CN109822223B - 一种大幅面激光标记方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光打标技术领域，公开了一种大幅面激光标记方法，包括：调整激光聚焦至工件表面，使激光到工件表面范围内各处的焦距一致，其中所述工件表面包括若干个打标区域；根据预设的打标路径在若干个所述打标区域中依次进行打标，其中，在任意一个所述打标区域中进行打标时，根据预设的光斑直径校正表获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数，根据所述光斑直径校正参数对所述打标区域中激光聚焦的光斑的直径进行校正，并根据校正后的光斑直径进行激光打标。本发明实施例提供的大幅面激光标记方法使激光在加工工件上形成的聚焦光斑大小一致，打标粗细、深浅一致，打标效果均匀，打标精度高；此外本发明还提供一种实施前述方法的设备。

Description

一种大幅面激光标记方法及设备

技术领域

本发明涉及激光打标技术领域，尤其是涉及一种大幅面激光标记方法及设备。

背景技术

随着激光技术的应用越来越广，市场上对激光加工技术的质量要求也越来越高，倘若需要在较大幅面的工件表面上进行均匀激光标记，传统的激光标记方式是使用高功率激光器及大范围F-theta镜头(线性成像镜头)进行大幅面打标，这种激光加工方法存在客观缺陷：因受限于光学器件的客观缺点及安装精度，大范围F-theta镜头的整个工作平面内会出现聚焦光斑大小不一致、激光能量密度不一致的情况，会导致实际打标效果出现中间和边缘线条粗细、深度不一致，效果不均匀的现象，影响加工后的产品的美观。

其中，造成大范围F-theta镜头聚焦光斑不一致的客观原因主要有以下两点：

1、球差：F-theta镜头无法设计成绝对的F-theta镜。入射到F-theta镜上的激光光束不是绝对的平行光，F-theta镜头安装时无法保证完全与激光光路垂直，导致F-theta镜头中间和边缘无法保证在同一个焦平面，调试焦点以中间为标准，边缘则为离焦状态，而使得F-theta镜头中间和边缘聚焦的焦距不一致，聚焦在加工工件上的光斑大小也进而产生了差异。

2、慧差：F-theta镜头边缘的激光入射光束带有一定角度。例如，F-theta镜头中心位置的激光入射角为0度，最边缘位置的激光入射角则是偏移了13.14度；入射到F-theta镜头的激光束的入射角不同，F-theta镜头所投影出来的光斑直径也不相同，激光束的入射到F-theta镜头的角度越大，F-theta镜头所投影出来激光光斑也越大。如图7所示为使用F-theta镜头打标时的光学畸变示意图，图中矩形区域代表F-theta镜头的扫描范围，圆及椭圆为激光光斑在扫描区域内不同位置聚焦后的形状。激光通过F-theta镜头聚焦后存在打标幅面中心和边缘光斑变形的现象，离F-theta镜中心越远，光斑直径变化越大，四个角落畸变尤其严重。

发明内容

本发明实施例提供了一种大幅面激光标记方法及设备，目的是为了解决现有的激光打标技术在采用F-theta镜头等光学聚焦镜后在加工工件上形成的聚焦光斑大小不一致，激光能量密度不一致，打标粗细、深浅不一致，打标效果不均匀，打标精度不够的问题。

针对上述问题，本发明实施例所采用的技术方案为：

一方面，本发明实施例提供一种大幅面激光标记方法，应用于振镜式激光标记设备，包括：

调整激光聚焦至工件表面，使激光到工件表面范围内各处的焦距一致，其中所述工件表面包括若干个打标区域；

根据预设的打标路径在若干个所述打标区域中依次进行打标，其中，在任意一个所述打标区域中进行打标时，根据预设的光斑直径校正表获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数，根据所述光斑直径校正参数对所述打标区域中激光聚焦的光斑的直径进行校正，并根据校正后的光斑直径进行激光打标。

进一步的，所述根据预设的光斑直径校正表获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数具体为：

获取所述打标区域的多个激光聚焦光斑所在的坐标区间或者所述打标区域中一个激光聚焦光斑的坐标，根据所述坐标区间或者所述坐标从所述预设的直径校正表中获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数。

