CN106985546A - 激光打标装置 - Google Patents

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郭亮
廖江华
李刚金
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Abstract

本发明涉及一种激光打标装置。包括机架，包括用于支撑待加工工件的承载平台，所述承载平台包括与所述工件的待打标面紧贴的承载面；激光发生器，安装在所述机架上并用于产生激光束；振镜机构，与所述激光发生器对应并用于将控制所述激光束的光路；及场镜机构，位于所述承载平台的旁侧或下方，所述场镜机构的焦平面与所述承载面重合。承载平台对工件起到支撑作用，同时，承载面为工件提供定位基准，在工件自身重力的作用下，工件的待打标面与承载面紧贴，即可使待打标面与场镜机构的焦平面重合，确保激光束准确聚焦至待打标面上。当一次性调定场镜机构的焦平面后，即可适用不同厚度的工件的打标要求，在保证打标质量的基础上提高了打标效率。

Description

激光打标装置
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种激光打标装置。
背景技术
激光加工作为一种新兴的先进制造技术，能大幅提高加工质量和生产效率，并起到节能减排和降低生产成本的作用，在汽车，航空，电子信息和冶金等领域中有着极为广泛的应用，激光打标技术是激光加工的重要组成部分，激光打标通过利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。
一般的，关于传统的激光打标装置，在对不同尺寸产品的加工过程中，为保证产品的待加工面与场镜系统的焦平面重合，必须重新调整场镜系统的焦距，但是，场镜系统的调焦是一个相当复杂的过程，很大程度上制约了激光打标装置的生产效率。
发明内容
基于此，有必要提供一种在保证质量的基础上提高生产效率的激光打标装置。
一种激光打标装置，包括：
机架，包括用于支撑待加工工件的承载平台，所述承载平台包括与所述工件的待打标面紧贴的承载面；
激光发生器，安装在所述机架上并用于产生激光束；
振镜机构，与所述激光发生器对应并用于将控制所述激光束的光路；及
场镜机构，位于所述承载平台与所述振镜机构之间，所述场镜机构的焦平面与所述承载面重合。
在其中一个实施例中，所述场镜机构位于所述承载平台的下方或旁侧，所述激光束经所述场镜机构并从下往上或从水平方向聚焦至所述工件的待打标面上。
在其中一个实施例中，所述承载面与水平面平行、垂直或成锐夹角；
所述激光束经所述场镜机构并相对水平面垂直向上、斜向上或水平聚焦至所述工件的待打标面上。
在其中一个实施例中，所述振镜机构包括转轴与水平面垂直设置的第一扫描电机，与所述第一扫描电机的转轴连接的第一反射镜，转轴与水平面平行设置的第二扫描电机，及与所述第二扫描电机的转轴连接的第二反射镜。
在其中一个实施例中，所述场镜机构包括用于汇聚激光束的聚焦透镜。
在其中一个实施例中，还包括与所述激光发生器连接以用于控制激光束单向传输的光隔离器。
在其中一个实施例中，还包括安装在所述机架上并用于调节所述场镜机构的焦距的调节件。
在其中一个实施例中，所述机架上安装有用于检测所述工件摆放位置的反射镜或相机。
在其中一个实施例中，所述承载平台上设置有供激光束穿过并与所述待打标面对应的光传输孔。
在其中一个实施例中，所述机架还包括底座，及安装在所述底座与所述承载平台之间的连杆。
本发明提供的激光打标装置，由于承载平台上设置有与工件的待打标面紧贴的承载面，场镜机构的焦平面与承载面重合。工作时，承载面为工件提供定位基准，只需将工件的待打标面与承载面紧贴，从而实现待打标面与场镜机构的焦平面之间的重合，确保激光束经场镜机构准确聚焦至工件的待打标面上。当一次性调定场镜机构的焦平面后，即可适用不同厚度的工件的打标要求，无需针对不同尺寸的工件对场镜机构的焦平面进行重新调整，因此，在保证打标质量的基础上提高了打标效率。
附图说明
图1为第一实施例提供的激光打标装置的立体结构示意图；
图2为第一实施例提供的激光打标装置的平面结构示意图；
图3为第二实施例提供的激光打标装置的立体结构示意图；
图4为第二实施例提供的激光打标装置的主视结构示意图；
图5为第二实施例提供的激光打标装置的侧视结构示意图；
图6为第二实施例提供的激光打标装置的光路传输示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
参阅图1，一种激光打标装置，包括机架100、激光发生器200、振镜机构300和场镜机构400。机架100包括承载平台110，待打标加工的工件600放置在承载平台110上，承载平台110上设置有承载面111，承载面111为平面状，工件600的待打标面610紧贴承载平台110的承载面111，即承载面111对工件600的抵紧力能够直接作用在工件600的待打标面610上。
