CN202102175U - 一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置及大幅面激光灼刻标识的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置及大幅面激光灼刻标识的装置，其中，一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置，包括：一片反射镜(M)、一维平移滑轨、外光路镜片、激光器和振镜；反射镜(M)装在一维平移滑轨上，激光器产生的激光光束在位置(1)处，从外光路镜片反射至光路1，激光光束自振镜(S1)入射折返后，在工作面(F1)完成预定的灼刻工作；进行下一次灼刻时，反射镜(M)移动到位置(2)处，激光器产生的激光光束在位置(2)处从外光路镜片反射至光路2，激光光束自振镜(S2)入射折返后，在工作面(F2)完成预定的灼刻工作；反射镜(M)的多次移动完成多次灼刻，直至完成在狭长的工作面的激光灼刻。

Description

一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置及大幅面激光灼刻标识的装置

技术领域

本实用新型涉及激光灼刻的技术领域，特别涉及一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置，以及一种大幅面激光灼刻标识的装置。 

背景技术

激光灼刻标识技术是激光加工最大的应用领域之一。激光灼刻标识是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标识灼刻方法。激光灼刻标识可以灼刻出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级。激光灼刻标识的基本原理为，由激光器(laser，能发射激光的系统)生成高能量的连续激光光束，当激光作用于承印材料时，处于基态的原子跃迁到较高能量状态；处于较高能量状态的原子是不稳定的，会很快回到基态，当原子返回基态时，会以光子或量子的形式释放出额外的能量，并由光能转换为热能，使表面材料瞬间熔融，甚至气化，从而形成图文标记。聚焦后的极细的激光光束如同刀具，可将物体表面材料逐点去除，其先进性在于标记过程为非接触性加工，不产生机械挤压或机械应力，因此不会损坏被加工物品；由于激光聚焦后的尺寸很小，热影响区域小，加工精细，因此，可以完成一些常规方法无法实现的工艺。 

目前，激光灼刻标识技术已被广泛地应用于各行各业，为优质，高效，无污染和低成本的现代加工生产开辟了广阔的前景。激光加工使用的“刀具”是聚焦后的光点，不需要额外增添其它设备和材料，只要激光器能正常工作，就可以长时间连续加工。激光加工由计算机自动控制，生产时不需人为干预。并且，激光能标记何种信息，仅与计算机里设计的内容相关，只要计算机里设计出的图稿标识灼刻设备能够识别，那么标识灼刻设备就可以将设计信息精确的还原在合适的载体上。 

现有的激光灼刻标识装置也是多种多样的，如文献号为CN200720103553.5的中国实用新型专利公开的一种用于烟草整件打码的激光标刻机，该激光标刻机由箱体、安装在箱体内的激光器、扩束镜、光栏、高速扫描振镜、振镜反射片、聚焦镜构成。所述扩束镜固定在所述激光器的出光口处，并正对着激光器的出光口；在扩束镜的出瞳镜片处安装有所述光栏；在箱体内，正对着光栏安装有一个镜架，在镜架内固定有两块成90度夹角的所述振镜反射片，在两块振镜反射片外分别固定有一块所述高速扫描振镜，在两块振镜反射片内，两块高速扫描振镜中心线相交处设置有一块所述聚焦镜。该激光标刻机能够达到的效果是：扫描幅面大，每台激光标刻机可对应25条烟侧包装面；速度快，单件卷烟打码的工作时间≤6s；标刻范围广，标刻范围≥450mm×450mm。为了达到其技术效果，该实用新型所采用的方案是选择大范围的高速扫描振镜以及大功率的激光器，以解决工作距离和功率减弱的问题。 

或如，文献号为CN200610019970.1的中国专利公开的一种用于型钢的激光打标装置，包括电脑系统、激光器、位于激光器出光部位下方的光学平场镜，其特征在于：还包括主工作台小车、工件、激光器X向精密滑台、激光器Y向精密升降机构、导轨、从动工作小车，其中，主工作台小车、从动工作小车在导轨上，工件放置在主工作台小车和从动工作小车上表面，并位于光学平场镜的下方。该激光打标装置所达到的效果是：效率高、不影响工件性能，能在大工件上实现激光打标，改变了用手工在型钢上涂漆做型号标记的操作模式，并且可以在型钢上标刻出永久性的图文。 

可以看出，现有的激光灼刻标识装置一般是针对静态的灼刻对象进行激光灼刻标识的处理，即激光灼刻标识装置在灼刻对象上进行标识灼刻时，该灼刻对象是静止的；而在实际中，诸多生产流水线上的灼刻对象处于匀速的连续运动中，采用现有的激光灼刻标识装置则需要将其静止后再进行标识灼刻，显然，这种方式将极大地降低生产效率。 

