CN105834591A - 基于开关激光器和振镜头实现点阵高速标刻的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于开关激光器和振镜头实现点阵高速标刻的系统，它包括CPU、硬件控制器、振镜和激光器，所述CPU的数据通信端连接硬件控制器的缓冲区端口，所述硬件控制器的振镜控制信号端口连接振镜的控制端，所述硬件控制器的激光控制信号端口连接激光器的控制端，所述激光器通过振镜进行激光标刻。本发明能有效地解决激光加工点阵速度慢的问题，利用高速激光器的快速开关特性和高速振镜的配合，实现点阵的高速打标。

Description

基于开关激光器和振镜头实现点阵高速标刻的系统和方法
技术领域
本发明涉激光高速加工技术领域，具体地指一种基于开关激光器和振镜头实现点阵高速标刻的系统和方法。
背景技术
随着激光标刻在工业生产、商业流通各环节的广泛应用和普及，利用二维码标识单个物品和零件的需求越来越广泛。传统的一维和二维标识方法是采用直接印刷和油墨喷印的方法实现。直接印刷无法满足一物一码的要求，油墨喷印又有耗材成本高昂的缺点。
随着激光加工的广泛应用，激光喷码已经在很多行业取代了传统的印刷和喷墨加工。
但由于激光器开关速度和振镜速度的限制，现阶段激光加工点阵(例如二维码)还是需要采用普通的填充方式来实现，这种方法的最大缺点就是加工速度慢，极大的限制了激光加工在二维码喷印行业的推广。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种基于开关激光器和振镜头实现点阵高速标刻的系统和方法，该系统和方法能有效地解决激光加工点阵速度慢的问题，利用高速激光器的快速开关特性和高速振镜的配合，实现点阵的高速打标。
为实现此目的，本发明所设计的基于开关激光器和振镜头实现点阵高速标刻的系统，其特征在于：它包括CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)、硬件控制器、振镜和激光器，所述CPU的数据通信端连接硬件控制器的缓冲区端口，所述硬件控制器的振镜控制信号端口连接振镜的控制端，所述硬件控制器的激光控制信号端口连接激光器的控制端，所述激光器通过振镜进行激光标刻。
一种利用上述系统进行点阵高速标刻的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：CPU根据输入的待标刻原始点阵数据，依据预设的出光规则，生成待标刻点阵行或列的掩码点阵数据；
步骤2：CPU根据加速区距离和激光的出光延时参数将步骤1得到的掩码点阵数据根据用户需求以行或列为单位进行延长，上述将掩码点阵数据以行为单位进行延长对应行点阵操作，将掩码点阵数据以列为单位进行延长对应列点阵操作；
所述加速区距离为振镜接受到CPU发出的移动命令从静止到达匀速运动时所对应的距离；
所述出光延时参数为操作人员调试得到的最佳打标效果对应的出光延时；
步骤3：CPU将步骤2中延长后的掩码点阵数据送入硬件控制器的缓冲区；
步骤4：当用户需求为行点阵操作时，硬件控制器控制振镜移动到待加工的点阵区域的第一行的第一个点；
当用户需求为列点阵操作时，硬件控制器控制振镜移动到待加工的点阵区域的第一列的第一个点；
步骤5：当用户需求为行点阵操作时，硬件控制器控制振镜以用户指定的速度按本行的移动方向进行待加工点阵区域的加速区移动；
当用户需求为列点阵操作时，硬件控制器控制振镜以用户指定的速度按本列的移动方向进行待加工点阵区域的加速区移动；
步骤6：硬件控制器根据所述出光延时参数控制振镜进行待加工点阵区域的出光延时区移动；
步骤7：振镜进行出光延时区移动后到达待加工点阵区域的加工区，硬件控制器根据掩码点阵数据控制振镜进行所述加工区的激光标刻处理，当所述加工区标刻点所对应的掩码点阵数据为出光点指令时，硬件控制器控制振镜对应的激光器开启，当所述加工区标刻点所对应的掩码点阵数据为空白点指令时，硬件控制器控制振镜对应的激光器关闭；
步骤8：对于行点阵操作，硬件控制器控制振镜移动到待加工的点阵区域的第二行的最后一个点；
对于列点阵操作，硬件控制器控制振镜移动到待加工的点阵区域的第二列的最后一个点；
步骤9：对于行点阵操作，根据步骤5～7的方式以相反的方向进行待加工的点阵区域的第二行的标刻加工；
对于列点阵操作，根据步骤5～7的方式以相反的方向进行待加工的点阵区域的第二列的标刻加工；
步骤10：对于行点阵操作，按照上述步骤4～9的方式进行待加工的点阵区域中剩下所有行的标刻加工；
对于列点阵操作，按照上述步骤4～9的方式进行待加工的点阵区域中剩下所有列的标刻加工；
对于行点阵操作，待加工的点阵区域中相邻两行的标刻加工方向相反；
对于列点阵操作，待加工的点阵区域中相邻两列的标刻加工方向相反。
