一种激光打标装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光打标装置及方法，包括：样品臂光路系统、探测光路系统和参考臂光路系统；所述样品臂光路系统包括：打标光源、第一准直透镜、二维振镜组、半反半透镜、平场聚焦镜、载物台和第一驱动模块；所述参考臂光路系统包括第一光纤接头、第三准直透镜、会聚透镜和反射镜；所述探测光路系统包括第二光纤接头、第二准直透镜、探测光源、光纤耦合器、光电探测器和电脑处理终端。本发明专利技术基于干涉原理和光学相干层析技术，提取样品上待打标点的深度位置，实时监测对焦，驱动载物台纵向移动，追踪焦平面进行打标，装置光路简单，耗能较低，自动化程度高，准确率较高，有效提高激光打标的生产效率和生产质量。

A Laser Marking Device and Method

The invention discloses a laser marking device and method, which comprises a sample arm optical path system, a detection optical path system and a reference arm optical path system; the sample arm optical path system includes a marking light source, a first collimating lens, a two-dimensional galvanometer group, a semi-reflective half-lens, a flat-field focusing lens, a carrier and a first driving module; the reference arm optical path system comprises a first optical fiber joint, a first collimating lens, a two-dimensional galvanometer group, a half-reflective half-lens, a flat-field focusing lens, The detection optical system includes a second optical fiber joint, a second collimating lens, a detection light source, an optical fiber coupler, a photodetector and a computer processing terminal. Based on interferometric principle and optical coherence tomography technology, the invention extracts the depth position of the point to be marked on the sample, monitors the focusing in real time, drives the vehicle platform to move longitudinally, traces the focal plane for marking. The device has simple optical path, low energy consumption, high automation, high accuracy, and effectively improves the production efficiency and production quality of laser marking.

【技术实现步骤摘要】
一种激光打标装置及方法
本专利技术涉及激光打标
，更具体地说涉及一种激光打标装置及方法。
技术介绍
激光打标机的原理是，由激光器产生的激光经机体的一套光学系统进入激光打标头，由激光打标头指引激光光束穿过聚焦镜汇聚成一个高能量密度的光点之后与样品相互作用，在其表面打出各种文字、符号、图案及条形码，以制作永久性标记、商标、工艺品等。在打标之前，需要将样品的待标记平面置于激光打标机聚焦镜的焦平面上，才能保证标记的图形清晰，从而得到最佳打标效果，所以需要移动样品寻找焦平面的位置所在，一般称此过程为定焦或对焦。现有的定焦方式主要有以下三种。第一种方法是人工调整，先将一张金属片放置在样品表面，一边标刻一边通过机械式手轮调整升降立柱，改变场镜与样品之间的距离来找焦点，声音最响亮、标刻效果最佳的位置，即为打标焦点。