设置每个激光束收敛或者发散的程度，并从而设置每个激光束的焦距。这可以对每个光束单独进行。有益的是，因此可以补偿光路差，光路差是指到达物体前，单独光束的路径的长度不同，这可能是由于物体的表面轮廓或标记仪器内的不同内部路径长度导致的。
[0046]每个伸缩装置可以包括至少两个光学元件，特别是至少两个透镜或者曲面镜，光学元件之间的距离可被调节来设置焦距。伸缩装置因此可以被设计为使用透镜的折射伸缩、使用反射镜的折射伸缩或者使用至少一个反射镜和一个透镜的折反射伸缩。
[0047]优选的，伸缩装置，其也可以称为一光束整形装置，被控制单元线性调节，S卩，每个伸缩装置的至少一光学元件的位置在各自激光束的传播的方向上改变。
[0048]控制单元可适用于控制伸缩装置来补偿激光束之间的路径长度差，特别是，由偏转装置的排列引起的路径长度差。取决于偏转装置处于的地点，激光束的光路可能具有不同的长度，从而导致物体上的激光束的不同的光斑大小。具有了伸缩装置，平面场校正是可行的，其中每个激光束从仪器的一末端测得相同的焦距。
[0049]当路径长度因为偏转装置的调节而被改变时，控制单元也可以被适用于实时调节伸缩装置。额外地或可选地，控制单元可适用于根据关于路径长度改变的任何信息，例如物体的振动或其他移动，或激光束通过一扫描设备而重新定向，来设置伸缩装置。
[0050]根据本发明的另一实施例，控制单元被适用于单独延迟每个激光器的激活，这样，当物体在物体移动方向中相对标记仪器移动的情况下，至少两个激光束在物体移动方向上射在物体上的相同位置。激光器的激活的时机可以使得所有激光束在物体移动方向中射到物体上的相同位置。
[0051 ] 进一步地，不论发出的激光束与物体移动方向间的方向，不同的激光束可能在与物体移动方向垂直的一条线中引起激光点。该线的长度取决于发出的激光束与物体移动方向间的方向。
[0052]优选的，激光器被堆叠使得激光器发射出的激光束形成一激光束阵列，特别是具有平行激光束的线性阵列。每个激光器可以包括至少部分环绕内部区域的谐振管，就是说谐振管形成一闭环或者开环。发射的激光束被通过光束传输装置，优选为反射镜组，定向到内部区域。通常，光束传输装置也可以通过气体激光器的输出I禹合(output coupler)镜形成。这样的情况下每个气体激光器的一谐振管末端部分可以指示在内部区域的方向。然后，该偏转装置组可以被排列在内部区域。
[0053]一谐振管被理解为一用于容纳激光器增益介质或者由激光器增益介质组成的管子。在气体激光器的情况下，该管子是空的，用于接收激光器气体。对于固体激光器，该管子可以不是空的，而是由增益介质组成的。
[0054]有利地，某些谐振管利于冷却，这些谐振器管被设置在闭环或开环的相对面，相对彼此距离最远，而同时由于光线元件在内部区域以节省空间的方式容纳，仪器的总尺寸并未增大。
[0055]在另一优选实施例中，每个激光器包括谐振管，其至少部分环绕一内部区域，光束传输装置被提供用于定向由激光器发射的激光束到内部区域，且光束传输装置是伸缩装置的一部分。光束传输装置对应每个激光束可以包括一个反射镜，其反射镜可以形成每个伸缩装置的一第一光学兀件。
[0056]可选地，用于耦合出激光束的激光器的输出耦合器可以是伸缩装置的一部分。该输出耦合器可以为部分反射镜，其中每个反射镜的外表面，即，朝着远离激光器气体的那个表面，可能通常具有任何形状。因此优选的，该形状使得每个输出耦合器行为类似于通常已知的伸缩的第一透镜。
[0057]本发明一优选变型致力于损坏(failed)像素的情况，顿坏像素是指激光器是失效的，并未发射出一激光束。为了取代失败的激光器的激光束，控制单元可适用于调节偏转装置以及伸缩装置从而起作用的激光器的激光束被偏转至失败的激光束的方向。因而伸缩装置被控制用于调节损坏的激光束及取代这个光束的激光束间的路径长度差。
