CN103781584A - 每一激光束具有多个激光器、偏转装置和伸缩装置的标记仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用激光标记物体的标记仪器，包括多个激光器和一控制单元，根据待标记标志，用于单独激活每一激光器来发射激光束（90a-i）。提供有一偏转装置组（30），用于定向激光束（90a-i）至待标记物体，提供有一伸缩装置组（40），每一激光束（90a-i）包括至少一个伸缩装置（40a-i），且每一伸缩装置（40a-i）可调整，用于单独设定各自激光束（90a-i）的焦距。

Description

每一激光束具有多个激光器、偏转装置和伸缩装置的标记仪器

技术领域

本发明涉及一种根据前述权利要求1，用于通过激光标记物体的标记仪器。

背景技术

通常，部署单个气体激光器的标记仪器是被熟知的，比如二氧化碳激光器。这样的激光器发射激光束，激光束被发送至待标记的物体。该物体在传送带上相对于标记仪器移动。通常情况下，扫描设备被提供用于根据待标记的标志将激光束定向至物体上。由于通常期望物体的高吞吐量，在传送带上的物体相对于标记仪器的速度应该很快。然而，因为在物体经过时，扫描设备需要足够的时间来在其上编写标记，该速度不能随意提高。因此，这种标记设备的速度被扫描设备的速度所限定。

吞吐量可被通用的标记仪器提高，标记仪器包括多个激光器，尤其是气体激光器和根据待标记的标志用于独立激发每个激光器来发射激光束的控制单元。这种标记仪器被描述于美国专利US5229573和美国专利US5229574中。

为了取得更高的标记速度，需要具有更多数量的激光器的标记仪器。然而，由于单个激光器的大小造成过度庞大的设备，并阻碍了激光束传递至待标记物体，激光器的数量迄今为止被严格限制。

从英国专利GB2304641A可知一种具有多个激光器的标记仪器。发射出的激光束通过多个反射镜重定向至一聚焦透镜上。该聚焦透镜聚焦所有激光束至待标记物品上。

日本专利JP2011-156571公开了一种用于制造太阳能板的仪器。一激光的激光束被分为多个激光束，每一激光束被定向至各自聚焦透镜的基底上。

从美国专利US5115446A可知一种用于激光器的组件的承载结构。

美国专利US6421159B1的标的物为一种具有若干独立激光器的标记仪器。由这些激光器发射的所有激光束被定向至一聚焦透镜上。

美国专利US5339737A描述了一种用于照射平板印刷板的激光设备。其提供有多个激光器，其中发射出的激光束被导向至写入阵列的预定出口位置。每一激光束通过各自的透镜组退出写入阵列。

发明内容

本发明的目的在于提供一种标记仪器，包括多个激光器，并允许激光器的激光束的灵活调整。

该目的由具有权利要求1的特征的标记仪器所解决。

优选实施例在从属权利要求及以下描述，尤其是结合附图给出。

根据本发明，上述种类的标记仪器的特征在于提供了一组用于定向激光束至待标记物体的偏转装置，提供了包括在每一激光束中有至少一个伸缩装置的一伸缩装置组，且每一伸缩装置可调整，用于单独设置各自激光束的焦距。

本发明的核心思想在于提供用于设定每一激光束收敛或发散程度，从而设定焦距的装置。这一思想能分别被每一光束实现。有利的是，该思路也因此可以补偿光束光路差，即单个激光束行进直至到达物体的光路的不同长度。这可能是由于物体的表面轮廓或标记仪器内不同的内部光路长度。物体可被放置在激光束的焦点上或与其呈一定距离，用于控制物体上激光束的光斑大小。

本发明的基本思想在于对应每个激光束，即对应每一激光器，提供有一个伸缩装置，用于准直每一光束。

本发明的上下文中，每一发射激光束的激光器激发可被理解为任何控制光束是否照射到待标记物体上的过程。因此，该激发也可通过射束光闸实现。即，激光器维持激发，射束光闸控制激光器的激光束的通过或阻挡。

通常，激光器可以是任何种类的激光器。如果部署激光器的空间很挑剔，本发明是尤其有优势的。即，如果激光功率强烈地取决于激光器的大小。如果激光器的尺寸阻止产生互相非常靠近的激光束的话，本发明另一优点变得显而易见。本发明同样允许激光束的重排从而使得激光束间的距离较小并因而达成标记分辨率较高。

