CN109219495A - 利用脉冲激光的刻印设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用高能量脉冲激光束的刻印设备，更具体地涉及一种用于利用脉冲激光束在由钢带或高强度钢带制成的相关物体中刻印可识别且唯一ID的利用脉冲激光束的刻印设备，其包括：光纤，从其产生激光；和光束会聚部件，其用于连接同时使用于将激光束传输到照射单元的光传输多模光缆中的光损失最小化，以便刻印车辆的车辆识别码，所述车辆识别码包括数字和文字，表示诸如制造商、车辆类别、车辆型号、详细车型、车身形状、安全装置样式、排气量、驾驶席位置、制造年度、生产工厂等信息。该刻印设备设置有头部保护罩，用于防止刻印设备头部受到损伤。

Description

利用脉冲激光的刻印设备

技术领域

本发明涉及一种利用比Q开关激光的脉冲能量高达数百倍以上的高能量脉冲激光束的刻印设备，更具体地涉及一种为了刻印车辆识别码而具有耦合器光学单元以及头部保护罩的利用脉冲激光束的刻印设备。与汽车相关的车辆识别码中包括含有制造商、车辆类别、车辆型号、详细车型、车身形状、安全设备样式、排气量、驾驶席位置、制造年度、生产工厂等信息的数字和文字。耦合器光学单元为实现产生激光的光纤与将激光束传输至照射单元的光传输用多模光缆的光损失的最小化而将其相连。头部保护罩用于在利用脉冲激光束在相应照射对象上刻印可以识别的唯一ID时防止刻印设备头部受到损伤。

背景技术

一般来说，为了说明在照射对象上刻印可以识别的唯一ID的系统而以所有汽车上都要强制性标记的车辆识别码为例进行详细说明。

以往，为了产品的生产管理和履历管理而立法规定在汽车车身上刻印车辆识别码(VIN：Vehicle Identification Number)。车辆识别码是由表示生产国家、制造商、车辆类别、车辆型号、详细车型、车身形状、安全设备样式、排气量、驾驶席位置、制造年度、生产工厂以及生产序列号的罗马字母和数字组成。

所述刻印在车身上的车辆识别码是在车身喷漆前的状态即BIW(Body in White，白色车身)状态下进行标记的。

如图1所示，用于标记的标记设备包括机器人10和以安装支架20为媒介安装在所述机器人的臂端的标记工具30。所述标记工具30包括固定在所述安装支架上的主体31、所述主体31的内部所具有的标记缸32以及标记针33、安装在所述主体31的外侧的夹紧缸34以及通过夹紧缸前后运转的夹持器35。在所述夹持器35的与所述标记针33对应的位置上附着有夹持垫板36。

所述机器人10不仅由电子控制单元根据处理程序自动控制，还具有与电子控制单元相连的手动控制板，使得用户可以进行手动操作。此外，所述机器人10的臂被制造为可以以自身的中心轴为中心进行旋转，并配置为包括向所述标记缸32和所述夹紧缸34提供用于启动的气压的气压供应系统。

所述标记缸32内部包含与标记针33一体形成的活塞，而配置为通过电子控制单元对气压供应系统的控制向所述活塞后方供应气压，从而使标记针33的前端撞击车身(BIW)的表面来标记车辆识别码。

如上所述，在进行传统的车辆识别码标记设备的工序时，首先在使搭载作为操作对象的车身(BIW)的大车进入操作位置确定车身位置后启动机器人以确定标记工具30的位置，然后启动夹持器35固定车身，根据气压控制启动标记针33刻印车辆识别码。

但是随着构成车身的材质的强度越来越高，上述用于传统的车辆识别码标记技术中的标记针在适用于高强度的材质上开始具有局限性，由此必然会出现因标记针的磨损严重而需要经常更换的问题，以及具有由于材质的强度高而当在该材质上标记时产生的严重的噪音问题。

此外，所述传统技术中具有如下问题：以大约10至90微米的深度进行标记，进而将标记有车辆识别码的部位削除或抹除则可以进行伪造，以及由于必须在限定的空间内使用而不能自由移动。

此外，在本发明申请人进行申请而被授予专利权的授权专利公报第10-1256573号中公开了一种利用脉冲激光束的刻印设备，其利用由脉冲激光产生设备产生的脉冲激光束在照射对象上刻印可识别的唯一ID。然而其具有如下问题：该刻印设备头部外露，在利用脉冲激光束进行刻印时所产生的溅射物导致构成刻印设备头部的各种传感器以及元件受损，从而成为降低耐用性和可靠性的主要原因。

