CN107671426B - 激光标刻装置及其标刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光标刻装置及其标刻方法，该装置包括：存储振镜参数和激光参数的存储器；与存储器连接、根据激光参数发出相应激光的激光器；与所述存储器连接、根据所述振镜参数调整位置、并反射所述激光至待标刻物体以进行激光标刻的振镜。通过存储器存储所需的振镜参数和激光参数，由存储器直接传输对应参数至振镜和激光器激光器根据接收的参数发出激光，振镜通过接收的参数调整位置并反射激光至待标刻物体标刻出所需标识，无需配置配套的工业计算机和打标卡即能进行标刻，实现了在脱机状态下也能正常标刻的功能，并且减小了激光标刻装置的体积，提高了该装置的使用灵活性，进一步降低了激光标刻的成本。

Description

激光标刻装置及其标刻方法

技术领域

本发明涉及标刻技术领域，特别是涉及一种激光标刻装置及其标刻方法。

背景技术

标刻是指在生产中，依据国家相关规定或企业自身管理需要，在产品上进行文字、图片等标识，具体标刻过程为通过表层物质的蒸发露出深层物质，从而标刻出精美的图案、商标和文字，常见标刻工艺有化学腐蚀、油墨喷码、机械冲压、机械雕刻、激光标刻等。

以激光标刻为例，传统的激光标刻装置中，每台激光器都需要由一台工业计算机上的打标软件提供人机交互，一配套的打标卡接收计算机传输的指令并执行相应的控制，使得每一激光标刻装置都必须配备一台计算机和打标卡，造成激光标刻装置体积大、灵活性低且成本高。

发明内容

基于此，有必要针对现有激光标刻装置体积大、灵活性低且成本高的问题，提供一种激光标刻装置及其标刻方法。

一种激光标刻装置，包括：

存储振镜参数和激光参数的存储器；

与所述存储器连接、根据所述激光参数发出相应激光的激光器；

与所述存储器连接、根据所述振镜参数调整位置、并反射所述激光至待标刻物体以进行激光标刻的振镜。

在其中一个实施例中，所述存储器包括激光参数接口和振镜参数接口，在所述存储器接收到的触发信号为非使能信号时，通过所述激光参数接口接收打标卡传送的激光参数并进行存储；通过所述振镜参数接口接收打标卡传送的振镜参数并进行存储。

在其中一个实施例中，当所述存储器接收到的触发信号为使能信号时，所述存储器将存储的激光参数输出至所述激光器、将存储的振镜参数输出至所述振镜。

在其中一个实施例中，所述激光器和所述振镜还分别与打标卡连接，在所述触发信号为非使能信号时分别接收所述打标卡传送的激光参数和振镜参数，并根据所述激光参数和振镜参数执行激光标刻操作。

在其中一个实施例中，所述振镜为模拟振镜；所述激光标刻装置还包括输入端与所述存储器连接、输出端与所述振镜连接的D/A转换器。

在其中一个实施例中，所述振镜为数字振镜；所述存储器与所述振镜采用XY2-100协议进行通信。

在其中一个实施例中，所述振镜参数包括振镜的坐标信息、偏转角度；所述激光参数包括激光功率、频率和脉宽中的一种或多种。

一种激光标刻方法，包括如下步骤：

存储器接收触发信号；

当存储器接收的触发信号为使能信号时，所述存储器将存储的振镜参数输出至振镜、将存储的激光参数输出至激光器；

所述激光器根据所述激光参数发出相应的激光；

所述振镜根据所述振镜参数调整振镜位置，并反射所述激光至待标刻物体获得待标刻标识。

在其中一个实施例中，还包括：当存储器接收的触发信号为非使能信号时，通过所述存储器的激光参数接口接收打标卡传送的激光参数并进行存储，通过所述存储器的振镜参数接口接收打标卡传送的振镜参数并进行存储。

在其中一个实施例中，还包括：所述激光器和所述振镜分别接收所述打标卡传送的激光参数和振镜参数，并根据所述激光参数和振镜参数进行激光标刻。

上述激光标刻装置及其标刻方法，通过存储器存储所需的振镜参数和激光参数，并直接输出振镜参数至振镜、输出激光参数至激光器，使得激光器根据所述激光参数发出相应激光，振镜根据振镜参数调整位置，以将激光反射至待标刻物体的标刻区域，从而标刻出所需的标识。通过上述激光标刻装置及其标刻方法，无需配置配套的工业计算机和打标卡即能进行标刻，实现了在脱机状态下也能正常标刻的功能，并且减小了激光标刻装置的体积，提高了该装置的使用灵活性，进一步降低了激光标刻的成本。

