CN104118220A - 一种基于液晶空间光调制器的激光标识二维码方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于液晶空间光调制器的激光标识二维码的方法和装置，主要包括激光器、起偏器、扩束准直系统、液晶空间光调制器、计算机、聚焦准直系统和成像透镜。激光器发出的激光经过起偏器，成为偏振光，偏振光经过扩束准直系统成为平行光，平行光入射到液晶空间光调制器，液晶空间光调制器对平行光进行图像信息调制，二维码生成软件输出的二维码图像，通过计算机生成相息图，来精确控制液晶空间调制器上显示的相位图，平行光通过液晶空间光调制器上显示的图案进行衍射分光成为衍射光，衍射光通过聚焦准直系统，将光束缩小准直，最后经过平场透镜将激光聚焦于需标识的工件表面。

Description

一种基于液晶空间光调制器的激光标识二维码方法及装置
技术领域
本发明涉及一种基于激光在零件表面标识二维码的方法和装置，特别涉及一种基于激光和液晶空间光学调制器在零件表面标识二维码的方法和装置，属于激光加工技术领域。 
背景技术
物品直接物标溯源技术是一种将机器可读二维码信息直接标录在物品上，用于物品溯源管理的自动标识与信息化管理技术，和RFID(无线射频识别)等技术一起成为了物联网技术在制造产业应用的重要支持技术。近年来随着二维码本身和识读技术以及激光技术的发展，由激光精细标记技术生成的二维码作为物品本体标识的主要信息载体获得了越来越多的认可，在汽车、航空航天、电子、医药及军工等领域具有广泛的应用前景，是DPMT(直接物标溯源)技术未来重要的发展趋势。激光二维码本体标识与传统的激光打标有本质区别，后者仅仅是肉眼看到得一个标记或序列号，而激光二维码标识则包含了丰富的物品信息，是一个规范的数据文件。与传统的条形码、二维码印刷标签不同，激光生成的二维码标识可以确保物品标识在产品制造、流通和使用的整个生命周期完好无损，可由读码器或移动终端直接智能读取二维码标识(数据文件)信息，每一个被标识物身份具有唯一性，从而为产品的制造过程管理、溯源、防伪、监管标识提供有效快捷的标识手段。 
现有的基于激光标识二维码的方法和主流系统都是采用高速定位系 统，例如振镜(检流计)扫描系统，通过矢量扫描方式和栅量扫描方式来标识的。当标识尺寸小于2＊2cm2的微型二维码时，矢量扫描方式失去其优势，大多数采用栅量扫描方式。以这种方式标识一个分辨率为1024＊768像素的二维码时，一个脉冲标识一个像素，需要振镜扫描786432次。尽管振镜的速度和性能随着技术的进步，有了很大的提高，但是以这种串行处理方式快速标识二维码仍然是一个巨大的挑战，标识一个二维码的时间都在秒级； 
激光掩膜标识方式属于并行处理方式，能一次完成二维码的标识，具有速度快的优点，标识一个二维码的时间在ms级；但是这种技术需要预先制作二维码的掩膜，制作成本高，灵活性差，不适合现代化流水线作业场合； 
发明内容
本发明克服了串行处理的激光振镜扫描技术标识速度慢和激光掩膜标识技术无法实现计算机可编程控制、灵活性差的缺点，提供了一种并行处理、可计算机编程控制的的激光高速标识二维码的方法和装置，可在ms级时间内完成一个二维码的标识。 
本发明提供一种激光高速标识二维码的方法，其方法是激光器发出的激光经过起偏器，成为偏振光，偏振光经过扩束准直系统成为平行光，平行光入射到液晶空间光调制器，液晶空间光调制器对平行光进行图像信息调制，二维码生成软件输出的二维码图像，通过计算机生成相息图，来精确控制液晶空间调制器上显示的相位图，平行光通过液晶空间光调制器上显示的图案进行衍射分光成为衍射光，衍射光通过聚焦准直系统，最后经 过平场聚焦透镜成像于需标识的工件表面。 
本发明还提供一种激光高速标识二维码的装置，该装置主要包括激光器1、起偏器3、扩束准直系统4／5、液晶空间光调制器6、计算机7和聚焦准直系统8／9和平场聚焦透镜10。其中激光器1、起偏器3、扩束系统4／5、液晶空间光调制器6和聚焦系统8／9、平场聚焦透镜10按照图示顺序依次放置在光路中；计算机7与液晶空间光调制器6相连构成图形可计算机编程控制的动态衍射光学元件。 
上述所说的起偏器3是一个半波片，放置在激光器激光束出射孔径前，改变激光束的线偏振方向，保证入射到液晶空间光调制器上的激光束能获得最大的相位调制； 
上诉所说的扩束系统是由一片凹透镜4和一片凸透镜5组成，焦距短的凹透镜放置在离激光器近的光路上，焦距长的凸透镜在离激光器远的光路上。根据设计功能，扩束系统中的两块透镜应该共焦放置，长焦距和短焦距之比，及时激光束放大的比例，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一方面可以和液晶空间光调制器的物理尺寸相匹配，充分利用液晶空间光调制器；另一方面降低激光束的能量密度，使其低于液晶空间光调制器的损伤阈值，避免损伤液晶空间光调制器； 
上述所说的聚焦准直系统由一片凸透镜8以及一片凹透镜9组成，透镜自左而右依次为短焦距凸透镜和长焦距凹透镜，根据设计功能，聚焦准直系统中的两片透镜应该共焦放置，长焦距和短焦距之比为聚焦系统的缩小的倍数；激光束经过此聚焦准直系统，激光束大小缩小为系统所需的尺寸， 和后面的光学元件相匹配； 
上诉所说的平场聚焦透镜10，是F-theta透镜，激光束通过该透镜，在整个焦平面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； 
使用本发明方法和装置进行激光标识二维码时，待标识工件应该放置在平场聚焦透镜的焦平面上，确保激光照射到工件表面上的光功率密度最大，激光光斑最小，分辨率最大； 
本发明中，将激光束、起偏器、扩束系统、液晶空间光调制器、聚焦准直系统、平场聚焦透镜的应该保持光学系统同轴，避免激光束在传输过程中发生偏移，造成系统效率降低； 
根据功能设计的需要，计算机将二维码生成软件生成的图像，根据算法程序得到相位图，然后通过数据线输入到液晶空间光调制器的控制单元，控制单元按查找表将相位灰度图像转化为空间光调制器的每一像素上的相位值。不同的二维码只需调节液晶空间光调制器上的每一像素上的相位值，灵活地实现计算机可编程控制的二维码标识； 
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明做进一步的描述 
图1为基于液晶空间光调制器的激光标识二维码的装置结构图；其中1激光器；2.激光束；3.起偏器；4.短焦距凹透镜；5.长焦距凸透镜；6.液晶空间光调制器；7.计算机；8.短焦距凸透镜；9.长焦距凹透镜；10.平场透镜；11.工件；12.光轴 
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。 
如图1所示，一种基于液晶空间光调制器激光标识二维码生成装置，其特点是，该装置主要包括激光器1、起偏器3、扩束准直系统4和5、液晶空间光调制器6、计算机7和聚焦准直系统8和9、平场聚焦透镜10。其方法是激光器1发出的激光束2经过起偏器3，成为偏振光，偏振光经过扩束准直系统4和5成为平行光，平行光入射到液晶空间光调制器6，液晶空间光调制器6对平行光进行图像信息调制，二维码生成软件输出的二维码图像，通过计算机7生成相息图，来精确控制液晶空间调制器上显示的相位图，平行光通过液晶空间光调制器上显示的图案进行衍射分光成为衍射光，衍射光通过聚焦准直系统8和9，最后经过平场聚焦透镜10成像于需标识的工件11表面。 
本发明采用基于液晶空间光学调制器激光标识二维码的技术，可以实现计算机可编程控制，以并行方式进行激光高速标识二维码，极大地减少了加工时间，在很大程度上提高了激光的使用率。可实现低成本和大批量的产品的追溯需求，工艺简单，一致性好，而且适于自动化生产。 

