CN109648210B - 激光灼刻装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了激光灼刻装置及系统，涉及激光灼刻领域。该装置包括：底座、激光器、驱动装置和扩束镜，激光器和驱动装置均设置在底座上，驱动装置设置在激光器的出光口处，扩束镜固定在驱动装置上，驱动装置用于控制扩束镜沿激光器发出的激光的光路方向移动，改变激光的聚焦点的落点。本发明提供的激光灼刻装置，通过驱动装置控制扩束镜的位置，能够实现改变激光的聚焦点的落点，从而实现当灼刻非平面时，能够激光的焦点始终刚好落在物体表面，提高灼刻的清晰度和精确度。

Description

激光灼刻装置及系统

技术领域

本发明涉及激光灼刻领域，尤其涉及激光灼刻装置及系统。

背景技术

激光灼刻的应用领域十分广泛，例如，在畜牧业，为了保证牲畜肉类的食品安全，通常需要再牲畜肉类上进行盖章打标，如动物检疫检验章、肉品质检合格章等。目前，通常通过激光灼刻的方式进行盖章打标，以提高盖章的安全性和可靠性。

然而，由于牲畜肉类的表面通常不是严格的平面，而是带有一定弧度的曲面，因此在对牲畜肉类使用激光进行灼刻打标时，面对弯曲的曲面，激光的焦点不会刚好落在肉类表面，导致灼刻不清晰等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种激光灼刻装置及一种激光灼刻系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种激光灼刻装置，包括：底座、激光器、驱动装置和扩束镜，所述激光器和所述驱动装置均设置在所述底座上，所述驱动装置设置在所述激光器的出光口处，所述扩束镜固定在所述驱动装置上，所述驱动装置用于控制所述扩束镜沿所述激光器发出的激光的光路方向移动，改变所述激光的聚焦点的落点。

本发明的有益效果是：本发明提供的激光灼刻装置，通过驱动装置控制扩束镜的位置，能够实现改变激光的聚焦点的落点，从而实现当灼刻非平面时，能够激光的焦点始终刚好落在物体表面，提高灼刻的清晰度和精确度。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种激光灼刻系统，包括：测距装置、控制器和上述技术方案所述的激光灼刻装置，其中：

所述测距装置用于获取目标物体的待灼刻表面与所述激光灼刻装置之间的距离信息；

所述控制器用于根据所述距离信息控制所述激光灼刻装置发出的激光的聚焦点的落点，使所述激光的聚焦点落在所述目标物体的待灼刻表面上。

通过测距装置获取目标物体的待灼刻表面的距离信息，然后通过控制器自动根据距离信息控制激光灼刻装置调整扩束镜的位置，改变激光的聚焦点，使激光的焦点始终刚好落在物体表面，实现了对非平面的自动灼刻，具有良好的灼刻效果，灼刻的清晰度更高、精确度更高。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明激光灼刻装置的实施例提供的结构示意图；

图2为本发明激光灼刻装置的实施例提供的扩束原理示意图；

图3为本发明激光灼刻装置的其他实施例提供的驱动装置结构示意图；

图4为本发明激光灼刻装置的其他实施例提供的驱动模块结构示意图；

图5为本发明激光灼刻装置的其他实施例提供的扩束镜附加磁尺装置结构示意图；

图6为本发明激光灼刻系统的实施例提供的结构框架示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明激光灼刻装置的实施例提供的结构示意图，该装置包括：底座11、激光器12、驱动装置13、扩束镜14和振镜10，激光器12和驱动装置13均设置在底座11上，驱动装置13设置在激光器12的出光口处，扩束镜14固定在驱动装置13上，驱动装置13用于控制扩束镜14沿激光器12发出的激光的光路方向移动，改变激光的聚焦点的落点，振镜10设置在扩束镜的出光镜处，激光经扩束镜14扩束后，发射到振镜10，通过控制电路控制振镜10改变激光光路的xy轴方向，进而实现对目标物体表面不同位置的灼刻。