附图说明

图1为一实施例中激光标刻装置的结构示意图；

图2为另一实施例中激光标刻装置的结构示意图；

图3为另一实施例中激光标刻装置的结构示意图；

图4为一实施例中激光标刻方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一实施例中，如图1所示，激光标刻装置100包括存储振镜参数和激光参数的存储器110，与存储器110连接、根据激光参数发出相应激光的激光器120，以及与存储器110连接、根据振镜参数调整位置、并反射激光至待标刻物体以进行激光标刻的振镜130。

激光标刻是指将激光束入射到振镜上，通过控制振镜的偏转角度，使振镜分别沿X、Y轴扫描，从而达到激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦点在打标材料上按所需的要求运动，并利用高能量密度的激光对待标刻物体进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，在材料表面上留下标刻出所需标识。

其中，激光参数包括对激光器进行控制的控制指令，激光器120根据该控制指令发出对应功率的激光。振镜参数包括对振镜进行控制的控制指令，振镜130根据振镜控制指令进行移动和偏转，以改变激光束到达待标刻物体的位置。

在本实施例中，存储器110存储有待标刻标识对应的振镜参数和激光参数，当需要进行标刻时，可直接将激光参数传输给激光器120，将振镜参数发送给振镜130，激光器120根据接收的激光参数发出对应的激光，振镜130根据接收到振镜参数调整振镜130偏转角度，并根据该振镜参数在对应坐标区域内进行扫描，将接收到的激光反射至待标刻物体，从而在待标刻物体对应区域标刻出对应的标识。

通过由存储器110存储标刻参数，从存储器110直接调取标刻参数中的激光参数控制激光器工作，调取打标参数中的振镜参数控制振镜工作，使得在标刻过程中可脱离配套的工业计算机和打标卡，减小了激光标刻装置的体积，从而提高了该装置的使用灵活性，并降低了激光标刻的设备成本。

在一实施例中，激光器120可为Nd:YAG(Neodymium-doped Yttrium AluminiumGarnet，钇铝石榴石晶体)激光器。Nd:YAG激光器产生的激光能被金属和绝大多数塑料很好地吸收，而且其波长短，聚焦的光斑小，可用于在金属等材料上进行高清晰度的标刻。

在另一实施例中，激光器120可为射频激励CO2激光器，CO2激光器产生的激光波长为较长，可被木制品、玻璃、聚合物和多数透明材料很好的吸收，可用于在非金属表面上进行标刻。

在一实施例中，激光标刻装置100的存储器110还与打标卡200连接，存储器110还包括激光参数接口111和振镜参数接口112，激光参数接口111用于接收从打标卡200传输过来的激光参数，振镜参数接口112用于接收从打标卡200传输过来的振镜参数。

打标卡200用于根据待标刻的标识生成激光器和振镜的控制参数。例如，上位机300将待标刻的图案传输给打标卡200，打标卡200对待标刻的图案进行处理，将其转换为激光标刻装置100在待标刻物体上标刻该图案时，控制激光器工作的激光参数和控制振镜工作的振镜参数，以在待标刻物体相应区域得到精准的标刻图案。

在另一实施例中，存储器110还包括触发信号接收端口113，触发信号接收端口113接收触发信号，并判断触发信号是否为使能信号，当触发信号为非使能信号时，通过激光参数接口111接收打标卡200传送的激光参数并进行存储，通过振镜参数接口112接收打标卡200传送的振镜参数并进行存储。当需要标刻新的标识时，发送非使能信号至存储器110，存储器110便接收打标卡200发送的新的标识对应的标刻参数并存储，根据所存储的标刻参数，可脱离打标卡200控制激光器120和振镜130执行对应的标刻操作。

在又一实施例中，当存储器110接收到的触发信号为使能信号时，存储器110将存储的激光参数输出至激光器120、将存储的振镜参数输出至振镜130。当存储器110接收到使能信号时，激光标刻装置100便可脱离打标卡200和上位机300执行标刻操作。