因而，目前本领域技术人员迫切需要解决的一个问题就是，如何提供一种新的大幅面激光灼刻标识的机制，用以在不干扰生产线正常运行的基础上，对在生产线上连续运动的灼刻对象进行标识灼刻，从而提高生产效率。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置，以实现狭长工作面(长度可达到1200mm)的激光灼刻标识。 

本实用新型还提供了一种大幅面激光灼刻标识的装置。 

为了解决上述问题，本发明公开了一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置，包括： 

一片反射镜(M)、一维平移滑轨、外光路镜片、激光器和振镜； 

反射镜(M)装在一维平移滑轨上，激光器用于产生的激光光束；外光路镜片用于将在位置(1)处的激光光束反射至光路1，振镜(S1)用于将激光光束入射折返后，在工作面(F1)完成预定的灼刻工作； 

进行下一次灼刻时，反射镜(M)移动到位置(2)处，外光路镜片用于将激光器产生的激光光束在位置(2)处反射至光路2，振镜(S2)用于将激光光束入射折返后，在工作面(F2)完成预定的灼刻工作； 

反射镜(M)的多次移动完成多次灼刻，直至完成在狭长的工作面的激光灼刻。 

优选的，所述激光灼刻的工作面长度能够达到1200mm；工作距离为200mm～400mm；所述振镜为二维振镜或三维振镜。 

依据本发明的另一实施例，还公开了一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置，包括： 

多片反射镜(M)、外光路镜片、激光器和振镜； 

多片反射镜(M)装配在光源入射光束的同轴的不同预设位置处，以切入或切出的方式完成多个预设光路切换位置的切换，直至完成在狭长 的工作面的激光灼刻； 

其中，所述光源入射光束由将激光器产生的激光光束从外光路镜片反射产生。 

优选的，所述激光灼刻的工作面长度能够达到1200mm；工作距离为200mm～400mm；所述振镜为二维振镜或三维振镜。 

依据本发明的另一实施例，还公开了一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置，包括： 

一片反射镜(M)、外光路镜片、激光器和振镜； 

该反射镜(M)能够围绕一轴进行摆动； 

该反射镜(M)装配在光源入射光束的同轴的预设位置处，以摆动的方式完成光路的切换，直至完成在狭长工作面的激光灼刻； 

其中，所述光源入射光束由将激光器产生的激光光束从外光路镜片反射产生。 

优选的，所述激光灼刻的工作面长度能够达到1200mm；工作距离为200mm～400mm；所述振镜为二维振镜或三维振镜。 

依据本发明的另一实施例，还公开了一种大幅面激光灼刻标识的装置，包括： 

到位信号检测单元，用于检测灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信号； 

激光灼刻操作单元，用于依据所述到位信号触发控制系统控制光路切换装置在所述灼刻对象上按照预设的标识轨迹进行激光灼刻操作； 

所述光路切换装置包括： 

一片反射镜(M)、一维平移滑轨、外光路镜片、激光器和振镜； 

反射镜(M)装在一维平移滑轨上，激光器用于产生的激光光束；外光路镜片用于将在位置(1)处反射至光路1，振镜(S1)用于将激光光束入射折返后，在工作面(F1)完成预定的灼刻工作； 

进行下一次灼刻时，反射镜(M)移动到位置(2)处，外光路镜片用于将激光器产生的激光光束在位置(2)反射至光路2，振镜(S2)用 于将激光光束入射折返后，在工作面(F2)完成预定的灼刻工作； 

反射镜(M)的多次移动完成多次灼刻，直至完成在狭长的工作面的激光灼刻。 

依据本发明的另一实施例，还公开了一种大幅面激光灼刻标识的装置，包括： 

到位信号检测单元，用于检测灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信号； 

激光灼刻操作单元，用于依据所述到位信号触发控制系统控制光路切换装置在所述灼刻对象上按照预设的标识轨迹进行激光灼刻操作； 

所述光路切换装置包括： 

多片反射镜(M)、外光路镜片、激光器和振镜； 

多片反射镜(M)装配在光源入射光束的同轴的不同预设位置处，以切入或切出的方式完成多个预设光路切换位置的切换，直至完成在狭长的工作面的激光灼刻； 

其中，所述光源入射光束由将激光器产生的激光光束从外光路镜片反射产生。 

依据本发明的另一实施例，还公开了一种大幅面激光灼刻标识的装置，包括： 

到位信号检测单元，用于检测灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信号； 

激光灼刻操作单元，用于依据所述到位信号触发控制系统控制光路切换装置在所述灼刻对象上按照预设的标识轨迹进行激光灼刻操作； 

所述光路切换装置包括： 

一片反射镜(M)、外光路镜片、激光器和振镜； 

该反射镜(M)能够围绕一轴进行摆动； 

该反射镜(M)装配在光源入射光束的同轴的预设位置处，以摆动的方式完成光路的切换，直至完成在狭长工作面的激光灼刻； 

其中，所述光源入射光束由将激光器产生的激光光束从外光路镜片 反射产生。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点： 

