直头型激光标识设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种直头型激光标识设备，它包括计算机控制系统、激光源、扩束系统、扫描振镜、F-theta透镜、红光指示系统、45度合束镜和辅助对焦红光指示系统；激光通过扩束系统经合束镜全反射，与激光入射方向成90度方向出射；指示红光透过合束镜射出，与激光实现同光路；同光路的激光和指示红光进入扫描振镜后反射，与激光入射方向同向通过F-theta透镜聚焦到标识工件表面；辅助对焦指示红光方向调节后，与F-theta透镜光轴方向出射的指示红光在F-theta透镜焦平面上的焦点处重合。本实用新型使入射到工件表面的激光光束与激光源的出射光束平行，可方便调整和标识物体的距离，安装空间小；可不受限制选择F-theta透镜，满足标识精度和速度的要求。
【专利说明】直头型激光标识设备
【技术领域】
[0001]本实用新型属于激光标识领域，尤其涉及入射到工件表面的激光光束与激光源的出射光束平行的一种直头型激光标识设备。
【背景技术】
[0002]当今随着信息化技术在先进制造领域的快速发展，在生产、仓储、物流、供应链管理、产品质量追溯等领域对物品标识溯源技术提出了更高的需求，
[0003]带动了激光标识技术在各行各业越来越广泛的应用。在包装、电子、汽车等行业激光标识技术已经成为一道不可或缺的工艺，激光标识设备也成为生产序列的重要环节；随着工业化水平的不断提高，对激光标识设备的需求也呈现多样化。传统的标准激光标识设备都是L型的，即由扫描振镜和F-theta透镜组成的扫描头和包含激光器和其他光学元件组成的机身呈L型，这种激光标识设备的横截面方向的尺寸较大,入射到工件表面的激光光束与激光源的出射光束垂直，如图1所示。通常短焦距F-theta透镜的工作距离在127mm左右，长焦距的工作距离也只有345mm左右；这就意味着如果要对一工件进行标识，待标识的工件表面和F-theta透镜平面之间的距离需在127-345mm这个范围；但是在实际将激光标识设备集成到生产线上时，受制于生产线设备，L型激光标识设备的横截面尺寸由于较大，安装空间受限，不能灵活的调整激光标识设备和标识物体之间的距离。如果他们之间距离在F-theta透镜工作距离范围内时，有时可通过选择合适的长焦距F-theta透镜来解决，但同时也带来了激光标识精度和标识速度降低的问题；如果他们之间距离超出F-theta透镜工作距离范围内时，标准的激光标识设备就无法在生产线上使用。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的为了克服传统的标准激光标识设备都是L型的，即由扫描振镜和F-theta透镜组成的扫描头和包含激光器和其他光学元件组成的机身呈L型，这种激光标识设备的横截面方向的尺寸较大的不足，提供一种直头型激光标识设备。
[0005]本实用新型的技术方案是一种直头型激光标识设备，该设备包括计算机控制系统、激光源、扩束系统、扫描振镜和F-theta透镜,在激光源前方设有第一支架,所述扩束系统装在该支架上；其特点是所述扩束系统前方，扫描振镜下方增设有第二支架，在第二支架上安装红光指示系统，在第二支架上还安装有可透过650nm红光，对1064nm激光全反的45度合束镜；在F-theta透镜下面的面板上增设有第三支架，在第三支架上装有可转动辅助对焦红光指示系统；激光源输出的激光通过扩束系统经45度合束镜全反射，然后在与激光入射方向成90度的方向出射；安装在45度合束镜下方的指不红光,输出650nm的红光,透过45度合束镜射出，与激光实现同光路；同光路的激光和指不红光进入扫描振镜后，经扫描振镜X轴和Y轴方向的反射镜反射后，最后在与激光入射方向同向的方向通过F-theta透镜，聚焦到标识工件表面；安装在F-theta透镜下面的辅助对焦指示红光，经方向调节后，与F-theta透镜光轴方向出射的指示红光在F-theta透镜焦平面上的焦点处重合。