在一实施例中，触发信号可为脉冲信号、高低电平信号或其他可触发存储器工作的信号。

进一步地，使能信号和非使能信号可为具有不同脉宽或不同频率的脉冲信号，也可为使能信号为高电平信号、非使能信号为低电平信号。存储器110根据所接收不同的触发信号，触发执行不同的操作，例如接收并存储打标卡200发送的数据或将存储数据发送至激光器120和振镜130。

在另一实施例中，如图2所示，激光器120和振镜130还分别与打标卡200连接，在触发信号为非使能信号时分别接收打标卡200传送的激光参数和振镜参数，并根据激光参数和振镜参数执行激光标刻操作。

在本实施例中，激光器120和振镜130还能直接由打标卡控制执行标刻操作，而无需经过存储器110。激光标刻装置100既能与打标卡200和上位机300联机使用，又能脱离打标卡200和上位机300单独使用。

在一实施例中，振镜130为模拟振镜，激光标刻装置100还包括输入端与存储器110连接、输出端与振镜130连接的D/A转换器。D/A转换器接收存储器的振镜参数，并将其进行D/A转换后，输出对应的模拟电压信号控制模拟振镜。

在另一实施例中，振镜130为数字振镜，存储器110与振镜130采用XY2-100协议进行通信。XY2-100是数字化激光扫描振镜的接口定义及通信协议，XY2-100协议包括四路信号：时钟信号、同步信号、X通道数据和Y通道数据。时钟信号频率为2MHz，当它从低电平到高电平时，数据位被写入，当它从高电平到低电平时，数据位被反射系统采样。同步信号用于提供数据转换的同步信息，当它从低电平到高电平时第一位数据被发送，当它从高电平到低电平时，最后一位校验位被发送。X/Y通道数据是数据信号，包括振镜运动方向值和振镜偏转角度值。通过XY2-100协议将存储器内部存储的振镜参数传输给数字振镜，控制数字振镜执行对应操作。

在一实施例中，振镜参数包括振镜的坐标信息、偏转角度，激光参数包括激光功率、频率和脉宽中的一种或多种。其中，振镜的坐标信息用于控制振镜按照该坐标信息进行走位，偏转角度用于控制振镜偏转对应角度，以使激光发生偏转后入射至待标刻物体对应区域，激光功率、频率和脉宽用于控制激光器按照输入的功率、频率或脉宽发出对应的激光。

在一具体实施例中，振镜包括X振镜和Y振镜，存储器分别与X振镜和Y振镜连接，如图3所示，X振镜包括与存储器连接的X振镜控制器，以及与X振镜控制器连接X扫描镜，Y振镜包括与存储器连接的Y振镜控制器，以及与Y振镜控制器连接Y扫描镜。

进一步地，振镜参数包括X振镜的坐标信息和偏转角度、Y振镜的坐标信息和偏转角度。

在本实施例中，X振镜控制器接收存储器传送的X振镜的坐标信息和偏转角度，根据X振镜的偏转角度控制X扫描镜的偏转角度，并根据X振镜的坐标信息控制X扫描镜按照该坐标信息沿X轴扫描，Y振镜控制器接收存储器传送的Y振镜的坐标信息和偏转角度，根据Y振镜的偏转角度控制Y扫描镜的偏转角度，并根据Y振镜的坐标信息控制Y扫描镜按照该坐标信息沿Y轴扫描，激光器根据接收的激光参数发出相应的激光，激光经Y扫描镜反射后发射至X扫描镜，再经X扫描镜反射，从而达到激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦点在打标物体上按所需的要求运动，从而在打标物体表面上留下永久的标记。

在另一实施例中，如图3所示，激光标刻装置还包括设置于振镜反射的激光的光路中、聚焦振镜反射的激光至待标刻物体的场镜，场镜用于将X扫描镜反射的激光聚焦于待标刻物体上，以获得精细度高的标刻标识。其中，聚焦的光斑可以是圆形或矩形。

在另一实施例中，振镜也可只包括一个扫描振镜。

上述激光标刻装置，激光器和振镜分别与存储器连接，在脱机工作时，可直接从存储器获取对应的激光参数和振镜参数，在联机时，存储器可根据打标卡中的参数刷新存储器所存储的参数，激光器和振镜还可通过打标卡与上位机连接，由打标卡和上位机进行控制，使得该激光标刻装置既能实现脱机工作，而无需配置配套的工业计算机和打标卡，减小激光标刻装置的体积并降低成本，又能与上位机实现联机工作，提高了该装置的使用灵活性。而激光器根据存储器或打标卡发送的激光参数均可控制发出相应的激光，振镜根据存储器或打标卡发送的振镜参数均可调整扫描镜的偏转角度，并在对应区域进行扫描，使得激光经振镜反射之后到达待标刻物体上，从而在待标刻物体上形成对应的标识。