进一步的，所述大幅面激光标记方法还包括获取所述预设的光斑直径校正表，包括：

使激光在工件表面打标点阵，获取所述点阵中各位置点的坐标，并测量激光在各位置点打标时所形成的光斑的直径，其中，所述点阵包括一个激光垂直打标时对应的位置点，每一个所述打标区域对应所述点阵中的至少一个位置点；

将激光在工件表面垂直打标时所形成的光斑的直径作为标准光斑直径，并将激光在点阵中各位置点处打标形成的光斑的直径调整为所述标准光斑直径，获得一组光斑直径校正参数，每个所述光斑直径校正参数对应一个位置点；

根据所述光斑直径校正参数和对应的位置点的坐标生成所述预设的光斑直径校正表，或者获取每个位置点所在的打标区域的坐标区间，根据所述光斑直径校正参数和对应的位置点的坐标以及对应的打标区域的坐标区间生成所述预设的光斑直径校正表。

进一步的，所述光斑直径校正参数为激光在相应的所述打标区域中打标时对激光光束进行扩束的扩束倍数。

进一步的，在所述根据预设的打标路径在若干个所述打标区域中依次进行打标之前还包括根据预设的坐标精度校正表控制激光偏转，对各打标区域的聚焦光斑进行坐标校正。

进一步的，在进行坐标校正前，还包括获取所述预设的坐标精度校正表，包括：

使激光根据预设的阵型在工件表面上打标一个点阵，获取在工件表面打标出来的点阵中各点的坐标作为实际坐标，并获取所述预设的阵型中的各个点的坐标作为理论坐标；

根据所述理论坐标与对应的所述实际坐标建立所述坐标精度校正表。

另一方面，本发明还提供一种大幅面激光标记设备包括处理装置、电气控制部、激光器、调节装置、振镜系统和F-theta透镜；

所述激光器发射的激光依次经过调节装置、振镜系统和所述F-theta透镜聚焦至工件表面，所述F-theta透镜用于使激光到工件表面范围内各处的焦距一致，所述振镜系统用于控制激光在工件表面移动，其中所述工件表面包括若干个打标区域，所述大幅面激光标记设备根据预设的打标路径在若干个所述打标区域中依次进行打标；

所述处理装置用于在任意一个所述打标区域中进行打标时，根据预设的光斑直径校正表获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数，并向所述电气控制部传输调节指令；

所述调节装置用于根据所述光斑直径校正参数和调节指令对所述打标区域中的激光聚焦的光斑的直径进行校正，以使所述大幅面激光标记设备根据校正后的光斑直径进行激光打标。

进一步的，所述处理装置根据预设的直径校正表获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数具体为：

获取所述打标区域的坐标区间或者所述打标区域其中一点的坐标，根据所述坐标区间或者所述坐标从所述预设的直径校正表中获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数。

进一步的，所述大幅面激光标记设备还包括测量装置和图像传感器；

所述处理装置还用于获取所述预设的直径校正表，具体为：

通过所述激光器发射激光在工件表面打标点阵，获取所述点阵中各位置点的坐标，并通过所述测量装置测量激光在各位置点打标时所形成的光斑的直径，其中，所述点阵包括一个激光垂直打标时对应的位置点，每一个所述打标区域对应所述点阵中的至少一个位置点；

将激光在工件表面垂直打标时所形成的光斑的直径作为标准光斑直径，并将激光在点阵中各位置点处打标形成的光斑的直径调整为所述标准光斑直径，获得一组光斑直径校正参数，每个所述光斑直径校正参数对应一个位置点；

根据所述光斑直径校正参数和对应的位置点的坐标生成所述预设的光斑直径校正表。

进一步的，所述处理装置还用于获取每个位置点所在的打标区域的坐标区间，根据所述光斑直径校正参数和对应的位置点的坐标以及对应的打标区域的坐标区间生成所述预设的光斑直径校正表。

近一步的，所述调节装置为扩束镜，所述光斑直径校正参数为激光在相应的所述打标区域中打标时对激光光束进行扩束的扩束倍数。

进一步的，所述处理装置还用于根据预设的坐标精度校正表控制激光偏转，对各打标区域的聚焦光斑进行坐标校正。

进一步的，所述大幅面激光标记设备还包括图像传感器；所述处理装置还用于获取所述预设的坐标精度校正表，具体为：

在激光根据预设的阵型在工件表面上打标一个点阵后，通过所述图像传感器获取在工件表面打标出来的点矩阵中各点的坐标作为实际坐标，并获取所述预设的点矩阵中的各个点的坐标作为理论坐标；

