CN102958700B - 一种利用激光束在材料上标记的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种系统，该系统导引激光束通过字母数字编码来标记材料。可以接收对应通过激光束应用于材料的标记的字符以及质量信息，可以获得规定字符段的字体定义，对应字符和质量信息可以从字符部分产生一组多个间隔的位置，在不解除激光束情况下，通过导引激光束来停留在位置上或在位置之间移动可以通过激光束标记材料。

Description

一种利用激光束在材料上标记的系统

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2010年4月30日的以及标题为“使用可缩放字体的激光标记”、申请号为No.61/329,935的美国临时申请的优先权利益。

背景技术

采用分步重复、可变停留时间激光印刷来标记产品(例如，在生产装配线上)的现有激光标记系统使用特定于指定的像素格的字体定义。例如，过去的激光字体定义经常受限于指定的像素格(例如，11x9，7x5，等)并典型地需要由用户基于特定速度和质量点选择字体格。

发明内容

本公开涉及一种使用可缩放字体进行激光标记的系统和方法。该系统可以包括软件应用，该软件应用使用可缩放字体定义将字符输入数据转化为可以由激光印刷系统高效地印刷在产品上的版式。这可以导致点矩阵激光标记的影像质量改善，激光在薄膜上穿孔风险的最小化(例如，食品产品的薄膜包装)，以及可缩放的、可调节的激光字体的进一步开发。这些可调节的激光字体可以为用户提供折中标记速度和具有单独字体定义的影像质量的能力。较高的分辨率在选择像素位置、允许系统更一致地间隔像素方面提供更大的灵活性，同时增加像素数量也能够得到视觉上更具吸引力的字符形状。

一致的像素间隔也可以创造更一致的标记，允许用户降低激光能耗以及随附的薄膜穿孔风险。为解决保持多个字体不缩放的问题，可以引入新的字体定义。该定义代替定义单独像素，而定义字符的每个部分，这里部分可以包括直线，曲线和点。在工作设计时，用户规定要印刷的字符的尺寸和质量设置(例如，像素间隔)。基于该部分的信息，在正确的间隔上得到形成正确尺寸的字符的像素。这允许单独字体缩放到任何分辨率并产生具有大间隔的点矩阵印刷，或以紧密的、一致的间隔来产生美学上更舒适的印刷。

软件应用和激光印刷系统可以提供一些优势。高分辨率可缩放点矩阵字体可以通过视觉上比传统点矩阵字体更吸引的一致间隔来定义。这可以导致包括矢量绘制激光标记的连续外观的点矩阵标记，但可以使用恒定扫描速度绘制。这降低承印物穿透的风险。此外，字体定义允许印刷质量的变化(同时维持相同的字体)，因此最后在不改变字体情况下激活速度相对印刷质量的折中。注意，可以不管具有字体的印刷字符的尺寸(高度和宽度)而一致地维持点之间的间隔。此外，通过可以增加使用激光标记系统最大速度的较低或相同剂量的较少像素，可以使字符更吸引以及形成字符。因此，可以增加激光标记系统的应用空间，同时也提高标记质量。

一个方面涉及通过激光束在材料上标记的方法，这里该方法包括：接收对应于标记的字符和质量信息，从而通过激光束应用到材料上；获得规定字符部分的字体定义；根据所述字符和质量信息从所述字符部分产生一组多个间隔的位置；以及在不停止激光束情况下，通过导引激光束停留在所述位置上以及在所述位置之间移动来通过所述激光束标记所述材料。注意，获得字体定义可以包括响应用户输入从存储器中载入字体定义。

接收字符和质量信息可以包括：响应于用户输入从存储器载入字符信息以及从用户接口接收质量设置；从所述字符部分产生所述一组多个间隔的位置可以包括：基于所述接收的质量设置在字符部分内使所述位置间隔开。此外，接收所述支付和质量信息包括接受字符尺寸信息，产生所述一组多个间隔的位置包括根据所述字符尺寸信息在选择的像素格中产生所述一组多个间隔的位置。

另一方面涉及一种通过激光束在材料上标记的系统。该系统包括：可操作来产生所述激光束的激光器；可操作来聚焦和导引所述激光束的光学装配件；一个或多个数据处理机，例如与激光器和光学装配件耦连的计算机。计算机可以执行存储在机器可读的介质上的软件应用来执行操作。与激光器和光学装配件耦连的一个或多个机器，可操作的来接收对应通过激光束应用在材料上标记的字符和质量信息，获得规定字符部分的字体定义，从字符部分产生一组多个对应字符和质量信息的间隔的位置，以及在不解除激光束情况下通过导引激光束停留在位置上和在位置间移动通过激光束标记材料。