所述授权专利公报第10-1256573号中具有如下问题：由于不能有效实现光纤与将激光束传输至照射单元的光传输用多模光缆之间的连接而造成激光束损失，或者根据光学准直状态所聚焦的激光束的强度超过多模光纤的损伤阈值而对传输用多模光缆造成损伤。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种利用脉冲激光束的刻印设备以解决所述传统技术的问题。在该设备中，从脉冲激光产生设备产生的脉冲激光束通过激光产生光纤产生，并将其传输至照射单元。在利用多模光纤进行传输时，为了以最小光损失进行传输，而利用1个以上的透镜将激光束会聚并传输到耦合器光学单元，以高质量的脉冲激光束在照射对象上进行刻印，从而可以进行高质量的刻印，并大大降低了不良率。

本发明的另一目的在于通过在刻印设备头部前面安装头部保护罩，以防止在传统的刻印系统头部外露而利用脉冲激光束进行刻印时所产生的溅射物导致在移动刻印设备头部上所需要的各种传感器以及元件遭受的损伤，从而大大提高刻印系统头部的耐用性和可靠性。

本发明的另一目的在于利用输入峰值脉冲信号而产生的激光束，以100至900微米之间的深度而非传统的大约10至90微米的深度不会使照射对象变形而均匀刻印，从而能够有效防止伪造。此外，在照射对象为汽车的情况下，考虑到乘客的安全性，采用高强度钢板作为车身材料，同时也解决了传统技术中无法进行深度刻印的难题。

本发明的另一目的在于以笔型或光栅扫描方式将唯一ID刻印在照射对象上。在光栅扫描方式中，刻印速度变快从而提高了生产率，在刻印文字或数字时不会出现重叠区域，从而大大降低了不良率。特别地，光栅扫描方式虽然在防溅射物上需要特意研究出滑动盖，但在提高刻印速度上更加有效。

解决方法

本发明的解决方法提供了一种利用脉冲激光的刻印设备。该设备包括：机器人10；刻印设备头部230，安装在设置在所述机器人上的臂20的某一侧，以在根据控制器的控制而确定的激光束照射区域内移动激光束照射单元；耦合器光学单元，由1个以上的用于在脉冲激光产生设备与光缆210之间使激光光束损失最小化，并在传输用多模光缆表面的损伤阈值(damage threshold)范围以内聚焦激光束进行传输的透镜组成；激光束照射单元220，将从所述脉冲激光产生单元产生的激光束照射至照射对象上来刻印唯一ID；脉冲激光产生单元200，用于产生脉冲激光束；以及控制器100，存储有刻印在所述照射对象上的唯一ID的图案，并且为了刻印唯一ID而将刻印设备的头部移动至激光光束照射区域内，并将激光束传输至所述脉冲激光产生单元。

本发明的另一解决方法提供了一种利用脉冲激光的刻印设备。在该设备中，在刻印设备头部的前面安装有头部保护罩。该头部保护罩具有在左侧和右侧固定的固定盖以及配置为随着激光照射单元的移动而移动的中心盖。由此，通过防止在传统的刻印系统头部外露而利用脉冲激光光束进行刻印时所产生的溅射物四溅所导致在移动刻印设备头部上所需要的各种传感器以及元件遭受的损伤，大大提高了刻印系统头部的耐用性和可靠性。特别地，这种结构的保护罩是用于高速刻印的光栅扫描方式中的重要组成要素。

本发明的另一解决方法提供了一种利用脉冲激光的刻印设备。在该设备中，使用热输入量低的脉冲激光，照射对象的热变形小并可以进行深加工。由于以远超于照射对象金属材料的加工阈值能量的高峰值功率进行加工，因此相比于使用连续振荡激光的情况照射对象的热变形小并可以进行深加工，从而难以进行伪造。

本发明的另一解决方法提供了一种利用脉冲激光的刻印设备。在该设备中，以笔型或光栅扫描方式将唯一ID刻印在照射对象上。在光栅扫描方式中，刻印速度变快从而提高了生产率，在刻印文字或数字时不会出现重叠区域，从而可以大大降低不良率。

有益效果

在本发明中，从脉冲激光产生设备产生的脉冲激光束通过光纤产生，并将其传输至照射单元。通过利用光传输用多模光纤进行传输，可以从照射对象上获得可识别性优异的激光光束形状。此外，本发明具有容易替换的结构。产生激光束的光缆直接连接至照射单元，从而在使用过程中如果光缆或表面损坏，则需要较多的时间进行替换并且要长时间终端设备的运行。如果使用具有合适折射率形状的光传输用多模光缆，则可以从照射对象上获得所需的加工形状，并且具有在现场容易进行替换的优点。然而，由于聚焦在多模光缆表面的激光的某一部分超过该多模光缆的损伤阈值范围就会造成损伤，因此对激光的空间分布进行调节。同时为了使激光的光损失最小化来进行传输，利用一个以上的透镜将激光束聚焦传输至耦合器光学单元，以高质量的脉冲激光束对照射对象进行刻印，从而具有可以进行高质量的刻印，并大大降低了不良率的有利效果。