这种调整方式费时费力，调节精度差，调节不方便，易使得设备出现离焦，更重要的是人工调整的水平是因人而异的，很难使打标质量保持一致。第二种方法是预先获得待标记物体的三维信息，通过物体三维信息进行焦距的调整，这种调整方式虽然能够做到自动调整焦距，但具有局限性，一方面，在需要标记的物体三维信息不清楚的情况下，这种调焦方式并不能实现；另一方面，这种方式工序复杂，且效率不高。第三种方法是采用可视光源或超声波来指示激光焦点位置，进而实现对焦，该方法只能确定打标的初始位置，在打标过程中不能实时对焦，因此对于打标结构不平稳的样品，调节精度仍不够高，会影响打标质量和生产效率。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种激光打标装置及方法，利用干涉信号提取打标位置的深度信息，实时监测和定位待打标点。本专利技术解决其技术问题的解决方案是：一种激光打标装置，包括：样品臂光路系统、探测光路系统和参考臂光路系统；所述样品臂光路系统包括：打标光源、第一准直透镜、二维振镜组、半反半透镜、平场聚焦镜、载物台和第一驱动模块，所述载物台用于放置样品，所述第一驱动模块用于驱动载物台纵向移动；所述参考臂光路系统包括第一光纤接头、第三准直透镜、会聚透镜和反射镜，所述第一光纤接头、第三准直透镜、会聚透镜和反射镜光线连接，并沿着光线入射的方向依次排列；所述探测光路系统包括第二光纤接头、第二准直透镜、探测光源、光纤耦合器、光电探测器和电脑处理终端；所述打标光源、第一准直透镜和二维振镜组光线连接，所述半反半透镜将所述二维振镜组的反射光透射至平场聚焦镜中，经过平场聚焦镜聚焦后的光束射向样品；所述光纤耦合器分别与第一光纤接头、第二光纤接头、探测光源和光电探测器通过光纤连接，所述光电探测器和电脑处理终端电连接；所述探测光源发出的光束进入光纤耦合器后，被分成第一光束和第二光束，所述第一光束进入第二准直透镜，所述第二光束进入第三准直透镜；所述半反半透镜以45°的入射角反射所述第二准直透镜的出射光，并将其反射至平场聚焦镜上进行聚焦，聚焦后的第一光束与样品接触，并在样品的表面发生反射，反射光沿原路返回光纤耦合器；所述光电探测器用于捕捉产生在光纤耦合器中的干涉信号，并将其转换成电信号传递给电脑处理终端；所述电脑处理终端根据迈克尔逊干涉仪干涉原理将所述电信号进行处理，根据处理结果通过第一驱动模块驱动载物台纵向移动。进一步，所述探测光路系统还包括分光镜和光功率计，所述分光镜以入射角45°对第二准直透镜平行后的出射光进行透射和反射，其中将所述出射光的一部分透射到所述半反半透镜，将所述出射光的另一部分反射到所述光功率计。进一步，探测光路系统还包括光学环形器和第三光纤接头，所述光学环形器分别与探测光源、光纤耦合器和第三光纤接头通过光纤连接。进一步，所述探测光路系统还包括高通滤波器，所述高通滤波器分别与所述光电探测器和电脑处理终端电连接。进一步，所述探测光源为宽带低相干光源。进一步，一种激光打标方法，利用所述的一种激光打标装置，所述方法包括：所述探测光源发出的光束经光纤耦合器分光，分成第一光束和第二光束；所述第一光束经过第二准直透镜准直平行后，射向入射角为45°的半反半透镜，半反半透镜将第一光束反射到平场聚焦镜上进行聚焦，聚焦后的第一光束与样品接触并在样品表面发生反射，反射光沿原路返回光纤耦合器；所述第二光束经过第三准直透镜准直平行后，透过会聚透镜后射向反射镜，反射镜和会聚透镜线性移动使得第二光束的传播光程线性改变，所述第二光束经反射镜反射后带有光程参照信息沿原路返回光纤耦合器；返回光纤耦合器的第一光束和第二光束发生干涉，产生干涉信号峰，所述光电探测器捕捉所述干涉信号，并将其转换成电信号传递给电脑处理终端；所述电脑处理终端根据迈克尔逊干涉仪干涉原理将所述电信号进行处理，得到样品上的待打标点与焦平面的距离，控制第一驱动模块纵向调整载物台的高度，使样品上待打标点位于所述焦平面；所述打标光源发出激光，所述激光经过第一准直透镜准直平行后，射向二维振镜组，所述半反半透镜将所述二维振镜组的反射激光透射至平场聚焦镜中，经过平场聚焦镜聚焦后的激光射向样品，对样品上的待打标点进行打标。进一步，所述第二光束的传播光程线性改变的方法包括：线性改变反射镜与第三准直透镜之间的距离，所述反射镜和会聚透镜同步运动。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于干涉原理和光学相干层析技术，提取样品上待打标点的深度位置，实时监测对焦，驱动载物台纵向移动，追踪焦平面进行打标，装置光路简单，耗能较低，自动化程度高，准确率较高，有效提高激光打标的生产效率和生产质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的整体流程示意图；图3是检测所得干涉信号对应的信号强度和深度位置的曲线示意图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本专利技术创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。