所述步骤7中，当加工区的激光标刻处理完成后，振镜依次以步骤6和步骤5的方式进行另一侧的出光延时区移动和另一侧的加速区移动。
本发明的有益效果：
本发明利用高频开关激光器和高速振镜头的高速响应，让点阵(例如二维码)的生成过程达到匀速运动、一点一光斑的效果。从而达到高速标刻点阵(例如二维码)的效果。通过本发明的方法实现的二维码打标，最高可达到1.25ms标刻一个10x10mm(25x25点阵)的效果。完全能满足现代工业生产的需求。和普通填充方式完成一次二维码需要300ms以上的时间相比，效率提高了近240倍。
本发明中振镜运动分为加速区、匀速区，仅利用匀速区加工，匀速区速度与激光重复频率配合、同时配合振镜往返扫描，实现高速加工。避免了传统填充方式点阵(例如二维码)加工速度慢的缺点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中点阵标刻的示意图。
其中，1—当前行的扫描方向，2—加速区、3—出光延时区、4—加工区、5—出光点、6—CPU、7—硬件控制器、8—振镜、9—激光器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1所述的一种基于开关激光器和振镜头实现点阵高速标刻的系统，它包括CPU6、硬件控制器7、振镜8和激光器9，所述CPU6的数据通信端连接硬件控制器7的缓冲区端口，所述硬件控制器7的振镜控制信号端口连接振镜8的控制端，所述硬件控制器7的激光控制信号端口连接激光器9的控制端，所述激光器9通过振镜8进行激光标刻。
一种利用上述系统进行点阵高速标刻的方法，如图2所示，它包括如下步骤：
步骤1：CPU6根据输入的待标刻原始点阵数据，依据预设的出光规则(例如二维码以GB/T 18284-2000标准或ISO 16022-2000DataMatrix标准)，生成待标刻点阵行或列的掩码点阵数据(以二进制的0或1表示，0代表该点位置不出光，1代表该点位置需要出光)；
步骤2：CPU6根据加速区距离和激光的出光延时参数将步骤1得到的掩码点阵数据根据用户需求以行或列为单位进行延长，上述将掩码点阵数据以行为单位进行延长对应行点阵操作，将掩码点阵数据以列为单位进行延长对应列点阵操作；
所述加速区距离为振镜8接受到CPU6发出的移动命令从静止到达匀速运动时所对应的距离；
所述出光延时参数为操作人员调试得到的最佳打标效果对应的出光延时；
步骤3：CPU6将步骤2中延长后的掩码点阵数据送入硬件控制器7的缓冲区；
步骤4：当用户需求为行点阵操作时，硬件控制器7控制振镜8移动到待加工的点阵区域的第一行的第一个点；
当用户需求为列点阵操作时，硬件控制器7控制振镜8移动到待加工的点阵区域的第一列的第一个点；
步骤5：当用户需求为行点阵操作时，硬件控制器7控制振镜8以用户指定的速度按本行的移动方向进行待加工点阵区域的加速区2移动；
当用户需求为列点阵操作时，硬件控制器7控制振镜8以用户指定的速度按本列的移动方向进行待加工点阵区域的加速区2移动；
步骤6：硬件控制器7根据所述出光延时参数控制振镜8进行待加工点阵区域的出光延时区3移动；
步骤7：振镜8进行出光延时区3移动后到达待加工点阵区域的加工区4，硬件控制器7根据掩码点阵数据控制振镜8进行所述加工区4的激光标刻处理，当所述加工区4标刻点所对应的掩码点阵数据为出光点5指令时，硬件控制器7控制振镜8对应的激光器9开启，当所述加工区4标刻点所对应的掩码点阵数据为空白点6指令时，硬件控制器7控制振镜8对应的激光器9关闭；
步骤8：对于行点阵操作，硬件控制器7控制振镜8移动到待加工的点阵区域的第二行的最后一个点；
对于列点阵操作，硬件控制器7控制振镜8移动到待加工的点阵区域的第二列的最后一个点；
步骤9：对于行点阵操作，根据步骤5～7的方式以相反的方向进行待加工的点阵区域的第二行的标刻加工；
对于列点阵操作，根据步骤5～7的方式以相反的方向进行待加工的点阵区域的第二列的标刻加工；
步骤10：对于行点阵操作，按照上述步骤4～9的方式进行待加工的点阵区域中剩下所有行的标刻加工；
对于列点阵操作，按照上述步骤4～9的方式进行待加工的点阵区域中剩下所有列的标刻加工；
对于行点阵操作，待加工的点阵区域中相邻两行的标刻加工方向相反；
对于列点阵操作，待加工的点阵区域中相邻两列的标刻加工方向相反。
上述技术方案的步骤7中，当加工区4的激光标刻处理完成后，振镜8依次以步骤6和步骤5的方式进行另一侧的出光延时区3移动和另一侧的加速区2移动。
上述技术方案中，所述加速区2的长度为0.1～10毫米。该范围即减少控制时间又能达到整齐的输出效果。
上述技术方案中，所述点阵为二维码或任何以点阵形式组成的文字、图片及图标。