需要说明的是，如图2所示，为扩束镜14的扩束原理示意图，扩束镜14通常包括入光镜和出光镜，平行光束经入光镜射入，在扩束镜14的腔内聚焦，然后通过出光镜射出，通过合理选择出光镜和入光镜的折射率和透镜的位置，使焦点到入光镜和出光镜的距离分别等于两个透镜的焦距，就能够实现对入射光束的扩束。

结合图2中的对比可知，固定出光镜，通过向外移动入光镜(图中入光镜的初始位置用虚线标志表示，移动后位置用实线标志表示)，使折射光束的焦点向入光镜方向移动，此时焦点到出光镜的距离大于出光镜的焦距，那么出光镜射出的光束就会聚集；而向内移动入光镜，使折射光束的焦点向出光镜方向移动，此时焦点到出光镜的距离小于出光镜的焦距，那么出光镜射出的光束就会发散。据此，就能够实现对激光聚焦点位置的控制。

具体地，驱动装置13具体用于移动扩束镜14的入光镜达到场镜处的光斑发散角发生了变化，光斑直径也发生了变化，光斑发散角和光斑直径通过场镜聚焦于目标物体的表面的位置也就发生了变化，因此可以通过反复移动扩束镜14，使激光焦距刚好落于目标物体的表面。

应理解，驱动装置13可以根据本领域技术人员的实际选择实现。

例如，驱动装置13可以包括：滑轨，滑轨固定在底座11上，将扩束镜14的入光镜安装在滑块上，滑块安装在滑轨的轨道内，滑轨的方向沿激光的光路方向布置，通过控制滑块在滑轨上滑动，就能够实现控制扩束镜14沿激光器12发出的激光的光路方向移动。

优选地，还可以包括控制器和单片机，通过控制器或单片机等自动控制滑块的移动。

应理解，激光灼刻装置还包括固紧螺丝、控制电路等装置或结构，固紧螺丝及控制电路等均为现有结构，在此不再赘述。

本实施例提供的激光灼刻装置，通过驱动装置13控制扩束镜14的位置，能够实现改变激光的聚焦点的落点，从而实现当灼刻非平面时，能够激光的焦点始终刚好落在物体表面，提高灼刻的清晰度和精确度。

可选地，在一些实施例中，如图3所示，驱动装置13包括：驱动模块131、扩束镜附加磁尺装置132和旋转变压器133，其中：

扩束镜14固定在扩束镜附加磁尺装置132上，扩束镜附加磁尺装置132安装在驱动模块131上，与驱动模块131滑动连接，驱动模块131和旋转变压器133固定在底座11上，旋转变压器133用于控制扩束镜附加磁尺装置132在驱动模块131上滑动。

应理解，旋转变压器133的信号输出端与扩束镜附加磁尺装置132的信号输入端连接，通过为扩束镜附加磁尺装置132供电，实现控制。

结合图3可知，驱动模块131可以采用滑轨和滑块实现，扩束镜附加磁尺装置132安装在滑块上，滑块固定在滑轨的轨道内，与滑轨滑动连接，滑轨固定在底座11上。

可选地，在一些实施例中，如图4所示，驱动模块131包括：电机安装板1311、U型口安装板1312、O型同步带1313、同步带库1314、轨道床1315、动轨道1316、静轨道1317、滚珠带1318、同步轮组合1319和被动同步轮1320，其中：

静轨道1317固定在轨道床1315的凹槽内，滚珠带1318固定在静轨道1317的轨道凹槽内，动轨道1316为工型轨道，通过轨道凹槽卡在滚珠带1318中间；

轨道床1315固定在同步带库1314上，同步带库1314的一端设置有旋转变压器133、U型口安装板1312和电机安装板1311，旋转变压器133和U型口安装板1312的U型口固定在电机安装板1311上，电机安装板1311固定在底座11上，同步轮组合1319与旋转变压器133的输出端连接，设置在电机安装板1311的一端，被动同步轮1320安装电机安装板1311的另一端，同步轮组合1319与被动同步轮1320通过O型同步带1313传动连接。