[0006]述激光源采用气体激光器，固体激光器或光纤激光器，激光器运作在连续模式或脉冲模式，激光器运作在脉冲模式时，激光脉宽从ns-fs，激光平均功率从5W到100W，重复频率从20KHz到200KHz。
[0007]所述的扩束系统由两片不同焦距的凹透镜和凸透镜组成，短焦距凹透镜放置起偏器之后，长焦距凸透镜放置在凹凸镜之后。
[0008]所述扩束系统的短焦距凹透镜和长焦距凸透镜是共焦放置，且其焦距之比为扩束系统的扩束倍数。
[0009]所述45度合束镜对650nm的激光高透，透过率大于99% ;对所用波长的激光45度全反，反射率大于99.5%。
[0010]所述扫描振镜的通光孔径大于经扩束系统出射的激光光斑的大小。
[0011]所述扫描振镜内置有两个高速伺服电机，每个高速伺服电机的轴上安装有激光反射镜片，两个高速伺服电机交叉安装，振镜头在计算机控制下两个高速伺服电机带动两个反射镜作高速度、高精度、短矢量的转动。
[0012]本实用新型的有益效果:由于本实用新型直头型激光标识设备结构使入射到工件表面的激光光束与激光源的出射光束平行，因此本实用新型可方便灵活的调整和标识物体的距离，所需要的安装空间最小；用户可不受限制的选择最适合的F-theta透镜，最大限度满足对标识精度、标识速度的要求。同时采用双红光指示，即可预先待标识的物体进行定位和待标识的内容进行预览，又可快速方便地确保激光聚焦在标识工件的表面，降低了对操作人员的技巧和经验，提高了工作效率，保证了标识质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为传统的标准激光标识设备的结构示意图；
[0014]图2为直头型激光标识设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0016]如图1所示，传统的激光标识设备包括计算机控制系统1、激光源2、扩束系统3、扫描振镜6、F-theta透镜8，在激光源2前方设有第一支架9，用来安装扩束系统3。激光源2输出的激光通过扩束系统3进入扫描振镜6，经振镜X轴和Y轴方向的反射镜反射后，最后在与激光入射方向垂直的方向通过F-theta透镜8，聚焦到标识工件表面12。
[0017]本实用新型实施例，如图2所示，一种直头型激光标识设备，该设备包括计算机控制系统1、激光源2、扩束系统3、扫描振镜6和F-theta透镜8,在激光源2前方设有第一支架9，所述扩束系统3装在该第一支架9上；其特征在于，所述扩束系统3前方，扫描振镜6下方增设有第二支架10，在第二支架10上安装红光指示系统5，在第二支架10上还安装有可透过650nm红光,对1064nm激光全反的45度合束镜4 ;在F-theta透镜8下面的面板13上增设有第三支架11，在第三支架11上装有可转动辅助对焦红光指示系统7 ;第三支架11上有转动锁紧装置，激光源2输出的激光通过扩束系统3经45度合束镜4全反射，然后在与激光源2输出的激光入射方向成90度的方向出射；处于45度合束镜4下方的红光指示系统5，输出650nm的红光，透过45度合束镜4射出，与激光源2输出的激光实现同光路；同光路的激光和指不红光进入扫描振镜6后,经扫描振镜6的X轴和Y轴方向的反射镜反射后，最后通过F-theta透镜，聚焦到标识工件表面12上；处在F-theta透镜8下面的可转动辅助对焦红光指示系统7发出的辅助对焦指示红光，经方向调节后，与F-theta透镜8光轴方向出射的指示红光在F-theta透镜8焦平面上的焦点处重合。
[0018]所述的扩束系统3由两片不同焦距的凹透镜和凸透镜组成，短焦距凹透镜放置起偏器之后，长焦距凸透镜放置在凹凸镜之后。短焦距凹透镜和长焦距凸透镜是共焦放置，且其焦距之比为扩束系统的扩束倍数。根据设计功能，扩束系统3中的两块透镜应该共焦放置，长焦距和短焦距之比，即是激光束放大的比例，保持两透镜之间的距离不变，可以保证激光束通过扩束系统后为平行光。经扩束系统放大的激光束，可减小激光束的发散角和降低扫描振镜上的功率密度，减小了聚焦激光光斑的大小，提高了标识精度和标识速度，改善了标识质量。