本发明的另一效果在于在在刻印设备头部的前面安装有头部保护罩，以通过防止在传统的刻印系统头部外露而利用脉冲激光光束进行刻印时所产生的溅射物四溅所导致在移动刻印设备头部上所需要的各种传感器以及元件遭受的损伤，大大提高刻印系统头部的耐用性和可靠性。特别地，由于为了高速打刻的构想而使用光栅扫描方式，其也是解决溅射物从照射单元所流入的空间变大的问题的重要方法之一。

本发明的另一效果在于通过利用传输至光缆的脉冲激光而在照射对象上刻印可以识别的唯一ID，使得由于所谓标记针不使用切削工具，而消除频繁更换标记针的问题以及降低标记时所产生的严重的噪音。

本发明的另一效果在于控制稳定的脉冲激光的功率，以便在以100至900微米之间的深度而非传统的大约10至90微米的深度进行均匀地刻印，从而能够有效防止伪造。尤其是解决了要在高强度钢板上进行刻印时，以传统的机械式打刻方式无法实现高深度刻印的难题。

本发明的另一效果在于以笔型或光栅扫描方式将唯一ID刻印在照射对象上，其中在光栅扫描方式中，刻印速度变快从而提高了生产率，在刻印文字或数字时不会出现重叠区域，从而大大降低了不良率。

附图说明

图1是示出传统的车辆识别码刻印设备的结构图。

图2是根据本发明一实施例的利用脉冲激光束的刻印设备的示意图。

图3是根据本发明一实施例的利用脉冲激光束的刻印设备的整体框图。

图4是根据本发明一实施例的利用脉冲激光束的刻印设备的控制器的框图。

图5是示出根据本发明一实施例的利用脉冲激光束的刻印设备的脉冲激光的输出形态的图。

图6是示出根据本发明的用于将通过激光产生光纤所发出的激光束传输至光传输用多模光纤的光束聚焦单元的图。

图7是示出生成激光束的阶跃折射率光纤的形态、折射率(refractivity)以及在光纤上的光束传输形态的图。图8是示出渐变折射率多模光纤的形态、折射率(refractivity)和在光纤上的光束传输形态的图。

图9是示出安装根据本发明的刻印设备的头部保护罩的形状的图。

图10是示出头部保护罩的侧滑动板与中心滑动板捆扎结构的图。

图11是示出安装在基板上部和下部的旋转轴承的图。

图12是示出基板、侧滑动板和中心滑动板的捆扎状态的图。

具体实施方式

仔细阅读用于实施本发明的具体内容。

本发明提供了一种脉冲刻印设备。在该设备中，从脉冲激光产生设备产生的脉冲激光束通过光纤产生，并将其传输至照射单元。通过利用光传输用多模光纤进行传输，可以从照射对象上获得可识别性优异的激光光束形状。此外，本发明具有容易替换的结构。如果使用具有合适折射率形状的光传输用多模光缆，则可以从照射对象上获得所需的加工形状，并且具有在现场容易进行替换的优点。然而，由于聚焦在多模光缆表面的激光的某一部分超过该多模光缆的损伤阈值范围就会造成损伤，因此对激光的空间分布进行调节。同时为了使激光的光损失最小化来进行传输，利用一个以上的透镜将激光束聚焦传输至耦合器光学单元，以高质量的脉冲激光束对照射对象进行刻印，从而可以进行高质量的刻印，并大大降低了不良率。

具体实施方式

本发明包括：激光束照射单元220，将由所述脉冲激光产生设备所产生的激光束照射至照射对象以刻印唯一ID；脉冲激光产生设备200，用于产生脉冲激光束；以及控制器100，存储有刻印在照射对象上的唯一ID的图案，并且为了刻印唯一ID而将刻印设备的头部移动至刻印设备头部照射区域内，并控制将激光束传输至所述脉冲激光产生设备。

本发明通过使用热输入量低的脉冲激光，以远超于照射对象金属材料的加工阈值能量的峰值功率进行加工。由此，相比于使用连续振荡激光照射对象的热变形小，以及相比于Q开关激光可以进行深加工，从而难以进行伪造。

在为了产生脉冲激光束而向脉冲激光产生设备所提供的脉冲电信号中，前面部分比后面部分注入更高的电能以产生峰值脉冲激光束，从而照射至照射对象上，在对照射对象预加热后进行加工。由此，高峰值功率的有利效果在于加工对象即照射对象的热变形小且可以进行深加工。更具体地，在一实施例中，当脉冲宽度为0.1ms时，向激光产生设备提供电信号以在0.03ms期间内提供较高能量和在0.07ms期间内提供较低能量。