在一实施例中，如图4所示，还提供一种激光标刻方法，包括如下步骤S120至步骤S180：

S120，存储器接收触发信号。

在一实施例中，触发信号可为脉冲信号、高低电平信号或其他可触发存储器工作的信号，使存储器根据所接收不同的触发信号，触发执行不同的操作，例如接收并存储打标卡发送的数据或将存储数据发送至激光器和振镜。

进一步地，触发信号包括使能信号和非使能信号，使能信号和非使能信号可为具有不同脉宽或不同频率的脉冲信号，也可为使能信号为高电平信号、非使能信号为低电平信号。

S140，当存储器接收的触发信号为使能信号时，存储器将存储的振镜参数输出至振镜、将存储的激光参数输出至激光器。

在本实施例中，当存储器接收的触发信号为使能信号时，触发存储器执行数据发送操作，将其存储的振镜参数输出至振镜、存储的激光参数输出至激光器。其中，激光参数包括对激光器进行控制的控制指令，使得激光器根据该控制指令发出对应功率的激光，振镜参数包括对振镜进行控制的控制指令，使得振镜根据振镜控制指令进行移动和偏转，以改变激光束到达待标刻物体的位置。

S160，激光器根据激光参数发出相应的激光。当激光器接收到激光参数时，便按照该激光参数产生对应的激光进行发射。

S180，振镜根据振镜参数调整振镜位置，并反射激光至待标刻物体进行激光标刻。当振镜接收到振镜参数时，根据该参数调整振镜位置，使得激光按照待标刻标识所需的反射方向反射至待标刻物体的相关区域，利用高能量密度的激光对待标刻物体进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，在材料表面上留下标刻出所需标识。

本实施例中，通过由存储器根据触发信号触发将存储的振镜参数输出至振镜、存储的激光参数输出至激光器，使得激光器和振镜可直接从存储器获取控制参数，而无需由上位机和打标卡进行控制，简化了激光标刻的操作过程，进而降低了对硬件设备的需求，减少了标刻所需成本。

在另一实施例中，还包括步骤：当存储器接收的触发信号为非使能信号时，通过存储器的激光参数接口接收打标卡传送的激光参数并进行存储，通过存储器的振镜参数接口接收打标卡传送的振镜参数并进行存储。当存储器接收的触发信号为非使能信号时，可接受打标卡发送的标刻参数，更新存储器中的标刻参数。

在另一实施例中，还包括步骤：激光器和振镜分别接收打标卡传送的激光参数和振镜参数，并根据激光参数和振镜参数进行激光标刻。

在本实施例中，激光器和振镜还可与打标卡和上位机联机工作，由上位机和打标卡直接将生成的标刻参数发送至激光器和振镜，控制激光器和振镜工作。

在一实施例中，当振镜为模拟振镜时，还包括步骤：D/A转换器接收存储器和/或打标卡传送的振镜参数，并将振镜参数进行D/A转换后，输出对应的模拟电压信号控制模拟振镜。

在另一实施例中，当振镜为数字振镜时，存储器与振镜采用XY2-100协议进行通信。XY2-100是数字化激光扫描振镜的接口定义及通信协议，XY2-100协议包括四路信号：时钟信号、同步信号、X通道数据和Y通道数据。时钟信号频率为2MHz，当它从低电平到高电平时，数据位被写入，当它从高电平到低电平时，数据位被反射系统采样。同步信号用于提供数据转换的同步信息，当它从低电平到高电平时第一位数据被发送，当它从高电平到低电平时，最后一位校验位被发送。X/Y通道数据是数据信号，包括振镜运动方向值和振镜偏转角度值。通过XY2-100协议将存储器内部存储的振镜参数传输给数字振镜，控制数字振镜执行对应操作。

在一实施例中，振镜参数包括振镜的坐标信息、偏转角度，激光参数包括激光功率、频率和脉宽中的一种或多种。其中，振镜的坐标信息用于控制振镜按照该坐标信息进行走位，偏转角度用于控制振镜偏转对应角度，以使激光发生偏转后入射至待标刻物体对应区域，激光功率、频率和脉宽用于控制激光器按照输入的功率、频率或脉宽发出对应的激光。