可选地，在一些实施例中，如图4所示，驱动模块131还包括：开口同步带1321、托块1322、压块1323和磁尺安装板1324，其中：

磁尺安装板1324设置在同步带库1314的另一端，磁尺安装板1324固定在底座11上，托块1322和压块1323安装在磁尺安装板1324上，通过开口同步带1321传动连接，磁尺安装板1324用于安装扩束镜附加磁尺装置132。

可选地，在一些实施例中，如图4所示，驱动模块131通过3个垫板固定在底座11上，分别是第一垫板15、第二垫板16和第三垫板17，三个垫板的高度可以根据实际需求设置。

可选地，在一些实施例中，如图5所示，扩束镜附加磁尺装置132包括：磁尺1325、安装支架1326、扩束镜安装板1327，磁尺的1325一端设置有安装支架1326，磁尺1325通过安装支架1326安装在驱动模块131上，磁尺1325的滑块上固定有扩束镜安装板1327，扩束镜14的出光镜或入光镜安装在扩束镜安装板1327上，随滑块移动。

应理解，安装支架1326有2个，分别安装在磁尺1325的两端，安装支架1326可以为开口圆环结构，开口处通过螺丝拧紧，其中一个安装支架1326具有安装孔，可以通过安装孔固定在驱动模块131上。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。

如图6所示，为本发明激光灼刻系统的实施例提供的结构框架示意图，该系统包括：测距装置2、控制器3和如上述实施例中任一项的激光灼刻装置1，其中：

测距装置2用于获取目标物体的待灼刻表面与激光灼刻装置1之间的距离信息；

控制器3用于根据距离信息控制激光灼刻装置1发出的激光的聚焦点的落点，使激光的聚焦点落在目标物体的待灼刻表面上。

需要说明的是，测距装置2用于测量目标物体的待灼刻表面上每一点与激光灼刻装置1之间的距离信息，激光灼刻装置1对目标物体进行灼刻时，也是按点依次打在目标物体的表面上，形成灼刻痕迹，此时，控制器3通过距离信息自动控制激光在打每个点时的聚焦点，就能实现本发明的目的。

例如，测距装置2可以包括激光测距组件，通过激光测距得到目标物体的待灼刻表面上每一点与激光灼刻装置1之间的距离信息，然后通过信号输出接口通过有线或无线的方式传输给控制器3。

控制器3可以为PLC可编程逻辑控制器，也可以为微控制器等。

应理解，当控制器3获取到目标物体的待灼刻表面上每一点与激光灼刻装置1之间的距离信息后，即得到了从扩束镜的出光镜射出的激光光束的焦点与出光镜的距离，可以通过透镜的折射率关系计算当实现该距离时，入光镜需要移动的位置，然后据此控制扩束镜。

例如，当通过激光测距组件进行测距时，控制器3根据激光测距组件获取的目标物体的待灼刻表面构建聚焦域为子集，例如，可以通过多层前向网络BP技术或经向基函数网络RBF技术等实现，然后根据聚焦域调整激光灼刻装置1的焦距趋近于该子集，具体地，通过驱动装置13拖动扩束镜调整焦点的落地值，优选地，可以由位移传感器和子集进行关联得到落地值。

本实施中，通过测距装置2获取目标物体的待灼刻表面的距离信息，然后通过控制器3自动根据距离信息控制激光灼刻装置1调整扩束镜的位置，改变激光的聚焦点，使激光的焦点始终刚好落在物体表面，实现了对非平面的自动灼刻，具有良好的灼刻效果，灼刻的清晰度更高、精确度更高。

