激光打标设备和对基底进行激光打标的方法技术

一种通过沿着光程扫描激光束（１２）给相对运动的基底（１７）打标的设备（９），所述光程总体上限定为一个终止于基底（１７）的长度，在打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备（９）包括：一个用于产生激光束（１２）的激光源（１０）；一个物镜（１４），其具有被放置在光程上的一个表面以便把激光束（１２）导引到基底（１７）上；在光程上的一个扫描器（１３），其用于将激光束（１２）扫过所述物镜（１４）的所述表面，以便于所述物镜（１４）在所述物镜（１４）的所述表面上产生一个可变象距；以及一个控制器（１９），其用于使扫描器（１３）与基底（１７）的运动同步，所述控制器（１９）包括一个用于确定基底（１７）运动第一分量的编码器（２３）以及具有其中所存储的表示基底（１７）运动第二分量数据的存储器（２１），所述控制器（１９）将所述第一和第二分量组合以驱动所述扫描器（１３），其中所述可变象距精密地符合所述光程长度的变化，借此当激光束（１２）被扫描经过基底（１７）时其被维持在所要求的打标距离上。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
激光打标设备本专利技术涉及一种激光打标设备。更具体地，它涉及用于将基底如带有日期代码、批号和相关信息等的标签打标，来允许制造商跟踪产品。典型地，这样的打标系统被用来在所要求的基底上打上字母-数字字符标号，不管所述的基底是产品本身、应用在产品中的标签还是产品装运所用的包装。在典型的激光打标设备中，被打印的表面被移动经过激光束，所述激光束以一种方式被扫描经过打印表面以施加字母-数字字符。将要被打标的表面应该这样移动，以致于它总是处于打标系统的景深(焦平面)之内。对于为平面的典型表面，光学系统可以预先被设置成或者被自动调节成可以维持一个特定的景深，以便于可以在其上打上高质量的字符标号。然而，当目标的运动或目标的曲率使所述表面移进且移出焦平面时，被打印字符的质量下降。这可以导致字符在高度、间距及/或模糊等的变化，使代码难以或无法阅读。显然地，当所打标的信息涉及如工厂地点、日期代码及批号等重要信息时，上述现象是无法接受的。在美国专利号5,734,412中公开了一种扫描类型激光打标设备的一个实例。如其中所举例说明，包括激光器、扫描器及透镜的激光打标设备被应用于在工作件上打上字符标号，所述工作件被传送经过扫描激光束。所述工作件为平面并且所要求的就是：当激光束被扫描经过工作件时，要维持到工作件的一个恒定景深，以便于产生所要求的标记。对于不是平面及或具有距离光学系统的可变焦距的工作件或基底，所述的这样设备将存在质量问题。在这种情况下，在基底上的标记将变得模糊、在高度或间距上变化并且可能无法阅读，从而使字符在使用中令人不满意。在激光扫描系统中的焦距及其校正等题目在美国专利号5,754,328中相当详细地加以讨论。它将激光扫描系统分成三种类型；物镜扫描器、物镜前扫描器和物镜后扫描器。US-A-5,754,328举例说明了物镜扫描器，其利用一个简单的透镜来把一束光聚焦到工作件或部件上。扫描是既可以通过移动透镜又-->可以通过移动部件来完成。这样的系统不提供对焦距的任何校正。US-A-5,754,328举例说明了一个物镜前扫描器，其应用一个移动的镜面反射(mirrored)表面，典型地是一个振镜或旋转镜面反射多面体来把激光束反射到透镜上。然后所述透镜把光束聚焦到工作件上。如US-A-5,754,328所指出，物镜前扫描的优点在于其高速度及其具有平坦范围的图象的能力。缺点包括透镜有些复杂。再次重复，物镜前扫描器典型地用于平坦的工作件。US-A-5,754,328讨论了物镜后扫描器，其中在光束经过透镜之后才发生扫描。这种物镜后装置使激光束极佳地沿着一个弧线聚焦，而焦点没有对准到工作件的平面表面上的各个点上。US-A-5,754,328基本上描述了对物镜后扫描器类型的改进，因为它公开了一种用于象散地校正扫描的方法和装置，以便于光束沿着工作件的平面表面被聚焦。这一改进部分地包括：在扫描进程之前，在一个“中-物镜扫描器系统”中将物镜倾斜一个角度α。在激光束到达焦点之前，通过采用一个具有规定曲率半径的凹透镜，所述激光束再次被弯折90°。