一个或多个机器可以包括存储器并通过响应用户输入从存储器载入字体定义可操作的来获得字体定义。此外，一个或多个机器可以可操作的从保存的项目文件接收字符信息以及通过用户接口接收质量设置，一个或多个机器可以可操作的通过基于接受的质量设置在字符部分内分隔位置来产生一组多个间隔的位置。一个或多个实现的细节在下面的附图和描述中示出，其中与分步重复，可变停留时间激光印刷系统中连续波激光器相接合描述本系统和技术。应该理解描述的激光标记系统和技术也可以应用于连续波模式外的激光标记。

从描述以及附图可以清楚其它特点和优势。

附图说明

图1A示出印刷系统实例的侧视图；

图1B示出俯视印刷系统的图1A的印刷系统的横截面；

图2示出图1A的印刷系统在产品上形成印刷区域；

图3A示出与产品线配合使用的印刷系统的侧视图，该产品线在印刷系统前暂停产品；

图3B示出与产品线配合使用的印刷系统的侧视图，该产品线在印刷系统前连续地移动产品；

图3C示出与产品线配合使用的图3B的印刷系统的顶视图，该产品线在印刷系统前连续地移动产品；

图4A示出用于图1A中印刷系统的光学装配件实例；

图4B示出设置来将由印刷系统产生的印刷束在要形成编码的产品上从一个位置转向到另一个位置的图4A的多个镜子的侧视图；

图4C示出图4A的印刷系统的光学装配件和外壳之间的关系；

图4D示出用于图4A的光学装配件中的透镜的非线性本质；

图4E示出图4B的轴承，该轴承允许印刷系统的印刷束出口件相对印刷系统的外壳旋转；

图5A示出印刷束的侧视图，该印刷束入射到材料上一个位置，这里在材料上形成斑点；

图5B示出印刷束的透视图，该印刷束入射到材料上一个位置，这里在材料上形成斑点；

图5C示出印刷束在材料上形成斑点后材料的侧视图；

图5D示出印刷束在材料上形成斑点后材料的透视图；

图6示出字母“A”的传统的字体定义；

图7示出使用传统字体定义和新的可缩放字体定义的激光标记的结果；

图8示出包括数据处理机800，激光印刷系统810和要标记的产品22的影像印刷系统820的实例；

图9示出使用可缩放激光字体的标记材料的技术；

图10A-10C示出对应可缩放激光字体的字符实例；

图11示出另一个根据可缩放激光字体得到的字符实例。

具体实施方式

本申请涉及用于在表面上，例如位于相邻于印刷系统的产品(例如，产品，包装，标签，等)的表面，印刷影像的印刷系统。印刷系统包括用于产生印刷束的激光器。光学装配件将印刷束从一个位置转向到另一个位置。印刷系统可以包括用于调节印刷束停留在每个位置的时间的电子元件。可以调节该停留时间从而印刷束在每个位置形成斑点。

可以设置这些位置从而这些斑点形成影像或图样，例如公司标识或商标。也可以设置这些位置来形成符号或编码，该符号或编码可以是影像的部分或从影像分离。符号可以在字处理程序中获得，例如，字母数字符号和用来识别产品批次、日期等的任何其它符号。要印刷的序列或编码可以包括这种符号并可以是可读的文本，例如产品名或标识符。要被印刷的编码不需要是字母数字并可以包括不由典型的字处理程序产生的符号。例如，产生的影像，符号和/或编码可以包括条形码和复杂的图样字符。

图1A和1B示出用于在位于印刷系统10附近的产品22上印刷的印刷系统10实例。图1A是印刷系统10的侧视图，而图1B是印刷系统10的横截顶视图。印刷系统10包括用于产生印刷束14的激光器12。许多类型激光器可以用在印刷系统中。由于，为补偿降低的激光器能耗，可以增加停留时间，所以在印刷系统中可以采用低能耗激光器。例如，激光器12可以是CO₂空气冷却激光器。在一些实例中，激光器可以是50W激光器，30W激光器，10W激光器或更低。此外，激光器12可以是二极管激光器。

来自激光器/能量源12的印刷束14通过光学装配件18并入射在材料20上，例如，用在产品包装中的材料。如将在下面更详细地描述，可以调节束14入射在材料20上的时间从而印刷束14在材料20上形成斑点。

光学装配件18包括用于改变印刷束14方向的部件。可以控制这些部件来将印刷束14从一个位置转向到另一个位置，为在每个位置创造斑点。使用下面描述的技术可以设置这些斑点来在产品22的材料20上形成一个或多个影像或符号。

印刷系统10也包括与激光器/能量源12以及光学装配件18通信的电子元件26。电子元件26可以包括用于向印刷系统10提供功能的一个或多个处理器。合适的处理器包括，但不限于，微处理器，数字信号处理器(DSP)，集成电路，专用集成电路(ASICs)，逻辑门阵列和开关阵列。电子元件26也可以包括用于存储由一个或多个处理器执行的指令的和/或用于存储印刷系统10操作过程中开发的数据的一个或多个存储器。合适的存储器包括，但不限于，RAM和电子只读存储器(例如，ROM，EPROM或EEPROM)。实时时钟也可以用在系统中，与用户输入信息结合，辅助确定要被标记的具体编码。