另外，在移动过程中照射脉冲激光时，理论上在移动方向上稍偏一点就会加工成椭圆形，但是因为脉冲宽度与刻印设备头部的移动速度相比非常小，所以实际上是可以解决的。

更具体地，当激光焦点大小为0.8mm时，激光束照射单元的移动速度为每分钟60m(相当于高速状态)。假设脉冲宽度为0.1ms，则因激光加工所生成的孔的纵横比大约仅为10％，而通过实验可以确认在用肉眼进行识别上毫无困难。实施例

基于附图对根据本发明的具体实施例进行说明。

首先，本发明的说明书包括本发明申请人进行申请而授予专利权的、在授权专利公报第10-1256573号进行公开的内容、当时未被采用的技术结构以及改进后的技术结构。

在这些技术结构中，在所述授权的专利和未重复的技术结构的基础上记录各自的权利要求。

下文将参考附图对本发明的利用脉冲激光束的刻印设备进行详细说明。

在本发明的说明书中，将“脉冲激光”和“脉冲激光束”缩写为“激光”和“激光束”，其含义相同。

在本发明的说明书中，“光纤(fiber)”与“光纤(optical fiber)”的含义相同，都是用于将自脉冲激光产生单元产生的激光束传输至照射单元的光纤。

对于相同的元件，赋予相图的附图标号。

由于在详细说明中未记载的附图标号与在说明中记载的标号的名称和附图相比容易理解，所以并未做特别标记。所述未在授权专利公报第10-1256573号中公开的技术结构被称为“耦合器光学单元”，其在将自脉冲激光产生设备产生的激光束传输至光缆时，为使传输损失最小化，而将传统的单纯使用一个光束聚焦透镜，变为用多个透镜聚焦光束以将激光束聚焦而进行传输，由此实现传输损失的最小化，从而提高了光束功率，并获得了更均匀的激光束。对其的具体技术结构将在下文进行详细说明。

此外，为了保护该刻印设备头部，在刻印设备头部的前面安装有刻印设备头部保护罩。保护罩由在左侧和右侧固定的基板、被设计用于随着刻印设备头部的移动而移动的侧滑动板和中心滑动板构成。

所述中心滑动板上形成有激光束照射单元所通过的照射单元通过口，其中激光束照射单元用于将通过光缆传输的脉冲激光束照射至照射对象上。为了有效防止在刻印时因火星溅射而损伤头部，所形成的照射单元通过口配置用于随着光束的照射位置而移动。

下面将对刻印设备头部保护罩的具体技术结构进行说明。侧滑动板通过将刻印设备的头部保护罩安装在刻印设备头部前面，其中刻印设备的头部保护罩由所述基板、配置为跟随基板的上部和下部移动的侧滑动板和中心滑动板构成，从而其配置为可以极大地提高刻印设备头部的耐用性和可靠性。

本发明配置为将脉冲激光产生设备生成的激光束通过直径较小的光缆利用刻印设备的传输至激光束照射单元，从而将激光束照射至照射对象上。通常光传输时会产生相当大的损失，而实现损失最小化非常重要。因此，在初始模型中虽然单纯地使用了一个聚焦透镜，但是这种情况下传输损失严重，或者因难以随意控制聚焦在光缆表面的激光束强度的分布而使得光缆受损。为了改善这些问题，设计制作采用了耦合器(coupler)光学单元，其采用通过透镜时损失小的材质以及为了使传输时传输损失最小化而使用的多个透镜。

作为另一改进的技术结构，在加工对象为汽车车身的座椅横梁(乘客旁边的部分，是平面结构)时，使用双轴激光刻印设备头部刻印设备头部。在加工对象为面罩(引擎室的后面部分，具有垂直形态的屈曲的结构)时，使用三轴激光刻印设备头部刻印设备头部。

虽然所述双轴激光刻印设备头部配置为不使用三轴激光刻印设备头部的Z轴，但是由于各自的制造费用有所不同，所以可以各自分别制作。

在刻印设备头部固定安装有焦距测量传感器和/或距离测量传感器，其中焦距测量传感器用于测量焦距。

相比于所述授权专利公报第10-1256573号中公开的技术结构，还是存储在根据本发明的脉冲激光控制器的存储器的控制程序装配地更优化。对本发明的整体技术结构进行说明。

本发明包括刻印设备头部230，其刻印设备头部为了在照射物体50上刻印唯一ID而安装在形成于机器人上的臂20的某一侧，以在根据控制器的控制而确定的激光束照射区域内移动激光束照射单元。

根据本发明的刻印设备的控制器配置为在利用刻印设备头部将车辆识别码刻印在照射对象上时，刻印设备头部将由矢量数据或点数据形成的唯一ID以笔型或光栅扫描方式刻印在照射对象上。

