CN108436283B - 激光打标机及其打标方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光打标机及其打标方法，激光打标机包括：激光器、振镜机构、聚焦镜及控制器，激光器、振镜机构及聚焦镜依序连接，控制器与振镜机构连接，激光器用于产生激光；控制器用于对输入的待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点构成的点阵图案输出；振镜机构用于根据控制器输出的各个填充点的位置参数控制激光的偏转；聚焦镜用于将从振镜机构输出的激光聚焦于工件上以形成标记。由于点阵填充形成的点阵图案的各填充点是均匀、规律的分布，确保在工件表面实现均匀的打标效果，解决了传统的线填充的方式输入待打标图案时因构成输出图案的填充线弯折及间距不均匀导致的打标效果不均匀的问题，大大提高了工件的打标质量。

Description

激光打标机及其打标方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种激光打标机及其打标方法。

背景技术

传统的激光打标机在对工件进行打标加工时，通过其控制器对输入的待打标图案进行线填充，以形成由多个交错分布的填充线构成的图案输出；振镜机构根据控制器的图案输出信息控制激光的偏转，最终确保激光在工件的待打标面上按设定的轨迹运动留下永久的标记。由于采用线填充的方式输入待打标图案时往往受限于振镜机构的定位精度的影响，使得构成该输出图案的填充线容易出现弯折及间距不均匀等问题，最终导致加工出来的工件出现条纹，打标质量难以达到令人满意的效果。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高工件打标质量的激光打标机及其打标方法。

一种激光打标机，包括：激光器、振镜机构、聚焦镜及控制器，所述激光器、所述振镜机构及所述聚焦镜依序连接，所述控制器与所述振镜机构连接，所述激光器用于产生激光；所述控制器用于对输入的待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点构成的点阵图案输出；所述振镜机构用于根据所述控制器输出的各个填充点的位置参数控制所述激光的偏转；所述聚焦镜用于将从所述振镜机构输出的激光聚焦于工件上以形成标记。

在其中一个实施例中，所述控制器用于设定所述填充点的密度大小。

在其中一个实施例中，所述控制器用于控制所述填充点在预设范围内进行一定量的随机偏移以及用于设定所述预设范围的大小。

在其中一个实施例中，所述控制器用于控制所述振镜机构对各个所述填充点的识别进行无序化处理。

在其中一个实施例中，还包括如下中的至少一个：

用于扩大从所述激光器输出的激光的直径的扩束镜，所述扩束镜设置于所述激光器与所述振镜机构之间；及

用于承载所述工件的工作平台，所述工作平台位于所述聚焦镜的下方。

在其中一个实施例中，所述激光器为红外光纤激光器，且/或所述聚焦镜为F-Theta透镜。

一种打标方法，包括：

输入待打标图案；

对输入的所述待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点构成的点阵图案输出；

根据输出的各个所述填充点的位置参数控制激光的偏转；及

将输出的所述激光聚焦于工件上以形成标记。

在其中一个实施例中，所述对输入的所述待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点构成的点阵图案输出的步骤之前还包括：

根据打标效果的实际需求设定所述填充点的密度大小。

在其中一个实施例中，所述对输入的所述待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点构成的点阵图案输出的步骤之后还包括：

控制所述填充点在预设范围内进行一定量的随机偏移。

在其中一个实施例中，所述对输入的所述待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点构成的点阵图案输出的步骤之后还包括：

对各个所述填充点的识别进行无序化处理。

上述激光打标机及其打标方法，通过对输入的待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点构成的点阵图案输出，由于点阵填充形成的点阵图案的各填充点是均匀、规律的分布，从而确保在工件表面实现均匀的打标效果，解决了传统的线填充的方式输入待打标图案时因构成输出图案的填充线弯折及间距不均匀导致的打标效果不均匀的问题，保证工件的外观精美度，大大提高了工件的打标质量；同时可以适应于皮革、制鞋、珠宝首饰、纪念币、PC等需要在钢制镜面模具上进行雕刻、标识、喷码等打标处理的行业，并且对应的可满足大幅面打标加工的实际需求。