电子元件26控制激光器12和光学装配件18的操作。例如，电子元件26可以控制光学装配件18来调节印刷束14的方向，印刷束14停留在材料20上斑点形成的位置上的时间长度，印刷束14在束停留的每个位置之间移动的速度，用来创造视觉上可识别的符号/影像的斑点尺寸。

电子元件26可以选择性地与用户接口30通信。用户接口30可以远离外壳16，连接到外壳16和/或可从外壳16拆卸。用户接口30可以是手持装置。合适的用户接口30可以包括字母数字键盘和显示器。用户接口30可以用来编写电子元件26和/或设置印刷参数。例如，用户接口30可以用来手动控制印刷束14停留在材料20单独位置上的时间，用来形成视觉上可观察的符号的斑点尺寸，形成的符号的类型和序列，等。用户接口30也可以用来手动激活印刷系统10。例如，用户接口30可以包括引起印刷系统10在材料20上印刷的印刷键。传感器也可以在多个影像中选择要被标记的具体影像或选择用于标记的具体参数。例如，要被标记的具体符号，用在标记中的激光器能耗，要被使用的具体停留时间，或这些的组合或其它参数可以基于传感器输入确定。

电子元件26也可以与一个或多个传感器31通信。这些传感器31可以向电子元件26提供关于产品的信息，印刷系统10要在该产品上印刷。例如，传感器31可以表明产品22相对印刷系统10的位置，产品22移动的方向，何时移动的产品22已停止，以及何时产品22处于要被印刷的正确位置。合适的传感器31(下面描述)可以包括，但不限于，用于检测产品22移动的速度和/或方向的速度传感器以及用于表明何时产品22位于传感器31前的位置传感器。

印刷系统10包括印刷束出口件32，通过该印刷束出口件印刷束14离开外壳16。印刷束出口件32可以简单如外壳16上的开口或安装在外壳16上的固定窗口。另一实施例中，印刷束出口件32可以，如由标记A的箭头示出，相对于外壳16移动。在该实施例中，印刷束14可以通过控制印刷束出口件32手动瞄准材料20上的特别位置。

图2示出在产品22上形成印刷区域34的印刷系统10实例。印刷系统10可以包括用于在材料20上定义印刷区域24的部件。例如，印刷系统10可以，如图2中示出，投射矩形到材料20上。印刷系统10在印刷区域34中形成编码的符号。

在印刷系统10的操作过程中，印刷区域34可以自动被印刷或由操作员控制。操作员可以调节束出口件32从而在材料20上所需要的位置中形成印刷区域34。用户接口30然后用来在印刷区域34中激活印刷。作为结果，印刷系统10的操作员可以通过确保印刷区域34出现在所需要的印刷位置上来选择印刷系统10在材料20上何处印刷编码。合适的印刷区域标记可以包括，但不限于，在印刷区域34四个角上的标记，位于印刷区域34中心的标记和围绕印刷区域34的虚线。

在印刷系统10的一些实施方式中，电子元件26控制印刷区域34的尺寸和几何形状。作为结果，电子元件26可以适配符号的尺寸和形状来印刷在材料20上。例如，当在材料20上要印刷不寻常大的编码时，电子元件26可以放大印刷区域34，从而编码将完全在印刷区域34中形成。作为结果，编码尺寸的增加在材料20上不会导致编码的错误定位。

图3A示出与产品线36一起操作的印刷系统10的侧视图，该产品线在印刷系统10前暂停产品22。印刷系统10可以在位于产品线36上的静止的产品22上或包装上印刷，该产品线相对于印刷系统10移动产品22。图3A中的印刷系统10与印刷触发器38通信，该印刷触发器检测何时产品22之一位于印刷触发器38之前。合适的印刷触发器38包括产生光束的装置。可以临近产品线36建立该装置，从而当产品22沿着产品线36行进时产品22使束中断。印刷系统10可以监测该装置来确定何时产品22使束中断。可以如此定位印刷触发器38，从而当触发它时，正确地定位产品22来在产品22上印刷。备选地，可以如此定位印刷触发器38，从而当触发它时，正确地定位产品来在产品上印刷前产品22要行进特定的距离。为确保最大利用光学系统的标记范围(孔径)，产品移动的速度可以影响计算，允许系统调节用于产品速度可能的最广范围，同时继续创造可接受的标记。

印刷系统10也可以与停止结构40通信，该停止结构在印刷系统10前停止每个产品22。在产品线36操作过程中，收回停止结构40来允许产品22沿产品线36移动。移动可以来自一个或多个机械力或一个或多个自然力，例如引力。一旦产品22移动通过停止结构40，移动停止结构40回到位置上来阻止下一个产品22。

在图3A中示出的印刷系统10的操作过程中，产品22在产品线36上从印刷系统10前通过。印刷系统10监测印刷触发器38来确定何时产品22在印刷触发器38前移动。印刷系统10等待预设的延迟来使产品22紧贴停止结构40以及然后在包装上印刷符号。作为结果，产品22保持静止，同时印刷系统10在包装上印刷编码。

