专利名称：一种激光防伪打标机及打标方法
技术领域：
本发明涉及激光加工设备及加工技术。
激光打标是一种重要的激光加工技术，它有不受工件材料限制、不受工件形状限制、标记可永久存留、自动化程度高等优点。已有的激光打标方式可分为扫描式(也称点阵式或书写式)和掩模式两类。如专利号CN92200956.2中公开了一种激光打标机，该机采用X-Y伺服扫描机构，激光束在工件表面扫描形成点阵式标记，点阵标记组成字符或图案，但点阵中每个点都是简单的园点而不具有其它特征图形。专利号 CN90212683.0中公开了一种激光蚀刻机，它在工件表面覆盖了具有特定图形的遮光掩模，激光束通过它的通光部份对工件表面进行蚀刻加工。这种打标方法所形成的标记与掩模的图形完全一致，但它不能蚀刻出与掩模图形不同的任何图案或字符。迄今尚未见到有将扫描式和掩模式两者结合起来的激光打标方法的报道。
本发明的目的在于提供一种将扫描式激光打标与掩模式激光缩微打标结合于一体的打标机及其打标方法，使所打出的宏观点阵字符或图案中的每一个组成点都是和掩模图形一致的微型特征标记，使其宏观点阵的分布规律和微型特征标记的图形具有隐蔽性和很强的不可仿造性，从而具有独特的防伪效果。
本发明的目的由以下方式来实现。
所述激光防伪打标机，包括脉冲固体激光器、扩束透镜组、聚焦透镜、用于安装工件的扫描工作台及控制扫描运动的计算机控制系统，所述工作台由两台或两台以上的步进电机，经由丝杆、螺母构成的传动运动付带动作二维运动或三维运动，其特征在于在扩束透镜组与聚焦透镜之间的光路上设置有遮光掩模及其固定支架。
为了提高工作台的重复定俭精度，本发明在所述由丝杆、螺母构成的传动运动付中设置有能消除螺纹回程间隙的机构；同时为了提高工件上微型标记的清晰度，本发明中还将非球面透镜作为聚焦透镜，从而减少了像差，使图像足够清晰。所述的消回程间隙机构这样构成它包括有与丝杆螺纹配合的左右两个螺母，在两螺母之间设置有已被压缩变形的压簧，左边螺母与丝杆螺纹的右侧面配合接触，右边螺母与丝杆螺纹的左侧面配合接触，从而使工作台向左或向右运行时，由左右螺母分别传递动力，消除了因螺纹间隙带来的回程间隙误差。
在通常的丝杆螺母传动付中，由于加工精度等方而的原因总是存在着螺纹间隙。因此，现有的一些激光打标机，其工作台的重复定位精度不高另一方面激光束通过普通的球面聚焦透境组总是存在着一定的像差，从而影响了工件上微型标记图案的清晰度。由于这两方面的不足，因此在实际使用中，未出现将扫描式打标和掩模式打标结合使用的情况。本发明中使用了带消回程间隙的丝杆螺母传动机构，使工作台的重复定位误差≤0.005mm；利用非球面透镜作为聚焦透镜，提高了激光束横向分布状态的保真度，使本激光打标机在工件表面形成的微型特征标记在其线度≥0.3mm时均能完整清晰地反映出掩模的图形。从而实现了将扫描式激光打标和掩模式打标结合成一体。
利用本激光打标机打标的方法，包括使激光器发射脉冲激光束，经扩速透镜组、遮光掩模、聚焦透镜后照射到放置在工作台上的工件表面上，所述方法中还包括由计算机控制扫描方向，扫描速度等。其特征在于，所述工件沿至少一条轴对所述激光束进行扫描，使工件上形成点阵扫描图形的每个单一字符或图案都是由扫描点集合组成，而且每一个组成点都是和掩模图形相同的微型标记。