所述曲率半径在要被打标的工作件图象平面内将曲率范围校正，导致一个平的深度范围以便在平面工作件上打标。虽然US-A-5,754,328公开了被扫描激光束深度范围的变化，但是它提供了一种显著不同于弓形工作件如瓶子、罐子以及被贴到横截面基本上为圆柱形的瓶子上的标签所需要的可变焦距范围的解决方案。US-A-5,754,328还提出了其它议题，是当工作件正在被打标时，如果工作件沿着传输带或输送轮保持运动则出现所述的这些议题。根据本专利技术的第一方面，提供有一种通过沿着光程扫描激光束给相对运动的基底打标的设备，所述光程总体上限定为一个终止于基底的长度，在打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备包括：一个用于产生激光束的激光源；一个物镜，其具有被放置在光程上的一个表面以便把激光束导引到基底上；在光程上的一个扫描器，其用于将激光扫过所述物镜的所述表面，以便于所述物镜在所述物镜的所述表面上产生一个可变象距；以及一个控制器，其用于使扫描器与基底的运动同步，所述控制器包括一个用于确定基底运动第一分量的编码器以及具有其中所存储的表示基底运动第二分量数据的存储器，所述控制器将所述第一和第二分量组合以驱动所述扫描器，其中所述可变-->象距精密地符合所述光程长度的变化，借此当激光束被扫描经过基底时其被维持在所要求的打标距离。根据本专利技术的第二方面，提供有一种扫描类型的激光打标设备，所述设备通过导引激光束沿着光程给相对运动的基底打标，所述光程总体上限定为一个终止于基底的长度，在基底上打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备包括：一个用于产生激光束的激光源；一个在光程上的物镜，其用来将激光束导引到基底上并且限定象距；用于根据光学处方来调节所述透镜象距的装置；以及一个控制器，其用于使所述调节装置与基底的运动同步，所述控制器包括一个用于确定基底运动第一分量的编码器以及具有其中所存储的表示基底运动第二分量数据的存储器，所述控制器将所述第一和第二分量组合以驱动所述调节装置，借此在基底上的整个打标过程中，激光束基本上维持着在基底上聚焦。根据本专利技术的第三方面，提供有一种扫描类型的激光打标设备，所述设备通过导引激光束沿着光程给相对运动的基底打标，所述光程总体上限定为一个终止于基底的长度，在基底上打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备包括：一个在光程开始处用于发射激光束的激光源；一个在光程上用于偏转激光束的光扫描器；一个在光程上用于接收偏转的激光束的物镜，所述物镜具有符合所述光程长度变化的光学规定；以及一个用于使光扫描系统与基底的运动同步的控制器，所述控制器包括一个用于确定基底运动第一分量的编码器以及具有其中所存储的表示基底运动第二分量数据的存储器，所述控制器将光扫描器的所述第一和第二分量组合，借此在基底上的整个打标过程中，激光束被聚焦到基底上。根据本专利技术的第四方面，提供有一种给相对运动的基底打标的方法，其包括下述步骤：产生激光束；沿着光程扫描激光束，所述光程总体上限定为一个终止于基底的长度，在打标时所述光程的长度发生变化；将激光束导引到基底上，其包括扫描激光束扫过放置在光程上的一个物镜表面、扫过精密地符合所述光程长度变化的物镜表面产生一个可变象距、以及当激光束被扫描经过基底时将激光束维持在一个所要求的打标距离上；以及将导引激光束的步骤与基底的运动同步，其包括利用一个编码器确定基底所述运动的第一分量、存储表示基底-->所述运动第二分量的数据、以及将所述第一和第二分量组合用于导引激光束。在本专利技术的实施例中，公开了一个物镜前打标机，其中激光束由一个光扫描器如镜面、镜面反射多面体表面或声光偏转器来扫描，激光束扫过光元件如球面透镜的表面。从所述的透镜，激光束被扫描到要被打标的工作表面上，所述表面相对于透镜在移动并且其距透镜具有可变的象距，这是由于例如这样的事实，即工作表面被安装在一个弓形表面上，当其作为例如一个贴标设备旋转时，其横向于透镜移动。为了与所述表面到打标设备光学系统的可变象距相匹配，透镜作为所要求的象距变化的函数被倾斜。