上述技术方案中，所述硬件控制器7为FPGA(Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)或DSP(DigitalSignal Processing，数字信号处理器)。
上述技术方案中，所述加工区4为振镜8匀速运动区。
本发明利用FPGA的高速响应的特点，让激光器9高速的进行开关(最高达到50KHz的开关光频率)动作，同时配合振镜8偏移的位置进行出光位置的控制，达到点阵(例如二维码)矩阵每个加工点都是一点出光的目的，从而实现点阵的高速加工。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种基于开关激光器和振镜头实现点阵高速标刻的系统，其特征在于：它包括CPU(6)、硬件控制器(7)、振镜(8)和激光器(9)，所述CPU(6)的数据通信端连接硬件控制器(7)的缓冲区端口，所述硬件控制器(7)的振镜控制信号端口连接振镜(8)的控制端，所述硬件控制器(7)的激光控制信号端口连接激光器(9)的控制端，所述激光器(9)通过振镜(8)进行激光标刻。
2.一种利用权利要求1所述系统进行点阵高速标刻的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：CPU(6)根据输入的待标刻原始点阵数据，依据预设的出光规则，生成待标刻点阵行或列的掩码点阵数据；
步骤2：CPU(6)根据加速区距离和激光的出光延时参数将步骤1得到的掩码点阵数据根据用户需求以行或列为单位进行延长，上述将掩码点阵数据以行为单位进行延长对应行点阵操作，将掩码点阵数据以列为单位进行延长对应列点阵操作；
所述加速区距离为振镜(8)接受到CPU(6)发出的移动命令从静止到达匀速运动时所对应的距离；
所述出光延时参数为操作人员调试得到的最佳打标效果对应的出光延时；
步骤3：CPU(6)将步骤2中延长后的掩码点阵数据送入硬件控制器(7)的缓冲区；
步骤4：当用户需求为行点阵操作时，硬件控制器(7)控制振镜(8)移动到待加工的点阵区域的第一行的第一个点；
当用户需求为列点阵操作时，硬件控制器(7)控制振镜(8)移动到待加工的点阵区域的第一列的第一个点；
步骤5：当用户需求为行点阵操作时，硬件控制器(7)控制振镜(8)以用户指定的速度按本行的移动方向进行待加工点阵区域的加速区(2)移动；
当用户需求为列点阵操作时，硬件控制器(7)控制振镜(8)以用户指定的速度按本列的移动方向进行待加工点阵区域的加速区(2)移动；
步骤6：硬件控制器(7)根据所述出光延时参数控制振镜(8)进行待加工点阵区域的出光延时区(3)移动；
步骤7：振镜(8)进行出光延时区(3)移动后到达待加工点阵区域的加工区(4)，硬件控制器(7)根据掩码点阵数据控制振镜(8)进行所述加工区(4)的激光标刻处理，当所述加工区(4)标刻点所对应的掩码点阵数据为出光点(5)指令时，硬件控制器(7)控制振镜(8)对应的激光器(9)开启，当所述加工区(4)标刻点所对应的掩码点阵数据为空白点(6)指令时，硬件控制器(7)控制振镜(8)对应的激光器(9)关闭。
3.根据权利要求1所述的点阵高速标刻的方法，其特征在于：所述步骤7后还包括步骤8：
对于行点阵操作，硬件控制器(7)控制振镜(8)移动到待加工的点阵区域的第二行的最后一个点；
对于列点阵操作，硬件控制器(7)控制振镜(8)移动到待加工的点阵区域的第二列的最后一个点；
步骤9：对于行点阵操作，根据步骤5～7的方式以相反的方向进行待加工的点阵区域的第二行的标刻加工；
对于列点阵操作，根据步骤5～7的方式以相反的方向进行待加工的点阵区域的第二列的标刻加工；
步骤10：对于行点阵操作，按照上述步骤4～9的方式进行待加工的点阵区域中剩下所有行的标刻加工；
对于列点阵操作，按照上述步骤4～9的方式进行待加工的点阵区域中剩下所有列的标刻加工；
对于行点阵操作，待加工的点阵区域中相邻两行的标刻加工方向相反；
对于列点阵操作，待加工的点阵区域中相邻两列的标刻加工方向相反。
4.根据权利要求1所述的点阵高速标刻的方法，其特征在于：所述加速区(2)的长度为0.1～10毫米。
5.根据权利要求1所述的点阵高速标刻的方法，其特征在于：所述点阵为二维码或任何以点阵形式组成的文字、图片及图标。
6.根据权利要求1所述的点阵高速标刻的方法，其特征在于：所述硬件控制器(7)为FPGA或DSP。
7.根据权利要求1所述的点阵高速标刻的方法，其特征在于：所述加工区(4)为振镜(8)匀速运动区。
8.根据权利要求1所述的点阵高速标刻的方法，其特征在于：所述步骤7中，当加工区(4)的激光标刻处理完成后，振镜(8)依次以步骤6和步骤5的方式进行另一侧的出光延时区(3)移动和另一侧的加速区(2)移动。
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