[0058]本发明的另一优选实施例的特征在于，对应每一激光束，作为偏转装置至少一光波导以及一透镜被提供。光波导可为引导激光器发射光线的任何可弯曲的光波导，该光线具有某一波长，特别的是一具有约为ΙΟμπι波长的红外光。光波导的例子可为光学纤维或具有内部反射表面的空管。
[0059]每一光波导可配备有作为第一偏转装置的用于将射出的激光束以合适的角度定向至光波导的核心的输入I禹合光学器。光波导也可以配有输出I禹合光学器，其特别地包括至少两个用于收集远离光波导的激光辐射的透镜。输出耦合光学器可以确定激光束的大小，焦距和焦深。特别是，输出耦合光学器可以被形成为伸缩装置。
[0060]优选的，多个光波导具有相同的长度。这导致物体上的标记的光斑大小和质量更恒定。
[0061]本发明还涉及于一标记系统，其包括如上所述的一标记仪器，并进一步包括用于相对于物体移动方向倾斜标记仪器的枢转装置。
[0062]如随后将说明的那样，通过倾斜标记仪器，可使印刷分辨率改变，即改变在一垂直于一物体移动方向的方向中物体上标记点间的距离。这是通过在一垂直于一物体移动方向的方向中的光束间隔来支配。由于激光器可延迟至，当物体在物体移动方向中移动了如光束间隔相同时，才被激活，因而物体移动方向中的光束间隔并不对印刷分辨率起决定作用。
[0063]然后，可以通过倾斜标记仪器而改变垂直于一物体移动方向的方向中的光束间隔，并因而改变激光束的排列。优选的，控制单元被适用于根据一需要的印刷分辨率通过枢转装置来倾斜标记仪器。
[0064]在激光束线性排列的情况下，激光束的线性排列以及物体移动方向间的倾斜角支配了在垂直于物体移动方向的一方向中，物体上的标记点之间的距离。如果激光束的线性排列垂直于物体移动方向，标记点之间的距离最大。为了设置一更小的距离，倾斜角可以被减小。在加上适当的激光器的发射时机，倾斜角度可以被设置使得标记点形成一连续线或者分隔的标记点。重叠标记点可以被制造用来引起不同的标记点的强度，比如，用于灰度印刷。此外，倾斜角可以为零，若选择一相应的发射间延迟，即选择激光器的激活，标记点的完全重叠可达成。
[0065]本发明更充分的理解以及其他各种不同特征及本发明的优点将结合附图通过以下说明而变得更清楚。以下说明仅是一些例子，而非对本申请的任何限制。附图中的等效 部件分别用相同的附图标记标示。
【专利附图】

【附图说明】
[0066]图1为本发明标记仪器第一实施例的示意图；
[0067]图2A到图2C示出了光束整形装置组和偏转装置组的第一构造的不同视图；
[0068]图3A到图3C示出了光束整形装置组和偏转装置组的第二构造的不同视图；
[0069]图4A和图4B示出了光束整形装置组和偏转装置组的第三构造的不同视图；
[0070]图5示出了偏转装置组的另一构造；
[0071]图6示出了用于重新排列激光束成二维阵列的偏转装置组的映射镜的构造；
[0072]图7示出了根据本发明的标记系统和相对于标记系统移动的待标记的物体；
[0073]图8A到图8D示意性地示出了相对于物体移动方向离开本发明标记仪器的激光束的排列，以及由激光束制造的标记。
【具体实施方式】
[0074]图1示出了根据本发明的一标记仪器100的第一实施例的示意图，标记仪器100包括了，复数个激光器10，每个激光器发射一激光束，激光束被用于制造物体(未示出)上的一标记。为了形成和定向激光束，该仪器100进一步包括光学装置30、40、45、50。
[0075]在所示的例子中，复数个激光器10包含9个气体激光器IOa-1Oi。除了气体激光器，其他激光器也可被采用。通常，有大量的气体激光器10是理想的，比如，至少4或者6个激光器。每个气体激光器10包括谐振管12，谐振管相互流体连接。也就是，一气体激光器的谐振管12形成一公共的谐振器三维空间。不同的激光器10的谐振管12之间流体连接也是可行的。
[0076]在所描述的实施例中，气体激光器是指CO2激光器，且相应地，气体激光器可包括其他气体，如CO2, N2和He。