可选地，在一些实施例中，如图6所示，测距装置2包括：支架21、激光测距组件22、滑轨23和动力组件24，动力组件24与滑轨23连接，用于为滑轨23提供工作动力，支架21与滑轨23滑动连接，激光测距组件22按预设距离排列在支架21上，用于获取目标物体的待灼刻表面与激光灼刻装置1之间的距离信息。

应理解，测距装置2和激光灼刻装置1设置在目标物体的同一侧，即目标物体的待灼刻表面一侧。

可选地，在一些实施例中，控制器3具体用于根据距离信息得到目标物体的待灼刻表面的聚焦域，根据聚焦域构建多个高斯单元子集，根据各高斯单元子集的高斯单元中心、单元半径和调节权重，控制激光灼刻装置1中扩束镜的位置，调整激光的聚焦点的落点。

优选地，测距装置2采集到距离信息后，控制器3具体用于通过多层前向网络BP算法和经向基函数网络算法对距离信息进行处理，构建子集。

具体地，多层前向网络BP算法和经向基函数网络算法的网络节点可以通过以下方式确定：

网络输入层高斯单元节点数就是系统的特征因子个数，输出层高斯单元节点数就是系统目标个数。隐层节点可以按经验选取，例如，一般可以设为输入层节点数的75％，假设输入层有7个节点，输出层1个节点，那么隐含层可设为5个节点，即构成一个7-5-1BP子集网络模型。在系统训练时，实际还要对不同的隐层节点数4、5、6个分别进行比较，最后确定出最合理的网络结构。

初始权值可以通过以下方式确定：

初始权值应是不应完全相等的一组值。例如，可以预设一个随机发生器程序，产生一组－0.5～+0.5的随机数，作为网络的初始权值。

最小循环速率可以通过以下方式确定：

在经典的BP算法中，循环速率是由经验确定，循环速率越大，权重变化越大，收敛越快；但循环速率过大，会引起系统的振荡，因此，循环速率在不导致振荡前提下，越大越好。因此，循环速率可以自动调整，并尽可能取大一些的值，但用户可根据实际需求规定一个最小循环速率。例如，该值可以取小于0.9倍循环速率。

动态参数可以通过以下方式确定：

动态参数可以根据经验选择，例如，一般可以取动态系数的0.6～0.8范围内。

允许误差可以通过以下方式确定：

一般可以取0.001～0.00001，当2次迭代结果的误差小于该值时，系统结束迭代计算，给出结果。

迭代次数可以通过以下方式确定：

一般可以取1000次。由于子集网络计算并不能保证在各种参数配置下迭代结果收敛，当迭代结果不收敛时，允许最大的迭代次数。

Sigmoid参数可以通过以下方式确定：

该参数调整高斯元激励函数形式，一般取0.9～1.0之间。

数据转换可以通过以下方式确定：

可以包括取对数、平方根转换和数据标准化转换。

优选地，可以采用多级式融合算法对各高斯单元进行处理，即各高斯单元D1、D2、…、Dn融合节点结构可以构成集中式、分布式、混合式的融合中心。他们接收和处理来自多个数据源生成的航迹，而使系统的融合节点要再次对各局部融合节点传送来的航迹数据进行相关和合成。目标的检测要经过两级或两级以上的位置、方向的数据融合处理。多级式融合算法将接受的各高斯单元集的调节权重向量值予以航迹修正，能够保证有效提高灼刻清晰度，有效减少灼刻聚焦离散误差。

可选地，在一些实施例中，控制器3具体用于根据多层前向网络和经向基函数神经网络对各高斯单元子集的高斯单元中心、单元半径和调节权重进行建模，根据建模结果控制激光灼刻装置1中扩束镜14的位置，调整激光的聚焦点的落点。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种激光灼刻系统，其特征在于，包括：测距装置、控制器和激光灼刻装置，其中：

