激光共焦三维曲面打标方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于激光打标领域，涉及一种基于激光共焦定焦的高精度三维曲面激光打标方法。本发明专利技术提出将共焦物体表面定位技术和激光打标技术相融合，利用共焦技术实现曲面工件三维形貌的高精度测量，然后根据测量的工件的空间位置坐标，利用激光打标技术在曲面工件的目标区域打出高分辨的图案。本发明专利技术提供了激光共焦三维曲面打标装置，其中共焦三维形貌探测光路与脉冲激光打标光路采用共光路设计，打标时由计算机全程同步控制所述三维移动平台移动工件和所述脉冲激光光源发出激光，自动对焦，自动打标，加工产品质量较高，能够快速投入生产。

【技术实现步骤摘要】
激光共焦三维曲面打标方法及装置
本专利技术属于激光打标领域，涉及一种基于激光共焦定焦的高精度三维曲面激光打标方法及激光共焦三维曲面打标装置。
技术介绍
激光打标机一般是用激光束照在包括金属等不同的物质表面雕刻出文字等标记，打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质，从而刻出精美的图案、商标和文字。激光打标技术已成为现代加工生产中的重要部分。但是，目前市面上的激光打标机产品是在平面上进行打标，受到平坦度的限制，国内还没有在曲面上进行激光打标的产品。因此对于在三维曲面工件激光打标，需要解决的关键问题是对工件表面进行精确的三维定位，然后根据曲面的位置坐标进行激光对焦打标。曲面的三维定位的精度将直接影响表面不同位置处的打标分辨率。共聚焦探测技术，采用针孔滤除焦点外的散射光，具有较高的横向分辨率，并且具有的轴向定位能力。因此，如果能将具有精密轴向分辨率的共焦探测技术运用在激光打标中，在整个曲面工件扫描测量完成以后得到高分辨的工件三维形貌信息，可在曲面上精确对焦打标。
技术实现思路
为了解决在任意三维曲面工件上精确打标的难题，本专利技术提出将共焦物体表面定位技术和激光打标技术相融合，利用共焦技术实现曲面工件三维形貌的高精度测量，然后根据测量的工件的空间位置坐标，利用激光打标技术在曲面工件的目标区域打出高分辨的图案。本专利技术实施方式主要解决的技术问题是提供一种激光三维曲面打标方法及装置，能够在任意曲面工件上进行激光打标。一方面，本专利技术提供一种激光共焦三维曲面打标方法，其步骤为：(a)脉冲激光光源用于激光打标，连续激光光源用于工件三维形貌探测，将脉冲激光光源发出的脉冲激光和连续激光光源发出的连续激光进行共光路耦合；所述脉冲激光与所述连续激光光束由物镜会聚形成共焦点聚焦光束，并照射在工件表面上；(b)所述连续激光光束照射待测样品产生的后向散射光进入共焦探测系统，测得共焦响应曲线；(d)扫描工件，在每一个扫描点位置处利用所述共焦探测系统确定工件表面在该位置处的高度信息，进而得到工件的表面三维形貌信息；(e)关闭所述连续激光光源，选择工件表面需要打标的区域，根据步骤(d)测得的工件表面三维形貌信息移动工件，使得脉冲激光通过物镜会聚后恰好聚焦在工件表面，结合需要打标的图样控制所述脉冲激光光源发出脉冲激光，进而在工件表面逐点打出所需图，实现曲面激光打标。进一步地，所述共焦响应曲线的最大值对应所述聚焦光束在工件表面形成的聚焦光斑尺寸最小；曲面工件上打标时，在工件不同位置，通过所述共焦响应曲线确定最小打标光斑，进而实现等分辨率曲面激光打标。另一方面，本专利技术还提供了激光共焦三维曲面打标装置，包括脉冲激光光源和连续激光光源，还包括第一分光镜、扩束镜、第二分光镜、物镜、共焦探测系统、三维平移台、信号采集器以及计算机；其中，所述脉冲激光光源用于激光打标，所述连续激光光源用于探测工件表面的位置；所述第一分光镜用于所述脉冲激光和所述连续激光的耦合；所述扩束镜、所述第二分光镜和所述物镜依次位于合成激光的出射方向上，所述扩束镜将激光束进行扩束，所述物镜将合成光束会聚后形成聚焦光束照射在工件表面上；从工件表面激发出来的后向反射光通过所述物镜收集后由所述第二分光镜反射；从所述第二分光镜反射后的光束进入所述共焦探测系统；工件放置在所述三维平移台上，通过所述计算机控制所述三维平移台带动工件沿空间三个方向进行扫描平移；所述信号采集器将所述共焦探测系统探测得到的随工件位置变化的共焦响应信号传输给计算机，由所述计算机分析得到共焦响应曲线从而确定工件表面的三维位置信息；所述计算机控制所述三维平移台移动工件至表面与聚焦光束焦点重合，同步控制所述脉冲激光光源发出脉冲激光，由聚焦的脉冲激光光束在工件表面逐点打出所需图案。本专利技术对比已有技术具有以下创新点：1.将共焦探测技术用于曲面工件的三维形貌测量，可得到三维高分辨工件表面位置信息；2.将共焦探测技术与激光打标技术结合，能够实现在任意曲面的工件表面的任意区域进行激光打标，扩大了激光打标的应用范围；3.共焦探测技术具有非常高的轴向定位精度，基于共焦探测的激光打标可在曲面工件不同位置获得相同打标分辨率，实现高精度打标；4.本专利技术激光共焦三维曲面打标装置，共焦三维形貌探测光路与脉冲激光打标光路采用共光路设计，打标时由电脑全程同步控制所述三维移动平台移动工件和所述脉冲激光光源发出激光，自动对焦，自动打标，加工产品质量较高，能够快速投入生产。附图说明图1为本专利技术激光共焦三维曲面打标方法的示意图；图2为本专利技术共焦探测系统的示意图；图3为本专利技术激光共焦三维曲面打标实施例的示意图；图4为本专利技术共共焦响应曲线的示意图。其中：1-脉冲激光光源、2-连续激光光源、3-第一分光镜、4-扩束镜、5-第二分光镜、6-物镜、7-工件、8-三维平移台、9-共焦探测系统、10-信号采集器、11-计算机、12-共焦会聚透镜、13-共焦针孔、14-共焦光强传感器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术的基本思想是将具有精密轴向分辨率的共焦物体表面定位技术和激光打标技术相融合；利用共焦技术解决曲面工件表面三维形貌的高精度测量，然后利用脉冲激光在工件表面目标区域逐点打出目标图案。实施例1本实施例需要解决的问题是在一个凹面工件的表面中心区域打印出目标图案。实施例使用共焦探测系统来实现工件表面的三维定位，利用脉冲激光在曲面工件中心区域打出图案。将需要激光打标的工件放置在样品台上固定，根据打标的需要先用共焦扫描系统对工件形貌进行三维扫描，即获得曲面xyz信息。根据坐标信息，将脉冲激光聚焦到工件表面设定区域对焦打出图案。图3为本实施例在实现共焦三维形貌探测和激光打标的具体实施装置，包括脉冲激光光源1、连续激光光源2、第一分光镜3、扩束镜4、第二分光镜5、物镜6、三维平移台8、共焦探测系统9、信号采集器10、计算机11。其中，脉冲激光光源1和连续激光光源2的波长均为532nm，脉冲激光光源1的脉冲宽度为2ns。脉冲激光光源1和连续激光光源2发出的激光通过第一分光镜后依次经过扩束镜4、第二分光镜5和物镜6以后照射在工件7上。工件7放置于三维平移台8上，由三维平移台8对其进行扫描。连续激光光束照射工件7产生的后向散射光通过物镜6收集后由第二分光镜5反射进入共焦探测系统9。在本系统中，共焦探测系统9包括共焦会聚透镜12，共焦针孔13，共焦光强传感器14。共焦针孔13位于共焦会聚透镜12的焦平面上。其中，工件表面反射的光束经过共焦会聚透镜12后聚焦在共焦针孔13上，由共焦针孔13滤波后由共焦光强传感器14探测接收。定义垂直于所述探测光束光轴的两正交方向分别为x和y方向，沿探测光束光轴的方向为z方向。在曲面工件表面激光打标的步骤是：(a)将需要激光打标的工件7放置在三维平移台8上固定，打开连续激光光源2，沿x和y方向移动工件7至横向扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.激光共焦三维曲面打标方法，其特征在于：/n(a)脉冲激光光源用于激光打标，连续激光光源用于工件三维形貌探测，将脉冲激光光源发出的脉冲激光和连续激光光源发出的连续激光进行共光路耦合；所述脉冲激光与所述连续激光光束由物镜会聚形成共焦点聚焦光束，并照射在工件表面上；/n(b)所述连续激光光束照射待测样品产生的后向散射光进入共焦探测系统，测得共焦响应曲线；/n(d)扫描工件，在每一个扫描点位置处利用所述共焦探测系统确定工件表面在该位置处的高度信息，进而得到工件的表面三维形貌信息；/n(e)关闭所述连续激光光源，选择工件表面需要打标的区域，根据步骤(d)测得的工件表面三维形貌信息移动工件，使得脉冲激光通过物镜会聚后恰好聚焦在工件表面，结合需要打标的图样控制所述脉冲激光光源发出脉冲激光，进而在工件表面逐点打出所需图，实现曲面激光打标。/n