[0077]谐振管12围绕内部空间或者谐振管之间的自由中央空间5，被排列成环形。通过连接单元16形成的环形用于连接属于相同激光器的相邻谐振管12。连接元件16被安排到堆叠的激光器的边角，且包裹有用于将激光光线从一个相邻谐振器管12向其他谐振器管进行反射的反射镜。自然地，根据使用的激光器气体选择所有的反射镜。在本情况中，反射镜包括在CO2激光器的波长区域内反射的材料，即，中红外福射(medium-1R radiation)、主要在10.6μπι处。比如，可提供有一铜镜或具有用于增加反射性和/或防止空气中锈蚀的涂层的基材。
[0078]在所描述的例子中，谐振管12形成一矩形的形状的密封圈。通常，任何其他至少部分封闭内部区域5的形状可被选择，例如一三角形，一正方形或一 U形。
[0079]每个气体激光器IOa-1Oi的谐振管12构成一个密封三维空间。激光器的三维空间可彼此间相隔或相互连接从而形成一共用的密封三维空间。在密封的激光器内，通常需要在长时间内使激光器气体组合物保持不变。为此，总的气体三维空间被通过一额外的气体储存器19来增加。储存器中的气体不会被激励而产生气体光线。然而，储存器19与一个或多个谐振管12的气体三维空间相连。
[0080]标记仪器100进一步包括了在每个谐振管12上的激发装置(excitation means)(未不出)和与谐振管12相连结的冷却块(未不出)。每个谐振管12的立方结构的每一面都可有一个冷却块。因此，每个冷却块不只是冷却一单个谐振管，而是不同激光器IOa-1Oi的复数个谐振管12。冷却块可以具有复数个通道，通过这些通道冷却流可以循环。
[0081]每个激光器10的谐振管12被设置在独立且分隔开的平面层。激光器10大致相同并且被以平行的方式堆叠在彼此上。
[0082]激光器10的矩形形状可在一个角上是开口的。在图示的实施例中，左上部的角是开口的，在其上提供有一集成输出法兰17。在这个角上，激光器三维空间的末端有一背光镜18，背光镜18用于将激光光线反射回谐振管12中。背光镜18可与一末尾谐振管12连接，该末尾谐振管12通过集成输出法兰17被支持，或者后视镜18可与集成输出法兰17连结。
[0083]激光器三维空间的另一末端则通过输出耦合器13被终止于同一个角上。输出耦合器13 I禹合输出一激光束,并又可同时被连接至一末端谐振管12或集成输出法兰17。输出耦合器13可为部分反射镜13或也可称为部分反射输出耦合器。发射的激光束可随后通过光束传输装置14被定向至内部区域5内。在图示的实施例中，光束传输装置14包括至少一设置在集成输出法兰17上的反射镜14。从光束传输装置14反射出的激光束通过在集成输出法兰17内的一个孔进入内部区域5。通常对于所有激光器10，提供有一公共的整合的输出法兰部17是可能的。在所描述的实施例中，然而，对于每个激光器10，就有一个集成输出法兰17,且每一集成输出法兰17表不一光束传输装置14和一个孔,相应激光束可穿过该孔。
[0084]在内部区域5内，提供有有用于整形和偏转激光束的光学装置30、40、45、50，这一设置有利地使得空间需求相对较低。同时，一个激光器中相对的谐振管12通过内部区域5分隔开，其有利于谐振管12的冷却。
[0085]来自光束传输装置14的激光束射到一用于重新聚焦激光束的光束整形装置组40上。该光束整形装置组对应每一激光束包括有一光束整形装置40a-40i。因此，激光束的聚焦可以被独立于彼此单独设置。图示的是对于每一光束整形装置40a-40i，设有一个透镜。然而，每个光束整形装置可以包括至少两个光学元件，比如，反射镜或者透镜，来形成一个伸缩装置，有益的是，调节激光束的焦距因而只需要伸缩装置的光学元件的轻微的位移。
[0086]激光束然后射到偏转装置组30上。在示出的例子中，激光束预先行进通过光束整形装置40。然而，该顺序可以被改变或这两种装置中的单一元件可交替，即光束整形装置40的一个元件可被设置在偏转装置30的两个元件间。