根据所述理论坐标与对应的所述实际坐标建立所述坐标精度校正表。

相比于现有技术，本发明实施例所提供的大幅面激光标记方法及设备具有以下有益效果：根据预设的光斑直径校正表获取工件上若干打标区域对应的光斑直径校正参数，再根据光斑直径校正参数对相应的打标区域中激光聚焦的光斑的直径进行校正，将各打标区域内的激光聚焦光斑直径调整为一致大小，在此基础上对大幅面产品进行激光加工，保证了激光在大幅面上进行打标时，幅面中心和边缘打标的光斑直径、线条粗细和打标的深度相一致，使整个幅面打标均匀，激光加工后的产品更为精致美观。

附图说明

图1为本发明实施例提供的大幅面激光标记方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例提供的工件表面打标区域划分示意图；

图3为本发明实施例提供的大幅面激光标记设备的第一结构示意图；

图4为本发明实施例提供的大幅面激光标记设备的第二结构示意图；

图5为本发明实施例提供的坐标精度校正示意图；

图6为本发明实施例提供的打标点矩阵示意图；

图7为本发明实施例提供的使用F-theta镜头打标时的光学畸变示意图。

附图标记说明：1-处理装置、2-电气控制部、3-激光器、4-调节装置、5-振镜系统、6-F-theta透镜、7-工件、8-图像传感器。

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全面描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以有许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供给这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的属于是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本方面实施例还提供一种大幅面激光标记方法，参阅图1，图示为本发明实施例提供的大幅面激光标记方法的流程图，所述方法包括：

S1、调整激光聚焦至工件表面，使激光到工件表面范围内各处的焦距一致，其中所述工件表面包括若干个打标区域；

S2、根据预设的打标路径在若干个所述打标区域中依次进行打标，其中，在任意一个所述打标区域中进行打标时，根据预设的光斑直径校正表获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数，根据所述光斑直径校正参数对所述打标区域中激光聚焦的光斑的直径进行校正，并根据校正后的光斑直径进行激光打标。

其中，在S1中，作为本发明实施例的可选方案，参阅图2，图示为本发明实施例提供的工件表面打标区域划分示意图；工件表面的若干打标区域形成M*N的矩阵区域，其中，M和N均为正整数，M与N可以相等。参阅图2中A部分，工件表面的若干打标区域形成4*4的矩阵区域，虚线区Q1表示一个矩阵区域，包含一个或多个激光打标点D1。M和N的值越大，工件表面被划分得越细，包含的矩阵区域Q1也就越多，越有利于提高后续步骤中光斑直径校正的精度。在本发明另一些实施例中，参阅图2中B部分，工件表面的若干打标区域呈跑道式分布，比如回字形式、同心圆式。虚线区Q2表示同心圆式打标区域中的一个打标区域，此时每个打标区域只包含一个激光打标点D2，多个打标区域绕同一中心由内而外环绕分布，在工件表面划分的打标区域Q2越多越有利于提高后续步骤中光斑直径校正的精度。此步骤的目的是调节激光使工件表面成为激光聚焦的焦平面，使激光在工件表面上形成的光斑为聚焦光斑，便于激光打标和光斑直径校正。

进一步的，S2中根据预设的光斑直径校正表获取打标区域对应的光斑直径校正参数具体为：获取打标区域的多个激光聚焦光斑所在的坐标区间或者打标区域中一个激光聚焦光斑的坐标，根据坐标区间或者坐标从预设的直径校正表中获取打标区域对应的光斑直径校正参数。具体的，光斑直径校正表包括坐标值或坐标区间与光斑直径校正参数之间的对应关系，每一个坐标区间或坐标值对应一个光斑直径校正参数。其中，直径校正参数为激光在相应的打标区域中打标时对激光光束进行扩束的扩束倍数。