图2是根据本发明实施例的利用脉冲激光束的刻印设备的示意图。

如图2所示，利用脉冲激光束的打印刻印设备配置为包括机器人、与机器人的臂连接的刻印设备头部，与刻印设备头部相结合的激光束照射单元、脉冲激光产生设备以及控制器。

通过如上所述的结构，可以利用机器人在激光照射区域快速准确地移动，并且提供了通过利用脉冲激光方式而非标记针方式标记针而可以进行更深地标记(刻印)的效果。

本发明具有如下的有利效果：利用点图案刻印一行之后移动从而刻印下一行，由此用于刻印的工序时间与前面所述传统技术相比明显减少，从而可以减少人工成本和制造单价。

本发明可以解决相关技术领域中的长期未解决的课题，即可以一起解决防止伪造、可以在使用高强度材质的照射对象上刻印唯一ID的功能和方法。即传统的使用标记针或Q开关激光的标记方法只能在照射对象上以大约10至90微米的深度进行标记，如果将照射对象例如车辆的标记车辆识别码的部位削除或抹除，则具有可以伪造的缺点。但是在本发明中将使用脉冲能量为几百mJ以上的高能量脉冲激光产生设备而非普通激光产生设备。根据本发明所制造的脉冲激光产生设备具有如下有利效果。由于刻印是以100至900微米之间的深度进行，因此可以防止伪造。由于在刻印时可以由控制器控制脉冲，因此具有在刻印的位置上精确刻印的精密性并降低了不良率。图6是示出根据本发明的用于将通过将光纤所发出的激光束传输至光传输用多模光纤的耦合器光学单元的图。本发明具有脉冲耦合器光学单元，其可以将从根据本发明的激光产生器产生的激光束尽量无损失地传输至光纤并控制激光束的空间分布。

即所述耦合器光学单元400将来自激光产生光纤410的脉冲激光束传输至多模光纤420(GI型多模光纤(GI光纤))时，传输损失低且对透镜和光纤的损伤最小化，从而提高其耐用性。

仔细查看用于实现上述内容的结构，为了将来自光纤410的脉冲激光束沿着激光束的光轴传输至多模光纤420，该结构由使激光束的路线弯曲而变成平行光的准直(Collimation)透镜组430和聚焦光束以折射平行光使其进入多模光纤里的光束聚焦透镜组440构成。更具体地，准直透镜组430设计为弯月透镜和凸透镜的组合，以便可以将随着光纤产生的高功率激光束沿着光轴传输而反射的光返回至激光产生光纤以防止表面破损，并可以减少像差。光束聚焦透镜组440设计为平凸透镜和弯月透镜的组合，以便将高能量的脉冲激光束安全低损耗地聚焦至多模光纤(GI型多模光纤)。

另外，为了防止因高能量脉冲激光束的聚焦而引起的多模光纤(GI型多模光纤)的表面破损，从单模光纤输出的激光束尺寸形成为大约多模光纤表面积的80％～90％，且设计为具有1/2原始激光束的NA(数值孔径)值。

光束传输用的多模光纤有GI光纤和SI(阶跃折射率)光纤。SI光纤的纤芯(中心部分)的折射率空间上较均匀，从而传输的激光束具有帽顶(hat top)形状。虽然高功率传输容易且光纤表面的损伤阈值(damage threshold)高而容易处理，但是刻印的形状为U字型帽顶(hat top)形状，导致刻印的可识别性差。图7中示出了SI光纤的结构和激光束传输图案等的相关内容。

相反，GI(渐变折射率)光纤与SI型光缆相比其光缆表面的损伤阈值较低，并且价格相对昂贵。但其优点在于刻印深度深和形状为接近V字形的形状从而可识别性良好。图8示出了GI光纤的结构和激光束传输图案等的相关内容。

所述控制器与机器人、刻印设备头部及脉冲激光产生单元相连，以控制机器人，刻印设备头部以及脉冲激光产生设备。

具体地，控制器存储刻印在照射对象上的唯一ID的图案，并且将机器人移动至刻印唯一ID的激光束照射区域附近，并在激光束照射区域范围内快速移动刻印设备头部的同时将用于产生激光束的照射信号传输至脉冲激光产生设备。

