激光标记系统和方法技术方案

本申请涉及一种激光标记系统（100），包括：激光器（110），被配置为产生激光束的激光器；标记头（130），被配置为将激光束投射到目标上；以及负曲率空芯光纤（120），被配置为将激光束从激光器（110）传输到标记头（130）。激光器（110）传输到标记头（130）。激光器（110）传输到标记头（130）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光标记系统和方法


[0001]本专利技术涉及用于标记目标的激光标记系统和方法。该激光标记系统包括被配置为产生激光束的激光器、被配置为将激光束投射到目标上的标记头、以及被配置为将激光束从激光器传输到标记头的负曲率空芯光纤。本公开的方面和实现一般针对激光标记装备。

技术介绍

[0002]当前的激光标记器和扫描仪在包装以及零件标记生产线中的自动化生产操作期间受到限制。当前的激光标记器和扫描仪通常相对于被标记的物品固定到生产系统中。
[0003]本专利技术的目的是提供一种激光标记系统，该系统消除或减轻现有技术中的一个或多个问题，无论是在本文中还是在其他地方所标识的。

技术实现思路

[0004]长期以来，光纤一直是光纤激光器、半导体激光器和激光二极管的优选光束递送形式。光纤技术和材料非常适合范围从切割和焊接到高精度标记和编码的应用的高功率和高质量光束递送。纤维的使用尚未达到CO2激光器应用。CO2激光束的光纤递送的使用已经受限于低功率和低光束质量的应用，诸如在医疗和低端材料处理中找到的应用。
[0005]在诸如被配置为提供紫外辐射或近红外辐射的激光器的其他类型的激光器中使用纤维，由于具有有限的传输质量，也可能受限于某些应用。包括例如Nd:YAG（掺钕钇铝石榴石，即YAG激光器）或Nd:VO4（掺钕原钒酸钇，即钒酸盐激光器）晶体的固态激光器可以用于产生用于标记和/或编码的近红外光。这些固态激光器通常发射波长约为1.06m的光。
[0006]可以通过对上面讨论的近红外光应用非线性光学过程来产生紫外光。例如，由固态激光器产生的近红外光可以穿过非线性晶体，诸如KTP（磷酸氧钛钾）、KTA（砷酸氧钛钾）或BBO（硼酸钡）。
[0007]取决于设计，近红外辐射可以转换为绿色波长（例如，通过双倍转换为约0.532 m）或紫外波长（例如，通过三倍转换为约0.355 m或通过四倍转换为0.265 m）。应当领会，可以使用其他激光技术来产生这些和/或覆盖电磁波谱（例如从深紫外到远红外）的其他波长的激光，并且这些激光技术中的任何一种都可以用于标记应用。
[0008]由二氧化硅玻璃制成的已知空芯光纤已经在医疗和工业应用中用于激光功率传输多年。光纤的内径通常涂覆有反射涂层，诸如银或银基化合物。涂层质量确定了功率传输损失、弯曲损失和可靠性。对于功率传输，光纤的内径通常在从500 m至1 mm的范围。然而，如果应用要求良好的光束质量，则内径必须小于400 m，并且对于CO2激光传输，内径通常小于300 m。涂层过程将小直径光纤的长度限制为小于3米。由于材料吸收，耦合效率在CO2波长下是关键的，并且功率传输损失在约9.5 m的波长以上呈指数增长。小内径对良好光束质量的需求；需要良好的耦合效率；并且避免高功率损失的组合严重限制了已知空芯光纤用于标记应用的有效性。
[0009]还已经开发了用于激光递送的实芯光纤。这些光纤通常包括卤化银，并且辐射功
率限制为30
–
40w，其中通过4米长的光纤的典型传输率约为40%。通过这样的光纤的最大辐射损失是由于光纤接口处的菲涅耳反射损失。卤化银也是光敏的，并且需要屏蔽可见光和UV光，以防止变暗和增加吸收损失。此外，冷却和耦合这样的光纤的复杂性已经阻碍了在激光标记应用中的使用。
[0010]根据本专利技术的第一方面，提供了一种激光标记系统，包括被配置为产生激光束的激光器，被配置为将激光束投射到目标上的标记头，以及被配置为将激光束从激光器传输到标记头的负曲率空芯光纤。
