DE212018000067U1 - Lasermarkierung durch die Linse eines Bildscansystems - Google Patents

Lasermarkierung durch die Linse eines Bildscansystems Download PDF

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Abstract

Lasermarkierungssystem (100, 100'), umfassend:einen Laser (140);eine Bildaufnahmevorrichtung (162);einen Markierungskopf (120) einschließlich elektromagnetischer Energiedeflektoren (124A, 124B, 170) und mindestens einer Linse (136), wobei ein Strahlengang des Lasers (140) und ein Strahlengang der Bildaufnahmevorrichtung (162) beide durch die mindestens eine Linse (136) verlaufen; undein Computersystem (150), das zum Durchführen folgender Schritte eingerichtet ist:Einstellen der elektromagnetischen Energiedeflektoren (170, 124A, 124B), um den Strahlengang der Bildaufnahmevorrichtung (162) auf mehrere unterschiedliche Stellen innerhalb eines Markierungsfelds (310) des Lasermarkierungssystems (100, 100') zu richten;Aufnehmen von Bildkacheln (320) an jeder der mehreren unterschiedlichen Stellen mit der Bildaufnahmevorrichtung (162);Zusammenfügen der Bildkacheln (320), um ein zusammengesetztes Bild (325) des Markierungsfelds (310) zu erzeugen;Identifizieren einer Stelle und Ausrichtung eines Bilds eines Werkstücks (X, 315) innerhalb des zusammengesetzten Bilds (325) des Markierungsfelds (310);Bestimmen einer Stelle und Ausrichtung einer Markierung, die auf das Werkstück (X, 315) aufzubringen ist, basierend auf der Stelle und Ausrichtung des Bilds des Werkstücks innerhalb des zusammengesetzten Bilds (325) des Markierungsfelds (310); undAufbringen der Markierung auf das Werkstück (X, 315) mit dem Laser (140).

Description

  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/581,929 mit dem Titel LASER MARKING THROUGH THE LENS OF AN IMAGE SCANNING SYSTEM, eingereicht am 6. November 2017, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND
  • Lasermarkierungssysteme können verwendet werden, um Markierungen, zum Beispiel Bilder, Identifizierungsnummern, Verfallsdaten, Barcodes usw. auf die Oberflächen verschiedener Produkte aufzudrucken. Hersteller bevorzugen häufig, dass die Lasermarkierung von Produkten wiederholbar ist, so dass jedes eines bestimmten Produkts, das ein Lasermarkierungssystem durchläuft, an derselben Stelle auf dem Produkt markiert wird. Bildverarbeitungssysteme, die eine Kamera verwenden, können ein Lasermarkierungssystem beim Identifizieren und Bestimmen einer Position und Ausrichtung eines Produkts in dem Lasermarkierungssystem unterstützen, so dass ein Markierungslaser auf einen gewünschten Bereich auf dem Produkt gerichtet werden kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Lasermarkierungssystem bereitgestellt. Das Lasermarkierungssystem umfasst einen Laser, eine Bildaufnahmevorrichtung, einen Markierungskopf einschließlich elektromagnetischer Energiedeflektoren und mindestens einer Linse, wobei eine Strahlengang des Lasers und ein Strahlengang der Bildaufnahmevorrichtung beide durch die mindestens eine Linse verlaufen, und ein Computersystem, das zum Durchführen folgender Schritte eingerichtet ist: Einstellen der elektromagnetischen Energiedeflektoren, um den Strahlengang der Bildaufnahmevorrichtung auf mehrere unterschiedliche Stellen innerhalb eines Markierungsfelds des Lasermarkierungssystems zu richten, Aufnehmen von Bildkacheln an jeder der mehreren unterschiedlichen Stellen mit der Bildaufnahmevorrichtung, Zusammenfügen der Bildkacheln, um ein zusammengesetztes Bild des Markierungsfelds zu erzeugen, Identifizieren einer Stelle und Ausrichtung eines Bilds eines Werkstücks innerhalb des zusammengesetzten Bilds des Markierungsfelds, Bestimmen einer Stelle und Ausrichtung einer Markierung, die auf das Werkstück aufzubringen ist, basierend auf der Stelle und der Ausrichtung des Bilds des Werkstücks innerhalb des zusammengesetzten Bilds des Markierungsfelds, und Aufbringen der Markierung auf das Werkstück mit dem Laser.
  • In einigen Ausführungsformen ist das Computersystem dahingehend eingerichtet, die Stelle und die Ausrichtung des Bilds des Werkstücks innerhalb des zusammengesetzten Bilds des Markierungsfelds durch Anwenden eines Bildmodells des Werkstücks auf das zusammengesetzte Bild zu identifizieren. Das Computersystem kann ferner dahingehend eingerichtet sein, das Bildmodell aus einem zusammengesetzten Bild des Markierungsfelds einschließlich eines Bilds eines Master-Werkstücks zu erstellen. Das Computersystem kann ferner dahingehend eingerichtet sein, eine Stelle eines oder mehrerer zusätzlicher Merkmale des Bilds des Werkstücks unter Verwendung eines oder mehrerer zusätzlicher Merkmalsmodelle zu identifizieren. Das eine oder die mehreren zusätzlichen Merkmalsmodelle können Multi-Model-Registration-Merkmalsmodelle enthalten.
  • In einigen Ausführungsformen ist das Computersystem ferner dahingehend eingerichtet, Stellen und Ausrichtungen von Bildern mehrerer unterschiedlicher Arten von Werkstücken innerhalb des zusammengesetzten Bilds des Markierungsfelds zu identifizieren und die mehreren unterschiedlichen Arten von Werkstücken mit dem Laser in einem einzigen Durchlauf zu markieren.
  • In einigen Ausführungsformen ist das Computersystem dahingehend eingerichtet, die Stelle und die Ausrichtung des Bilds des Werkstücks innerhalb des zusammengesetzten Bilds des Markierungsfelds zu identifizieren, ohne dass das Werkstück in einer Halterung gehalten wird.
  • In einigen Ausführungsformen ist das Computersystem dahingehend eingerichtet, die Stelle und die Ausrichtung des Bilds eines Werkstücks mit Abmessungen, die größer als ein Sichtfeld der Bildaufnahmevorrichtung sind, innerhalb des zusammengesetzten Bilds des Markierungsfelds zu identifizieren.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Lasermarkierungssystem ferner einen dichroitischen Spiegel, der sowohl in dem Strahlengang des Lasers als auch in dem Strahlengang der Bildaufnahmevorrichtung angeordnet ist. Der Laser kann dahingehend konfiguriert sein, einen Laserstrahl bei einer Frequenz zu erzeugen, bei der der dichroitische Spiegel im Wesentlichen transparent ist.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren zum Lasermarkieren eines Werkstücks mit einem Lasermarkiersystem zum Einsatz kommen. Das Verfahren umfasst das Richten eines Strahlengangs einer Bildaufnahmevorrichtung des Lasermarkierungssystems auf mehrere unterschiedliche Stellen innerhalb eines Markierungsfelds des Lasermarkierungssystems, Aufnehmen von Bildkacheln an jeder der mehreren unterschiedlichen Stellen mit der Bildaufnahmevorrichtung, Zusammenfügen der Bildkacheln, um ein zusammengesetztes Bild des Markierungsfelds zu erzeugen, Identifizieren einer Stelle und Ausrichtung eines Bilds des Werkstücks innerhalb des zusammengesetzten Bilds des Markierungsfelds, Bestimmen einer Stelle und Ausrichtung einer Markierung, die auf das Werkstück aufzubringen ist, basierend auf der Stelle und der Ausrichtung des Bilds des Werkstücks innerhalb des zusammengesetzten Bilds des Markierungsfelds, und Aufbringen der Markierung auf das Werkstück mit einem Laser des Lasermarkierungssystems.