所述激光束照射区域是指将被刻印的照射对象的特定部位，更具体地指要刻印车辆识别码的车身的部位。

所述刻印设备头部实际是安装配置为为了刻印而在确定的照射范围内快速移动，并且刻印设备头部上结合有激光束照射单元，从而在刻印设备头部移动的同时照射激光。

刻印设备头部接收设定的坐标(X，Y，Z)以根据坐标值移动，而从控制器将照射信号传输至激光束照射单元以进行刻印。

传统技术中是随着机器人移动而进行刻印，因此几乎不可能进行快速刻印。但是在利用上述的刻印设备头部进行刻印时，由于只需将刻印设备头部移动至期望位置进行刻印，因此可以进行快速刻印。另外，传统的激光标记使用Q开关或CW激光标记设备。正如在传统技术中所提到的，由于其是以较薄的标记进行处理的，因此可以轻易被伪造。传统的激光标记具有严重问题，即如果进行涂抹操作的话，则无法识别唯一ID。

相反，本发明利用产生高能量脉冲激光束的脉冲激光产生设备，其中该设备用于具有积累的能量的脉冲，从而可以实现较深的刻印(Deep Engraving)。

根据本发明的脉冲激光束可以配置为具有较高的峰值功率，并且为了产生具有峰值功率的激光束而向脉冲激光产生设备提供具有较高峰值功率的电信号。

在这种情况下，为了产生峰值脉冲激光束，而在向脉冲激光产生设备所提供的脉冲电信号中，前部分注入比后部分更高的电能。因此，在产生峰值脉冲进行使用时，由于是以具有较高能量的激光束对照射对象预热后进行加工，因此其有利效果在于加工对象即照射对象的热变形小且可以进行深加工。

尽管峰值脉冲激光束可以让加工对象即照射对象的热变形小且可以对其进行深加工，但是也可以使用通过输入平常的脉冲信号而获得的激光束。

此外，利用光缆(光纤)从而利用光缆的柔软性以快速移动刻印设备头部，并且可以将由矢量数据或点数据形成的唯一ID以笔型或光栅扫描方式容易地刻印在照射对象上。

一方面，激光束照射单元通过连接构件(未示出)与刻印设备头部的某一侧相连，并通过光缆与脉冲激光产生单元相连以将从脉冲激光产生单元产生的脉冲激光束照射至照射对象上，从而刻印唯一ID。

本发明中描述的唯一ID是指为识别照射对象而由数字、字母和图案等组成。更具体地，例如车辆识别码。

图4是根据本发明一实施例的利用脉冲激光束的刻印设备的控制器的框图。

所述图案存储单元110存储有刻印在照射对象上的唯一ID的矢量数据或点数据。

即存储有用于在脉冲激光产生时将1脉冲1个点印在照射对象上的图案。所述坐标计算单元120对存储在图案存储单元的矢量数据或点数据进行加工，以计算移动刻印设备头部的坐标。

另外，在本发明申请人进行申请而登记的授权专利公报第10-1256573号上详细公开了移动机器人的坐标的计算，并且因其不是本发明的主要技术结构而因此省略。刻在印设备头部根据所述坐标设置单元移动至相应坐标时，将移动完成信号从刻印设备头部发送至控制器，控制器控制脉冲功率指示单元，且由脉冲功率指示单元140向脉冲激光产生单元传输激光照射信号。

此时，所述脉冲激光产生单元产生激光束并通过激光束照射单元照射至照射对象上，以刻印唯一ID。

图5是示出根据本发明一实施例的利用脉冲激光束的刻印设备的脉冲激光的输出形态的图。

控制器仅限于在点300被标注的情况下将照射信号传输至脉冲功率指示单元。当激光打开时，点被标注，而当激光关闭时，不标注点而移动。

在本发明申请人进行申请而登记的授权专利公报第10-1256573号的说明书中详细记载了坐标的计算以及刻印在该坐标上的具体方法。上述例子中表示将由点数据形成的唯一ID以光栅扫描方式刻印在照射对象上，在由矢量数据形成的唯一ID的情况下也可以以笔型方式刻印对照射对象进行刻印。

另一方面，通过将唯一ID以光栅扫描方式刻印在照射对象上，可以获得刻印速度变快的更好的效果，以及标记字母或数字时不会出现重叠区域从而可以消除不良率的更加有利的效果。

另外，传统的利用标记针或Q开关或者CW激光的标记方式具有如下问题：在照射对象上以大约10至90微米的深度进行标记，进而将标记的部位削除或抹除而通过涂抹可以轻易进行伪造。但是，如果使用本发明的脉冲激光产生设备的话，则具有如下的有利效果：以100至900微米之间的相当深的深度进行刻印，进而削除或抹除刻印的部位则会相当困难，因此不可能轻易进行伪造。尤其在高强度钢板上进行刻印时，其是可以以高深度进行刻印的方法。

通过如上所述的结构和操作，以利用由高能量脉冲激光产生单元产生的脉冲激光束将可识别的唯一ID刻印在照射对象上，从而可以将唯一ID刻印在高强度的车身上，并且提供了如下效果：由于所谓标记针不使用切削工具，因此可以消除由此造成的频繁更换标记针以及刻印时所产生的严重噪音。