本实用新型采用光路切换装置与二维或三维激光扫描振镜组合实现，因此工况空间狭窄尤其适用。而且光路切换装置的简便易行，更宽泛地适用于静态灼刻时狭长的激光标刻的工作面。 

本实用新型可以在较小的空间内实现狭长工作面(长度可达到1200mm)的激光灼刻标识，安装方便，工作距离短(200mm～400mm)，从而提高生产效率。 

进一步，本实用新型通过在静态激光灼刻标识的基础上加上与灼刻对象运动方向和速度一致的位置偏移，在不干扰生产线正常运行的基础上，对在生产线上连续运动的灼刻对象进行标识灼刻，从而提高生产效率。 

附图说明

图1是本实用新型的一种大幅面激光灼刻标识的方法实施例1的流程图； 

图2是本实用新型的一种光路切换装置的示意图； 

图3是本实用新型的一种光路切换装置中反射镜摆动方式的示意图； 

图4是本实用新型的一种大幅面激光灼刻标识的方法实施例2的流程图； 

图5是本实用新型的一种大幅面激光灼刻标识的方法实施例3的流程图； 

图6是本实用新型的一种大幅面激光灼刻标识的装置实施例的结构框图； 

图7是应用图4所示的优选装置实施例进行大幅面激光灼刻标识过程的流程图。 

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。 

本实用新型实施例的核心构思之一在于，通过对现有光路切换或控制装置的改进，使得其更宽泛地适用于静态灼刻时狭长的激光标刻的工作面，工况空间狭窄尤其适用。进一步，本实用新型通过在静态激光灼刻标识的基础上加上与灼刻对象运动方向和速度一致的位置偏移，从而在不干扰生产线正常运行的基础上，对在生产线上连续运动的灼刻对象进行标识灼刻，以提高生产效率。 

参考图1，示出了本实用新型的一种大幅面激光灼刻标识的方法实施例1的流程图，具体可以包括： 

步骤101、检测到位信号，所述到位信号为连续运动的灼刻对象进入激光灼刻标识区域产生的信号； 

在实际中，本领域技术人员可以根据实际应用情境采用任一种检测到位信号的方式，例如，可以采用光电传感器利用红外波探测技术在激光灼刻标识区域内进行光扫描，检测灼刻对象是否进入到该激光灼刻标识区域，若是，则产生到位信号；或者，采用接近开关、超声波传感器、行程开关、或接收生产线发送的到位信号等方式来检测连续运动的灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信号都是可行的，本实用新型对此无需加以限制。 

步骤102、依据所述到位信号触发控制系统控制光路切换装置在所述灼刻对象上按照预设的标识轨迹进行激光灼刻操作。 

激光灼刻标识是用激光束在各种不同的物质表面打上不易擦除的标记。专用的灼刻软件能够识别采集通过数码相机或扫描仪输入，因特网上下载和电脑中制作的任何复杂的平面图像图形文字以及二维码和条形码，制作多种标记，将其变换成数字信号，经编程计算转换成电流控制信号再输入驱动器，驱动高精度伺服电机运转，从而分别控制X方向及Y方向上反射振镜偏转角度，使激光束聚焦光斑按照设定的图案，文字 轨迹运动，在灼刻对象上灼刻成标识。 

具体而言，在激光灼刻标识的操作中，激光器由控制系统控制在灼刻对象上按照预设的标识轨迹进行灼刻。所述标识轨迹可以在所述控制系统中设置，当检测到连续运动的灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信号时，控制系统发出激光器控制信号，激光器根据该控制信号产生一定强度和相应模式激光束，然后经扩束镜进行扩束或模式修正，进一步将扩束后的激光束于聚焦前或聚焦后照射到振镜内部的反射镜片上，这两块反射镜片分别由高精度的伺服电机驱动，利用镜面对光的反射原理，以及，依据反射角和入射角相等定理，通过软件和控制系统控制伺服电机，即可控制两块反射镜片的偏转角度，激光束通过这两块反射镜片的反射，即可聚焦到灼刻对象的不同位置上。根据预设的标识轨迹信息，振镜就能在控制系统的控制下运动，操控激光束在灼刻对象上灼刻出预设的标识轨迹。 