  • Insbesondere umfasst das Verfahren ferner das Richten des Strahlengangs der Bildaufnahmevorrichtung und eines von dem Laser erzeugten Laserstrahls durch eine gemeinsame Linse in einem Markierungskopf des Lasermarkierungssystems.
  • Figurenliste
  • Verschiedene Aspekte zumindest einer Ausführungsform werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erörtert, die nicht maßstabsgerecht gezeichnet sind. Die Figuren dienen zur Veranschaulichung und zum weiteren Verständnis der verschiedenen Aspekte und Ausführungsformen und sind in dieser Beschreibung enthalten und bilden einen Teil davon, sind jedoch nicht als Definition der Grenzen der Erfindung gedacht. In den Figuren ist jede identische oder nahezu identische Komponente, die in verschiedenen Figuren dargestellt ist, durch ein gleiches Bezugszeichen dargestellt. Aus Gründen der Klarheit kann nicht jede Komponente in jeder Figur gekennzeichnet sein. In den Figuren:
    • 1A veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Lasermarkierungssystems;
    • 1B veranschaulicht ein Blockdiagramm eines anderen bzw. weiteren Lasermarkierungssystems;
    • 1C veranschaulicht ein Blockdiagramm eines anderen bzw. weiteren Lasermarkierungssystems;
    • 2 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Rechenvorrichtung;
    • 3 veranschaulicht das Sichtfeld einer Abbildungsvorrichtung eines Lasermarkierungssystems innerhalb eines Markierungsfelds des Lasermarkiersystems;
    • 4A-4G veranschaulichen die Aufnahme von Bildkacheln innerhalb des Markierungsfelds des Lasermarkierungssystems und die Erstellung eines zusammengesetzten Bilds aus einem Zusammenfügen der Bildkacheln;
    • 5A veranschaulicht ein Beispiel eines zusammengesetzten Bilds eines Markierungsfelds einer Lasermarkierungsvorrichtung, das Werkstücke enthält;
    • 5B zeigt ein Bildmodell, das aus einem der Werkstücke in dem zusammengesetzten Bild von 5B erzeugt wird;
    • 6A veranschaulicht die Identifizierung und Bestimmung der Position und Ausrichtung eines Werkstücks in einem zusammengesetzten Bild eines Markierungsfelds einer Lasermarkierungsvorrichtung unter Verwendung eines Bildmodells des Werkstücks;
    • 6B veranschaulicht die Identifizierung und Bestimmung der Position und Ausrichtung eines Werkstücks in einem zusammengesetzten Bild eines Markierungsfelds einer Lasermarkierungsvorrichtung unter Verwendung eines Bildmodells des Werkstücks und zweier zusätzlicher Merkmalsmodule von Merkmalen des Werkstücks;
    • 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Vollfeldbilds in einem Lasermarkierungssystem; und
    • 8A-8F sind Screenshots, die Schritte in dem Verfahren von 7 veranschaulichen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In einigen Beispielen von Lasermarkierungssystemen kann eine Kamera mit der Laseroptik integriert sein, um ein zu markierendes Werkstück durch dieselbe Linse abzubilden wie ein Laser, der zum Markieren der Werkstückdurchgänge verwendet wird. Solche Kameraanordnungen werden als „Through-the-Lens“ (TTL; Engl. für „durch das Objektiv [hindurch]“-Kameras bezeichnet. Das Sichtfeld (FOV; Engl. field of view) einer Through-the-Lens-Kamera kann nur einen kleinen Teil (~3%) des gesamten Lasermarkierungsfelds eines Lasermarkiersystems abdecken. Infolgedessen kann es schwierig sein, ein Lasermarkierungssystem, das ein Through-the-Lens-Kamerasichtsystem verwendet, dahingehend zu trainieren, Werkstücke zu erkennen, die größer als das Kameraansichtsfeld sind. Das Through-the-Lens-Kamerasichtsystem kann Beschränkungen hinsichtlich der Platzierung solcher Werkstücke in dem Lasermarkierungssystem während der Produktion auferlegen. Wenn der gesamte Umriss des Werkstücks nicht sichtbar ist, sind möglicherweise nicht genug Kanten innerhalb des FOV für eine wiederholbare Ausrichtung vorhanden, selbst bei mehreren Sichtmodellen. Es können mehrere Sichtmodelle verwendet werden, um ein spezifisches Werkstück zu validieren; jedoch zusätzlich dazu, dass sie nur schwer zu trainieren sind, müssen Werkstücke, die mit mehreren Modellen ausgerichtet sind, während der Produktion sorgfältig in dem Lasermarkierungssystem platziert werden. Die möglichen Folgen sind notwendige werkstückspezifische Halterungen, ein erhöhtes Ausfallrisiko durch falsch positionierte Werkstücke, zusätzliche Bedienerschulungen etc. Externe Bildgebungslösungen, bei denen die Kamera nicht durch die Linse des Lasers blickt, können zwar in der Lage sein, größere Werkstücke zu registrieren, neigen jedoch dazu, langsam oder ungenau zu sein, da das Werkstück in einem Winkel abgebildet werden muss oder zwischen Bildgebung und Lasermarkierung bewegt werden muss. In Systemen, die eine Kamera verwenden, die von der Laserlinse versetzt ist, kann eine unsachgemäße Positionierung des Werkstücks ein Bild eines Merkmals eines Werkstücks verdecken oder verzerren, welches das System verwendet, um das Werkstück zu identifizieren oder eine Position oder Ausrichtung des Werkstücks zu bestimmen.
  • Hierin offenbarte Aspekte und Ausführungsformen umfassen ein Lasermarkiersystem mit einer Funktionalität zum Identifizieren eines zu markierenden Produkts oder Werkstücks und einer Ausrichtung des zu markierenden Werkstücks innerhalb des Arbeitsbereichs des Lasermarkiersystems, so dass die Stelle eines Bereichs an dem durch das Lasermarkiersystem zu markierenden Werkstück bestimmt werden kann. Das Lasermarkiersystem kann Werkstücke konsistent an gewünschten Stellen markieren, unabhängig davon, wie die Werkstücke ausgerichtet sind, wenn sie innerhalb des Arbeitsbereichs des Lasermarkiersystems platziert sind. Ein Bildverarbeitungssystem kann ein Bild eines gesamten zu markierenden Werkstücks aufnehmen und das Bild mit Modellen in einer Datenbank vergleichen, um das Werkstück zu identifizieren. Ein Umriss des Werkstücks und/oder die Position eines oder mehrerer Zielmerkmale des Werkstücks kann verwendet werden, um eine Ausrichtung des Werkstücks zu bestimmen. Die Stelle an dem Werkstück, an dem das Werkstück zu markieren ist, und eine Ausrichtung der Markierung, die auf das Werkstück aufzubringen ist, können aus der Position und der Ausrichtung des Werkstücks und/oder der Position und der relativen Stelle eines oder mehrerer Zielmerkmale bestimmt werden. Ein Bild des gesamten Markierungsfelds eines Lasermarkierungssystems kann durch Kombinieren mehrerer Bilder von verschiedenen Stellen erzeugt werden, wodurch Werkstücke, die viel größer als das Kameraansichtsfeld sind, in jeder Ausrichtung gesehen werden können.
