CN212286307U - 一种三维激光加工头部机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种三维激光加工头部机构，该机构包括配置于加工激光射束路径中的第一振镜、第二振镜以及液体变焦透镜；所述第一振镜用于实现所述加工激光射束路径在X轴方向上的调整，所述第二振镜用于实现所述加工激光射束路径在Y轴方向上的调整，所述液体变焦透镜及所述驱动器用于实现所述加工激光射束路径在Z轴方向上的调整。该机构采用液态变焦透镜及长焦平场透镜组合可在数十毫秒内实现Z轴1000mm以上的范围调整。采用振镜系统结合液体变焦透镜的快速调整可实现对非标物体高速在线标记。与现有技术相比，具有响应速度快及调整范围大等优点，尤其适用于物流包裹或瓜果类生鲜产品等非标物体的高速在线标记系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种适用于在线非标物体激光打标系统，也可用于激光雕刻和激光3D打印的三维激光加工头部机构。
背景技术
激光打标作为激光加工领域的一个重要分支，是综合激光、光学、精密机械、电子和计算机等技术于一体的先进标记制作方法。它采用计算机控制激光束作为加工手段，其基本原理是：计算机控制高能量密度的聚焦激光束按预定的轨迹对工件进行局部照射，使表层材料达到瞬间汽化或发生变化改变颜色，刻蚀出具有一定深度或颜色的文字、图案、条形码等，从而在工间表面留下永久性标记、商标。目前，激光打标己被应用于所有材料上进行标记，包括塑料与橡胶、金属、硅晶片等。
激光在线打标是近年来国外新发展起来的一种加工手段。这种激光打标方法是在不影响生产线正常运转的前提下，动态监测生产线传输带情况，通过外部编码器来时刻获取打标物体的运动状态，并把获取的状态信息提交给激光控制卡，从而使激光振镜的速度跟随着运动的打标物体而运动，实现相对的静态打标。动态飞行打标通过专用编码器时刻获取运动物体的运动状态，其适合的打标范围更广，精度更准确，品质更高，达到可靠的加工目的。这种加工手段极大的提高了加工效率，在国内外都具有广阔的市场前景，尤其在国内目前仍具有巨大的发展潜力。
在激光打标系统中由于需要激光焦点始终处于标记表面附近，因此当前的激光在线标记系统主要应用于对单一规格的物体进行标记，当物体规格改变时需要通过导轨、机架(专利号201820565382.6)或机械调焦镜头等调整工作距离，速度较慢。极大地限制了在线标记系统的应用场景。由于物流领域纸箱等包裹规格的不一致，瓜果类生鲜产品的规格存在差异原因，当前的在线打标系统难以满足其需求。
实用新型内容
本实用新型提供了一种三维激光加工头部机构。该机构可快速对Z轴大范围调整的三维激光加工头部组件。其可以在12ms内实现1000mm以上的Z轴工作距离调整。
本实用新型提供了如下方案：
一种三维激光加工头部机构，包括配置于加工激光射束路径中的第一振镜、第二振镜以及液体变焦透镜，所述液体变焦透镜连接有驱动器；
其中，所述第一振镜用于实现所述加工激光射束路径在X轴方向上的调整，所述第二振镜用于实现所述加工激光射束路径在Y轴方向上的调整，所述液体变焦透镜及所述驱动器用于实现所述加工激光射束路径在Z轴方向上的调整。
优选地：所述第一振镜以及所述第二振镜组合构成X、Y扫描二维振镜。
优选地：所述X、Y扫描二维振镜的X轴和Y轴扫描角度为±20°，阶跃时间为0.25毫秒，最大口径10毫米，标记速度2.5米/秒，定位速度10米/秒。
优选地：所述液体变焦透镜配置于所述加工激光射束的入口部位。
优选地：所述液体变焦透镜配置于所述加工激光射束的出口部位。
优选地：所述液体变焦透镜的响应时间12毫秒，最大光圈为10毫米，透光波段为300nm～2500纳米，屈光度可调节范围为-2～2dpt，损伤阈值为2.6J/立方厘米。
优选地：还包括配置于加工激光射束路径中的长焦平场透镜。
优选地：所述长焦平场透镜的焦距为1450毫米，适用的扫描视场范围为±25°，扫描区域为900毫米X900毫米。
根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