同时参阅图1和图6，激光发生器200安装在机架100上，激光发生器200用于产生激光束。振镜机构300与激光发生器200对应，当激光发生器200的激光束传输至振镜机构300时，振镜机构300可以在X-Y平面(二维平面)控制激光束的光路轨迹。当然，激光打标装置中安装有打标控制卡，打标控制卡可以对工件600的待打标面610上所需成型的图案进行识别、分析和处理，从而控制振镜机构300在X轴方向和Y轴方向扫描，以达到对激光束偏转的目的，最终实现对任意图形或文字的激光扫描，确保具有一定功率密度的激光束聚焦点在待打标面610上按设定的轨迹运动，从而在工件600的待打标面610上留下永久的标记。
激光束的聚焦点可以为圆形或矩形，振镜机构300可以扫描矢量图形和文字，打标控制卡对图形或文字的处理具有效率高、精度好和无失真等优点，极大的提高了激光打标装置打标的质量和效率。
同时参阅图1和图6，场镜机构400用于将来自振镜机构300的激光束进行聚焦，场镜机构400的焦平面与承载平台110上的承载面111重合，由于工件600的待打标面610紧贴承载平台110的承载面111，因此，场镜机构400聚焦后的激光束将全部汇聚在工件600的待打标面610上。
同时参阅图1至图5，场镜机构400可以位于承载平台110的下方(正下方或斜下方)，经场镜机构400的激光束相对水平面垂直向上或相对水平面倾斜向上聚焦在工件600的待打标面610上。场镜机构400也可以位于承载平台110的旁侧，即场镜机构400和承载平台110之间只存在水平方向的间距，两者在竖直方向上没有高度差；经场镜机构400的激光束从水平方向上聚焦在工件600的待打标面610上。
经过调焦后，确保场镜机构400的焦平面与承载平台110上的承载面111重合。工作时，承载平台110对工件600起到支撑作用，同时，承载面111为工件600提供定位基准。只需将工件600放置在承载平台110上，在工件600自身重力的作用下，工件600的待打标面610自动紧贴承载平台110的承载面111，而承载面111的位置恒定不变，因此，经场镜机构400的激光束将准确无误的聚焦在工件600的待打标面610上。事实上，通过将承载平台110的承载面111作为工件600的待打标面610的定位基准，无论工件600(不同种类产品或同一类产品中的不同款式)的厚度如何变化，只需将待打标面610与承载面111紧贴，即可保证工件600的待打标面610与场镜机构400的焦平面重合，在打标的过程中，有效消除了不同厚度工件600之间的差异，无需多次反复通过调整场镜机构400的焦距以适用各种不同工件600的打标要求。
在不改变激光打标装置整体结构的基础上，无需采用复杂昂贵的自动调焦结构设计，只需使场镜机构400的焦平面与承载平台110的承载面111重合，并使工件600的待打标面610紧贴承载面111，即可确保场镜机构400的焦平面一次性调定完毕后，能实现不同尺寸工件600的打标应用。这样避免多次调焦工序，提高了激光打标装置工作效率，并且操作简单，应用门槛大幅降低，为非专业培训人员使用该激光打标装置提供了极大的便利，降低了运营和管理成本，自然进一步提高了激光打标装置的应用范围。
同时参阅图3至图4，在一些实施例中，承载平台110水平放置，承载面111与水平面平行，经场镜机构400的激光束相对水平面垂直向上汇聚至工件600的待打标面610上。同时参阅图1至图2，在其它实施例中，例如，承载平台110倾斜放置，承载面111相对水平面成一定的锐夹角，经场镜机构400的激光束相对水平面倾斜向上汇聚至工件600的待打标面610上；再如，承载平台110竖直放置，承载面111相对水平面垂直，经场镜机构400的激光束相对沿水平方向从工件600的旁侧汇聚至其待打标面610上。
同时参阅图1和图6，振镜机构300包括第一扫描电机310、第一反射镜320、第二扫描电机330和第二反射镜340。第一扫描电机310的转轴(对应Y轴)与水平面垂直，第一反射镜320安装在第一扫描电机310的转轴上，第一扫描电机310可以驱动第一反射镜320在设定的角度范围(例如±25°)内摆动，从而将激光发生器200产生的激光束按一定方向进行反射。
第二扫描电机330的转轴(对应X轴)与水平面垂直，第二反射镜340安装在第二扫描电机330的转轴上，第二扫描电机330可以驱动第二反射镜340在设定的角度范围(例如±25°)内摆动，从而将第一反射镜320反射过来的激光束按一定方向再次进行反射，第二反射镜340将激光束反射至场镜机构400。