结果产生激光打标器的一个可变景深，如果所述景深精密地与可变象距相匹配，则导致在工作表面或基底上打印出高质量的字母-数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备（９），其通过沿着总体上限定为一个终止于基底（１７）的长度的光程用激光束（１２）扫描来对相对运动的基底（１７）进行打标，在打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备（９）包括：一个用于产生激光束（１２）的激光源（１０）；一个物镜（１４），其具有被放置在光程上的一个表面以便把激光束（１２）导引到基底（１７）上；在光程上的一个扫描器（１３），其用于将激光束（１２）扫过所述物镜（１４）的所述表面，以便于所述物镜（１４）在所述物镜的所述表面上产生一个可变象距；以及一个控制器（１９），其用于使扫描器（１３）与基底（１７）的运动同步，所述控制器（１９）包括一个用于确定基底（１７）运动第一分量的编码器（２３）以及具有其中所存储的表示基底（１７）运动第二分量数据的存储器（２１），所述控制器（１９）将所述第一和第二分量组合以驱动所述扫描器（１３），其中所述可变象距精密地符合所述光程长度的变化，借此当激光束（１２）被扫描经过基底（１７）时其被维持在所要求的打标距离。

【技术特征摘要】
US 1999-10-15 09/418,743;US 2000-6-30 09/608,3151.一种设备(9)，其通过沿着总体上限定为一个终止于基底(17)的长度的光程用激光束(12)扫描来对相对运动的基底(17)进行打标，在打标时所述光程的长度发生变化，所述打标设备(9)包括：一个用于产生激光束(12)的激光源(10)；一个物镜(14)，其具有被放置在光程上的一个表面以便把激光束(12)导引到基底(17)上；在光程上的一个扫描器(13)，其用于将激光束(12)扫过所述物镜(14)的所述表面，以便于所述物镜(14)在所述物镜的所述表面上产生一个可变象距；以及一个控制器(19)，其用于使扫描器(13)与基底(17)的运动同步，所述控制器(19)包括一个用于确定基底(17)运动第一分量的编码器(23)以及具有其中所存储的表示基底(17)运动第二分量数据的存储器(21)，所述控制器(19)将所述第一和第二分量组合以驱动所述扫描器(13)，其中所述可变象距精密地符合所述光程长度的变化，借此当激光束(12)被扫描经过基底(17)时其被维持在所要求的打标距离。2.根据权利要求1所述的设备，其还包括一个产品探测器(1)，当所述基底(17)进入由所述光程的运动范围所定义的目标区域时，所述产品探测器(11)用于通知所述控制器(19)。3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述第一分量是第一旋转分量且表示基本上横切于所述光程的一个弓形路径(A)的运动，以及其中所述第二分量是第二旋转分量且表示沿着距所述弓形路径(A)距离发生变化的路径(C)的附加旋转运动，所述编码器(23)仅探测所述第一分量，并且在所述存储器(21)中的所述数据包括用于补偿所述第二分量的校正系数。4.根据权利要求3的设备，其中所述基底(17)进一步由所有沿着输送轮(33)圆周旋转地安装的多个输送器(32)中的一输送器(32)来支撑，其中所述弓形路径(A)基本上与所述圆周同心运行，其中所述第一分量表示所述输送轮(33)围绕所述输送轮(33)中心(37)的旋转，并且其中所述第二分量表示每个所述输送器(32)围绕其自身旋转中心(35)的旋转。5.根据前述权利要求中任何一项的设备，其中所述第一和第二分量被转化成电压增益系数来改变用于驱动所述扫描器(130)的电压。6.根据前述权利要求中任何一项的设备，其中所述第一分量包括基底(17)的位置和速度系数。7.根据前述权利要求中任何一项的设备，其中所述物镜(14)基本上为球形，并且通过参照所述激光束(12)的光轴(47)将物镜(14)倾斜一个对应于所述光程长度变化的量，产生所述可变象距(图4和5)。8.根据权利要求1至6任何一项的设备，其中所述物镜(14)为球形，并且通过采用透镜(14)的光学处方产生可变象距，所述的光学处方精密地符合所...

【专利技术属性】
技术研发人员：DJ瑞安，
申请(专利权)人：马科尼数据系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]