Claims (9)

1.一种基于激光标识二维码的方法和装置，其特征在于，该装置主要包括激光器(1)、起偏器(3)、扩束准直系统(4和5)、液晶空间光调制器(6)、计算机(7)、聚焦准直系统(8和9)和平场聚焦透镜(10)。激光器(1)发出的激光(2)经过起偏器(3)，成为偏振光，偏振光经过扩束准直系统(4和5)成为平行光，平行光入射到液晶空间光调制器(6)，液晶空间光调制器对平行光进行图像信息调制，二维码生成软件输出的二维码图像，通过计算机(7)生成相息图，来精确控制液晶空间调制器上显示的相位图，平行光通过液晶空间光调制器上显示的图案进行衍射分光成为衍射光，衍射光通过聚焦准直系统(8和9)，最后经过平场聚焦透镜(10)成像于需标识的工件(11)表面。 
2.根据权利要求1所述的基于激光标识二维码的方法和装置，其特征在于，所述激光器(1)采用可见光波长的激光器。激光器激光脉宽可从纳秒到飞秒，激光平均功率大于等于14瓦，重复频率从几十千赫兹直到几百千赫兹。 
3.根据权利要求1所述的激光标识二维码的方法和装置，其特征在于，所述起偏器(3)采用激光输出光波长对应的半波片，用来控制入射到液晶空间光调制器上的光的偏振态，最大化液晶空间光调制器的相位调制。 
4.根据权利要求1所述的激光标识二维码的方法和装置，其特征在于，所述的扩束系统由两片不同焦距的凹透镜(4)和凸透镜(5)组成，短焦距凹透镜(4)放置起偏器之后，长焦距凸透镜(5)放置在凹凸镜之后。 
5.根据权利要求4所述的扩束系统装置，其特征在于，短焦距凹透镜(3)和长焦距凸透镜(4)是共焦放置，且其焦距之比为扩束系统的扩束倍数。 
6.根据权利要求1所述的激光标识二维码的方法和装置，其特征在于液晶空间光调制器(6)的控制单元接收计算机(7)传递来的相位图，并将相位灰度图转化为液晶空间光调制器(6)每一像素上的相位值，液晶空间光调制器(6)对入射到其上的激光束进行调制，并反射输出。 
7.根据权利要求1所述的激光标识二维码的方法和装置，其特征在于，所述的聚焦准直系统由一片凸透镜以及一片凹透镜组成，两透镜自左而右依次为短焦距凸透镜(8)和长焦距凹透镜(9)。 
8.根据权利要求7所述的聚焦准直系统装置，其特征在于，短焦距凸透镜(8)和长焦距凹透镜(9)是共焦放置，且其焦距之比为聚焦系统的缩小的倍数。 
9.根据权利要求1所述的激光标识二维码的方法和装置，其特征在于，平场聚焦透镜(10)为F-theta透镜，激光束通过它聚焦到工件(11)表面。 
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