[0011]激光器可以包括气体激光器，例如CO2激光器。激光器可以包括固态激光器。固态激光器可以包括例如Nd:YAG（掺钕钇铝石榴石，即YAG）激光器或Nd:VO4（掺钕原钒酸钇，即钒酸盐）激光器。激光器可以包括非线性光学元件，该非线性光学元件被配置为将第一波长的光转换成第二波长的光（例如，将近红外光转换成紫外光）。非线性光学元件可以包括晶体，诸如例如KTP（磷酸氧钛钾）、KTA（砷酸氧钛钾）或BBO（硼酸钡）。
[0012]激光标记系统有利地允许在高能量脉冲中传输辐射波长（例如红外的），这在先前是不可能的。与已知的激光标记系统相比，该激光标记系统有利地改进了高能量脉冲中的紫外和/或近红外辐射波长的传输。激光标记系统的效率高于已知的激光标记系统。使用负曲率空芯光纤的激光器和标记头的分离有利地实现激光标记系统在生产线中的使用的更大的灵活性。
[0013]已知的空芯纤维不能用于传输紫外辐射，因为内壁涂层不能承受高功率的紫外辐射，并且遭受材料降解。已知的实芯光纤可以用于传输有限使用范围内的紫外辐射。然而，当暴露于激光标记应用所需功率水平的紫外辐射能量时，已知的实芯光纤遭受材料降解。已知的光纤一般具有低的损伤阈值，并且因此难以光学耦合到其他光学组件。例如，已知的实芯光纤的芯直径可能是负曲率空芯光纤的芯直径的五分之一，这使得与负曲率空芯光纤相比，已知的实芯光纤机械强度较低，并且光学耦合到其他光学组件（例如标记头）更困难和昂贵。
[0014]与已知光纤相比，负曲率空芯光纤具有更低的弯曲损失。这有利地通过允许负曲率空芯光纤在障碍物周围弯曲而不引起不可接受的传输损失，从而允许负曲率空芯光纤在受限空间（例如，包括多个组件的紧凑生产线）中传输辐射（例如，红外、近红外和/或紫外辐射）。当传输高功率激光脉冲时，负曲率空芯光纤比已知光纤表现更好（即，经历更低的损失并具有更高的损伤阈值）。负曲率空芯光纤可以具有比已知光纤更大的芯直径。与已知光纤相比，这有利地增加了负曲率空心光纤的机械鲁棒性，并降低了将负曲率空心光纤耦合到其他光学组件的难度和成本。
[0015]负曲率空芯光纤可以是抗谐振负曲率空芯光纤。
[0016]抗谐振空芯光纤是具有包层结构的负曲率光纤，该包层结构降低或抑制光纤芯和光纤包层之间的光学耦合，从而导致降低所期望波长下的损失。
[0017]激光束可以包括红外电磁辐射。
[0018]红外电磁辐射可以包括大于或等于约8 m的波长。红外电磁辐射可以包括小于或等于约11 m的波长。红外电磁辐射可以包括约9.3 m的波长。红外电磁辐射可以包括约9.6 m的波长。红外电磁辐射可以包括约10.2 m的波长。红外电磁辐射可以包括约10.6 m的波长。
[0019]激光束可以包括近红外电磁辐射。近红外电磁辐射可以包括大于或等于约0.780 m的波长。近红外电磁辐射可以包括小于或等于约3 m的波长。近红外电磁辐射可以包括约1.06 m的波长。
[0020]激光束可以包括紫外电磁辐射。紫外电磁辐射可以包括大于或等于约100 nm的波长。紫外电磁辐射可以包括小于或等于约400 nm的波长。紫外电磁辐射可以包括约265 nm的波长。紫外电磁辐射可以包括约355 nm的波长。
[0021]负曲率空芯光纤可以包括硫系玻璃。
[0022]硫系玻璃可以包括以下材料中的一个或多个：As
30
Se
50
Te
20
；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光标记系统，包括：激光器，被配置为产生激光束；标记头，被配置为将激光束投射到目标上；以及负曲率空芯光纤，被配置为将激光束从激光器传输到标记头。2.根据权利要求1所述的激光标记系统，其中所述负曲率空芯光纤是抗谐振负曲率空芯光纤。3.根据权利要求1或权利要求2所述的激光标记系统，其中所述激光束包括红外电磁辐射。4.根据任一前述权利要求所述的激光标记系统，其中所述负曲率空芯光纤包括硫系玻璃。5.根据任一前述权利要求所述的激光标记系统，包括在激光器和标记头之间的脐带，其中所述负曲率空芯光纤位于脐带内。6.根据权利要求5所述的激光标记系统，其中所述脐带的长度约为3米或更长。7.根据任一前述权利要求所述的激光标记系统，其中负曲率空芯光纤的端部是锥形的。8.根据前述权利要求中任一项所述的激光标记系统，其中所述负曲率空芯光纤包括多个毛细管，并且其中毛细管壁的厚度至少部分取决于以下等式来选择：其中t是毛细管壁厚度，λ是激光束的波长，n1是毛细管的折射率，以及m是正整数。9.根据权利要求8所述的激光标记系统，其中毛细管壁的厚度在根据权利要求8计算的t值的约