【技术特征摘要】
1.激光共焦三维曲面打标方法，其特征在于：
(a)脉冲激光光源用于激光打标，连续激光光源用于工件三维形貌探测，将脉冲激光光源发出的脉冲激光和连续激光光源发出的连续激光进行共光路耦合；所述脉冲激光与所述连续激光光束由物镜会聚形成共焦点聚焦光束，并照射在工件表面上；
(b)所述连续激光光束照射待测样品产生的后向散射光进入共焦探测系统，测得共焦响应曲线；
(d)扫描工件，在每一个扫描点位置处利用所述共焦探测系统确定工件表面在该位置处的高度信息，进而得到工件的表面三维形貌信息；
(e)关闭所述连续激光光源，选择工件表面需要打标的区域，根据步骤(d)测得的工件表面三维形貌信息移动工件，使得脉冲激光通过物镜会聚后恰好聚焦在工件表面，结合需要打标的图样控制所述脉冲激光光源发出脉冲激光，进而在工件表面逐点打出所需图，实现曲面激光打标。


2.根据权利要求1所述的激光共焦三维曲面打标方法，其特征在于：所述共焦响应曲线的最大值对应所述聚焦光束在工件表面形成的聚焦光斑尺寸最小；曲面工件上打标时，在工件不同位置，通过所述共焦响应曲线确定最小打标光斑，进而实现等分辨率曲面激光打标。


3.激光共焦三维曲面打标装置，包括脉冲激光光源和连续激光光源，其特征在于：包括第一分光镜、扩束镜、第二分光镜、物镜、共焦探测系统、三维平移台、信号采集器以及计算机；
其中，所述脉冲激光光源用于激光打标，所述连续激光光源用于探测工件表面的位置；所述第一分光镜用于所述脉冲激光和所述连续激光的耦合；所述扩束镜、所述第二分光镜和所述物镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：何赛灵，杨佳苗，
申请(专利权)人：苏州洛博斯特光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32