一旦编码被印刷，印刷系统10激活停止结构40，所以产品22再次能够移动。印刷结构监测印刷触发器38来找到产品22间的间隔。一旦找到间隔，印刷系统10激活停止结构40来停止下个产品22并再次监测印刷触发器38来检测何时下个产品22移动到产品触发器38前。

图3B和3C示出与产品线36一起使用的印刷系统10，该产品线连续地移动产品22通过印刷系统10。在线上产品22可以均匀地或零星地间隔。印刷系统10与印刷触发器38和速度传感器42通信。电子元件26(图1B)可以使用来自速度传感器42的信号来确定产品线36上产品22的速度和方向。合适的速度传感器包括，但不限于，编码器和解析器。

建立印刷系统10时，可以管理地登记印刷系统10和印刷触发器38之间的距离到电子元件26中。在备选实施例中，为提供印刷触发器38和印刷束14之间固定的和已知的距离，印刷触发器38连接到外壳16。在本实施例中，电子元件26已知该距离并且不需要管理地登记该距离。

操作过程中，印刷系统10监测印刷触发器38来确定何时产品移动到印刷触发器38前。当它确定产品22移动到印刷触发器38前时，印刷系统10确定线36上产品22的速度并使用该速度来确定编码位置时间延迟。如此确定编码位置时间延迟从而在产品22上所需要的位置上印刷编码。下面讨论用于确定该编码位置时间延迟合适的方法。确定的编码位置时间延迟一旦过去，当产品22移动通过印刷系统10时印刷符号。

一旦编码被印刷，印刷触发器38可以确定何时产品22移动通过印刷触发器38。在一些实施方式中，印刷触发器38一直监视来识别何时新产品22移动到印刷触发器38前。如图3B中示出，印刷触发器38可以由产品22触发，同时印刷系统10在另一产品22上印刷。因此，印刷系统10可以监测产品22之一的时间延迟，同时在另一个产品22上印刷。这些情况可以通过标准的多任务程序处理。

印刷系统10可以与其它产品线36一起使用。例如，一些产品线36包括用于将标签贴到产品22上的贴标台。贴标台典型包括用于确定何时每个产品22标签已贴的电子元件。印刷系统10可以与贴标台通信并可以在标签已贴在产品22上后在每个标签上印刷编码。编码的印刷可以在贴标台内由电子元件触发。例如，当贴标台的电子元件检测到已贴标签时，这些电子元件可以为印刷系统10提供表明应该印刷编码的信号。在其它实施方式中，在标签上印刷编码可以在贴标签前完成。

图4A示出印刷系统10中光学装配件18的顶视图。光学装配件18包括用于产生印刷束14的激光源12。印刷束14通过扩展印刷束14的第一个负透镜50。光学装配件18也包括用于产生印刷区域束53的印刷区域光源52，该印刷区域束通过扩展印刷区域束53的第二个负透镜54。虽然示出如同时产生印刷束14和印刷区域束53，但是电子元件26(图1B)可以引起它们互相独立地产生。此外，印刷区域束53是选择性的以及不需要包括在光学装配件18中。

在束组合器56中组合印刷束14和印刷区域束53。这些组合束通过正透镜58，该正透镜在这些束由反射器60转向前校准这些束。这些组合束然后通过多个镜子62，这些镜子向集中这些组合束的第二个正透镜63反射组合束。组合束然后在传到产品22前通过保护窗64。

因为图4A是光学装配件18的顶视图，以及镜子62上下重叠地定位，所以图4A中镜子62的设置不清晰。为说明镜子的设置，图4B提供，穿过保护窗64观察，光学装配件18的侧视图。组合束14，53从左侧如标记为A的箭头示出接近镜子62。这些束14，53从第一个镜子向下反射向第二个镜子68。组合束14，53从第二个镜子68反射出页面。

如图4C中示出，一个或两个镜子62可以与用于移动镜子62的一个或多个致动器耦连。合适的致动器70包括，但不限于，微马达。致动器70由电子元件26(图1B)控制来使束14，53转向以在包装上形成符号和印刷区域34。例如，当印刷区域34具有矩形形状时，印刷区域束53可以围绕印刷区域34勾勒矩形，以使矩形相对人眼呈实心的速度或大约100转/秒的速度。

图4A的第二个正透镜63可以是非线性透镜。图4D示出第一个位置中和第二个位置中的第二个镜子68。第一个位置中，印刷束14和透镜轴线之间的角度是α，同时第二个位置中该角加倍到2α。由于透镜63的非线性本质，当第二个镜子68在第一个位置中时，印刷束14在距透镜轴线C位置入射在产品22上。但是，当第二个镜子68在第二个位置中时，尽管角度增加到2α，印刷束14仍无法在距透镜轴线2C位置入射在产品22上。透镜63的非线性本质导致镜子68的移动和印刷束14的移动之间缺乏比例性。