如前文所述，本发明安装有一种用于保护激光刻印设备头部的激光刻印设备头部保护罩。

激光刻印设备头部保护罩用于从激光加工时产生的溅射物(spatter)下保护刻印设备头部的内部。

换言之，在激光刻印设备头部安装有用于精确移动头部的各类传感器以及可以保持精度的各种部件例如导槽、导轨等，而其用于遮护以便不会受到在刻印时产生的溅射物的损伤。

下面对脉冲激光刻印设备的头部保护罩的技术结构进行说明。

图9是示出安装有根据本发明的刻印设备的头部保护罩的形态的图。

其具有中心滑动板550，其接收照射单元560移动的力而向左右移动；安装在基板520和中心滑动板550之间的左侧和右侧的侧滑动板530和540，其覆盖当中心滑动板550向左侧或者右侧边缘移动时空出的空间；以及导轨，配置为在基板520上部和下部安装旋转轴承590以引导移动的中心滑动板和上述左侧及右侧侧滑动板。在头部的左侧和右侧边缘安装遮挡板510，以便防止上述左侧及右侧的侧滑动板像基板外部突出。设置在基板上部和下部导轨上的旋转轴承可以凭借照射单元560移动时较小的力而移动，并且具有可以提高耐用性的有利效果。

更具体地，中心滑动板550配置为通过向激光刻印设备的头部保护罩外突出的照射单元通过口570而向外突出，以接收向左侧和右侧移动的照射单元560所移动的力而向左右移动。照射单元通过口570上下打开，以便照射单元560可以沿着与X轴相比移动距离相对较短的Y轴自由移动。中心滑动板凭借照射单元沿着X轴移动的力的而移动，并且从刻印时产生的溅射物下保护刻印器头部内部。将在具有凹凸的内部移动的力传递至侧滑动板。

侧滑动板530和540接收通过外部的凹凸从中心滑动板550开始移动的力。侧滑动板530和540配置为侧滑动板在基板520区间内移动，并且覆盖中心滑动板550而随其自身移动而无法覆盖的空间(不能遮住的部分)。不具有侧滑动板530的中心滑动板侧滑动板在结构上不能覆盖左右移动范围的整个区域，从而在基板和中心滑动板之间产生空的空间。

基板520沿着平面方向固定安装在左侧及右侧边缘。基板520起到导轨或导引结构的作用，引导中心滑动板以及侧滑动板进而侧滑动板平稳地移动，中心滑动板以及侧滑动板随着为了刻印而移动的照射单元而移动。

轴承沿着形成在基板520的上部和下部的导轨以及导引结构(参见图11)进行附着，从而配置为使侧滑动板和/或中心滑动板移动时产生的负荷最小，且耐用性突出。

遮挡板510配置为固定安装在刻印设备头部的左侧及右侧边缘，以防止侧滑动板向刻印器头部外部偏离。即在由于遮挡板的阻挡使侧滑动板不再移动时，中心滑动板配置为向侧滑动板外侧重叠移动。基板、侧滑动板以及中心滑动板的位置配置为基板位于最内侧，接着是侧滑动板，中心滑动板位于外侧部分。

根据溅射物的形态，滑动板的材质使用如铜板或不锈钢板等合适的材质。在使用铜板时，溅射物几乎不能熔接，从而用于产生高熔接性、颗粒大小的溅射物的地方，而不锈钢耐磨性好，因此用于尺寸相对较小的溅射物出现的地方。

本发明的专利保护范围不限于与本发明相关的具体实施例。在本领域普通技术人员可以很容易地将其改变为等同物时，所有变形的等同物都属于本发明的权利范围。

工业上的可利用性

本发明涉及一种利用高能量脉冲激光束的刻印设备，更具体地可以提供一种为了刻印车辆识别码而具有耦合器光学单元以及头部保护罩的利用脉冲激光束的刻印设备。与汽车相关的车辆识别码中包括含有制造商、车辆类别、车辆型号、详细车型、车身形状、安全设备样式、排气量、驾驶席位置、制造年度、生产工厂等信息的数字和文字。耦合器光学单元为实现产生激光的光纤与将激光束传输至照射单元的光传输用多模光缆的光损失的最小化而将其相连。头部保护罩用于在利用脉冲激光束在相应照射对象上刻印可以识别的唯一ID时防止刻印设备头部受到损伤。因此，工业上的可利用性较高。特别地，在照射对象为汽车车身的情况下，考虑到乘客的安全性，采用高强度钢板作为车身材料的情况随之增加。因此，工业上的可利用性非常高。

Claims (10)