附图说明

图1为本发明一实施例中的激光打标机的结构示意图；

图2为本发明一实施例中的点阵图案的结构示意图；

图3为本发明一实施例中的打标方法的流程图；

图4为图2所示点阵图案中的填充点的随机偏移状态图；

图5为图2所示点阵图案中的填充点的随机偏移效果图；

图6为本发明一实施例中的工件打标效果对比图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1及图2所示，本发明一实施例中的激光打标机100包括激光器110、振镜机构120、聚焦镜130及控制器140。激光器110、振镜机构120及聚焦镜130依序连接。控制器140与振镜机构120连接。激光器110用于产生激光。控制器140用于对输入的待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点210构成的点阵图案200输出。振镜机构120用于根据控制器140输出的各个填充点210的位置参数控制激光的偏转。聚焦镜130用于将从振镜机构120输出的激光聚焦于工件上以形成标记。

进一步地，在本实施例中，激光器110的脉冲宽度为1-200ns。不同的激光器110，其脉冲宽度可以在很大范围内变化，而脉冲宽度是保证工件打标质量的一个重要因素，脉冲宽度越小，激光瞬间能量越高，峰值功率越高，能有效缩短激光在工件表面的作用时间，瞬间的单脉冲激光作用在工件表面，才能达到不损伤工件的情况下做出标记。本实施例限定的激光器110的脉冲宽度为1-200ns，使激光器110能够发出足够小的脉冲，以达到保证工件打标均匀的效果。

在一实施例中，激光器110可以为红外光纤激光器，其波长为1064nm，重复频率为1-3000kHz，功率为20W。红外光纤激光器具有光束质量好、单点能量大、脉冲宽度短、峰值功率高的优点，能够较好地去处工件表面的抛光层；同时红外光纤激光器产生的激光的热影响较小，不易引发工件受热变形以及产生灼烧痕迹而导致出现发黄的打标效果。

在一实施例中，进一步地，振镜机构120包括X振镜和Y振镜，其中X振镜和Y振镜均由扫描电机和光学反射镜组合而成。分别利用X振镜与Y振镜的扫描电机带动各自对应的光学反射镜在X方向与Y方向进行偏转式运动，从而使得激光运动到控制器140输出的点阵图案200的各个填充点210的位置。

需要指出的是，在一实施例中，聚焦镜130为F-Theta透镜。聚焦镜130决定了激光打标机100的工作范围，聚焦镜130的焦距越长，工作范围相应越大，聚焦后的光斑也会越大，聚焦后工作范围内的能量分布均匀程度也会越差。常用的F-Theta透镜包括F80(焦距80mm)、F100(焦距100mm)、F160(焦距160mm)、F210(焦距210mm)、F254(焦距254mm)、F300(焦距300mm)以及F430(焦距430mm)。在本实施例中，聚焦镜130选定为F100(焦距100mm)的F-Theta透镜。

如图1所示，在一实施例中，上述激光打标机100还可包括扩束镜150。扩束镜150设置于激光器110与振镜机构120之间。扩束镜150用于扩大从激光器110输出的激光的直径，从而提高激光的传输特性以使其更好地将激光汇聚到工件表面。进一步地，扩束镜150的扩束倍数可以为1～3倍。在一实施例中，上述激光打标机100还可包括工作平台160。工作平台160位于聚焦镜130的下方。工作平台160用于承载工件。

为了获得更加精细的打标效果，必须缩小聚焦后的光斑大小，影响聚焦后的光斑大小的因素包括聚焦镜130的焦距、激光光束的质量、波长、聚焦前入射光斑大小。在聚焦镜130和激光器110确定的情况下，通过选择扩束镜150获取小光斑。如上述记载可知，扩束镜150用于将激光器110射出后聚焦镜130聚焦前的激光的直径扩大，扩束镜150倍数越大，聚焦前光斑越大，聚焦后光斑越小，打标效果越精细。扩束镜150的倍数定为2倍左右保证激光被振镜机构120全部接住反射，若扩束镜150的倍数太大，振镜机构120不能接住整个光斑会造成激光能量的损失和光斑变形。