进一步地，上述获取预设的光斑直径校正表的方法为：使激光在工件表面打标点阵，获取点阵中各位置点的坐标，并测量激光在各位置点打标时所形成的光斑的直径，其中，点阵包括一个激光垂直打标时对应的位置点，每一个打标区域对应点阵中的至少一个位置点；将激光在工件表面垂直打标时所形成的光斑的直径作为标准光斑直径，并将激光在点阵中各位置点处打标形成的光斑的直径调整为标准光斑直径，获得一组光斑直径校正参数，每个光斑直径校正参数对应一个或多个位置点；最后根据光斑直径校正参数和对应的位置点的坐标生成预设的光斑直径校正表。在其他本发明其他实施例中，当激光打标的同一打标区域内多个位置点所对应的光斑直径校正参数一致时，将这些位置点的坐标归纳到一个坐标区间中，使该坐标区间对应同一个光斑直径校正参数建立一组光斑直径校正表数据。如果是不同的打标区域内的位置点对应的光斑直径校正参数相同，则分别将位置点坐标与光斑直径校正参数对应来建立一组光斑直径校正表数据。

在本实施例中，上述S2主要对激光在工件表面聚焦的光斑直径进行一致性调整，对照光斑直径校正表内每个激光打标位置点所对应的光斑直径校正参数，将激光打标时各打标区域内的激光光斑的直径调整为标准光斑直径。将激光在工件表面各打标区域内各位置点的光斑直径进行一致性调整后，能确保激光在大幅面产品上进行打标时各处的激光能量密度一致、打标效果均匀，进而使激光加工后的产品更为美观。

在本发明其他实施例中，在上述根据预设的打标路径在若干个打标区域中依次进行打标之前还包根据预设的坐标精度校正表控制激光偏转，对各打标区域的聚焦光斑进行坐标校正。其中，获取坐标精度校正表的方法为：使激光根据预设的阵型在工件表面上打标一个点阵，获取在工件表面打标出来的点阵中各点的坐标作为实际坐标，并获取预设的阵型中的各个点的坐标作为理论坐标；根据理论坐标与对应的实际坐标建立坐标精度校正表。

在标记过程中，由于使激光聚焦的光学透镜存在光学畸变问题，即激光通过光学透镜边缘进行打标时，因为光学透镜的透视失真，激光通过光学透镜后在工件表面上形成的光斑的实际位置和形状会较激光通过光学透镜中心聚焦在工件表面形成的聚焦光斑有一定的位置和形状变化，所以通过将上述激光打标的理论坐标和实际坐标对应起来建立坐标精度校正表，并根据坐标精度校正表对激光的打标位置进行校正，可以保证激光在工件表面各处打标位置和尺寸的准确性。

本方面实施例还提供一种大幅面激光标记设备，参阅图2，图示为本发明实施例提供的大幅面激光标记设备的第一结构示意图；本发明实施例还提供一种大幅面激光标记设备，包括扩束标记装置1、电气控制部2、激光器3、调节装置4、振镜系统5和F-theta透镜6；

激光器3发射的激光依次经过调节装置4、振镜系统5和F-theta透镜6聚焦至工件表面，F-theta透镜6用于使激光到工件表面范围内各处的焦距一致，振镜系统5用于控制激光在工件表面移动，其中工件表面包括若干个打标区域，大幅面激光标记设备根据预设的打标路径在若干个打标区域中依次进行打标；

处理装置1用于在任意一个打标区域中进行打标时，根据预设的光斑直径校正表获取打标区域对应的光斑直径校正参数，具体为：获取打标区域的坐标区间或者打标区域其中一点的坐标，根据坐标区间或者坐标从预设的直径校正表中获取打标区域对应的光斑直径校正参数。处理装置1还用于向电气控制部2传输调节指令；调节装置4用于根据光斑直径校正参数和调节指令对打标区域中的激光聚焦的光斑的直径进行校正，以使大幅面激光标记设备根据校正后的光斑直径进行激光打标。其中，光斑直径校正参数为激光在相应的打标区域中打标时对激光光束进行扩束的扩束倍数并且调节装置4为扩束镜，上述的通过调节装置4对激光聚焦光斑的直径进行校正即通过调节装置按照相应的扩束倍数对激光光斑进行扩束。