  • Hierin offenbarte Aspekte und Ausführungsformen sehen vor, dass Werkstücke, die größer als das Kameraansichtsfeld sind, leicht für die Laufzeitsichtverarbeitung (einschließlich Markierungsausrichtung) trainiert werden können, wodurch die Arbeitsvorbereitungszeit für solche Werkstücke reduziert wird. Darüber hinaus kann eine Bedienperson das Werkstück in einer beliebigen Ausrichtung zur Bearbeitung in das System platzieren, vorausgesetzt, die zuvor trainierte Werkstückoberfläche sichtbar ist.
  • Hierin offenbarte Aspekte und Ausführungsformen können eine Through-the-Lens-Kameraanordnung verwenden, die ein zu markierendes Werkstück direkt von oben entlang einem gleichen oder im Wesentlichen ähnlichen optischen Weg bzw. Strahlengang abbildet wie ein Laser, der zum Markieren des Werkstücks verwendet wird. Durch direktes Abbilden des Werkstücks von oben vermeiden hierin offenbarte Aspekte und Ausführungsformen mögliche Probleme bei der Verwendung einer externen Kamera, die das Werkstück in einem Winkel abbildet, was zu Schattierungen und Obstruktionen bzw. Sichtbehinderungen führen kann, die sich im Bild erheblich ändern, wenn der bzw. das Teil gedreht wird.
  • Hierin offenbarte Aspekte und Ausführungsformen arbeiten unter Verwendung der Through-the-Lens-Sichtfähigkeit, um mehrere Bilder von unterschiedlichen Stellen in dem Markierungsfeld eines Lasermarkiersystems aufzunehmen. Durch die Kalibrierung des Sichtsystems kann jedes Bild von einer genauen Stelle aufgenommen werden, indem die Scankopfspiegel des Systems vor jeder Aufnahme nach Wunsch gerichtet werden. Die Bilder werden dann in einem Raster angeordnet und zu einem einzigen Bild kombiniert, das das gesamte Markierungsfeld abdeckt. Dieses Bild kann dann für Standardsichtaktivitäten (Modellschulung, Auftragsbearbeitung usw.) verwendet werden.
  • Der Begriff „Markierung“ und seine Varianten werden hierin so verwendet, dass sie sich nicht nur auf das Markieren beziehen, sondern auch auf andere durch einen Laser vorgenommene Änderungen eines Werkstücks, beispielsweise Ätzen, Gravieren, Bearbeiten, Schneiden, Schweißen etc. In bestimmten Implementierungen umfasst das Markieren beispielsweise das Erzeugen einer Grafik auf einem Werkstück unter Verwendung eines Prozesses des Aufnehmens eines Bilds des Werkstücks, Vergleichen der Position und Ausrichtung des Werkstücks mit einem bereits vorhandenen computerbasierten Modell des Werkstücks und der gewünschten Grafik, die relativ zu ihren ordnungsgemäß ausgerichteten Positionen ausgerichtet sind, und das Markieren der Grafik auf dem Werkstück unter Verwendung eines Lasers, um die Grafik, die auf dem bereits vorhandenen computerbasierten Modell des Werkstücks positioniert ist, abzugleichen.
  • Ein Beispiel eines speziell ausgelegten Lasermarkierungssystems mit einer Through-the-Lens-Kameraanordnung, das in verschiedenen hierin offenbarten Ausführungsformen verwendet werden kann, ist in 1A dargestellt. Das Lasermarkierungssystem 100 kann einen Markierungsscankopf 120, einen Laser 140 und ein Through-the-Lens-Sichtsystem umfassen, das ein Through-the-Lens-Autofokusmodul 160 und eine Kameravorrichtung 162 umfasst. Der Scankopf 120 kann Galvospiegel 124A und 124B und eine Linse 136 (d.h. erste Linse) enthalten. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Linse 136 eine F-Theta-Fokussierlinse sein. Die Galvospiegel 124A und 124B enthalten X- und Y-Achsenspiegel und Galvanometer. In Betrieb sind die Galvospiegel 124A und 124B winkelmäßig einstellbar, um zu ermöglichen, dass ein Laserstrahl von dem Laser 140 einen Abschnitt eines Werkstücks X irgendwo innerhalb eines Markierungsfelds des Lasermarkierungssystems markiert (d.h. Markierungsfeld 310 in 3).
  • Das Lasermarkierungssystem 100 kann ein berührungsloses Druckverfahren verwenden, das Markierungsqualität und Dauerhaftigkeit bereitstellt. Das Lasermarkierungssystem kann CO2-, Faser- oder Ultraviolett(UV)-Laserquellen in verschiedenen Leistungsausführungen enthalten, um eine Reihe von Substraten und Anwendungen abzudecken. Die CO2-Laserquellen können Laserquellen mit einer Leistung von 10 W, 30 W oder 50 W enthalten. Als nicht einschränkendes Beispiel kann der Laser 140 ein Infrarotlaser(IR)-Laser sein. Das Lasermarkierungssystem 100 kann konfiguriert sein, einen Code mit einem oder mehreren von Seriennummer, Zeit, Datum und Chargen-Code aufzubringen. Das Lasermarkierungssystem 100 kann konfigurierbar sein, einen Code in einem bestimmten Codeformat, einschließlich ohne Einschränkung gemäß einem Industriestandard-Codeformat aufzubringen.
  • Das Through-the-Lens(TTL)-Sichtsystem kann eine Kameravorrichtung 162 umfassen, die in dem Markierungsscankopf 120 eingebettet sein kann, um Bilder des Werkstücks X durch die F-Theta-Linse 136 und den TTL-Spiegel 170 aufzunehmen. Die Kameravorrichtung 162 kann eine feste Fokuslinse 163 (d.h. zweite Linse) enthalten. Alternativ kann die Linse 163 variabel sein, um zu ermöglichen, dass die Kameravorrichtung 162 ihren Fokus einstellt. Der TTL-Spiegel 170 befindet sich in einem Gang zum Empfangen von Reflexionen der Galvospiegel 124A und 124B. In Betrieb kann durch Bewegen der Galvospiegel 124A und 124B die Kameraansicht der Kameravorrichtung 162 auf einen beliebigen Bereich innerhalb des Markierungsfelds (d.h. des Markierungsfelds 310 in 3) gerichtet werden, bis sich irgendein Teil des Werkstücks X in dem Sichtfeld (FOV) der Kameravorrichtung 162 befindet. Der TTL-Spiegel 170 kann ein dichroitischer Spiegel sein. In anderen Ausführungsformen kann der TTL-Spiegel 170 ein regulärer (nicht dichroitischer) Spiegel sein.
  • In einer Ausführungsform kann der Strahlengang des Lasers 140 zu den Galvospiegeln 124A und 124B gerichtet sein. Der Strahlengang des Lasers 140 umgeht jedoch den Spiegel 170, so dass der Strahlengang des Lasers 140 nicht von dem Spiegel 170 des TTL-Sichtsystems reflektiert wird.