需要说明的是，在本实用新型实施例中，对所述灼刻对象和标识形式均不作限制，例如，所述灼刻对象可以为生猪屠宰线上的猪胴体表皮，所述标识可以为由字母和数字混编组成的激光灼刻码等。在实际中，振镜镜片的偏转角度大多为20度或25度，驱动电压大多为5V或3.3V，控制系统可以通过D/A输出(数字信号转化为模拟信号)来控制振镜的偏转，例如，常用的D/A精度为16位，把其等分为65535份，通过控制D/A的输出即可实现振镜偏转，从而控制激光束通过振镜后在灼刻对象上的灼刻位置。 

由于在本实用新型实施例中，所述灼刻对象为在生产线上进行连续运动的物体，因而在进行激光灼刻标识操作时，为获得与在静态一致的灼刻效果，需要在静态灼刻的基础上加上与灼刻对象运动方向和速度一致的位置偏移。在本实用新型的一种优选实施例中，所述步骤102可以包括以下子步骤： 

子步骤1021、实时获取所述灼刻对象的运动方向信息和速度信息； 

子步骤1022、依据所述运动方向信息和速度信息生成灼刻的位置偏 移量； 

子步骤1023、获取所述标识轨迹的原始位置信息，并在所述原始位置信息上附加所述位置偏移量生成实际灼刻位置量； 

子步骤1024、根据所述实际灼刻位置量控制光路切换装置在灼刻对象上进行激光灼刻操作。 

在本实用新型实施例中，采用任一种方式获取所述灼刻对象的运动方向信息和速度信息都是可行的，例如，从控制系统中获取，或采用传感器获取等，本实用新型对此无需加以限制。 

在实际应用中，所述位置偏移量可以采用以下公式计算获得： 

位置偏移量＝脉冲数*系数； 

其中，脉冲数可以为通过编码器实时获取的灼刻对象已经移动的位置(以编码器已经转过的脉冲数表示)，或者，通过模拟编码器(即由硬件程序模拟产生的脉冲数据表示)获得，或者，由控制软件按照指定速度及方向的预先的偏移数据获得，所述系数为预设值，本领域技术人员根据实际需要确定即可，本实用新型对此不作限制。 

参考图2和图3，作为本实用新型一种具体应用的示例，所述光路切换装置可以包括一片反射镜M、一维平移滑轨、外光路镜片、激光器和振镜，所述根据实际灼刻位置量在灼刻对象上进行激光灼刻操作的方法为： 

由一片反射镜M装在一维平移滑轨上，在位置1处，将激光器产生的激光光束从外光路镜片反射至光路1，激光光束自振镜S1入射折返后，在工作面F 1完成预定的灼刻工作；完成灼刻后，反射镜M移动到位置2处，将激光器产生的激光光束从外光路镜片反射至光路2，激光光束自振镜S2入射折返后，在工作面F2完成预定的灼刻工作，如此位移，直至完成在狭长的工作面的激光灼刻，其中，所述工作面依据实际灼刻位置量获得。 

作为本实用新型另一种具体应用的示例，所述光路切换装置可以包括多片反射镜M、外光路镜片、激光器和振镜，所述根据实际灼刻位置量在灼刻对象上进行激光灼刻操作的步骤进一步包括： 

由多片反射镜M装配在光源入射光束的同轴的不同预设位置处，以切 入或切出的方式完成多个预设光路切换位置的切换，直至完成在狭长的工作面的激光灼刻；其中，所述光源入射光束由将激光器产生的激光光束从外光路镜片反射产生，所述预设位置依据实际灼刻位置量获得。 

作为本实用新型又一种具体应用的示例，所述光路切换装置包括一片反射镜M、外光路镜片、激光器和振镜，所述根据实际灼刻位置量在灼刻对象上进行激光灼刻操作的步骤进一步包括： 

由单片反射镜M装配在光源入射光束的同轴的预设位置处，以摆动的方式完成光路的切换，直至完成在狭长工作面的激光灼刻；其中，所述光源入射光束由将激光器产生的激光光束从外光路镜片反射产生，所述预设位置依据实际灼刻位置量获得。 

在具体实现中，无论是平移、切入或切出、或摆动的方式，光路切换装置中的反射镜片的驱动方式既可以是电控的方式，也可以是液压或气动的方式，也可以是手动的方式，本实用新型对此不作限制。 