通过本实用新型，可以实现一种三维激光加工头部机构，在一种实现方式下，该机构可以包括配置于加工激光射束路径中的第一振镜、第二振镜以及液体变焦透镜，所述液体变焦透镜连接有驱动器；其中，所述第一振镜用于实现所述加工激光射束路径在X轴方向上的调整，所述第二振镜用于实现所述加工激光射束路径在Y轴方向上的调整，所述液体变焦透镜及所述驱动器用于实现所述加工激光射束路径在Z轴方向上的调整。本申请提供的三维激光加工头部机构，采用液态变焦透镜及长焦平场透镜组合可在数十毫秒内实现Z轴1000mm以上的范围调整。采用振镜系统结合液体变焦透镜的快速调整可实现对非标物体高速在线标记。与现有技术相比，具有响应速度快及调整范围大等优点，尤其适用于物流包裹或瓜果类生鲜产品等非标物体的高速在线标记系统。
当然,实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的一种三维激光加工头部机构的第一结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种三维激光加工头部机构的第二结构示意图。
图中：第一振镜1、第二振镜2、液体变焦透镜3、驱动器4、长焦平场透镜5。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
参见图1、图2，为本实用新型实施例提供的一种三维激光加工头部机构，如图1、图2所示，该机构包括配置于加工激光射束路径中的第一振镜1、第二振镜2以及液体变焦透镜3，所述液体变焦透镜3连接有驱动器4；其中，所述第一振镜1用于实现所述加工激光射束路径在X轴方向上的调整，所述第二振镜2用于实现所述加工激光射束路径在Y轴方向上的调整，所述液体变焦透镜3及所述驱动器4用于实现所述加工激光射束路径在Z轴方向上的调整。进一步的，还包括配置于加工激光射束路径中的长焦平场透镜5。该长焦平场透镜5可以配置在加工激光射束路径的末端。打标系统中激光束穿过聚焦透镜系统后会产生离轴偏转现象,相对理想的平面而言，会在打标面上出现异常图像或畸变。平场聚焦镜，也称场镜、f-theta聚焦镜，是一种专业的透镜系统，目的是将激光束在整个打标平面内形成均匀大小的聚焦光斑，是激光打标机的最重要配件之一。
进一步的，所述第一振镜1以及所述第二振镜2组合构成X、Y扫描二维振镜。具体的，所述X、Y扫描二维振镜的X轴和Y轴扫描角度为±20°，阶跃时间约为0.25毫秒，最大口径10毫米，标记速度可达2.5米/秒，定位速度10米/秒。
本申请提供的三维激光加工头部机构，主要由第一振镜、第二振镜，液体变焦透镜及驱动器、长焦平场透镜组成。所述液体透镜固定于第一振镜、第二振镜激光入口或出口部位。所述长焦平场透镜位于第一振镜、第二振镜末端。
具体的，如图1所示所述液体变焦透镜配置于所述加工激光射束的入口部位。或者如图2所示所述液体变焦透镜配置于所述加工激光射束的出口部位。具体位置的确定可以根据实际需要进行配置，该液体变焦透镜无论在入口位置还是出口位置，均能实现快速的Z轴方向调整的效果。
作为本方案的优选采用瑞士OPTOTUNE公司可调焦液体镜头及驱动器。其变焦镜片由一个容器组成，容器里装有光学流体，并用弹性聚合物薄膜进行密封。电磁驱动器对容器施压，导致镜片弯曲。从而通过驱动器线圈内的电流来控制镜头的焦距。电流和屈光度(与焦距成反比)成线性关系。选用型号为EL-10-42-OF的液体变焦镜头，其响应时间12ms，最大光圈为10mm，透光波段为300nm～2500nm，屈光度可调节范围为-2～2dpt，损伤阈值为2.6J/cm2(@1064nm，脉宽125ns，频率50kHz)。
作为本方案的优选采用深圳市华鹏艾伟科技生产的针对355nm波长，焦距为1450mm的平场聚焦镜，其适用的扫描视场范围为±25°，扫描区域为900mm*900mm。
作为本方案的优选采用德国SCANLAB公司的hurrySCAN系列X、Y扫描二维振镜，其X轴和Y轴扫描角度为±20°，阶跃时间约为0.25ms，最大口径10mm，标记速度可达2.5m/s，定位速度10m/s。