上述的大幅面激光标记设备还进一步包括测量装置(图未示)；处理装置1还用于获取预设的直径校正表，具体过程为：通过激光器3发射激光在工件表面打标点阵，获取点阵中各位置点的坐标，并通过测量装置测量激光在各位置点打标时所形成的光斑的直径，其中，点阵包括一个激光垂直打标时对应的位置点，每一个打标区域对应点阵中的至少一个位置点；将激光在工件表面垂直打标时所形成的光斑的直径作为标准光斑直径，并将激光在点阵中各位置点处打标形成的光斑的直径调整为标准光斑直径，获得一组光斑直径校正参数，每个光斑直径校正参数对应一个位置点；根据光斑直径校正参数和对应的位置点的坐标生成预设的光斑直径校正表。

参阅图3，为本发明实施例提供的大幅面激光标记设备的第二结构示意图；在本发明实施例中，上述的大幅面激光标记设备还进一步包括图像传感器8；处理装置1还用于获取预设的坐标精度校正表，并根据预设的坐标精度校正表控制激光偏转，对各打标区域的聚焦光斑进行坐标校正，具体为：在激光根据预设的阵型在工件表面上打标一个点阵后，通过图像传感器8获取在工件表面打标出来的点矩阵中各点的坐标作为实际坐标，并获取预设的点矩阵中的各个点的坐标作为理论坐标；图像传感器8将获取的理论坐标与对应的实际坐标信息传输给处理装置1，处理装置1根据图像传感器8获取的坐标信息建立坐标精度校正表。

具体的，激光在工件7表面移动时，图像传感器8捕捉激光移动到具体位置点的图像信息，确定激光移动到的该位置点的坐标，并将该位置点的坐标通过外部存储器的方式保存下来供外部处理器分析处理，之后由外部处理器根据分析处理的结果向振镜系统5传输控制指令控制振镜系统5工作，在本发明实施例中，图像传感器8获取的图像信息传输给处理装置1，处理装置根据该图像信息建立坐标精度校正表，并根据坐标精度校正表向振镜系统5传输控制指令，振镜系统5根据接收到的控制指令控制激光光束偏转，对各打标区域的聚焦光斑进行坐标校正；可选的，图像传感器8外接一台计算机(图未示)，并将激光移动的位置点坐标信息传输至该计算机保存及分析，同时计算机还和振镜系统5进行数据交互，计算机接收到图像传感器8传输过来的信息并分析处理后给振镜系统5发送控制指令，控制振镜系统5对激光进行偏转并在工件7上做定位标记。

结合上述各实施例所提供的大幅面激光标记方法和大幅面激光标记设备的结构组成，下面对大幅面激光标记设备的工作过程及原理详细描述如下：

首先，安装好上述的大幅面激光精细标记设备后，激光光束由激光器3发出并依次通过调节装置4、振镜系统5、F-theta透镜6后在工件表面7聚焦，调整振镜系统5和F-theta透镜6使激光到工件表面7范围内各处的焦距一致即激光在工件表面7各处均处于聚焦状态且焦距一致。

其次，参阅图4，为本发明实施例提供的坐标精度校正示意图；在工件7表面上打标一密集的点阵，点阵中的理论位置如图中“T”所示的黑色圆点，这些点的坐标即为理论坐标，通过图像传感器8捕捉并记录这些理论坐标。由于F-theta透镜等光学透镜固有的透视失真，在整个F-theta透镜的边缘位置会存在光学畸变，比如，透过F-theta透镜中心在工件7上打标一个直径为5毫米的圆，实际打标效果是准确的，但是透过F-theta透镜边缘来打标一个直径为5毫米的圆可能实际上打标出来是一个8mm的圆甚至可能是椭圆(图中对部分打标圆的畸变情况进行了示意，图中“R”即代表畸变圆或椭圆)；所以，需要对F-theta透镜的实际打标精度进行校正；方法是，通过二维运动平台(图未示)来控制激光光束在记录的理论坐标之间移动，并通过图像传感器8捕捉激光光束在工件表面实际移动到的位置点的图像信息获取该位置点的坐标即实际坐标，再通过处理装置1将理论坐标与实际坐标对应起来计算理论坐标和实际坐标之间的差异，建立坐标精度校正表，该“坐标精度校正表”的数据信息输入至振镜系统5中，振镜系统5再根据该数据信息控制激光偏转对激光定位进行补偿，并在工件表面7做定位标记。本实施过程对激光打标的坐标精度进行了校正，主要解决了通过F-theta透镜等光学透镜进行激光打标时存在的透视失真和光学畸变问题，提高了激光打标时的激光定位精度。