电子元件26(图1Β)可以包括校正第二个正透镜63的非线性效果的逻辑件。相应地，该逻辑件，为由2C移动印刷束14，会引起第二个镜子68增加超过2α的角度。此外，不同的关系也是可能的。校正逻辑件可以从提供用于第二个正透镜63的C和α之间关系的理论光学等式开发。光学控制子系统的具体几何形状，例如镜子以及它们的设置，可以包括在理论模型中。备选地，校正逻辑件可以从被执行来确定α和C之间关系的实验开发。该校正逻辑件消除对典型用来校正非线性的、昂贵的以及大的F透镜的需要。相应地，该校正允许减少印刷系统10的尺寸和花销。

球面像差效果可以通过可变的停留时间校正。例如，当像差效果在产品22上明显时，可以增加停留时间。

在包括印刷区域光源52的光学装配件18的操作过程中，激活印刷区域光源52并停止激光器12。移动镜子62从而在产品22上形成印刷区域34。当要在包装上形成符号时，解除印刷区域光源52，并采用激光/能量源12直到形成符号。一旦形成符号，可以解除激光/能量源12并采用印刷区域光源52，从而继续形成印刷区域34。

如上面参考图1B讨论，印刷系统10可以包括可以相对设备外壳16移动的印刷束出口件32。图4C和4E示出允许印刷束出口件32进行这一移动的机械设置。图4C中的框架76在外壳16内支承印刷束出口件32。定位于框架76和印刷束出口件32之间的轴承78允许印刷束出口件32相对于框架76移动。图4E提供沿印刷束14观察轴承78的横截侧视图。印刷束14沿由轴承78(图4E)允许的旋转轴线80通过轴承78(图4C和4E)，由镜子62(图4C)反射并通过出口件32(图4C和4E)的末端。因此，印刷束出口件32相对于框架76的移动不改变印刷束14相对于轴承78的位置。

如图4C和4E中示出，镜子62和致动器70与印刷束出口件32耦连。作为结果，当印刷束出口件32相对外壳16移动时，镜子62和致动器70与印刷束出口件32一起移动。此外，第一个镜子66的一部分(图4B)沿轴承的旋转轴线80(图4E)定位。因此，印刷束出口件32的移动不改变印刷束14和第一个镜子66之间的入射角度。相应地，当印刷束出口件32相对外壳16移动时，第一个镜子66仍导引印刷束14向第二个镜子68的同一部分，印刷束14仍通过保护窗64的相同部分离开外壳16。印刷束出口件32相对外壳16的可旋转性允许印刷束14发射通过印刷束出口件32来瞄准产品22上的各位置。

如上面描述，印刷束14，通过保持在位置上直到该位置的光学特性改变，在产品22的各位置上形成多个斑点。用于示出目的，图5A–5D示出通过从产品22移除油墨层而在产品22上形成斑点。图5A和5B示出，在材料20上形成斑点83(图5C)前，在特定位置上入射在材料20上的印刷束14。材料20包括承印物82，例如纸。在承印物82上形成油墨层84。油墨层84可以包括一些不同的油墨类型以及一些不同的颜色，和许多可商业获得的产品22的标签一样清楚。图5A中示出的材料20包括额外层86。额外层86代表在产品包装上通常出现在油墨层84上方的一个或多个。例如，许多材料20，例如狗粮包，包括承印物82和油墨层84上方的蜡层。

图5C–5D示出在材料20的特定位置上形成斑点83之后示出的材料20。如此调节印刷束14停留在特定位置上的时间，从而印刷束14，在不烧毁承印物82的情况下，融化油墨层84和材料20的额外层86。作为结果，可在材料20的特定位置上看见承印物82。融化油墨层84的时间典型是100–500us。

形成斑点83的时间通常是层中材料20的函数。例如，额外层86可以是保护包装并给它吸引的外表的蜡层。通过这种层形成斑点83通常需要多于只有油墨层84需要的时间。

本申请包括调节印刷束14停留在位置上的时间，从而在该位置上形成斑点。在一些实例中，停留时间大于50μs，例如100μs，200μs，50–50000μs，100–500μs或200–500μs。在一些实例中，斑点直径小于400μm，小于250μm或小于170μm。

图6示出字母“A”的传统字体定义600。标记质量包括字符形状的主观评估。用于分步重复激光标记系统的现有激光字体形成表明低分辨率点矩阵印刷机的字符。这种激光标记系统标记设置在格样式上的像素来形成字符：受欢迎的是5x7,7x9,11x9和13x9字体。这些字体从相邻像素的水平序列，对角线序列或垂直序列形成字符。例如，传统字体定义600示出如何只在45°形成对角线。短45°的部分602与垂直的或水平的部分604，606相间来形成其它角度。这导致锯齿状的对角线以及形成的差的曲线，该对角线和曲线降低用于字母数字字符激光标记的视觉质量。