与现有技术相比，利用本方法进行防伪打标，不仅有不受工件材料，形状的限制等优点；而且由于其扫描点阵中各点都具有极高定位精度，而且每个点都是具有特定形状的微型特征标记，因此具有更加难以仿造的独特的防伪效果。
下而结合实施例和附图作进一步描述。
图1是所述激光打标机一种实施例的示意图。图中，从脉冲激光器(1)发射出的激光束经扩速透镜组(2)照到遮光掩模(3)上，经遮光掩模射出后，带有和遮光掩模相同图形的激光束经全反射镜(7)和聚焦透镜(6)后，照射到工作台(5)上，该工作台能在微机(4)的控制下作X-Y方向的扫描运动。所述激光器由激光棒(15)、调Q元件(11)、输出镜(10)、全反射镜(12)、氙灯(16)及激光电源(17)组成。由于所述固体激光器发出的激光束为不可见的红外光，为了调节光路，在本激光器的后部增加了Hc-Nc激光器(8)，光栏(9)，全反射镜(13)、(14)，可以方便地调节光路并指示定位点。
图2是所述消除丝杆螺纹回程间隙的机构示意图。图中，(18)是和步进电机的转轴相连通的丝杆，与其螺纹右侧面相接触的螺母(19)固连在工作台上，该螺母有一台阶孔，孔内有压簧(20)和右螺母(22)，该右螺母由螺钉(21)固连在螺母(19)上，旋紧螺母钉时须保证螺母(22)的螺纹与丝杆螺纹的左侧面保持接触，并使压簧(20)在压缩变形状态。
权利要求
1.一种激光防伪打标机，包括发射脉冲激光束的固体激光器、扩束透镜组、聚焦透镜，用于放置工件的扫描工作台及控制扫描运动的计算机控制系统，所述工作台由两台或两台以上的步进电机，经由丝杆螺母构成的传动运动付带动作二维运动或三维运动，其特征在于，在扩束透镜与聚焦透镜之间的光路上设置有遮光掩模及其固定支架。
2.如权利要求1所述的打标机，其特征在于所述由丝杆螺母构成的传动运动付中，设置有能消除螺纹回程间隙的机构。
3.如权利要求1所述的打标机，其特征在于，所述聚焦透镜是非球面透镜。
4.如权利要求2所述的激光防伪打标机，其特征在于所述的消回程间隙机构包括有与丝杆螺纹配合的左、右两个螺母，在两螺母之间设置有已被压缩变形的压簧，使左边螺母始终与丝杆螺纹右侧面配合接触，右边螺母始终与丝杆的螺纹左侧面配合接触。
5.一种使用权利要求1所述打标机的打标方法，包括使激光器发射脉冲激光束，经扩束透镜组、遮光掩模、聚焦透镜后照射到放置在工作台上的工件表面上，还包括使用计算机控制工作台的扫描方向，扫描速度，其特征在于，所述工件沿至少一条轴对所述激光束进行扫描，使工件上形成点阵扫描图形的每个单一字符或图案都是由扫描点集合组成，每一个组成点都是和掩模图形相同的微型特征标记。
全文摘要
本发明涉及激光加工设备及加工技术。所述激光防伪打标机包括脉冲固体激光器,扩束透镜组、聚焦透镜、扫描工作台及计算机控制系统,所述工作台由步进电机经丝杆螺母运动副带动,在扩束透镜与聚焦透镜之间的光路上设遮光掩模及其固定支架,在丝杆螺母运动副中设置有消回程间隙机构,打标时所述工件沿至少一条轴对所述激光束进行扫描,扫描图形的每一个组成点都是和掩模图形一致的微型特征标记,从而具有隐蔽性和很强的不可仿造性,有独特的防伪效果。
文档编号B65B61/26GK1171358SQ9611025
公开日1998年1月28日 申请日期1996年7月22日 优先权日1996年7月22日
发明者吴鸿兴, 郭大浩, 王声波, 陈明松, 戴宇生, 夏小平 申请人:中国科学技术大学