再次，在本发明实施例中，在上述激光打标的坐标精度校正之后需要对激光打标的光斑直径进行校正，此时需要在工件表面上再次打标一个点阵，方法为，将工件表面划分为若干个打标区域，并在每个打标区域内打标一定数量的点，形成若干个子点阵。可选的，参阅图5，为本发明实施例提供的打标点阵示意图；将工件表面划分为25个打标区域(如图中“M”所示)，每个打标区域内打标5乘以5一共25个点形成子点阵(如图中“Q”所示)。在各打标区域内每打标一个点都记录下这个点的直径(点的直径可通过测量装置测量)，由于F-theta透镜等光学透镜存在球差和慧差现象，所以在各矩阵区域内打标的点会存在直径大小不一致的现象，而如果各打标点的直径大小存在不一致则会导致打标加工出来的产品不够精细、不对称或不美观；所以需要将打标点的直径大小调整为一致，方法是，通过调整调节装置4对激光进行扩束(扩束的倍数可能小于1)，使每个点矩阵内打出来的点的直径一致；具体的，以打标幅面的中心点(如图5中“C”所示)的光斑直径作为“标准光斑直径”，此处的打标幅面中心点即激光在工件表面垂直打标时形成的焦点，而其他各打标区域内的打标点的直径均通过调节装置4调整为“标准光斑直径”，通过图像传感器8记录这些打标点的坐标以及通过测量装置(图未示)测量这些打标点的直径，并将这些打标点的直径信息传输给处理装置1以计算将这些打标点的直径调整成“标准光斑直径”时所对应的扩束倍数；之后，图像传感器8将记录的打标点的坐标信息传输至处理装置1，由处理装置1将打标后点阵内每个点的坐标与扩束倍数对应起来建立光斑直径校正表，并根据该光斑直径校正表给电气控制部2发送扩束指令，电气控制部2根据扩束指令控制调节装置4对激光进行相应的扩束。

在本发明实施例中，调节装置4改变的是入射到F-theta透镜上的光斑直径，通过激光聚焦光斑直径的计算公式

(λ：激光器的波长、F：F-Theta镜的工作距离、M：激光器的光束质量、D：激光入射到F-theta透镜的光斑直径)可知，当λ、F、M的值一定时(对固定的激光标记设备而言，λ、F、M的数值均为恒定)，F-theta透镜聚焦的聚焦光斑直径与激光入射到F-theta透镜的光斑直径成反比，所以为了得到一个固定的F-theta透镜聚焦后的光斑直径，只需要对应调整激光入射到F-theta透镜的光斑直径即可。所以通过调节装置4对激光进行扩束后再入射到F-theta透镜上，能实时改变经F-theta透镜聚焦后的激光光斑直径，以此可将各打标点的光斑直径调整成大小一致的光斑，使激光打标时每个打标点的直径大小一致，进而确保了激光打标的精度，使激光加工后的产品更为精致美观。

最后，振镜系统5控制激光在打标幅面上移动并做定位标记时，每经过一个打标点，图像传感器8都获取到该打标点的坐标信息，根据上述处理装置1建立的光斑直径校正表中记录的点坐标及对应的调节装置4需调整的扩束倍数可得到每个被振镜系统5标记的点的坐标及对应的扩束倍数，以此可以根据振镜系统5控制激光在打标幅面上的移动轨迹来实时动态调整调节装置4对激光进行扩束，使激光在打标幅面内的打标时各打标点的光斑直径一致。整个激光打标过程根据每个打标点的坐标信息对应调整调节装置4对激光进行扩束来改变打标点的直径，将所有打标点的直径最终调整为一致大小，改善了激光在大幅面上的打标精度，杜绝了因为F-theta透镜等光学透镜客观存在的球差和慧差问题而造成边缘打标点直径不一致的现象的发生，实现了激光在大幅面上的精细标记，大大提升了激光加工后产品的精细度和美观度。