[0087]通常也可以是光束传输装置14形成部分伸缩装置40或者部分偏转装置30。在是部分偏转装置的情况下，光束传输装置14可以组成第一映射镜组。需要的光学元件的数量因而有益的减少了。
[0088]在描述的实施例中，偏转装置组30对应每一激光束包括了两个偏转装置，其中对应每个激光束，示出了一个偏转装置33a-33i。这些偏转装置33a-33i还可以被称为作为一第一映射装置组33。通常，偏转装置可以是改变激光束的传播方向的任何装置。在示出的例子中，偏转装置是反射镜。该组中的反射镜可以独立于彼此被放置。因此，射到偏转装置30的激光束的排列可以通过调节单独的反射镜33a-33i的位置来改变。反射镜因此可以被称为映射镜33a-33i。[0089]映射镜33a_33i是可倾斜和可移位的，就是说可平移的移动。为了倾斜反射镜，每个映射镜33a-33i被万向安装。一控制单元(未示出)可以适用为通过万向架设置每个映射镜33a-33i到需要的位置。
[0090]在离开偏转装置30之后，激光束射到一系列公共光学元件上，即，所有激光束射到的光学元件上。这可包括一用于激光束焦点的整体调整的伸缩设备45。与前述的伸缩装置40相反，伸缩设备45相同的影响到所有的激光束。
[0091]光路中的光学元件可进一步包括用于改变一激光束的强度分布，或使一激光束的强度分布均一的装置，以及用于改变激光束的偏振(polarisation)的装置，特别是用于达成一激光束的整个截面的一公共偏振的装置，或用于消除偏振激光束的装置。
[0092]最终，激光束通过一扫描镜设备50定向出仪器100。这个设备50可包括两个振镜扫描器50，每一扫描器具有一可旋转的公共镜50a，所有激光束射在公共镜上。通过这两个振镜扫描器50，对于激光束可很容易地设置为任何行进方向。
[0093]如图2A到2C所示，为从不同角度示出的，偏转装置组30以及激光整形装置组40的第一不例。
[0094]为了激光束90a_90i的光束整形和准直，光束整形装置组40包括复数个光束整形装置40a-40i，每个具有至少两个透镜41和42。为了调节每个激光束90a_90i的焦点，并从而调节待标记的物体上的光斑大小，透镜41、42可以在激光束90a-90i的传播方向偏移。激光整形装置40a-40i因而组成伸缩装置40a-40i。当每个激光束90a_90i有一个伸缩装置40a-40i时，光束也可以为了路径长度差被调节。
[0095]在通过伸缩装置40a_40i之后，激光束90a_90i射到偏转装置组30，该偏转装置组30包括第一和第二映射镜组33、34。就是说，每个光束90a-90i被自第一映射镜33a_33i定向到第二映射镜34a-34i。第一映射镜组33和第二映射镜组34分别以线性阵列35、36排列。
[0096]在示出的例子中，激光束90a_90i被偏转装置组30映射出，使得激光束的线性排列旋转，例如90°。该构造因此也可以被称为作为一水平-垂直像素的映射器。第一和第二映射镜组33、34被排列成一平面且相互垂直。
[0097]通过万向支架，映射镜33、34可以被调节使得传出的激光束90a_90i在需要的方向上平行行进。
[0098]用于在物体上印刷符号的激光束90a_90i的扫描运动可以通过第二映射镜组34被执行。可选地，第二映射镜组34可以定向激光束90a-90i到一扫描镜设备。
[0099]如图3A到3C所示，为从不同角度示出的，偏转装置组30以及激光整形装置组40的另一构造不例。
[0100]该构造与之前构造中的第一和第二映射镜组33、34的排列不同。在当前情况下，第一映射镜组33、第二映射镜组34形成线性阵列，其(不同于先前的构造)不再一平面内。相反，两个线性阵列成一个角度(在本例子中为45° )来减少在激光束90a-90i之间的空间。同时，激光束90a-90i的线性排列旋转90°。