总之，本实用新型可以在较小的空间内实现狭长工作面(长度可达到1200mm)的激光灼刻标识，安装方便，工作距离短(200mm～400mm)，从而提高生产效率。 

具体的，当采用一片反射镜M时，本实用新型可以通过滑轨的方式或者摆动的方式实现光路的位置移动，即可以实现工作面长度的扩展延伸；而当采用多片反射镜M时，则本实用新型可以通过切入切出的方式实现光路的横向位置移动，即也可以实现工作面长度的扩展延伸。 

进一步，对于光路切换装置中所采用的二维振镜或者三维振镜，可以控制其偏转，完成在第一光路位置上一个较小面积上的灼刻，移动光路后，再控制振镜的偏转，则可以完成在第二光路位置上一个较小面积上的灼刻。这样，就可以实现本实用新型在狭长工作面(长度可达到1200mm)的激光灼刻标识。 

为保证生产的安全性，在本实用新型实施例中，还可以包括步骤： 

若所述标识轨迹超出激光灼刻标识的区域，则停止所述激光灼刻操作。 

和/或， 

若所述标识轨迹灼刻完毕，则继续检测下一个到位信号；否则继续在灼刻对象上进行相应标识轨迹的灼刻。 

在具体实现中，所述振镜可以采用二维振镜，参考图4，示出了本实用新型的一种大幅面激光灼刻标识的方法实施例2的流程图，具体可以包括： 

步骤201、检测连续运动的灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信号； 

步骤202、依据所述到位信号触发控制系统控制激光器在所述灼刻对象上按照预设的标识轨迹进行激光灼刻操作，具体包括以下子步骤： 

子步骤2021、实时获取所述灼刻对象的运动方向信息和速度信息； 

子步骤2022、依据所述灼刻对象的运动方向信息和速度信息分别生成X轴振镜和Y轴振镜的位置偏移量； 

子步骤2023、获取所述标识轨迹的原始位置信息，并在所述原始位置信息上附加所述X轴振镜和Y轴振镜的位置偏移量生成实际灼刻位置量； 

子步骤2024、根据所述实际灼刻位置量控制光路切换装置在灼刻对象上进行激光灼刻操作。 

二维振镜的工作原理为，用高精度的伺服电机和振镜的两块反射镜片连接在一起，利用镜面对光的反射原理，以及依据反射角和入射角相等的定理，通过软件和控制控制伺服电机改变反射镜片的角度，使得入射在镜片上的激光改变位置，同时控制X轴振镜和Y轴振镜来回摆动，单个振镜的摆动会使得激光束在平面上沿直线运动，因X轴振镜和Y轴振镜互相垂直，所以两个振镜的摆动就构成一个二维的面，从而实现激光在XY方向的运动，即实现XY平面一定范围内任意点的定位扫描。 

图4所示实施例给出了一种针对动态灼刻对象进行打标的方案，实际上，本实用新型应用于静态灼刻对象的狭长大幅面工作面的灼刻更加适 合。 

本实用新型的灼刻工作距离短(焦距200mm～400mm)，灼刻长度可达1200mm。本实用新型实施例可以通过滑轨方式(切入切出或者摆动等方式)实现反射镜的移动，并可以进一步控制振镜的偏转，在本实用新型中，通过二者的结合，就可以实现在狭长工作面(长度可达到1200mm)的激光灼刻标识。 

通过控制反射镜的移动，可以实现光路比较大的移动，进而，通过控制振镜的偏转实现较小范围内的灼刻移动，前面已经对反射镜的移动有过描述，下面对控制振镜的偏转进行简单描述。 