所述测距装置用于获取目标物体的待灼刻表面与所述激光灼刻装置之间的距离信息；

所述控制器用于根据所述距离信息控制所述激光灼刻装置发出的激光的聚焦点的落点，使所述激光的聚焦点落在所述目标物体的待灼刻表面上；

所述测距装置包括：支架、激光测距组件、滑轨和动力组件，所述动力组件与所述滑轨连接，用于为所述滑轨提供工作动力，所述支架与所述滑轨滑动连接，所述激光测距组件按预设距离排列在所述支架上，用于获取目标物体的待灼刻表面与所述激光灼刻装置之间的距离信息；

所述控制器具体用于根据所述距离信息得到所述目标物体的待灼刻表面的聚焦域，根据所述聚焦域构建多个高斯单元子集，根据各高斯单元子集的高斯单元中心、单元半径和调节权重，控制所述激光灼刻装置中扩束镜的位置，调整所述激光的聚焦点的落点；所述控制器具体用于根据多层前向网络和经向基函数神经网络对各所述高斯单元子集的高斯单元中心、单元半径和调节权重进行建模，根据建模结果控制所述激光灼刻装置中扩束镜的位置，调整所述激光的聚焦点的落点；

所述激光灼刻装置包括底座、激光器、驱动装置和扩束镜，所述激光器和所述驱动装置均设置在所述底座上，所述驱动装置设置在所述激光器的出光口处，所述扩束镜固定在所述驱动装置上，所述驱动装置用于控制所述扩束镜沿所述激光器发出的激光的光路方向移动，改变所述激光的聚焦点的落点。

2.根据权利要求1所述的一种激光灼刻系统，其特征在于，所述驱动装置包括：驱动模块、扩束镜附加磁尺装置和旋转变压器，其中：

所述扩束镜固定在所述扩束镜附加磁尺装置上，所述扩束镜附加磁尺装置安装在所述驱动模块上，与所述驱动模块滑动连接，所述驱动模块和所述旋转变压器固定在所述底座上，所述旋转变压器用于控制所述扩束镜附加磁尺装置在所述驱动模块上滑动。

3.根据权利要求2所述的一种激光灼刻系统，其特征在于，所述驱动模块包括：电机安装板、U型口安装板、O型同步带、同步带库、轨道床、动轨道、静轨道、滚珠带、同步轮组合和被动同步轮，其中：

所述静轨道固定在所述轨道床的凹槽内，所述滚珠带固定在所述静轨道的轨道凹槽内，所述动轨道为工型轨道，通过轨道凹槽卡在所述滚珠带中间；

所述轨道床固定在所述同步带库上，所述同步带库的一端设置有所述旋转变压器、所述U型口安装板和所述电机安装板，所述旋转变压器和所述U型口安装板的U型口固定在所述电机安装板上，所述所述电机安装板固定在所述底座上，所述同步轮组合与所述旋转变压器的输出端连接，设置在所述电机安装板的一端，所述被动同步轮安装所述电机安装板的另一端，所述同步轮组合与所述被动同步轮通过所述O型同步带传动连接。

4.根据权利要求3所述的一种激光灼刻系统，其特征在于，所述驱动模块还包括：开口同步带、托块、压块和磁尺安装板，其中：

所述磁尺安装板设置在所述同步带库的另一端，所述磁尺安装板固定在所述底座上，所述托块和所述压块安装在所述磁尺安装板上，通过所述开口同步带传动连接，所述磁尺安装板用于安装所述扩束镜附加磁尺装置。

5.根据权利要求2至4中任一项所述一种激光灼刻系统，其特征在于，所述驱动模块通过至少一个垫板固定在所述底座上。

6.根据权利要求2所述的一种激光灼刻系统，其特征在于，所述扩束镜附加磁尺装置包括：磁尺、安装支架、扩束镜安装板，所述磁尺的一端设置有所述安装支架，所述磁尺通过所述安装支架安装在所述驱动模块上，所述磁尺的滑块上固定有所述扩束镜安装板，所述扩束镜的出光镜或入光镜安装在所述扩束镜安装板上，随所述滑块移动。