当标记大字符时，每个斑点明显以及相邻的斑点不重叠。但是，许多客户标记较小字符以及相邻的像素在大多应用中确实重叠。当相邻的像素重叠时，由于在传统激光字体的放大版本中对角线像素之间较大的距离(二的平方根乘以水平或垂直像素之间的距离)，传递到重叠区域的剂量对于对角线像素比对于水平或垂直像素少高达40％。重叠的量越大，该影响越重要。为连贯的标记质量，剂量应该足够多来标记对角线。那意味着客户应该使用比水平和垂直标记需要的剂量多高达40％。用于敏感的承印物，例如包装薄层，这增加穿透的风险。当以一个尺寸印刷时，虽然字体像素可能重叠，但不会以另一个尺寸印刷它们。使用不同尺寸的相同字体会导致不一贯的印刷(它们不会有效地缩放)。

部分地为提高激光标记的连贯性和质量，引入可缩放的激光字体。与其维持以及使用户使用多个、单独的字体(例如，5x7,7x9,11x9和13x9字体)，单独可缩放字体可以代替这些多个字体并可以根据需要基于字符尺寸和质量设置方便地转化为合适的像素格。这可以导致提高的标记外观，同时降低承印物穿透的风险，特别用于包装薄层。穿透降低薄层的完整性，性能并可以对客户的产品产生负面影响。包装薄层代表包装工业巨大的以及增长的部分，薄层穿透可以限制激光标记系统在该领域的可使用性。

图7示出使用传统字体定义的和新的可缩放字体定义的激光标记的结果。可以设计激光标记系统来支持使字体设计者能够避免标记相邻像素的较高分辨率的字体。例如，考虑标记2mm高、1.2mm宽的字符。具有0.16mm垂直间隔和0.12mm水平间隔的11x9字体标记，这些间隔可以低于系统的名义0.180mm斑点尺寸。这些标记重叠并形成连续的线。对角线标记间隔0.22mm，高于名义斑点尺寸，不再形成连续的线。

使用两倍的、一致间隔的像素数的40x25字体避免该问题。在选择像素位置中，较高的分辨率提供较高的灵活性，允许字体设计者更一致地间隔像素，同时加倍像素数允许视觉上更吸引的字符形状。可以降低停留时间来补偿增加的像素数。在该实例中，以7x5字体702停留时间的一半来标记高分辨率字体704，但是标记次数和激光能耗相同。如示出，一致的像素间隔产生更连贯的标记，并允许用户降低激光能耗和随之而来的薄层穿透的风险。

为解决维持不缩放的多个字体的问题，引入新的字体定义。该定义代替定义单独的像素，而定义字符的每个部分，这里部分可以包括直线，曲线和点。在工作设计时，用户可以规定印刷的字符尺寸和质量(例如，像素间隔)。基于该部分的信息，得到正确间隔的标记位置来形成给定尺寸的、正确质量的字符。这允许单独字体缩放到任何尺寸并产生具有大间隔的点矩阵印刷，或以一致的小间隔来产生美学上更舒适的印刷。此外，可以提前确定用于给定标记的字体和尺寸信息并在用于后面在装配线上运行的标记项目的项目文档中保存这些信息，字体定义允许最后设置印刷质量的变化(同时维持来自相同项目文档的相同字体)，实现用于给定激光标记项目运行的速度相对印刷质量的折中。

图8示出影像印刷系统820的实例，包括数据处理机800，激光印刷系统810和要标记的产品22。数据处理机800可以是个人计算机(PC)，笔记本或具有处理器、存储器、硬驱动、显示器和输入部件，例如键盘和鼠标的其它类型计算机。数据处理机800可以包括一个或多个图像软件应用802，例如，基于的图像软件MicrosoftPaint^TM，以及可以集中在一起形成图像工具箱的并可以用来传递可激光印刷的图像到激光印刷系统810的其它软件应用。软件802可以包括用于激光印刷产品家族的自定义设备接口应用。软件可以用来创造和编辑影像(例如，位图)。软件可以包括用来创造字母数字字符新字体的字体设计软件804。

软件802可以转化原始影像到可以本地保存在印刷系统810中的可印刷影像。这种影像可以与字母数字字符一起印刷，这些字母数字字符可以通过数据处理机800或通过用户接口30输入。软件802，804可以存储在机器可读介质上，例如，硬驱，光盘或存储器。软件802可以包含在印刷机驱动器中，例如，Microsoft印刷机驱动器。也可以理解描述的功能操作可以包含在多个软件产品中，例如描述的那些软件产品中，或单独软件产品中，也可以使用多个操作系统。

激光印刷系统810可以具有2”x4”的激光孔，斑点尺寸0.008”和最小的分步时间150μs。激光波长和能耗可以确定可以通过影像标记的材料。基于激光的影像印刷系统820可以使用软件802来在产品22上标记任何符号、编码、序列、标识、影像或样式。例如，如在此描述，系统820可以使用可缩放激光字体来标记字母数字编码。