实施例1，参照图1，一种激光打标装置，包括：样品臂光路系统100、探测光路系统200和参考臂光路系统300；所述样品臂光路系统100包括：打标光源110、第一准直透镜120、二维振镜组130、半反半透镜140、平场聚焦镜150、载物台170和第一驱动模块180，所述载物台170用于放置样品190，所述第一驱动模块180用于驱动载物台170纵向移动；所述参考臂光路系统300包括第一光纤接头310、第三准直透镜320、会聚透镜330和反射镜340，所述第一光纤接头310、第三准直透镜320、会聚透镜330和反射镜340光线连接，并沿着光线入射的方向依次排列；所述探测光路系统200包括第二光纤接头210、第二准直透镜220、探本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光打标装置，其特征在于，包括：样品臂光路系统、探测光路系统和参考臂光路系统；所述样品臂光路系统包括：打标光源、第一准直透镜、二维振镜组、半反半透镜、平场聚焦镜、载物台和第一驱动模块，所述载物台用于放置样品，所述第一驱动模块用于驱动载物台纵向移动；所述参考臂光路系统包括第一光纤接头、第三准直透镜、会聚透镜和反射镜，所述第一光纤接头、第三准直透镜、会聚透镜和反射镜光线连接，并沿着光线入射的方向依次排列；所述探测光路系统包括第二光纤接头、第二准直透镜、探测光源、光纤耦合器、光电探测器和电脑处理终端；所述打标光源、第一准直透镜和二维振镜组光线连接，所述半反半透镜将所述二维振镜组的反射光透射至平场聚焦镜中，经过平场聚焦镜聚焦后的光束射向样品；所述光纤耦合器分别与第一光纤接头、第二光纤接头、探测光源和光电探测器通过光纤连接，所述光电探测器和电脑处理终端电连接；所述探测光源发出的光束进入光纤耦合器后，被分成第一光束和第二光束，所述第一光束进入第二准直透镜，所述第二光束进入第三准直透镜；所述半反半透镜以45°的入射角反射所述第二准直透镜的出射光，并将其反射至平场聚焦镜上进行聚焦，聚焦后的第一光束与样品接触，并在样品的表面发生反射，反射光沿原路返回光纤耦合器；所述光电探测器用于捕捉产生在光纤耦合器中的干涉信号，并将其转换成电信号传递给电脑处理终端；所述电脑处理终端根据迈克尔逊干涉仪干涉原理将所述电信号进行处理，根据处理结果通过第一驱动模块驱动载物台纵向移动。...

【技术特征摘要】
1.一种激光打标装置，其特征在于，包括：样品臂光路系统、探测光路系统和参考臂光路系统；所述样品臂光路系统包括：打标光源、第一准直透镜、二维振镜组、半反半透镜、平场聚焦镜、载物台和第一驱动模块，所述载物台用于放置样品，所述第一驱动模块用于驱动载物台纵向移动；所述参考臂光路系统包括第一光纤接头、第三准直透镜、会聚透镜和反射镜，所述第一光纤接头、第三准直透镜、会聚透镜和反射镜光线连接，并沿着光线入射的方向依次排列；所述探测光路系统包括第二光纤接头、第二准直透镜、探测光源、光纤耦合器、光电探测器和电脑处理终端；所述打标光源、第一准直透镜和二维振镜组光线连接，所述半反半透镜将所述二维振镜组的反射光透射至平场聚焦镜中，经过平场聚焦镜聚焦后的光束射向样品；所述光纤耦合器分别与第一光纤接头、第二光纤接头、探测光源和光电探测器通过光纤连接，所述光电探测器和电脑处理终端电连接；所述探测光源发出的光束进入光纤耦合器后，被分成第一光束和第二光束，所述第一光束进入第二准直透镜，所述第二光束进入第三准直透镜；所述半反半透镜以45°的入射角反射所述第二准直透镜的出射光，并将其反射至平场聚焦镜上进行聚焦，聚焦后的第一光束与样品接触，并在样品的表面发生反射，反射光沿原路返回光纤耦合器；所述光电探测器用于捕捉产生在光纤耦合器中的干涉信号，并将其转换成电信号传递给电脑处理终端；所述电脑处理终端根据迈克尔逊干涉仪干涉原理将所述电信号进行处理，根据处理结果通过第一驱动模块驱动载物台纵向移动。2.根据权利要求1所述的一种激光打标装置，其特征在于：所述探测光路系统还包括分光镜和光功率计，所述分光镜以入射角45°对第二准直透镜准直平行后的出射光进行透射和反射，其中将所述出射光的一部分透射到所述半反半透镜，将所述出射光的另一部分反射到所述光功率计。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伊玫，王茗祎，张庭振，韩定安，曾亚光，熊红莲，王雪花，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44