进一步地，在一实施例中，控制器140可用于设定填充点210的密度大小，以满足不同打标效果的实际需求。在实际打标过程中，不同的打标效果对填充点210的密度具有不同的需求。在一实施例中，例如在钢制镜面模具上雕刻磨砂图案，当需要全砂的打标效果时，则可通过控制器140设定较大数值的填充点210的密度，保证填充点210的叠重率，避免漏出该镜面磨具的底材现象的发生；同理，当需要漏砂的打标效果时，则可通过控制器140对填充点210的密度大小进行适度调节，以适配不同疏密程度的漏砂打标效果的实际需求，调试方法简单直观，可控制性强。

进一步地，在一实施例中，控制器140用于控制填充点210在预设范围内进行一定量的随机偏移以及用于设定预设范围的大小。由于点阵填充形成的点阵图案200的各填充点210是均匀、规律的分布，因此工件最终的打标效果具有一定的规律性，相对不够自然。为了获得更加自然的打标效果，可通过控制器140控制各个填充点210在预设范围内进行一定量的随机偏移，使得填充点210的分布更具有随机性，从而使得工件最终的打标效果更加自然。

控制器140的上述设定预设范围的功能在对全砂的打标效果时特别有效，因为全砂打标效果需要保证填充点210的叠重率，通过控制器140对上述预设范围的合理设定，从而可以较好地避免漏出该镜面磨具的底材现象的发生。

在一实施例中，进一步地，控制器140可用于控制振镜机构120对各个填充点210的识别进行无序化处理。为了使得工件的打标效果更加自然，可通过控制器140控制振镜机构120对各个填充点210的识别进行无序化处理，从而使得振镜机构120按照无序的方式对激光进行偏转出射，进而使得工件最终的打标效果更加自然。

如图3所示，本发明还提供了一种应用上述激光打标机100进行打标的打标方法。打标方法包括：

S110，输入待打标图案。向控制器140输入待打标图案。其中，待打标图案可以为PLT、DXF、AI等格式的图档。

S130，对输入的待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点210构成的点阵图案200输出。控制器140对输入的待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点210构成的点阵图案200输出。

S150，根据输出的各个填充点210的位置参数控制激光的偏转。

步骤S130也即是激光的打标过程，振镜机构120根据控制器140输出的各个填充点210的位置参数控制激光器110输出的激光的偏转。具体的，X振镜与Y振镜的扫描电机带动各自对应的光学反射镜在X方向与Y方向进行偏转式运动，从而使得激光器110输出的激光运动到控制器140输出的点阵图案200的各个填充点210的位置。

S170，将输出的激光聚焦于工件上以形成标记。具体的，通过聚焦镜130将此时从振镜机构120输出的激光聚焦于工件上以形成标记。

在一实施例中，在对输入的待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点210构成的点阵图案200输出的步骤S130之前还可包括：步骤S120，根据打标效果的实际需求设定填充点210的密度大小。

通过控制器140预先设定填充点210的密度大小，以适配不同的打标效果对填充点210的密度大小的不同需求。具体实施时，通过控制器140设定填充点210的横间距及纵间距。

进一步地，步骤S130之后还可包括：步骤S134，控制填充点210在预设范围内进行一定量的随机偏移。具体的，如图4及图5所示，控制器140控制填充点210在以其中心P为圆心预设长度R为半径形成的圆形区域进行一定量的随机偏移，使得填充点210的分布更具有随机性，从而使得工件最终的打标效果更加自然。

需要指出的是，上述步骤S134的动作在根据输出的各个填充点210的位置参数控制激光的偏转的步骤S150之前执行。进一步地，上述步骤S134之前还包括：步骤S131，根据不同打标效果的实际需求设定预设范围的大小。步骤S132，根据得到的预设范围的大小，自动分配各个填充点210的随机偏移量。

具体实施时，如图4所示，在控制填充点210的随机偏移之前，根据不同达标效果的实际需求，通过控制器140设定预设长度R的数值大小，从而得到填充点210随机偏移的预设范围。当控制器140得到填充点210随机偏移的预设范围的大小以后，控制器140则通过预先设定的程序自动分配各个填充点210的随机偏移量。