在实际中，标识轨迹对应一段平面曲线，为简化操作，可以将这段平面曲线分成多个小线段进行灼刻，然后采用线段处理算法控制振镜按照指定的轨迹偏转。 

例如，假设对线段(X0，Y0)(X2，Y2)的灼刻过程为： 

A1.控制振镜使光束运动到该线段的初始点(X0’，Y0’)； 

A2.等待延时(或指令周期(一般为微秒量级))； 

A3.控制振镜使光束运动到该线段的下一个点(X1’，Y1’)； 

A4.等待延时(或指令周期(一般为微秒量级))； 

A5.控制振镜使光束运动到该线段的下一个点(X2’，Y2’)，判断是否为终点，是则退出，否则继续。 

在实际输出每个点的坐标时，都需要在原始的坐标位置上附加位置偏移量，即：X’＝X+(t-t1)*Vx；Y’＝Y+(t-t1)*Vy； 

其中，(t-t1)*Vx，(t-t1)*Vy为位置偏移量，t1为灼刻的起始时间，t为当前灼刻时间，Vx和Vy为预设系数。 

在具体实现中，所述振镜可以采用三维振镜，参考图5，示出了本实用新型的一种大幅面激光灼刻标识的方法实施例5的流程图，具体可以包括： 

步骤301、检测连续运动的灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信 号； 

步骤302、依据所述到位信号触发控制系统控制激光器在所述灼刻对象上按照预设的标识轨迹进行激光灼刻操作，具体包括以下子步骤： 

子步骤3021、实时获取所述灼刻对象的运动方向信息和速度信息； 

子步骤3022、依据所述灼刻对象的运动方向信息和速度信息分别生成X轴振镜和Y轴振镜的位置偏移量； 

子步骤3023、获取所述标识轨迹的原始位置信息，并在所述原始位置信息上附加所述X轴振镜和Y轴振镜的位置偏移量生成实际灼刻位置量； 

子步骤3024、依据所述实际灼刻位置量确定Z轴振镜的位置量，由所述Z轴振镜的位置量调整所述实际灼刻位置量； 

子步骤3025、根据所述调整后的实际灼刻位置量控制光路切换装置在灼刻对象上进行激光灼刻操作。 

优选的是，所述Z轴振镜的位置量可以根据X轴振镜和Y轴振镜的位置在预置映射表中查询获得，在实际中，所述预置映射表可以由软件通过实际调试生成。 

三维振镜为带有焦点校正的振镜系统，在没有焦点校正的振镜系统中，向任一轴向移动工作范围中心聚焦激光光斑时，都会划出一个弧形，在工作范围上方产生一个聚焦点的球面，而在远离工作范围中心的位置，激光光束没有聚焦。这是因为将光束向远离工作范围中心的方向引导时，从镜头到灼刻对象的距离增加了。而在三维振镜的扫描单元中，激光束首先进入移动镜头，穿透移动镜头之后，光束快速分散，直到进入一个或两个聚焦镜头。汇聚的光束穿过镜头，并由一组呈直角排列的X和Y镜片(这些镜片可以由振镜式扫描器移动)向下引导光束，覆盖灼刻范围。 

三维振镜还可以通过微调移动镜头和聚集镜头之间的距离来实现聚焦补偿，由于通过第三个移动轴-Z轴在整个工作范围内引导光束，并且Z轴是用来将激光光斑沿光轴向下移动的光学机械组件。因此，激光束子 系统能够装入不同的偏转单元，并且激光束子系统的聚焦属性由Z轴决定，通常Z轴上装有一个或两个聚焦镜头。 

三维振镜的主要作用在于，可以使激光在大面积平面内的每一点进行实时调整，每一点都能够在焦平面加工，从而保证激光加工的均匀和聚焦。由于输出镜头的成本和大小限制以及二维振镜偏转单元的光束孔径的限制，有碍于在中等大小扫描范围内产生较小光斑的功能。三维振镜则可以满足用户对于小光斑尺寸大加工范围的应用要求，并允许用户使用相同偏转单元改变工作距离、范围和光斑大小。三维振镜采用的三轴(X轴、Y轴和Z轴)技术也适用于针对移动目标的动态应用，因为在三维应用中，相应的激光设备能够加工非平面部件或不光滑表面以及高功率产品。 

在实际中，标识轨迹对应一段平面曲线，为简化操作，可以将这段平面曲线分成多个小线段进行灼刻，然后采用线段处理算法控制振镜按照指定的轨迹偏转。 

例如，假设对线段(X0，Y0)(X2，Y2)的静态激光灼刻过程为： 

B1、控制X、Y轴振镜使光束运动到初始点(X0，Y0)； 

B2、根据X、Y轴振镜位置(X0，Y0)确定Z轴振镜位置Z0； 

B3、等待延时(或指令周期(一般为微秒量级))； 

B4、控制振镜使光束运动到下一个点(X1，Y1)； 

B5、根据X、Y轴振镜位置(X1，Y1)确定Z轴振镜位置Z1； 

B6、判断是否运动到终点(X2，Y2)，是则退出，否则继续。 

应用本实用新型实施例，对线段(X0，Y0)(X2，Y2)进行大幅面激光灼刻标识操作的过程为： 

C1、控制X、Y轴振镜使光束运动到初始点(X0，Y0)附加位置偏移量的实际输出位置(X0’，Y0’) 