  • Das System 100 kann ferner einen Prozessor oder eine Rechenvorrichtung 150 umfassen, der bzw. die konfiguriert ist, eine Autofokusprozedur und Systemkalibrierungsprozeduren auszuführen, um sicherzustellen, dass der Fokuspunkt der Kameravorrichtung 162 mit dem Fokuspunkt des Markierungslasers 140 übereinstimmt. Die Rechenvorrichtung 150 wird mit Bezug auf 2 detaillierter beschrieben. Der Controller 165 steuert bzw. regelt über die Steuer- bzw. Regelleitung C3 die Aktivierung des Lasers 140, um das Werkstück X mit einem Laserstrahl zu markieren. Die Lasersteuerung bzw. -regelung kann Teil der Computervorrichtung 150 sein.
  • Die Kameravorrichtung 162 kann in dem Laser 140 eingebettet sein und kann die Galvospiegel 124A und 124B mit dem Laser 140 gemeinsam nutzen bzw. teilen. Die Galvospiegel 124A und 124B ermöglichen der Kameravorrichtung 162, den Fokus auf dem Großteil des Markierungsfelds (d.h. des Markierungsfelds 310 in 3) durch die Linse 136 zu finden. Der Strahlengang der Kamera ist als die kurzgestrichelte Linie dargestellt. Der Laserstrahlgang ist als langgestrichelte Linie dargestellt. Die Kameravorrichtung 162 kann mit der Rechenvorrichtung 150 über Steuer- bzw. Regelleitungen C1 und das Autofokusmodul kommunizieren, um das Bild der Zieloberfläche des Werkstücks aufzunehmen. Das aufgenommene Bild kann ein Kameraansichtsbild sein. Jeglicher Versatz in einer gemessenen Position von Teilen des Werkstücks X, der durch Unterschiede zwischen dem Strahlengang der Kamera und dem Laserstrahlengang verursacht wird, kann durch Software kompensiert werden, die auf der Computervorrichtung 150 läuft. Die Kommunikation zwischen der Kameravorrichtung 162 und der Rechenvorrichtung kann über die Steuer- bzw. Regelleitung C1 geführt werden, kann aber auch drahtlos sein.
  • Das System 100 kann ferner einen Laser- und Achsenscankopf(L&AS)-Controller 165 umfassen.
  • Der L&AS-Controller 165 kann mit der Rechenvorrichtung 150 kommunizieren, um die Autofokussteuer- bzw. -regelsignale C2 zu empfangen. Basierend auf den Autofokussteuer- bzw. -regelsignalen C2 bewirkt der L&AS-Controller, dass die Brennebene des Lasers 140 und/oder der Kamera 162 unter Verwendung eines oder mehrerer Fokussierverfahren eingestellt wird, die im Stand der Technik bekannt sind. Während Leitungen für die Steuer- bzw. Regelsignale C1, C2 und C3 gezeigt sind, können solche Signale in einigen Ausführungsformen drahtlos sein. Der Controller 165 kann ein einzelner Controller oder mehrere Controller sein. Zum Beispiel kann es einen Controller zum Betreiben des Lasers 140 und einen separaten und unabhängigen Controller zum Betreiben der Kamera 162 geben.
  • Das TTL-Autofokusmodul 160 kann Tools zum Identifizieren einer Region von Interesse (ROI; Engl. region of interest) und einen Autofokus-ROI-Editor enthalten. Die ROI ist ein benutzerspezifiziertes Targeting einer Oberfläche des Werkstücks X, die markiert werden soll. Das TTL-Autofokusmodul 160 kann einen Fokusmesspegel enthalten. Der Fokusmesspegel ist dort am höchsten, wo der Fokus am besten ist, und überall sonst niedriger. Das TTL-Autofokusmodul 160 kann das Finden eines Fokusspitzenwertes über einen Fokusspitzen-Bestimmungsalgorithmus umfassen.
  • 1B zeigt ein Blockdiagramm eines anderen bzw. weiteren Lasermarkierungssystems 100'. Das System 100' ist dem System 100 ähnlich. Ein Unterschied zwischen dem System 100 und dem System 100' besteht darin, dass der Spiegel 170 des Systems 100' ein dichroitischer Spiegel ist, der sowohl in dem Strahlengang des Lasers 140 als auch in der Blickrichtung der Kamera 162 platziert ist. Der Laser 140 emittiert Laserstrahlung mit einer Frequenz, beispielsweise im Infrarotband bzw. -bereich, bei der der Spiegel 170 transparent ist. Der Spiegel 170 kann Licht im sichtbaren Spektrum in die Kamera 162 reflektieren. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Spiegel 170 ein Siliziumspiegel sein. Bei dem System 100' sind der Strahlengang der Kamera 162 und der des Lasers 140 parallel oder überlappend, so dass die durch die Kamera 162 gemessene Position eines Teils des Werkstücks X die Position des Teils des Werkstücks X genau widerspiegelt, auf die bzw. das der Laserstrahl gerichtet wird.
  • 1A und 1B stellen Lasermarkierungssysteme dar, bei denen ein Laser 140, eine Kamera 162 und ein Spiegel 170 innerhalb des Gehäuses 122 des Scankopfes 120 angeordnet sind. In anderen Ausführungsformen, wie beispielsweise in 1C dargestellt, sind der Laser 140, die Kamera 162 und der Spiegel 170 außerhalb des Gehäuses 122 des Scankopfes 120 angeordnet, während die Galvospiegel 124A und 124B (in 1C nicht dargestellt) innerhalb des Gehäuses 122 des Scankopfes 120 angeordnet sind.
  • Unter Bezugnahme auf 2 kann die Rechenvorrichtung 150 in einer Basiskonfiguration einen beliebigen Typ einer stationären Rechenvorrichtung oder eine mobile Rechenvorrichtung enthalten. Die Rechenvorrichtung kann ein Rechensystem mit einem oder mehreren Servern sein, wobei jeder Server einen oder mehrere Prozessoren enthält. Die Begriffe Rechenvorrichtung und Rechensystem können austauschbar sein.
  • Die Rechenvorrichtung 150 kann einen oder mehrere Prozessoren 252 und einen Systemspeicher in der Festplatte 254 enthalten. Abhängig von der exakten Konfiguration und dem Typ der Rechenvorrichtung kann der Systemspeicher flüchtig (wie beispielsweise RAM 256), nichtflüchtig (wie beispielsweise Festwertspeicher (ROM 258), ein Flash-Speicher 260 und dergleichen, oder eine Kombination davon sein. Der Systemspeicher kann ein Betriebssystem 264, eine oder mehrere Anwendungen speichern und kann Programmdaten zum Durchführen der hierin beschriebenen Prozesse enthalten. Die Rechenvorrichtung 150 kann auch zusätzliche Merkmale oder Funktionalitäten aufweisen. Die Rechenvorrichtung 150 kann beispielsweise auch zusätzliche Datenspeichervorrichtungen (entfernbar und/oder nicht entfernbar), wie beispielsweise Magnetplatten, optische Platten oder Band enthalten. Computerspeichermedien können flüchtige und nichtflüchtige, nichttransitorische, entfernbare und nicht entfernbare Medien umfassen, die in einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie zum Speichern von Daten implementiert sind, wie computerlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder andere Daten. Systemspeicher, entfernbare Speicher bzw. Wechselspeicher und nicht entfernbare Speicher sind alles Beispiele für Computerspeichermedien. Computerspeichermedien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, RAM, ROM, elektrisch löschbare Festwertspeicher (EEPROM), Flash-Speicher oder andere Speichertechnologien, Compact-Disc-Read-Only-Speicher (CD-ROM), Digital Versatile Disks (DVD) oder andere optische Speicher, Magnetkassetten, Magnetbänder, Magnetplattenspeicher oder andere Magnetspeichervorrichtungen oder ein anderes physikalisches Medium, das zum Speichern der gewünschten Daten verwendet werden kann und auf das eine Rechenvorrichtung zugreifen kann. Ein solches Computerspeichermedium kann Teil der Vorrichtung sein.