[0101]图4A和4B示出了另一映射镜33、34的有利构造。与之前的情况一样，图4A和4B描述的构造展示了第一和第二映射镜组33、34，每映射镜组分别被排列成线性阵列35、36。然而，第二映射镜组34被倾斜使得反射的激光束90a-90i收敛，也就是说。基于距离仪器所需距离的需要间隔，光束间隔被进一步减少从而可改变产生标记的分辨率以及尺寸。
[0102]优选的，第二映射镜组34是可通过万向架被控制单元倾斜的。第一组映射单元33可以要么被固定使得这些反射镜在印刷运行中不能被移位，要么反射镜也可以被万向转动。
[0103]在图1到图4B的实施例中示出了，激光束90a_90i的扫描运动可以通过倾斜第二映射镜组34的映射镜34a-34i被运行。扫描设备，例如具有一用于重定向所有激光束90a-90i公共镜的振镜扫描器，在这种情况下并不需要。然而，提供有这样的扫描设备也可能是有用的。
[0104]为了设置偏转装置到任何图1、图2A到图2C、图3A到图3C以及图4A和图4B所示的构造，优选的提供有一控制单元。
[0105]图5示意性的示出了映射镜33a_33i的另一排列。这里，只示出了偏转装置组30的第一映射镜组33。穿过伸缩装置40a-40i的激光束90a_90i的线性阵列自映射镜33a-33i被反射使得激光束90a-90i之间的光束距离被减小了。在任何两个相邻反射的激光束90a-90i间的光束距离可以是相同的。在示出的例子中，激光束90a-90i的线没有旋转出由映射镜33a-33i和伸缩装置40a-40i形成的平面。倾斜映射镜33a_33i使得反射的激光束90a-90i行进出所述平面会导致光束距离或者间隔的改变。因此，本实施例中激光束90a-90i的扫描动作可以要么由第二偏转装置组执行，要么由至少一个如图1所示的扫描设备执行。
[0106]光束间隔的减少将允许优化气体激光器的堆叠设计，其用于在不危害印刷分辨率或文字尺寸的情况下，热冷却及射频(RF)激发，即一更大的气体激光器间隔可被补偿。
[0107]图6描述了用于重新排列激光束90a_90i成激光束的二维阵列的(例如，3乘3的矩形阵列)映射镜的构造。
[0108]再次，偏转装置组30包括了第一和第二映射镜组33、34。在本例子中所示的，伸缩装置40a-40i被排列到第一和第二映射镜组33、34之间。然而，可替代的是，伸缩装置40a-40i可以排列在第一映射镜组3之前3或者在第二映射镜组34之后。
[0109]图6还示出了光束传输装置，其将来自激光器的光束90a_90i重定向到第一映射镜组33。光束传输装置通过反射镜组14a-14i形成。在其他的实施例中，该反射镜组可以由一长反射镜代替。
[0110]第二映射镜组34a-34i被排列成二维阵列使得反射的激光束90a_90i以二维阵列被映射。有益的是，激光束90a、90i之间的最大距离被大大减小了，尤其是与激光束的任何线性排列相比。光束更加的紧密排列，并且因此通过光学元件，例如是聚焦光学器45，的中央部分。由于光学象差主要发生在光学元件的外部区域，二维的排列有助于提高聚焦和激光束的光束质量。尤其是外部大多数激光束相比于激光束的线性排列遭受较少的失真。此夕卜，光学元件的大小可以被减小，使得总成本更低。
[0111]虽然在图1至图6的实施例中，偏转装置由反射镜形成，但光波导也可以作为代替使用。每个光波导的至少一端(优选为两端)可以被连接到由控制单元控制的定位装置，用于单独调节由相应的光波导引起的偏转。当光学纤维的一端在其位置被调节时，一用于定向激光器光线到光学纤维或者用于收集自光学纤维发出的激光器光线的透镜被对应的调节。该透镜作为一第二偏转装置。[0112]图7示意性的示出了一标记系统120和待标记的物体I。
[0113]物体I在物体移动方向2中移动，并在图中示出了其在三个不同的位置的情形，SP其依序在三个不同的位置上。标记系统120包括有一标记仪器100及一用于使标记仪器100倾斜的枢转装置110。