C2、根据X、Y轴振镜的实际输出位置(X0’，Y0’)确定Z轴振镜位置Z0’； 

C3、等待延时(或指令周期(一般为微秒量级))； 

C4、控制振镜使光束运动到下一个点(X1，Y1)附加位置偏移量的实际输出位置(X1’，Y1’)； 

C5、根据X、Y轴振镜位置的实际输出位置(X1’，Y1’)确定Z轴振镜位置Z1’； 

C6、判断是否运动到终点(X2，Y2)的实际输出位置(X2’，Y2’)，是则退出，否则继续。 

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型，以下以一种在连续运动的生猪屠宰线上对检疫合格的猪胴体表皮进行大幅面激光灼刻标识的过程为例进行说明： 

第一步：将激光灼刻码信号传送给激光灼刻标识装置的控制系统； 

第二步：灼刻对象——猪胴体被分割成片猪肉(沿背脊正中线，将猪胴体劈成两分体)随生猪屠宰线的传动连续运动，并在进入激光灼刻标识区域前，被调整为满足灼刻需求的姿态，如表皮上的特定标识位置朝向激光灼刻标识装置； 

第三步：检测到连续运动的灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信号； 

第四步：触发控制系统控制光路切换装置按照激光灼刻码信号在原始灼刻位置的基础上，通过附加位置偏移量获得的实际灼刻位置，并在所述实际灼刻位置上进行激光灼刻操作，通过控制振镜的偏移使聚焦的激光束在灼刻对象上聚焦、扫描，形成相应的激光灼刻码。 

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本实用新型，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本实用新型所必须的。 

参考图6，示出了本实用新型的一种大幅面激光灼刻标识的装置实施例的结构框图，具体可以包括以下单元： 

到位信号检测单元401，用于检测连续运动的灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信号； 

激光灼刻操作单元402，用于依据所述到位信号触发控制系统控制光路切换装置在所述灼刻对象上按照预设的标识轨迹进行激光灼刻操作。 

作为本实用新型的一种优选实施例，所述激光灼刻操作单元可以包括以下子单元： 

运动信息获取子单元4021，用于实时获取所述灼刻对象的运动方向信息和速度信息； 

偏移量生成子单元4022，用于依据所述运动方向信息和速度信息生成灼刻的位置偏移量； 

实际灼刻位置确定子单元4023，用于获取所述标识轨迹的原始位置信息，并在所述原始位置信息上附加所述位置偏移量生成实际灼刻位置量； 

灼刻控制子单元4024，用于根据所述实际灼刻位置量控制光路切换装置在灼刻对象上进行激光灼刻操作。 

在实际中，所述振镜可以采用二维振镜也可以采用三维振镜，当采用二维振镜时，所述位置偏移量为X轴振镜和Y轴振镜的位置偏移量。 

当采用三维振镜时，所述激光灼刻操作单元还可以包括以下子单元： 

校正子单元，用于依据所述实际灼刻位置量确定Z轴振镜的位置量，由所述Z轴振镜的位置量调整所述实际灼刻位置量。 

在实际中，所述Z轴振镜的位置量可以根据X轴振镜和Y轴振镜的位置在预置映射表中查询获得。 

优选的是，在本实用新型实施例中，还包括以下单元： 

中止单元，用于当所述标识轨迹超出激光灼刻标识的区域时停止所述激光灼刻操作。 

和/或；循环执行单元，用于判断所述标识轨迹是否灼刻完毕，若是，则触发到位信号检测单元检测下一个到位信号；若否，则触发激光灼刻操作单元继续标识轨迹的灼刻。 

参考图7，示出了应用图4所示的优选装置实施例进行大幅面激光灼刻标识过程的流程图，具体可以包括以下步骤： 

步骤501、到位信号检测单元检测连续运动的灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信号； 

步骤502、激光灼刻操作单元依据所述到位信号触发控制系统控制光路切换装置在所述灼刻对象上按照预设的标识轨迹进行激光灼刻操作，具体包括以下子步骤： 

子步骤5021、运动信息获取子单元实时获取所述灼刻对象的运动方向信息和速度信息； 

子步骤5022、偏移量生成子单元依据所述运动方向信息和速度信息分别生成灼刻的X轴振镜和Y轴振镜的位置偏移量； 

子步骤5023、实际灼刻位置确定子单元获取所述标识轨迹的原始位置信息，并在所述原始位置信息上附加所述X轴振镜和Y轴振镜的位置偏移量生成实际灼刻位置量； 

子步骤5024、校正子单元依据所述实际灼刻位置量确定Z轴振镜的位置量，由所述Z轴振镜的位置量调整所述实际灼刻位置量； 

子步骤5025、灼刻控制子单元根据所述实际灼刻位置量控制光路切换装置在灼刻对象上进行激光灼刻操作。 

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述即可。 

以上对本实用新型所提供的一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置以及一种大幅面激光灼刻标识的装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。 