在一具体实施例中，振镜参数包括X振镜的坐标信息和偏转角度、Y振镜的坐标信息和偏转角度。

在本实施例中，振镜根据振镜参数调整振镜位置，并反射激光至待标刻物体获得待标刻标识的步骤，包括：根据Y振镜的偏转角度控制Y扫描镜的偏转角度，控制Y扫描镜按照Y振镜的坐标信息沿Y轴扫描，根据X振镜的偏转角度控制X扫描镜的偏转角度，控制X扫描镜按照X振镜的坐标信息沿X轴扫描，使得激光经Y扫描镜反射后发射至X扫描镜，再经X扫描镜反射至待标刻物体获得待标刻标识。

通过X振镜和Y振镜配合使用来控制激光光束的传输光路，使得激光光束能够更精确地发射至待标刻物体的标刻区域，得到高精度、无失真的标刻标识，极大的提高了激光标刻的质量。

以上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)

1.一种激光标刻装置，其特征在于，包括：

存储振镜参数和激光参数的存储器；所述存储器包括接收触发信号的触发信号接收端口；

与所述存储器连接、根据所述激光参数发出相应激光的激光器；

与所述存储器连接、根据所述振镜参数调整位置、并反射所述激光至待标刻物体以进行激光标刻的振镜；

所述存储器还包括激光参数接口和振镜参数接口，在所述存储器接收到的触发信号为非使能信号时，通过所述激光参数接口接收打标卡传送的激光参数并进行存储；通过所述振镜参数接口接收打标卡传送的振镜参数并进行存储；

当所述存储器接收到的触发信号为使能信号时，所述存储器将存储的激光参数输出至所述激光器、将存储的振镜参数输出至所述振镜，以使激光标刻装置脱离打标卡和上位机执行标刻操作。

2.根据权利要求1所述的激光标刻装置，其特征在于，所述触发信号为脉冲信号、高低电平信号或其他可触发所述存储器工作的信号。

3.根据权利要求1所述的激光标刻装置，其特征在于，所述振镜参数包括振镜的坐标信息、偏转角度；所述激光参数包括激光功率、频率和脉宽中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的激光标刻装置，其特征在于，所述激光器和所述振镜还分别与打标卡连接，在所述触发信号为非使能信号时分别接收所述打标卡传送的激光参数和振镜参数，并根据所述激光参数和振镜参数执行激光标刻操作。

5.根据权利要求1所述的激光标刻装置，其特征在于，所述振镜为模拟振镜；所述激光标刻装置还包括输入端与所述存储器连接、输出端与所述振镜连接的D/A转换器。

6.根据权利要求1所述的激光标刻装置，其特征在于，所述振镜为数字振镜；所述存储器与所述振镜采用XY2-100协议进行通信。

7.根据权利要求1所述的激光标刻装置，其特征在于，所述振镜包括与所述存储器连接的X振镜控制器与Y振镜控制器，以及与所述X振镜控制器连接的X扫描镜，以及与所述Y振镜控制器连接的Y扫描镜。

8.根据权利要求1所述的激光标刻装置，其特征在于，还包括设置于所述振镜反射的激光的光路中、聚焦所述振镜反射的激光至待标刻物体的场镜。

9.一种激光标刻方法，其特征在于，基于权利要求1至8任意一项所述的激光标刻装置实现，包括如下步骤：

存储器接收触发信号；

当存储器接收的触发信号为非使能信号时，通过所述存储器的激光参数接口接收打标卡传送的激光参数并进行存储，通过所述存储器的振镜参数接口接收打标卡传送的振镜参数并进行存储；

当存储器接收的触发信号为使能信号时，所述存储器将存储的振镜参数输出至振镜、将存储的激光参数输出至激光器，以使激光标刻装置脱离打标卡和上位机执行标刻操作；

所述激光器根据所述激光参数发出相应的激光；

所述振镜根据所述振镜参数调整振镜位置，并反射所述激光至待标刻物体进行激光标刻。

10.根据权利要求9所述的激光标刻方法，其特征在于，还包括：所述激光器和所述振镜分别接收所述打标卡传送的激光参数和振镜参数，并根据所述激光参数和振镜参数进行激光标刻。