激光印刷系统810可以包括用户接口812来接收质量设置输入。如示出，接口812可以是滑块图像用户接口(GUI)，或其它输入，例如数字输入，分类输入，或基于GUI的持续值输入。此外，质量设置信息(例如，默认质量设置)可以存储在数据处理机800中创造的项目文档中。系统820可以采用用户接口系统，其中计算机的第一个软件应用创造并编辑可缩放字体，计算机传送可缩放字体到激光电子元件(例如，项目文档中)，激光电子元件使用可缩放字体来转化文本数据到用于激光印刷的影像。

图9示出使用可缩放字体标记材料的技术。接收对应通过激光束用于材料的标记的字符和质量信息900。这可以涉及规定字符与字符尺寸(例如，在保存的项目文档中)一起来印刷的用户。这也可以涉及预先表明用于标记项目的质量(例如，包括在保存的项目文档中默认的质量设置)的用户或工作运行时表明质量(例如，输入与线上激光器相关的用户接口装置的新质量设置)的用户。注意，质量设置可以是部分内直接设置的像素间隔值，或可以是一般表明印刷质量的某值(布尔，多分类，或持续的)。获得规定字符部分的字体定义(例如，独立于像素格)905。这可以包括响应用户表明字体定义的输入(例如，用户选择包括过去规定的字体定义的保存的项目文档)从存储器载入字体定义。备选地，字体定义可以直接由用户输入。

根据字符和质量信息从字符段产生一组多个间隔的位置910。这可以包括基于从用户接收的质量设置(例如，从提供给用户的标记质量滑块接口接收的值)在字符部分内一致地分隔位置。例如，位置的一致间隔可以使用来自用户的像素间隔输入来确定何处放置用于在字符部分内激光停留的位置。注意，也可以从基于其它因素的质量设置输入得到位置的间隔。例如，特定的质量设置可以导致用在水平的和垂直的直线部分内的第一间隔量，用在对角线直线部分内(注意，对角线上的像素间隔典型地比相同长度的直线部分需要40％更多的激光剂量来获得相似的质量)的第二(较常见的)间隔量，以及用在与给定字符的其它直线部分重叠的直线部分内的第三(较不常见的)间隔量。

此外，需要注意，用于转化字符部分到激光停留位置的像素格本身可以从一组基于质量设置的、可获得的像素格中选择。例如，可以在一些实施方式中获得两个像素格(32x20和64x40)，当质量设置大于阈值时，系统可以选择较大的像素格。备选地，不需要预定义多个像素格，但可以根据需要基于质量设置值和字符尺寸产生多个像素格。

可以由系统的激光斑点的尺寸确定使用什么格尺寸。格应该足够大从而当标记对角线时，那条线上相邻的像素将重叠。例如，通过额定斑点尺寸0.18mm，标记2mm高、1.2mm宽的字符，11x9字体导致0.16mm的垂直间隔和0.12mm的水平间隔。两个值都小于名义斑点尺寸。但是，对角线标记上的像素可以间隔0.22mm，大于阈值。增加格尺寸，例如，40x25，来消除该问题。格尺寸的确定的另一个驱动因素可以是字符的复杂度。更多的细节典型需要更高的分辨率。当标记非拉丁字符，例如日文时，这点可以是特别重要。

也要注意，通过允许激光为每个位置标记多个斑点，用于使用给定像素格标记确定的位置本身可以对应下述像素，这些像素大于激光的斑点直径。该标记位置的雾化(atomization)在一些实施方式中可以直接由用户控制，以及在一些实施方式中可以由质量设置输入进行控制。

不管怎样，在不解除激光束情况下，通过导引激光束停留在位置上以及在位置间移动，采用激光束对材料标记915。因此，分布重复、可变的停留时间激光印刷方法可以与字体定义方法组合来产生标记上的大体一致的剂量。注意，本语境中术语“停留”意思是当激光接近要形成标记的位置时该激光至少减速，但不需要完全停止；可以理解，质量设置本身可以影响在位置上停留时间的量和本质。

可以通过使用来自TrueType和其它字体到点矩阵激光标记方法开发字体定义(该字体定义以部分定义字形)。这可以以创造一致点间隔的方式完成。因此，可以使用单独字体定义来产生从低质量点矩阵输出的到一致剂量、矢量式质量输出的多个分步重复激光序列。

图10A–10C示出根据可缩放字体得到的字符的实例。如图10A中示出，字母“E”的字体定义1000包括四个直线部分。基于得到该字符的质量设置，选择64x40输出格以及在该64x40输出格中分配标记位置给每四个像素来得到一组位置1010。如图10B中示出，当增加质量设置，可以减少用于标记的像素间的间隔，得到一组位置1020。如在图10C中示出，当质量设置从图10A中的质量设置减少时，代替地可以选择32x20输出格，执行位置可分配至32×20输出格中的每三个像素从而得到一组位置1030。此外，各部分之间的序列也可以通过字体规定。