1.一种用于在照射对象上刻印唯一ID的刻印设备，包括：

刻印设备头部，其安装在设置在机器人上的臂的某一侧，以在根据控制器的控制而确定的激光束照射区域内移动激光束照射单元；激光束照射单元，通过光缆与脉冲激光产生单元相连，以将从所述脉冲激光产生单元产生的激光束照射至照射对象上来刻印唯一ID；脉冲激光产生单元，用于产生脉冲激光束；以及控制器，生成用于所述刻印的脉冲信号以传输至脉冲激光产生单元，

其中，所述设备具有由两个以上透镜组成的耦合器光学单元，从脉冲激光产生单元产生的脉冲激光束通过激光产生用光纤从而传输至用于传输至激光束照射单元的光传输用多模光纤时减少损失并提高刻印质量。

2.根据权利要求1所述的刻印设备，其中，

所述耦合器光学单元为了将脉冲激光束沿着激光束光轴通过激光产生用光纤传输至光传输用多模光纤而包括：准直透镜组，使激光束的路线弯曲而变成平行光；以及

光束聚焦透镜组，聚焦光束以折射由准直透镜组所形成的平行光使其进入光传输用多模光纤里。

3.根据权利要求2所述的刻印设备，其中，

准直透镜组的前端透镜配置为弯月透镜和凸透镜的组合，以减少像差，以及

激光束聚焦透镜组配置为平凸透镜和弯月透镜的组合，以便将高功率的激光以较低的损失稳定地聚焦至多模光纤。

4.一种在照射对象上刻印唯一ID的刻印设备，包括：

刻印设备头部，安装在设置在机器人上的臂的某一侧，以在根据控制器的控制而确定的激光束照射区域内移动激光束照射单元；激光束照射单元，通过光缆与脉冲激光产生单元相连，以将从所述脉冲激光产生单元产生的激光束照射至照射对象上来刻印唯一ID；脉冲激光产生单元，用于产生脉冲激光束；以及控制器，生成用于所述刻印的脉冲信号以传输至脉冲激光产生单元，

其中，该设备具有刻印设备头部保护罩，其设置在所述刻印设备头部前面，以在用脉冲激光束进行刻印时防止从照射对象表面溅起溅射物而损伤刻印设备头部，从而提高耐用性。

5.根据权利要求4所述的刻印设备，其中，

在溅射物性质为熔接性的环境中，刻印头部保护罩的材质采用铜板防止溅射物熔接，而在产生微小的粉末性的溅射物的环境中，为了提高耐用性而使用不锈钢材质的保护罩。

6.根据权利要求4所述的刻印设备，其中：

所述刻印设备头部保护罩包括：中心滑动板，配置为穿过向激光刻印设备的头部保护罩外突出的照射单元通过口而突出，以接收向左侧和右侧移动的照射单元所移动的力而向左右移动；

侧滑动板，配置为沿着安装在基板上部和下部的导轨移动，且覆盖中心滑动板随其自身移动而无法覆盖的空间；以及

基板，固定安装在左侧及右侧边缘，且在其上部和下部安装有导轨或导引结构，以沿着导轨引导中心滑动板以及侧滑动板移动。

7.根据权利要求4或6所述的刻印设备，其中，

照射单元通过口形成在中心滑动板上，且其上下打开以便照射单元可以沿着与X轴相比移动距离相对较短的Y轴移动，

侧滑动板和中心滑动板配置为在向激光束照射单元左侧和右侧移动时，凭借光束照射单元移动的力而移动。

8.根据权利要求4或6所述的刻印设备，其中，

该设备还设置有遮挡板，用于防止左侧和右侧的侧滑动板向基板外部突出。

9.根据权利要求4或6所述的刻印设备，其中，

所述设备还包括旋转轴承，设置在基板的上部和下部导轨上，可以凭借照射单元移动时较小的力而移动，并且可以提高耐用性。

10.一种在照射对象上刻印唯一ID的刻印设备，包括：

刻印设备头部，安装在设置在机器人上的臂的某一侧，以在根据控制器的控制而确定的激光束照射区域内移动激光束照射单元；激光束照射单元，通过光缆与脉冲激光产生单元相连，以将从所述脉冲激光产生单元产生的激光束照射至照射对象上来刻印唯一ID；脉冲激光产生单元，用于产生脉冲激光束；以及控制器，生成用于所述刻印的脉冲信号以传输至脉冲激光产生单元，

其中，所述设备具有：由两个以上透镜组成的耦合器光学单元，其中从脉冲激光产生单元产生的脉冲激光束通过激光产生用光纤发出，并将其传输至用于传输至激光束照射单元的光传输用多模光纤时减少损失并提高刻印质量；以及

刻印设备头部保护罩，其设置在所述刻印设备头部前面，以在用脉冲激光束进行刻印时防止从照射对象表面溅起溅射物而损伤刻印设备头部，从而提高耐用性。