Claims (9)

1.一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置，其特征在于，包括：

一片反射镜(M)、一维平移滑轨、外光路镜片、激光器和振镜；

反射镜(M)装在一维平移滑轨上，激光器用于产生的激光光束；外光路镜片用于将在位置(1)处的激光光束反射至光路(1)，振镜(S1)用于将激光光束入射折返后，在工作面(F1)完成预定的灼刻工作；

进行下一次灼刻时，反射镜(M)移动到位置(2)处，外光路镜片用于将激光器产生的激光光束在位置(2)处反射至光路(2)，振镜(S2)用于将激光光束入射折返后，在工作面(F2)完成预定的灼刻工作；

反射镜(M)的多次移动完成多次灼刻，直至完成在狭长的工作面的激光灼刻。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述激光灼刻的工作面长度能够达到1200mm；工作距离为200mm～400mm；所述振镜为二维振镜或三维振镜。

3.一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置，其特征在于，包括：

多片反射镜(M)、外光路镜片、激光器和振镜；

多片反射镜(M)装配在光源入射光束的同轴的不同预设位置处，以切入或切出的方式完成多个预设光路切换位置的切换，直至完成在狭长的工作面的激光灼刻；

其中，所述光源入射光束由将激光器产生的激光光束从外光路镜片反射产生。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述激光灼刻的工作面长度能够达到1200mm；工作距离为200mm～400mm；所述振镜为二维振镜或三维振镜。

5.一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置，其特征在于，包括：

一片反射镜(M)、外光路镜片、激光器和振镜；

该反射镜(M)能够围绕一轴进行摆动；

该反射镜(M)装配在光源入射光束的同轴的预设位置处，以摆动的 方式完成光路的切换，直至完成在狭长工作面的激光灼刻；

其中，所述光源入射光束由将激光器产生的激光光束从外光路镜片反射产生。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述激光灼刻的工作面长度能够达到1200mm；工作距离为200mm～400mm；所述振镜为二维振镜或三维振镜。

7.一种大幅面激光灼刻标识的装置，其特征在于，包括：

到位信号检测单元，用于检测灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信号；

激光灼刻操作单元，用于依据所述到位信号触发控制系统控制光路切换装置在所述灼刻对象上按照预设的标识轨迹进行激光灼刻操作；

所述光路切换装置包括：

一片反射镜(M)、一维平移滑轨、外光路镜片、激光器和振镜；

反射镜(M)装在一维平移滑轨上，激光器用于产生的激光光束；外光路镜片用于将在位置(1)处反射至光路(1)，振镜(S1)用于将激光光束入射折返后，在工作面(F1)完成预定的灼刻工作；

进行下一次灼刻时，反射镜(M)移动到位置(2)处，外光路镜片用于将激光器产生的激光光束在位置(2)反射至光路(2)，振镜(S2)用于将激光光束入射折返后，在工作面(F2)完成预定的灼刻工作；

反射镜(M)的多次移动完成多次灼刻，直至完成在狭长的工作面的激光灼刻。

8.一种大幅面激光灼刻标识的装置，其特征在于，包括：

到位信号检测单元，用于检测灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信号；

激光灼刻操作单元，用于依据所述到位信号触发控制系统控制光路切换装置在所述灼刻对象上按照预设的标识轨迹进行激光灼刻操作；

所述光路切换装置包括：

多片反射镜(M)、外光路镜片、激光器和振镜； 

多片反射镜(M)装配在光源入射光束的同轴的不同预设位置处，以切入或切出的方式完成多个预设光路切换位置的切换，直至完成在狭长的工作面的激光灼刻；

其中，所述光源入射光束由将激光器产生的激光光束从外光路镜片反射产生。

9.一种大幅面激光灼刻标识的装置，其特征在于，包括：

到位信号检测单元，用于检测灼刻对象进入激光灼刻标识区域的到位信号；

激光灼刻操作单元，用于依据所述到位信号触发控制系统控制光路切换装置在所述灼刻对象上按照预设的标识轨迹进行激光灼刻操作；

所述光路切换装置包括：

一片反射镜(M)、外光路镜片、激光器和振镜；

该反射镜(M)能够围绕一轴进行摆动；

该反射镜(M)装配在光源入射光束的同轴的预设位置处，以摆动的方式完成光路的切换，直至完成在狭长工作面的激光灼刻；

其中，所述光源入射光束由将激光器产生的激光光束从外光路镜片反射产生。 

Images