相比于现有的激光打标或标记技术，发明上述实施例所提供的大幅面激光精细标记设备及方法具有以下进步：

1、本发明实施例提供的大幅面激光标记方法步骤简便、易于重复实施且适用性广。本发明上述实施例提供的大幅面激光标记设备结构简单，各组件分工明确、成本低廉。

2、通过振镜系统5控制激光在工件7上表面移动并做定位标记，并通过图像传感器8获取标记点的坐标信息；再通过扩束标记装置1给电气控制部2发送扩束指令，控制调节装置4对激光进行扩束，使入射到T-theta透镜6上的激光光斑直径改变，进而改变通过T-theta透镜6在工件7上打标的打标点直径；接着将打标点直径调整为“标准光斑直径”，记录下打标点的坐标及对应的调整为标准直径时的调节装置扩束倍数；然后通过振镜系统控制激光在工件7上移动，根据移动到的位置点坐标通过调节装置4对激光进行相应倍数的扩束，实时动态调整工件7上该位置点的光斑直径；确保了在大幅面上打标时，幅面中心和边缘打标点的光斑直径和打标的深浅度相一致，实现了整个工件幅面的均匀打标，激光打标加工后的产品也更为精致美观。

3、通过图像传感器8获取激光打标点矩阵时激光打标点的理论坐标，通过二维运动平台控制激光在理论坐标之间移动再通过图像传感器8获取激光打标点的实际坐标，最后由扩束标记装置1将激光打标点的理论坐标与实际打标坐标对应建立坐标精度校正表，最终将理论坐标与实际坐标之间的差异补偿给振镜系统5，确保了振镜系统5控制激光打标时的定位精度，解决了通过F-theta透镜等光学透镜进行激光打标时存在的透视失真和光学畸变问题，提高了激光打标的精度。

4、根据每个打标点的坐标信息对应调整调节装置对激光进行扩束，改变打标点的直径，将所有打标点的直径最终调整为一致大小，改善了激光在大幅面上的打标精度，杜绝了因F-theta透镜等光学透镜客观存在的球差和慧差问题而造成边缘打标点直径不一致的现象的发生，实现了激光在大幅面上的精细标记，大大提升了激光加工后产品的精细度和美观度。

本发明不局限于上述实施方式和实施例，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种大幅面激光标记方法，应用于振镜式激光标记设备，其特征在于，包括：

调整激光聚焦至工件表面，使激光到工件表面范围内各处的焦距一致，其中所述工件表面包括若干个打标区域；

根据预设的打标路径在若干个所述打标区域中依次进行打标，其中，在任意一个所述打标区域中进行打标时，根据预设的光斑直径校正表获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数，根据所述光斑直径校正参数对所述打标区域中激光聚焦的光斑的直径进行校正，并根据校正后的光斑直径进行激光打标；

其中，所述直径校正参数为激光在相应的所述打标区域中打标时对激光光束进行扩束的扩束倍数。

2.根据权利要求1所述的大幅面激光标记方法，其特征在于，所述根据预设的光斑直径校正表获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数具体为：

获取所述打标区域的多个激光聚焦光斑所在的坐标区间或者所述打标区域中一个激光聚焦光斑的坐标，根据所述坐标区间或者所述坐标从所述预设的直径校正表中获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数。

3.根据权利要求1所述的大幅面激光标记方法，其特征在于，所述方法还包括获取所述预设的光斑直径校正表，包括：使激光在工件表面打标点阵，获取所述点阵中各位置点的坐标，并测量激光在各位置点打标时所形成的光斑的直径，其中，所述点阵包括一个激光垂直打标时对应的位置点，每一个所述打标区域对应所述点阵中的至少一个位置点；

将激光在工件表面垂直打标时所形成的光斑的直径作为标准光斑直径，并将激光在点阵中各位置点处打标形成的光斑的直径调整为所述标准光斑直径，获得一组光斑直径校正参数，每个所述光斑直径校正参数对应一个或多个位置点；

根据所述光斑直径校正参数和对应的位置点的坐标生成所述预设的光斑直径校正表，或者获取每个位置点所在的打标区域的坐标区间，根据所述光斑直径校正参数和对应的位置点的坐标以及对应的打标区域的坐标区间生成所述预设的光斑直径校正表。