当调焦镜头屈光度为2Dpt时，与1450mm平场聚焦镜组合，设定两镜间隔为100mm时，系统有效焦距为393mm，后截距为311.6mm。当调焦镜头屈光度为0Dpt时，系统有效聚焦约为1450mm。
该三维激光加工头部机构，其Z轴工作调整距离大于1000mm。其响应时间为12ms，其Z轴工作调整距离及响应时间与现有的通过导轨、机架、机械调焦镜头等方式相比，具有明显的先进性，响应速度明显提升。可广泛应用于物流包裹分拣线，生鲜瓜果类食品等在线标记系统中。
总之，本申请提供的三维激光加工头部机构，采用液态变焦透镜及长焦平场透镜组合可在数十毫秒内实现Z轴1000mm以上的范围调整。采用振镜系统结合液体变焦透镜的快速调整可实现对非标物体高速在线标记。与现有技术相比，具有响应速度快及调整范围大等优点，尤其适用于物流包裹或瓜果类生鲜产品等非标物体的高速在线标记系统。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.一种三维激光加工头部机构，其特征在于，包括配置于加工激光射束路径中的第一振镜、第二振镜以及液体变焦透镜，所述液体变焦透镜连接有驱动器；
其中，所述第一振镜用于实现所述加工激光射束路径在X轴方向上的调整，所述第二振镜用于实现所述加工激光射束路径在Y轴方向上的调整，所述液体变焦透镜及所述驱动器用于实现所述加工激光射束路径在Z轴方向上的调整。
2.根据权利要求1所述的三维激光加工头部机构，其特征在于，所述第一振镜以及所述第二振镜组合构成X、Y扫描二维振镜。
3.根据权利要求2所述的三维激光加工头部机构，其特征在于，所述X、Y扫描二维振镜的X轴和Y轴扫描角度为±20°，阶跃时间为0.25毫秒，最大口径10毫米，标记速度2.5米/秒，定位速度10米/秒。
4.根据权利要求1所述的三维激光加工头部机构，其特征在于，所述液体变焦透镜配置于所述加工激光射束的入口部位。
5.根据权利要求1所述的三维激光加工头部机构，其特征在于，所述液体变焦透镜配置于所述加工激光射束的出口部位。
6.根据权利要求4或5任意一项所述的三维激光加工头部机构，其特征在于，所述液体变焦透镜的响应时间12毫秒，最大光圈为10毫米，透光波段为300nm～2500纳米，屈光度可调节范围为-2～2dpt，损伤阈值为2.6J/立方厘米。
7.根据权利要求1所述的三维激光加工头部机构，其特征在于，还包括配置于加工激光射束路径中的长焦平场透镜。
8.根据权利要求7所述的三维激光加工头部机构，其特征在于，所述长焦平场透镜的焦距为1450毫米，适用的扫描视场范围为±25°，扫描区域为900毫米X900毫米。
Priority Applications (1)
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| CN202020362017.2U CN212286307U (zh) | 2020-03-20 | 2020-03-20 | 一种三维激光加工头部机构 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113751900A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-07 | 武汉大学 | 一种水导激光打孔系统及方法 |
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- 2020-03-20 CN CN202020362017.2U patent/CN212286307U/zh active Active
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| CN113751900A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-07 | 武汉大学 | 一种水导激光打孔系统及方法 |
| CN113751900B (zh) * | 2021-09-28 | 2022-08-16 | 武汉大学 | 一种水导激光打孔系统及方法 |
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