  • Die Rechenvorrichtung 150 kann auch Schnittstellen für Eingabevorrichtung(en) (nicht gezeigt) wie eine Tastatur, Maus, Stift, Spracheingabevorrichtung, Berührungseingabevorrichtung etc. enthalten oder aufweisen. Die Rechenvorrichtung 150 kann Schnittstellen zur Verbindung mit Ausgabevorrichtung(en) wie eine Anzeige 155, Lautsprecher etc. enthalten oder aufweisen. Die Rechenvorrichtung 150 kann einen Peripheriebus 266 zum Verbinden mit Peripheriegeräten enthalten. Die Rechenvorrichtung 150 kann Kommunikationsverbindung(en) enthalten, die es der Vorrichtung ermöglichen, mit anderen Rechenvorrichtungen zu kommunizieren, beispielsweise über ein Netzwerk oder ein drahtloses Netzwerk. Als Beispiel und nicht als Einschränkung können Kommunikationsverbindungen drahtgebundene Medien wie ein drahtgebundenes Netzwerk oder eine direktverdrahtete Verbindung und drahtlose Medien wie akustische, Hochfrequenz-(HF), Infrarot- und andere drahtlose Medien einschließen. Die Rechenvorrichtung 150 kann eine Netzwerkschnittstellenkarte 268 enthalten, um eine Verbindung (drahtgebunden oder drahtlos) mit einem Netzwerk herzustellen.
  • Computerprogrammcode zum Ausführen von Operationen, die oben beschrieben wurden, kann in einer Vielzahl von Programmiersprachen geschrieben sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, eine Programmiersprache auf hoher Ebene, wie beispielsweise Java, C oder C++, zur Entwicklungserleichterung geschrieben sein. Darüber hinaus kann Computerprogrammcode zum Ausführen von Operationen der hier beschriebenen Ausführungsformen auch in anderen Programmiersprachen geschrieben sein, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf, interpretierte Sprachen. Einige Module oder Routinen können in Assemblersprache oder sogar Mikrocode geschrieben sein, um die Leistung und/oder die Speicherverwendung zu verbessern. Es versteht sich ferner, dass die Funktionalität eines oder aller Programmmodule auch unter Verwendung diskreter Hardwarekomponenten, einer oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASICs) oder eines programmierten digitalen Signalprozessors (DSP) oder eines Mikrocontrollers implementiert werden kann. Ein Code, in dem ein Programm der Ausführungsformen beschrieben ist, kann als Firmware in einem RAM, einem ROM und einem Flash-Speicher enthalten sein. Ansonsten kann der Code auf einem greifbaren, nicht flüchtigen computerlesbaren Speichermedium wie einem Magnetband, einer flexiblen Platte, einer Festplatte, einer CD, einer Fotomagnetplatte, einer Digital Versatile Disc (DVD) gespeichert sein.
  • Die Ausführungsformen können zur Verwendung in einem Computer oder einer Datenverarbeitungsvorrichtung konfiguriert sein, der bzw. die einen Speicher, wie eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), ein RAM und ein ROM sowie ein Speichermedium wie eine Festplatte enthält.
  • Ein Markierungsfeld eines Laserscansystems ist der Bereich, über den die Spiegel 124A und 124B in dem Scankopf 120 des Lasermarkiersystems einen Laserstrahl von einem Laser 140 richten können, um ein Werkstück zu markieren. Das Markierungsfeld eines Lasermarkierungssystems kann wesentlich größer sein als das FOV einer Kamera 162 des Laserscansystems, insbesondere in Ausführungsformen, in denen die Kamera in einem TTL-Sichtsystem angeordnet ist, wie mit Bezug auf die Systeme von 1A-1C beschrieben. FIG. 3 veranschaulicht das Ausmaß eines FOV 305 einer Kamera 162 in einem Beispiel eines Laserscansystems, das ein TTL-Sichtsystem verwendet, relativ zu einem Bereich des Markierungsfelds 310 des Laserscansystems. Wie in 3 gezeigt deckt das FOV 305 der Kamera 162 nur einen sehr kleinen Teil des Markierungsfelds 310 ab. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das FOV 305 der Kamera 162 einen Durchmesser bzw. eine Diagonale von etwa 2 cm aufweisen, während das Markierungsfeld 310 bis zu 12 cm oder 20 cm pro Seite sein kann. Für Werkstücke mit Abmessungen, die größer als die des FOV 305 der Kamera 162 sind, kann nur ein Teil des Werkstücks in das Sichtfeld 305 passen. Wie beispielsweise in 3 gezeigt ist nur der zentrale Scharnierabschnitt einer zu markierenden Klemme 315 in dem FOV 305 der Kamera 162 sichtbar. Ein solcher kleiner Abschnitt eines Werkstücks kann für das Lasermarkierungssystem unzureichend sein, um sich auf eine genaue Stelle der Anbringung einer gewünschten Markierung an das Werkstück auszurichten und diese zu bestimmen. Bei einem Werkstück, das klein genug ist, um in das FOV 305 zu passen, kann, wenn das Werkstück nicht an einer bekannten Stelle innerhalb des Markierungsfelds 310, beispielsweise innerhalb einer Montagehalterung oder Befestigung an einer bekannten Stelle platziert ist, das Lasermarkiersystem möglicherweise unerwünscht lange brauchen, um das Werkstück überhaupt zu lokalisieren.
  • Dementsprechend verlässt sich die Industrie in einigen früheren Implementierungen auf dedizierte Befestigungen oder auf eine externe Kamera, um ein LaserScansystem bereitzustellen, das ein Werkstück identifiziert und sich mit diesem ausrichtet. Dedizierte Vorrichtungen erhöhen die Kosten und externe Kameras weisen einen Perspektive-Effekt auf. Um den Perspektive-Effekt zu minimieren, muss das Teil in einer bestimmten Ausrichtung sein, damit das Sichtsystem diesen genau identifiziert und sich darauf ausrichtet; dies gilt insbesondere für Teile, die eine bestimmte Höhe aufweisen. Je höher das Teil ist, desto stärker ist die Ausrichtung des Teils eingeschränkt und eine Befestigung ist erforderlich.
  • Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, nehmen hier offenbarte Aspekte und Ausführungsformen mehrere Bilder (hierin als „Kacheln“ bezeichnet) durch das Markierungsfeld 310 und fügen dann die Kacheln zusammen, um eine Darstellung eines wesentlichen Abschnitts oder eines gesamten Bereichs des Markierungsfelds 310 zu erzeugen. Wie in 4A-4G gezeigt erfasst das Laserscansystem ein erstes Bild oder eine erste „Kachel“ 320 innerhalb des Markierungsfelds 310, das das FOV der Kamera 162 überspannt. Die erste Kachel 320 kann im Wesentlichen innerhalb des Markierungsfelds 310 zentriert sein. Zusätzliche Kacheln 320 werden über die erste Kachel erfasst, bis ein gewünschter Bereich des Markierungsfelds 310 abgebildet wird. Die Mehrzahl von Kacheln 320 wird digital zusammengesetzt, um ein zusammengesetztes Bild 325 eines gewünschten Abschnitts des Markierungsfelds 310 zu bilden, wie in 4G dargestellt. In dem Beispiel von 4A-4G werden die Kacheln in einer Reihenfolge erfasst, die sich von der Stelle der ersten Kachel herauswickelt; in anderen Ausführungsformen können die Kacheln jedoch Reihe für Reihe oder Spalte für Spalte erfasst werden.
  • Ein anderes Beispiel eines zusammengesetzten Bilds eines Markierungsfelds 310 mit einer Mehrzahl von zusammengefügten Kacheln 320, die drei Klemmen 315 darstellen, ist in 5A dargestellt. In einigen Ausführungsformen wird ein Sichtmodell, das zum Identifizieren von Werkstücken in einem zusammengesetzten Bild eines Markierungsfelds 310 verwendet wird, unter Verwendung eines Computermodells eines Werkstücks erstellt, zum Beispiel unter Verwendung von Computer-Aided-Design-Software (CAD). In anderen Ausführungsformen wird ein Sichtmodell, das zum Identifizieren von Werkstücken in einem zusammengesetzten Bild eines Markierungsfelds 310 verwendet wird, durch Analysieren eines repräsentativen Werkstücks (eines „Masters“) in einem ersten zusammengesetzten Bild eines Markierungsfelds 310 erstellt, das das repräsentative Werkstück enthält, beispielsweise die Klemme 315 in 5B. Kantendetektionstechniken oder andere Bildverarbeitungstechniken können verwendet werden, um das Sichtmodell des Werkstücks zu erzeugen, zum Beispiel ein Modell eines Umrisses mindestens eines Abschnitts des Werkstücks aus der Analyse des ersten zusammengesetzten Bilds des Markierungsfelds 310, das das repräsentative Werkstück enthält. Ein Sichtmodell einer Klemme 315 in 5B ist bei 330 dargestellt.
  • Nachdem das Sichtmodell eines bestimmten Werkstücks erstellt wurde, kann ein Benutzer ein Werkstück zur Lasermarkierung auf einer Bühne bzw. einem Gestell innerhalb eines Markierungsfelds 310 des Lasermarkiersystems platzieren. Das Werkstück muss nicht in einer bestimmten Ausrichtung ausgerichtet sein oder sich an einer bestimmten Stelle innerhalb des Markierungsfelds befinden. Ansprechend auf den Empfang von Anweisungen zum Lokalisieren eines Werkstücks und zur Lasermarkierung des Werkstücks mit einer gewünschten Markierung an einer gewünschten Stelle erfasst das Lasermarkiersystem mehrere Bildkacheln des Markierungsfelds 310 und versucht zu verifizieren, das ein im Markierungsfeld entdecktes Werkstück Merkmale aufweist, die mit dem eines zuvor erstellten oder vordefinierten Visionsmodells übereinstimmen. Wie in 6A gezeigt kann das Lasermarkierungssystem das Werkstück, z. B. die Klemme 315, mit dem zuvor erstellten Sichtmodell 330 identifizieren. Basierend auf der Ausrichtung des Sichtmodells 330 und einer Stelle innerhalb des Markierungsfelds 310, an der sich das Sichtmodell befindet, um mit den Merkmalen des Werkstücks übereinzustimmen, wird die Ausrichtung und die des physischen Werkstücks bestimmt. Die Position des physischen Werkstücks kann mit einem Fehlergrad von weniger als etwa 200 µm oder weniger als etwa 150 µm bestimmt werden. Aus der Bestimmung der Ausrichtung und Position des physischen Werkstücks wird eine Position und Ausrichtung einer gewünschten Markierung bestimmt, die auf dem Werkstück durch Laser zu markieren ist. Die Markierung wird an der gewünschten Stelle am Werkstück in der gewünschten Ausrichtung angebracht. In einigen Ausführungsformen kann ein Lasermarkierungssystem angewiesen werden, mehrere des gleichen Werkstücktyps innerhalb des Markierungsfelds 310 zu suchen und die mehreren Werkstücke in einem einzigen Vorgang zu identifizieren und zu markieren. In einigen Ausführungsformen kann ein Lasermarkierungssystem angewiesen werden, mehrere unterschiedliche Arten von Werkstücken innerhalb des Markierungsfelds 310 unter Verwendung unterschiedlicher Sichtmodelle zu suchen und die mehreren unterschiedlichen Arten von Werkstücken in einem einzigen Vorgang zu identifizieren und zu markieren.
  • Für eine zusätzliche Ausrichtungsgenauigkeit können zusätzlich zur Verwendung des Sichtmodells 330 zum Identifizieren der Stelle und Ausrichtung eines Werkstücks ein oder mehrere zusätzliche Merkmalsmodelle 335 auf das zusammengefügte zusammengesetzte Bild des Markierungsfelds 310 einschließlich des Werkstücks angewendet werden, um die Position des einen oder der mehreren zusätzlichen Merkmale an dem physischen Werkstück zu identifizieren. Die Kenntnis der Position des einen oder der mehreren zusätzlichen Merkmale an dem physischen Werkstück kann verwendet werden, um die Positions- und Ausrichtungsbestimmung zu verfeinern, die durch Anwenden des Sichtmodells 330 auf das zusammengefügte zusammengesetzte Bild des Markierungsfelds 310 einschließlich des Werkstücks durchgeführt wird. 6B zeigt zwei zusätzliche Merkmalsmodelle 335, die zum Identifizieren der Stelle von zwei zusätzlichen Merkmalen der Klemme verwendet werden. Die Verwendung des einen oder der mehreren zusätzlichen Merkmalsmodelle 335 in Verbindung mit dem Sichtmodell 330 zum Bestimmen eines Ortes und einer Ausrichtung des Werkstücks kann die Genauigkeit der Positions- und Ausrichtungsbestimmung auf zwischen etwa 25 µm und etwa 50 µm erhöhen. Die zusätzlichen Merkmalsmodelle können erzeugt und verwendet werden, um die Stelle des einen oder der mehreren zusätzlichen Merkmale des Werkstücks unter Verwendung einer Multi-Model-Registration-Technik zu identifizieren, wie sie in dem mitbesitzten US-Patent Nr. 8,000,831 mit dem Titel MULTI MODEL REGISTRATION (MMR) FOR A GALVONOMETER AND LASER SYSTEM beschrieben ist, das hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen ist.
  • FIG. 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Vollfeldbilds in einem Lasermarkierungssystem. In dem Flussdiagramm von 7 sind Vorgänge, die automatisiert werden können, in Ovalen dargestellt und Vorgänge, die manuell ausgeführt werden können, sind in Rechtecken dargestellt.