第一扫描电机310和第二扫描电机330可以为伺服电机，伺服电机采用动磁式偏转工作的方式，该设计方式能使伺服电机具有偏转角度大、峰值力矩大和负载惯量大等优点，确保振镜机构300的扫描效率。进一步的，第一扫描电机310和第二扫描电机330的转轴上设置精密滚动轴承，避免了转轴的轴向或径向跳动，提高振镜机构300对图形或文字的扫描精度，确保工件600的打标质量。
同时参阅图1和图6，场镜机构400包括聚焦透镜410，激光发生器200产生的激光束经第一反射镜320和第二反射镜340的反射偏转作用下抵达聚焦透镜410，聚焦透镜410再将激光束进行聚焦，最后，激光束汇聚至工件600的待打标表面，激光束使待打标表面上的材料汽化而形成各种所需的文字，符号或图案。
激光发生器200可以包括脉冲光纤激光器、固体激光器、CO2激光器、准分子激光器或者半导体激光器等，在一些实施例中，脉冲光纤激光器输出激光束的波长为1.06μm，
同时参阅图1和图6，激光打标装置光隔离器500，光隔离器500与激光发生器200连接，光隔离器500位于激光发生器200与振镜机构300之间。激光发生器200产生的激光束在光隔离器500中传输时，光隔离器500允许激光束向振镜机构300方向传播，并阻止因反射而导致反向传播的激光束的通过，因此，这样减少了激光束的回波损耗，从而提高了激光束的传输效率。
参阅图5，机架100上还设置有调节件140，调节件140用于初次调定场镜机构400的焦距，保证场镜机构400的焦平面与承载平台110上的承载面111重合。调节件1410可以采用电动或者手动位移调节导轨的方式，通过上下调节振镜机构300与场镜机构400的组合位置，进而调定场镜机构400的焦平面。
承载平台110上设置有光传输孔112，经场镜机构400聚焦后的激光束经过该光传输孔112与工件600上的待打标面610接触，具体的，待打标面610的非标识部分与承载面111紧贴，待打标面610的标识部分则与光传输孔112对应，激光束通过光传输孔112在打标面的标识部分形成图形和文字等。
在一些实施例中，机架100上安装有反射镜或相机，反射镜或相机可以实时监测工件600在承载平台110上的摆放位置，以便对工件600进行调整，确保待打标面610与承载面111紧贴，同时保证待打标面610的标识部分与承载平台110上的光传输孔112准确对应。
在其它实施例中，可以理解，承载平台110上还设置有通气孔，通气孔连接真空发生器，当真空发生器工作时，在真空负压的作用下，工件600固定并紧贴在承载面111上，防止工件600在打标过程中产生滑移。
参阅图1，机架100还包括底座120和连杆130，工作时，底座120放置在水平面上。连杆130的一端(下端或左端)固定在底座120上，连杆130的另一端(上端或右端)与承载平台110固定连接，连杆130对承载平台110起到支撑作用。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光打标装置，其特征在于，包括：
机架，包括用于支撑待加工工件的承载平台，所述承载平台包括与所述工件的待打标面紧贴的承载面；
激光发生器，安装在所述机架上并用于产生激光束；
振镜机构，与所述激光发生器对应并用于将控制所述激光束的光路；及
场镜机构，位于所述承载平台与所述振镜机构之间，所述场镜机构的焦平面与所述承载面重合。
2.根据权利要求1所述的激光打标装置，其特征在于，所述场镜机构位于所述承载平台的下方或旁侧，所述激光束经所述场镜机构并从下往上或从水平方向聚焦至所述工件的待打标面上。
3.根据权利要求1所述的激光打标装置，其特征在于，所述承载面与水平面平行、垂直或成锐夹角；
所述激光束经所述场镜机构并相对水平面垂直向上、斜向上或水平聚焦至所述工件的待打标面上。
4.根据权利要求1所述的激光打标装置，其特征在于，所述振镜机构包括转轴与水平面垂直设置的第一扫描电机，与所述第一扫描电机的转轴连接的第一反射镜，转轴与水平面平行设置的第二扫描电机，及与所述第二扫描电机的转轴连接的第二反射镜。
5.根据权利要求1所述的激光打标装置，其特征在于，所述场镜机构包括用于汇聚激光束的聚焦透镜。
6.根据权利要求1所述的激光打标装置，其特征在于，还包括与所述激光发生器连接以用于控制激光束单向传输的光隔离器。
7.根据权利要求1所述的激光打标装置，其特征在于，还包括安装在所述机架上并用于调节所述场镜机构的焦距的调节件。
8.根据权利要求1所述的激光打标装置，其特征在于，所述机架上安装有用于检测所述工件摆放位置的反射镜或相机。
9.根据权利要求1所述的激光打标装置，其特征在于，所述承载平台上设置有供激光束穿过并与所述待打标面对应的光传输孔。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的激光打标装置，其特征在于，所述机架还包括底座，及安装在所述底座与所述承载平台之间的连杆。
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