图11示出根据可缩放激光字体得到的字符的另一实例。字母“N”的字体定义1100包括三个直线部分。基于该字符的质量设置，选择50x50输出格以及在60x60输出格中为垂直部分分配标记位置给每六个像素以及为对角线部分分配给每四个对角线像素(对应六个垂直像素的相同距离)，来得到一组位置1110。因此，为对角线保持一致的像素间隔。通过改变x和y轴线(例如，垂直部分中y增量是6，对角线上只有4)的分步尺寸完成这点。

上述的一些实例中，在字符部分交叉点附近使用非一致的像素间隔。允许这点的准则可以基于确定间隔是否大于名义斑点尺寸。如果间隔较大，那么非一致像素通常不会产生问题，因为这些线实际上不会交错。如果间隔较小，可以放弃交叉点的像素。注意，当在薄承印物上，例如薄层，印刷时，可以特别重要的是最小化交叉点。

在一些实施方式中，可以放置字符部分的起点和终点从而确保它们准确的位置，在它们之间可以均匀地间隔剩下的像素。这可以导致引入小错误到像素间隔中，其中间隔可以稍大于或小于所需要的值，但在一些实施方式中这可能是优选的。此外，字体定义可以包括点部分，在这种情况下，可以移动激光到规定的位置(缩放到像素格)并在那保持(或减速)停留时间。

此外，一些实施方式中，字体定义可以包括曲线部分。曲线(例如立体Bezier曲线)可以通过结合一系列直线部分来近似。已知一些技术，例如deCastlejau's算法(见http:www.antigrain.com-research-adaptive_bezier-index.htm)。一旦分为直线部分，以给定像素格的合适分辨率，可以如处理其它直线部分一样处理这些曲线。当缩放字符时，这点起根本作用，这里从每个曲线部分得到直线部分来给出字符缩放到的任何尺寸的曲线外观。

因此，可以设计激光编码系统来允许用户设计包括一个或多个字符的编码，在一个或多个字符中用户可以规定编码中每个字符的字体、尺寸和质量。字体确定字符的大体形状。质量设置可以确定组成字符的像素的一致的间隔。在低质量设置，字符由宽间隔的像素组成。当用户提高质量时，像素数增加，但因为字符尺寸保持相同，像素更紧凑。在某点(由激光束的额定斑点尺寸和承印物对激光的响应确定)，像素开始在承印物上重叠。该点定义高质量阈值。在该阈值和大于该阈值时，印刷不再呈现点矩阵印刷，但具有相似于矢量标记系统的质量。不像其它点矩阵激光标记系统，相同字体可以用来印刷不同尺寸和质量的字符。

虽然已仔细描述本申请，但应该理解，在不背离描述的申请的精神和范围情况下，可以做出各种改变、组合、替换和变化。

Claims (7)

1.一种利用激光束在材料上标记的系统，所述系统包括：

激光器，其可用于产生激光束；

光学组件，其可用于聚焦和引导激光束；以及

一个或多个机器，其与所述激光器和所述光学组件相连，并且可用于(ⅰ)接收用于利用激光束而被施加至所述材料的标记的用户指定字符，(ⅱ)获取质量设置，(ⅲ)加载预先定义的字体定义，其中，所述预先定义的字体定义为每个多字符字体指定字符段，并且所述指定字符段包括水平及垂直线段、对角线线段、以及曲线段，(ⅳ)基于所述质量设置来从一组可用的不同网格尺寸的像素网格中选择像素网格，(ⅴ)基于对应于所述用户指定字符的预先定义的字体定义的字符段在所述选择的像素网格中产生一套多个间隔开的位置，以及(ⅵ)通过引导激光束以停留在所述位置且在所述位置之间移动而不停止激光束来利用激光束标记所述材料。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个机器包括存储器，所述用户指定字符与所述预先定义的字体定义存储在也包括默认质量设置的保存的项目文件中，以及所述质量设置通过系统的用户界面而被接收，以使得对于给定的激光标记项目运行来说能够权衡速度与打印质量。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个机器进一步基于字符尺寸值来选择所述像素网格。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个机器可用于应用第一间隔量在位置之间于水平及垂直线段内，并且应用第二间隔量在位置之间于对角线线段内，其中，所述第二间隔量比所述第一间隔量更常见。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述一个或多个机器可用于应用第三间隔量在位置之间于与给定字符的另一线段重叠的线段的部分之内，其中，所述第三间隔量比所述第一间隔量更不常见。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述一个或多个机器可用于以用于所述选择的像素网格的合适分辨率将每个曲线段拆分成直线段，并且如同处理水平及垂直线段及对角线线段的直线段一样来处理所述直线段。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个机器可用于将用于至少一个字符段的起点与终点置于准确的位置，并且均匀地间隔开剩下的位置用于所述至少一个字符段于所述起点与终点的准确位置之间。