‑
5%至约+5%的包含范围内。10.根据任一前述权利要求所述的激光标记系统，其中所述负曲率空芯光纤包括多个毛细管，并且具有至少部分取决于以下等式选择的芯直径：其中，D
core
是负曲率空芯光纤的芯直径，d
tube
是毛细管的直径，t是毛细管壁的厚度，g是相邻毛细管之间的间隙距离，以及N是毛细管的数量。11.根据权利要求10所述的激光标记系统，其中所述负曲率空芯光纤的芯直径在根据权利要求10计算的D
core
值的约
‑
10%和约+10%的包含范围内。12.根据任一前述权利要求所述的激光标记系统，包括用于将负曲率空芯光纤光学耦合到另一光学组件的耦合透镜，其中至少部分取决于以下等式来选择耦合透镜的焦距与入射光瞳直径的比率：其中F#是耦合透镜的焦距与入射光瞳直径的比率，D
core
是负曲率空芯光纤的芯直径，以及λ是激光束的波长。
13.根据权利要求12所述的激光标记系统，其中耦合透镜的焦距与入射光瞳直径的比率被选择在根据权利要求12计算的F#值的约
‑
5%至约+2%内。14.根据任一前述权利要求所述的激光标记系统，其中在目标处，激光束的光束参数乘积在约1.0 mm mrad和约40.0 mm mrad的包含范围内。15.根据任一前述权利要求所述的激光标记系统，其中在激光器的输出处，激光束的光束参数乘积在约0.2 mm mrad和约10.0 mm mrad的包含范围内。16.根据任一前述权利要求所述的激光标记系统，其中所述激光束的横截面半径在约0.2 mm和约4.0 mm之间。17.根据任一前述权利要求所述的激光标记系统，其中所述激光束的全角光束发散度在约2.0 mrad和约8.0 mrad之间。18.根据任一前述权利要求所述的激光标记系统，包括位于激光器和负曲率空芯光纤之间的光学对准系统，所述光学对准系统被配置为改变激光束相对于负曲率空芯光纤的芯的位置和/或角度。19.根据权利要求18所述的激光标记系统，其中所述光学对准系统包括：第一可调光学元件，被配置为接收来自激光器的激光束；第二可调光学元件，被配置为接收来自第一可调光学元件的激光束，并将激光束导向负曲率空芯光纤的芯的输入；第一检测器，被配置为检测激光束相对于第二可调光学元件的位置；和第二检测器，被配置为检测激光束相对于负曲率空芯光纤的芯的输入的位置。20.根据权利要求19所述的激光标记系统，其中所述第一可调光学元件包括第一可旋转反射器，以及第二可调光学元件包括第二可旋转反射器。21.根据权利要求20所述的激光标记系统，其中所述第一检测器位于第二可旋转反射器的后面，并被配置为检测传输通过第二检测器的激光束的一部分。22.根据权利要求20所述的激光标记系统，其中所述第一检测器位于第一可旋转反射器和第二可旋转反射器之间，并包括与激光标记系统的光轴对准的对准孔口，其中所述对准孔口的直径大体上等于激光束的直径。23.根据权利要求20所述的激光标记系统，其中所述光学对准系统包括位于第一可旋转反射器和第二可旋转反射器之间的光束采样器，其中所述光束采样器被配置为将激光束的一部分引导到第一检测器。24.根据权利要求23所述的激光标记系统，其中所述光束采样器包括分束器。25.根据权利要求23所述的激光标记系统，其中所述光束采样器包括具有对准孔口的反射元件，所述对准孔口与激光标记系统的光轴对准，其中所述对准孔口的直径大体上等于激光束的直径。26.根据权利要求20至25中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：傲科激光应用技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：