4.如权利要求1所述的大幅面激光标记方法，其特征在于，在所述根据预设的打标路径在若干个所述打标区域中依次进行打标之前还包括根据预设的坐标精度校正表控制激光偏转，对各打标区域的聚焦光斑进行坐标校正。

5.如权利要求4所述的大幅面激光标记方法，其特征在于，在进行坐标校正前，还包括获取所述预设的坐标精度校正表，包括：

使激光根据预设的阵型在工件表面上打标一个点阵，获取在工件表面打标出来的点阵中各点的坐标作为实际坐标，并获取所述预设的阵型中的各个点的坐标作为理论坐标；

根据所述理论坐标与对应的所述实际坐标建立所述坐标精度校正表。

6.一种大幅面激光标记设备，其特征在于，包括处理装置、电气控制部、激光器、调节装置、振镜系统和F-theta透镜；

所述激光器发射的激光依次经过调节装置、振镜系统和所述F-theta透镜聚焦至工件表面，所述F-theta透镜用于使激光到工件表面范围内各处的焦距一致，所述振镜系统用于控制激光在工件表面移动，其中所述工件表面包括若干个打标区域，所述大幅面激光标记设备根据预设的打标路径在若干个所述打标区域中依次进行打标；

所述处理装置用于在任意一个所述打标区域中进行打标时，根据预设的光斑直径校正表获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数，并向所述电气控制部传输调节指令；

所述调节装置用于根据所述光斑直径校正参数和调节指令对所述打标区域中的激光聚焦的光斑的直径进行校正，以使所述大幅面激光标记设备根据校正后的光斑直径进行激光打标；

其中，所述直径校正参数为激光在相应的所述打标区域中打标时对激光光束进行扩束的扩束倍数。

7.如权利要求6所述的大幅面激光标记设备，其特征在于，所述处理装置根据预设的直径校正表获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数具体为：

获取所述打标区域的坐标区间或者所述打标区域其中一点的坐标，根据所述坐标区间或者所述坐标从所述预设的直径校正表中获取所述打标区域对应的光斑直径校正参数。

8.如权利要求6所述的大幅面激光标记设备，其特征在于，所述大幅面激光标记设备还包括测量装置和图像传感器；

所述处理装置还用于获取所述预设的直径校正表，具体为：

通过所述激光器发射激光在工件表面打标点阵，获取所述点阵中各位置点的坐标，并通过所述测量装置测量激光在各位置点打标时所形成的光斑的直径，其中，所述点阵包括一个激光垂直打标时对应的位置点，每一个所述打标区域对应所述点阵中的至少一个位置点；

将激光在工件表面垂直打标时所形成的光斑的直径作为标准光斑直径，并将激光在点阵中各位置点处打标形成的光斑的直径调整为所述标准光斑直径，获得一组光斑直径校正参数，每个所述光斑直径校正参数对应一个位置点；

根据所述光斑直径校正参数和对应的位置点的坐标生成所述预设的光斑直径校正表；

所述处理装置还用于获取每个位置点所在的打标区域的坐标区间，根据所述光斑直径校正参数和对应的位置点的坐标以及对应的打标区域的坐标区间生成所述预设的光斑直径校正表。

9.如权利要求6至8任一项所述的大幅面激光标记设备，其特征在于，所述调节装置为扩束镜，所述光斑直径校正参数为激光在相应的所述打标区域中打标时对激光光束进行扩束的扩束倍数。

10.如权利要求6所述的大幅面激光标记设备，其特征在于，所述处理装置还用于根据预设的坐标精度校正表控制激光偏转，对各打标区域的聚焦光斑进行坐标校正。

11.如权利要求10所述的大幅面激光标记设备，其特征在于，所述大幅面激光标记设备还包括图像传感器；所述处理装置还用于获取所述预设的坐标精度校正表，具体为：

在激光根据预设的阵型在工件表面上打标一个点阵后，通过所述图像传感器获取在工件表面打标出来的点矩阵中各点的坐标作为实际坐标，并获取所述预设的点矩阵中的各个点的坐标作为理论坐标；

根据所述理论坐标与对应的所述实际坐标建立所述坐标精度校正表。

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