  • Eine erste Reihe von Vorgängen in dem Verfahren beinhaltet das Markieren einer Kalibrierungsplatte, um ein vordefiniertes Kalibrierungsmuster auf einer flachen Fläche bzw. Oberfläche zu bilden (8A). Diese Vorgänge umfassen das Bewegen der Galvospiegel 124A und 124B in eine Ausgangsposition (beliebige X-, Y-Koordinaten 0,0), das Platzieren einer nicht markierten Kalibrierungsplatte (zum Beispiel einer Metallplatte) auf dem Gestelle des Lasermarkierungssystems, und das Bewegen des Gestells in eine Markierungsposition (Arbeitsabstand des Lasers), falls es nicht bereits in der Markierungsposition ist. Die Markierungsparametereinstellungen, zum Beispiel die Laserintensität und die Markierungsgeschwindigkeit, werden zum Beispiel basierend auf einem Material der Markierungsplatte eingestellt. Ein Kalibrierungsmuster, beispielsweise ein Array von Punkten, wird dann auf die Kalibrierungsplatte lasermarkiert. Kameraparameter, zum Beispiel Fokus, Verstärkung und/oder Ausrichtung, und Beleuchtungsparameter, zum Beispiel Helligkeit, werden nach Bedarf eingestellt, so dass das markierte Kalibrierungsmuster für die Kamera des Lasermarkiersystems deutlich sichtbar ist.
  • Als Nächstes wird eine Kamerakalibrierung an der Mitte des Markierungsfelds generiert. Eine Bedienperson weist das Lasermarkierungssystem an, eine Kalibrierungsoperation durchzuführen, und das System erzeugt einen Indikator, beispielsweise ein Fadenkreuz, das einem Bild der Kalibrierungsplatte auf einer Anzeige des Systems überlagert wird, und stellt die Stelle des Indikators ein, um den Ursprung des kalibrierten Bilds anzugeben (8B.) Der Benutzer kann verschiedene Stellen oder Markierungen an der Kalibrierungsplatte angeben, um zu bestätigen, dass sich der Indikator zuverlässig zu der angegebenen Position bewegt, um die Erstkalibrierung zu verifizieren. Wenn der Indikator die vom Benutzer bereitgestellten Angaben nicht zuverlässig verfolgt, können die Markierungsparameter und/oder Kamera- und Beleuchtungsparameter angepasst werden und die Erstkalibrierung erneut durchgeführt werden. Aus der Erstkalibrierung generiert und zeichnet das System eine Datendatei mit Parametern, die zum Konvertieren zwischen Kamerapixeln und realen Millimetern in der Markierungsebene verwendet werden, und eine andere Datendatei auf, die den Winkel zwischen der Kamera und dem Markierungsfeld definiert.
  • In einem nächsten Satz von Vorgängen wird ein Kalibrierungsindikator, beispielsweise eine Kalibrierungskreuzform zur Kamera-zu-Laser-Kalibrierung trainiert. Das Kalibrierungskreuz ist ein Merkmal, das zuvor auf der Kalibrierungsplatte markiert wurde, beispielsweise an Koordinaten (25, 0). Ein Bild eines der Kalibrierungskreuze auf der markierten Kalibrierungsplatte wird in einer Anzeige des Systems angezeigt (8C.). Ein Benutzer definiert die Größe und Form des Kalibrierungskreuzes durch Einstellen der Größe einer Trainingsbox, die dem Bild des Kalibrierungskreuzes überlagert wird, und durch Definieren des Mittelpunkts des Kalibrierungskreuzes unter Verwendung eines Fadenkreuzes oder eines anderen Indikators. Der Benutzer weist das System an, ein Sichtmodell basierend auf der definierten Größe und Position des Kalibrierungskreuzes zu generieren. Der Benutzer kann die Stabilität des Modelltrainings bestätigen, indem er das System anweist, das Kalibrierungskreuz mehrmals zu finden und zu verifizieren, dass das System das Kalibrierungskreuz an der richtigen Stelle in der Anzeige findet und anzeigt.
  • Dann wird eine Kamera-zu-Laser-Feldkalibrierung durchgeführt, bei der eine Korrektur der Linsenverzerrung über das gesamte Lasermarkierungsfeld erzeugt wird. Der Benutzer weist das Lasermarkierungssystem an, die Kamera-zu-Laser-Feldkalibrierung durch Drücken eines entsprechenden Buttons auf der Benutzeroberfläche des Systems, beispielsweise eines „Kalibrieren“-Buttons, durchzuführen. Das System bewegt die Laser-Galvospiegel zu jeder der Kalibrierungskreuzpositionen auf der Markierungsplatte, beispielsweise zu 24 verschiedenen Kalibrierungskreuzpositionen. An jeder Galvoposition erfasst die Systemkamera ein Bild (8D) und bestimmt die genaue Stelle jedes Kalibrierungskreuzes. Basierend auf den ermittelten Stellen jedes der Kalibrierungskreuze generiert und zeichnet das System eine Polynomialgleichung auf, die die Unterschiede zwischen erwarteten und tatsächlichen Galvopositionen definiert, an denen sich die Kalibrierungskreuze befanden, die eine genaue Abbildung über das Markierungsfeld ermöglicht. Der maximale „Rest“, der den am wenigsten genauen Kalibrierungspunkt angibt, wird berechnet und überprüft, um sicherzustellen, dass er nicht größer als ein vordefinierter Maximalwert ist, typischerweise 0,050 mm oder weniger.
  • Eine Vollfeldkalibrierungsplatte wird dann markiert. Eine nicht markierte Platte wird in dem Lasermarkierungsfeld platziert, und die Platte und/oder Laserposition wird bzw. werden nach Bedarf angepasst, um die Platte im Laserarbeitsabstand (Laserfokusabstand) zu platzieren. Markierungsparametereinstellungen werden nach Bedarf angepasst und die Kalibrierungsplatte wird zum Beispiel mit einem Array von Punkten markiert. Die Kamera- und Beleuchtungseinstellungen werden so angepasst, dass die Punkte deutlich sichtbar sind (8E).
  • Dann wird eine Vollfeldbildkalibrierung generiert. Der Benutzer weist das System an, die Vollfeldkalibrierung durchzuführen, indem er in der Benutzeroberfläche des Systems einen „Kalibrieren“-Button oder einen anderen Befehlsinidkator wählt. Ein Laserzielindikator, beispielsweise ein Fadenkreuz, wird in einer Anzeige des Systems einem Bild der markierten Kalibrierungsplatte überlagert. Das System passt die Position des Fadenkreuzes an, um den Ursprung des kalibrierten Bilds anzugeben. Der Benutzer kann die Kalibrierungsgenauigkeit überprüfen, indem er eine Maus oder ein anderes Zeigegerät verwendet, um verschiedene Stellen auf dem Bild der markierten Kalibrierungsplatte auszuwählen, und überprüft, dass sich der Laserzielindikator zuverlässig zu den ausgewählten Stellen bewegt. Aus der Vollfeldbildkalibrierung generiert und zeichnet das System eine Datendatei zur Konvertierung zwischen Vollfeldbildpixeln und realen Millimetern in der Markierungsebene des Lasermarkiersystems auf.