在一实施例中，步骤S130之后还可包括：步骤S136，对各个所述填充点210的识别进行无序化处理。优选地，上述步骤S136的动作在控制填充点210在预设范围内进行一定量的随机偏移的步骤S134之后执行。

如图6所示，通过控制器140控制振镜机构120对各个填充点210的识别进行无序化处理，从而使得振镜机构120在执行步骤S150的过程中能够按照无序的方式对激光进行偏转出射，进而使得工件最终的打标效果更加自然。

需要指出的是，在一实施例中，输入待打标图案的步骤S110之前还可包括：步骤S100，设置相应的激光打标参数。具体实施时，在激光加工之前，预先设置激光器110的波长、重复频率、脉冲宽度，扩束镜150的扩束倍数，以及聚焦镜130的焦距。

进一步地，在一实施例中，将输出的激光聚焦于工件上以形成标记的步骤S170之后还可包括：步骤S190，残留物清理及毛刺处理。也即，在激光加工后的工件表面，用高压气枪或者超声波清洗掉加工区域周边堆积的粉尘等残留物，以及用抛光工艺去掉轮廓边缘的毛刺。

上述激光打标机及其打标方法，通过对输入的待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点210构成的点阵图案200输出，由于点阵填充形成的点阵图案200的各填充点210是均匀、规律的分布，从而确保在工件表面实现均匀的打标效果，解决了传统的线填充的方式输入待打标图案时因构成输出图案的填充线弯折及间距不均匀导致的打标效果不均匀的问题，保证工件的外观精美度，大大提高了工件的打标质量；同时可以适应于皮革、制鞋、珠宝首饰、纪念币、PC等需要在钢制镜面模具上进行雕刻、标识、喷码等打标处理的行业，并且对应的可满足大幅面打标加工的实际需求。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光打标机，其特征在于，包括：激光器、振镜机构、聚焦镜及控制器，所述激光器、所述振镜机构及所述聚焦镜依序连接，所述控制器与所述振镜机构连接，所述激光器用于产生激光；所述控制器用于对输入的待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点构成的点阵图案输出；所述控制器用于控制所述振镜机构对各个所述填充点的识别进行无序化处理，所述振镜机构用于根据所述控制器输出的各个填充点的位置参数控制所述激光的偏转；所述聚焦镜用于将从所述振镜机构输出的激光聚焦于工件上以形成标记；所述控制器用于控制所述填充点在预设范围内进行一定量的随机偏移以及用于设定所述预设范围的大小。

2.根据权利要求1所述的激光打标机，其特征在于，所述控制器用于设定所述填充点的密度大小。

3.根据权利要求1所述的激光打标机，其特征在于，所述控制器控制所述填充点在所述填充点的中心为圆心、预设长度为半径形成的圆形区域进行一定量的随机偏移。

4.根据权利要求1所述的激光打标机，其特征在于，还包括用于扩大从所述激光器输出的激光的直径的扩束镜。

5.根据权利要求4所述的激光打标机，其特征在于，所述扩束镜设置于所述激光器与所述振镜机构之间。

6.根据权利要求1所述的激光打标机，其特征在于，还包括用于承载所述工件的工作平台，所述工作平台位于所述聚焦镜的下方。

7.根据权利要求1所述的激光打标机，其特征在于，所述激光器为红外光纤激光器，且/或所述聚焦镜为F-Theta透镜。

8.一种打标方法，其特征在于，包括：

输入待打标图案；

对输入的所述待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点构成的点阵图案输出；

对各个所述填充点的识别进行无序化处理；

控制所述填充点在预设范围内进行一定量的随机偏移；

根据输出的各个所述填充点的位置参数控制激光的偏转；及

将输出的所述激光聚焦于工件上以形成标记。

9.根据权利要求8所述的打标方法，其特征在于，所述对输入的所述待打标图案进行点阵填充，以形成由多个阵列排布的填充点构成的点阵图案输出的步骤之前还包括：

根据打标效果的实际需求设定所述填充点的密度大小。

10.根据权利要求8所述的打标方法，其特征在于，所述对输入的所述待打标图案进行点阵填充，所述控制器控制所述填充点在所述填充点的中心为圆心、预设长度为半径形成的圆形区域进行一定量的随机偏移。

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