[0019]F-theta透镜8即是平场聚焦透镜，激光束通过该透镜，在整个透镜焦平面内可形成均匀大小的聚焦光斑，使整个像面上像质一致，且像差小，无渐晕存在，提高了标识的一致性。
[0020]由图2所示，在第三支架11上装有可转动辅助对焦红光指示系统7，辅助对焦红光指示系统7发出的红光可调节方向。对于一定焦距的F-theta透镜8，调节辅助对焦红光的方向，使其和指示红光在F-theta透镜8的焦平面处相交。当待标识工件放置完成后，调整激光标识设备和待标识工件的距离，直到这两束光的交点落在待标识工件的表面，就表明标识工件表面和F-theta透镜的焦平面重合了。这种红光可视化的对焦方式，可快速方便的确保激光聚焦在标识工件的表面，降低了对操作人员的技巧和经验，提高了工作效率，保证了标识质量。
【权利要求】
1.一种直头型激光标识设备，该设备包括计算机控制系统(I)、激光源(2)、扩束系统(3)、扫描振镜(6)和F-theta透镜(8),在激光源(2)前方设有第一支架(9),所述扩束系统(3)装在该第一支架(9)上；其特征在于，所述扩束系统(3)前方，扫描振镜(6)下方增设有第二支架(10)，在第二支架(10)上安装红光指示系统(5)，在第二支架(10)上还安装有可透过650nm红光,对1064nm激光全反的45度合束镜(4);在F-theta透镜(8)下面的面板(13)上增设有第三支架(11)，在第三支架(11)上装有可转动辅助对焦红光指示系统(7)；激光源(2)输出的激光通过扩束系统(3)经45度合束镜(4)全反射，然后在与激光源(2)输出的激光入射方向成90度的方向出射；处于45度合束镜(4)下方的红光指示系统(5)，输出650nm的红光，透过45度合束镜(4)射出，与激光源(2)输出的激光实现同光路；同光路的激光和指不红光进入扫描振镜(6)后,经扫描振镜(6)的X轴和Y轴方向的反射镜反射后，最后通过F-theta透镜，聚焦到标识工件表面(12)上；处在F-theta透镜(8)下面的可转动辅助对焦红光指示系统(7)发出的辅助对焦指示红光，经方向调节后，与F-theta透镜(8)光轴方向出射的指示红光在F-theta透镜(8)焦平面上的焦点处重合。
2.根据权利要求1所述的一种直头型激光标识设备，其特征在于，所述激光源(2)采用气体激光器，固体激光器或光纤激光器，激光器运作在连续模式或脉冲模式，激光器运作在脉冲模式时，激光脉宽从ns-fs，激光平均功率从5W到100W，重复频率从20KHz到200KHz。
3.根据权利要求1所述的一种直头型激光标识设备，其特征在于，所述的扩束系统(3)由两片不同焦距的凹透镜和凸透镜组成，短焦距凹透镜放置起偏器之后，长焦距凸透镜放置在凹凸镜之后。
4.根据权利要求3所述的一种直头型激光标识设备，其特征在于，所述扩束系统(3)的短焦距凹透镜和长焦距凸透镜是共焦放置，且其焦距之比为扩束系统(3)的扩束倍数。
5.根据权利要求1所述的直头型激光标识设备，其特征在于，所述45度合束镜(4)对650nm的激光高透，透过率大于99% ;对所用波长的激光45度全反，反射率大于99.5%。
6.根据权利要求1所述的一种直头型激光标识设备，其特征在于，所述扫描振镜(6)的通光孔径大于经扩束系统(3)出射的激光光斑的大小。
7.根据权利要求1所述的一种直头型激光标识设备，扫描振镜￠)内置有两个高速伺服电机，每个高速伺服电机的轴上安装有激光反射镜片，两个高速伺服电机交叉安装，振镜头在计算机控制下两个高速伺服电机带动两个反射镜作高速度、高精度、短矢量的转动。
【文档编号】B23K26/046GK203973059SQ201420396992
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】张玲玲, 徐佳君, 李国旗, 罗华平, 王建超, 姜兆华, 朱德祥, 韩华, 张伟 申请人:上海市激光技术研究所