[0114]标记仪器100可包括任何前述的部件，例如由两映射镜组组成的偏转装置，每映射镜组被排列成线性阵列。如图7所示，提供有一控制单元20及一定位装置60。定位装置60用于定位映射镜的线性阵列。在相应的阵列中单独的映射镜可被固定从而其不被移位而是被倾斜，例如通过万向支架倾斜。
[0115]标记仪器100发射复数个激光束，图7示出了其中的三个激光束90a、90b、90c。随着物体I被移动，激光束90a、90b、90c相应的被重新定向。
[0116]取决于物体I的位置和形状，物体I及仪器100间的距离可改变的大小如图中的标记“d”中指示的。此外，依序在一个时间点，对于每个激光束90a、90b、90c，距离可能不同。仍然，激光束90a、90b、90c在物体I上的光斑大小将会是相同的。为此，提供有如上所述的由控制单元20调节的光束整形装置。
[0117]在下文中，枢转装置110的功能和好处将会参考图8A至8D来解释，其示意性的示出了相对于物体移动方向2通过仪器100发射的激光束90a-90i的排列。
[0118]在图8A中，激光束90a_90i的线性排列平行与物体移动方向。激光束90a_90i的至少两个通过单独延迟气体激光器的发射，被射到物体I上相同的点80。该延迟可以被设置等于激光束90a-90i间的间隔除以物体的速度或者在激光束的线性排列的方向中物体的速度。
[0119]在图8B至图8D中，激光束90a_90i的线性排列以α角，带有角度地与物体的行进方向2相倾斜。该倾斜角α可以通过枢转装置110被设置。与发射的延迟一起，该倾斜导致由点81-89形成的线的印刷。如图8Β所示，该点81-89可以重叠，或者可以如图8C和图8D所示的，被分隔开。制造的线的长度因此由激光束90a-90i和物体移动方向2之间的倾斜角α确定。每个点81-89的尺寸可以通过光束整形装置被控制，且因此线的宽度也可以通过光束整形装置被控制。
[0120]描述的标记仪器有益的，可允许光束间隔的改变和由激光器产生的复数个激光束的排列的改变。每个激光束可以被光束整形装置单独调节。空间需求通过在一激光器环绕的区域内排列光学元件实现最小化。
【权利要求】
1.用于通过激光标记一物体(1)的标记仪器，包括 复数个激光器(10)，特别是气体激光器(10) '及 一用于根据待标记的一符号，单独激活每个激光器(10)从而发射一激光束(90a - 90i)的控制单元(20)； 其特征在于， 提供有一用于灵活地重新排列激光束(90a-90i)成任何需要的激光束(90a-90i)阵列的偏转装置组(30)； 所述偏转装置组(30)对应每个激光束(90a-90i)，包括至少两个偏转装置(33a-331、34a-34i)，特别是，对应每个激光束(90a-90i)至少两个映射镜(33a_331、34a_34i)或者，对应每个激光束(90a-90i)至少一个光波导和一个透镜； 每个偏转装置(33a-331、34a-34i)在其偏转方向可单独调节和/或可单独移置；及控制单元(20)适用为移置偏转装置(33a-331、34a-34i)和/或调节偏转装置(33a-331、34a-34i)的偏转方向。
2.如权利要求1所述的标记仪器，其特征在于， 所述偏转装置(33a-331、34a-34i)被调节使得在激光束(90a-90i)之间的光束间隔被减小。
3.如权利要求1或2所述的标记仪器，其特征在于， 所述控制单元(20)被适用于通过万向支架移置偏转装置(33a-331、34a_34i )和/或调节偏转装置(33a-331、34a-34i)的偏转方向。`
4.如权利要求1至3任一项所述的标记仪器，其特征在于， 在标记过程中，所述控制单元(20)被适用于，特别是通过万向支架，移置偏转装置(33a-331、34a-34i)和/或调节偏转装置(33a_331、34a_34i)的偏转方向从而执行激光束(90a-90i)的扫描运动。