  • Nachdem oben mehrere Aspekte von mindestens einer Ausführungsform beschrieben worden sind, ist ersichtlich, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich sind. Derartige Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen sollen Teil dieser Offenbarung sein und sollen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen. Es versteht sich, dass Ausführungsformen der hier erörterten Verfahren und Vorrichtungen in ihrer Anwendung nicht auf die Details der Konstruktion, der Abmessungen oder der Anordnung der Komponenten beschränkt sind, die in der vorstehenden Beschreibung dargelegt oder in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die Verfahren und Vorrichtungen können in anderen Ausführungsformen implementiert werden und können auf verschiedene Weise praktiziert oder ausgeführt werden. Beispiele spezifischer Implementierungen werden hier nur zu Veranschaulichungszwecken bereitgestellt und sollen nicht einschränkend sein. Die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie dient ebenfalls der Beschreibung und sollte nicht als einschränkend betrachtet werden. Die Verwendung von „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“, „einschließen“ und Variationen davon soll die danach aufgeführten Gegenstände und Äquivalente davon sowie zusätzliche Gegenstände umfassen. Verweise auf „oder“ können als inklusiv ausgelegt werden, so dass jegliche mit „oder“ beschriebenen Begriffe einen eines einzelnen, mehr als einen und alle beschriebenen Begriffe angeben können. Jegliche Verweise auf vorne und hinten, links und rechts, Oberseite und Unterseite, oben und unten sowie vertikal und horizontal dienen der Vereinfachung der Beschreibung und beschränken die vorliegenden Systeme und Verfahren oder ihre Komponenten nicht auf irgendeine positionelle oder räumliche Ausrichtung. Dementsprechend sind die vorstehende Beschreibung und die Zeichnungen nur exemplarisch.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62581929 [0001]
    • US 8000831 [0039]

Claims (13)

  1. Lasermarkierungssystem (100, 100'), umfassend: einen Laser (140); eine Bildaufnahmevorrichtung (162); einen Markierungskopf (120) einschließlich elektromagnetischer Energiedeflektoren (124A, 124B, 170) und mindestens einer Linse (136), wobei ein Strahlengang des Lasers (140) und ein Strahlengang der Bildaufnahmevorrichtung (162) beide durch die mindestens eine Linse (136) verlaufen; und ein Computersystem (150), das zum Durchführen folgender Schritte eingerichtet ist: Einstellen der elektromagnetischen Energiedeflektoren (170, 124A, 124B), um den Strahlengang der Bildaufnahmevorrichtung (162) auf mehrere unterschiedliche Stellen innerhalb eines Markierungsfelds (310) des Lasermarkierungssystems (100, 100') zu richten; Aufnehmen von Bildkacheln (320) an jeder der mehreren unterschiedlichen Stellen mit der Bildaufnahmevorrichtung (162); Zusammenfügen der Bildkacheln (320), um ein zusammengesetztes Bild (325) des Markierungsfelds (310) zu erzeugen; Identifizieren einer Stelle und Ausrichtung eines Bilds eines Werkstücks (X, 315) innerhalb des zusammengesetzten Bilds (325) des Markierungsfelds (310); Bestimmen einer Stelle und Ausrichtung einer Markierung, die auf das Werkstück (X, 315) aufzubringen ist, basierend auf der Stelle und Ausrichtung des Bilds des Werkstücks innerhalb des zusammengesetzten Bilds (325) des Markierungsfelds (310); und Aufbringen der Markierung auf das Werkstück (X, 315) mit dem Laser (140).
  2. Lasermarkierungssystem (100, 100') nach Anspruch 1, wobei das Computersystem (150) eingerichtet ist, die Stelle und Ausrichtung des Bilds des Werkstücks (315) innerhalb des zusammengesetzten Bilds (325) des Markierungsfelds (310) durch Anwenden eines Bildmodells des Werkstücks (315) auf das zusammengesetzte Bild (325) zu identifizieren.
  3. Lasermarkierungssystem (100, 100') nach Anspruch 2, wobei das Computersystem (150) ferner eingerichtet ist, das Bildmodell aus einem zusammengesetzten Bild (325) des Markierungsfelds (310) einschließlich eines Bilds eines Master-Werkstücks zu erstellen.
  4. Lasermarkierungssystem (100, 100') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Computersystem (150) ferner eingerichtet ist, eine Stelle eines oder mehrerer zusätzlicher Merkmale des Bilds des Werkstücks (315) unter Verwendung eines oder mehrerer zusätzlicher Merkmalsmodelle zu identifizieren.
  5. Lasermarkierungssystem (100, 100') nach Anspruch 4, wobei das eine oder die mehreren zusätzlichen Merkmalsmodelle Multi-Model-Registration-Merkmalsmodelle enthalten.
  6. Lasermarkierungssystem (100, 100') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Computersystem (150) ferner eingerichtet ist, Stellen und Ausrichtungen von Bildern mehrerer unterschiedlicher Arten von Werkstücken innerhalb des zusammengesetzten Bilds (325) des Markierungsfelds (310) zu identifizieren und die mehreren unterschiedlichen Arten von Werkstücken mit dem Laser (140) in einem einzigen Durchlauf zu markieren.
  7. Lasermarkierungssystem (100, 100') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Computersystem (150) eingerichtet ist, die Stelle und die Ausrichtung des Bilds des Werkstücks (315) innerhalb des zusammengesetzten Bilds (325) des Markierungsfelds (310) zu identifizieren, ohne dass das Werkstück in einer Halterung gehalten wird.
  8. Lasermarkierungssystem (100, 100') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Computersystem (150) eingerichtet ist, die Stelle und die Ausrichtung des Bilds eines Werkstücks (315) mit Abmessungen, die größer als ein Sichtfeld (305) der Bildaufnahmevorrichtung (162) sind, innerhalb des zusammengesetzten Bilds (325) des Markierungsfelds (310) zu identifizieren.
  9. Lasermarkierungssystem (100, 100') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend einen dichroitischen Spiegel (170), der sowohl in dem Strahlengang des Lasers (140) als auch in dem Strahlengang der Bildaufnahmevorrichtung (162) angeordnet ist.
  10. Lasermarkierungssystem (100, 100') nach Anspruch 9, wobei der Laser (140) konfiguriert ist, einen Laserstrahl bei einer Frequenz zu erzeugen, bei der der dichroitische Spiegel (170) im Wesentlichen transparent ist.
  11. Lasermarkierungssystem (100, 100') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Aufnehmen von Bildkacheln (320) umfasst: Aufnehmen der Bildkacheln (320), in einer nach außen spiralförmigen Reihenfolge von der Stelle der ersten Bildkachel (320); zeilenweises Aufnehmen der Bildkacheln (320); oder spaltenweises Aufnehmen der Bildkacheln (320).
  12. Lasermarkierungssystem (100, 100') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Computersystem (150) ferner eingerichtet ist, um ein Sichtmodell zu erzeugen, das zum Identifizieren von Werkstücken (315) in dem zusammengesetzten Bild (325) verwendet wird, indem ein repräsentatives Werkstück in einem ersten zusammengesetzten Bild analysiert wird.
  13. Lasermarkierungssystem (100, 100') nach Anspruch 12, wobei das Computersystem (150) ferner eingerichtet ist, um zu überprüfen, ob ein im Markierungsfeld (310) erkanntes Werkstück (315) Merkmale aufweist, die mit denen des Sichtmodells übereinstimmen.
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