5.如权利要求1至4任一项所述的标记仪器，其特征在于， 提供有至少一个扫描镜设备(50)，其包括一公共镜(50a)，来自偏转装置组(30)的所有激光束(90a_90i)射在所述公共镜(50a)上；及 控制单元(20 )适用为枢转扫描镜设备(50 )，特别是通过一振镜枢转。
6.如权利要求1至5任一项所述的标记仪器，其特征在于， 为了当物体(1)相对于标记仪器(100)移动时标记物体(1)，控制单元(20)适用为根据物体(1)的移动信息调节偏转装置(33a-331、34a-34i)和/或所述至少一个扫描镜设备(50)。
7.如权利要求3至6任一项所述的标记仪器，其特征在于， 所述偏转装置组(30)包括一第一和第二映射镜组(33、34)； 对应每个激光束(90a-90i )，每个映射镜组(33、34)包括至少一个映射镜(33a_331、34a-34i)； 所述第一映射镜组(33)定向所述激光束(90a-90i)到所述第二映射镜组(34)； 所述第一和所述第二映射镜组(33、34)分别被排列成线性阵列(35、36);及 每个映射镜(33a-331、34a-34i )是可倾斜的。
8.如权利要求7所述的标记仪器，其特征在于，提供有用于调节映射镜(35、36)的线性阵列中的至少一个的位置的定位装置(60)。
9.如权利要求1至8任一项所述的标记仪器，其特征在于， 所述控制单元(20)被适用于控制偏转装置(33a-331、34a-34i)来设置一从偏转装置(33a-331、34a-34i)发射的激光束(90a-90i)的收敛或发散的程度。
10.如权利要求1至9任一项所述的标记仪器，其特征在于， 控制单元(20)适用为调节偏转装置(33a-331、34a_34i )使得射到偏转装置(33a_33i )的激光束(90a-90i)的线性排列，围绕平行于发射的激光束(90a-90i)的行进方向的轴转动 90。。
11.如权利要求1至10任一项所述的标记仪器，其特征在于， 提供有用于激光束(90a-90i)的焦距的整体调节的具有至少两个透镜的伸缩设备(45)。
12.如权利要求1至11任一项所述的标记仪器，其特征在于， 控制单元适用为设置伸缩设备(45)使得激光束(90a-90i)的焦距对应于待标记的物体(1)，特别是一移动中的物体(1)的距离。
13.如权利要求1至12任一项所述的标记仪器，其特征在于， 控制单元(20)适用为延迟每个激光器(10)单独的激活使得，当物体(1)在物体移动方向(2)中相对标记仪器(100)移动的情况下，至少两个激光束(90a-90i)在物体移动方向`(2)中射在物体(1)上的相同位置。
14.如权利要求1至13任一项所述的标记仪器，其特征在于， 对应每一激光束(90a-90i)，提供有至少一个光波导(90a-90i)和一个透镜，作为偏转装置(33a-331、34a-34i);且 光波导具有相同的长度。
15.如权利要求1至14任一项所述的标记仪器，其特征在于， 提供有一光束整形装置组(40)，其用于单独整形每个激光束(90a-90i)，特别是设置每个激光束(90a-90i)收敛或者发散的程度。
16.标记系统，包括有如权利要求1至15任一项所述的一标记仪器(100)，且 所述标记系统包括用于相对于待标记的物体(1)的物体移动方向(2)倾斜所述标记仪器(100)的枢转装置(110)。
【文档编号】B23K26/04GK103781585SQ201280042943
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年7月19日 优先权日:2011年9月5日
【发明者】凯文·L·安布鲁斯特, 布拉德·D·吉尔马丁, 彼得·J·屈克达尔, 伯纳德·J·理查德, 丹尼尔·J·瑞安 申请人:奥迪克激光应用技术股份有限公司