这样的激光器的实例可以是气体激光器、化学激光器、光纤激光器、染料激光器和固态激光器。可能的话，也可以使用半导体激光器或金属蒸气激光器。如果使用气体激光器，这些激光器可以是任何通常已知类型的，例如氦氖激光器、一氧化碳激光器，氩激光器，氮激光器或准分子激光器。优选地，气体激光器为二氧化碳激光器。这些可以作为连续波（CW）或脉冲操作。

待标记的标志可理解为任何标记，举例来说，一字符，一图像或图形的单个像素。该标志可由若干点或线组成。即，激光器可在短时间内被激发，用于在物体上生成点，或在设置的时间跨度内被激发来造成一定长度的线。

本发明的上下文中，待标记物体可以是任何具有可被激光器的光影响的表面的物品或商品。尤其是，举例来说，物体可以是食品或饮料、水果或标签的包装。物体的材料可包括塑料、纸、金属、陶瓷、纺织品、复合材料或有机组织。

标记本身可以是物体表面的任何变化，举例来说，颜色变化、雕刻或切割。

本发明一优选变换中，每一伸缩装置包括至少两个光学元件，尤其是至少两个透镜或曲面镜，两者间的距离可调整，用于设置焦距。因此、伸缩装置可设计为使用透镜的折射望远镜、使用反射镜的反射望远镜、或是使用至少一个反射镜和至少一个透镜的折反射望远镜。望远镜的具体结构通常为已知的，因而不再更详细地解释。

优选地，伸缩装置，还可被称为光束整形装置，可被控制单元线性调节，即，每一伸缩装置的至少一个光学元件的位置在各自激光束的传播方向上是变化的。

本发明的标记仪器的一个优选实施例的特征在于，对应每一激光束，一偏转装置组包括至少一个偏转装置，尤其是对应每一激光束，至少一个映射镜或一个光波导，用于将激光束重排成所期望的激光束阵列，且每一偏转装置可在其偏转方向单独调整和/或单独移动。这意味着每一光束被定向至各自的偏转装置。偏转装置可相互独立调整，以便基本上可设定任何期望的配置。由激光器发射的光束形成了特定的设置，举例来说，并行运行的光束的线性设置。允许线性设置的灵活映射至任何设置，这可被视为本发明的基本优点。尤其是，光束间的间距通过一偏转装置组可变化或减少。

偏转装置可在标记设备的运行期间或运行前被设置在期望的位置。为了这个目的，每一偏转装置可被由控制单元控制的电动机替换。相对于棱镜，一偏转装置组有助于造成了更少的失真，尤其是当反射镜用作为偏转装置时。

在偏转装置为反射镜的情况下，可通过单独倾斜反射镜实现该调整，即，改变偏转方向或反射镜的指向方向。额外地或可选地，反射镜可以是可移位的，即可移置的。由于激光束可通过反射镜重新设置，后者也可称为映射镜。

上述“激光束的期望阵列”可以是合适于各自应用的激光束的任何设置。期望阵列可与激光束的初始设置不同，即在照射在一偏转装置组前的设置。尤其是，期望阵列可以是相对于初始设置旋转的线性设置。

根据本发明的一优选实施例，偏转设备可调整，以便减少了激光束间的光束间隔。由于激光器的大尺寸产生的大光束间隔的缺点会随之减轻。另外，可取得高标记分辨率。用于减少光束间隔的设备，在该设备内所有激光束都被定向至例如合适的棱镜的普通光学元件上，与该设备对比，本发明仪器的偏转装置导致光束更少的失真。

减少的光束间隔也导致激光束更加集中地照射在普通光学元件。这是至关重要的，因为近轴光线和边缘光线间发生球面像差和类似现象，近轴光线即激光束照射在透镜或反射镜的中心，边缘光线即激光束照射远离透镜或反射镜中心处。有利的是，减少光束间隔进而有利于减少球面像差。

本发明的另一优选实施例的特征在于，一偏转装置组包括第一和第二映射镜组，对应每一激光束，每一映射镜组包括至少一个映射镜，且第一映射镜组定向激光束至第二映射镜组。因此每一光束经由至少两块映射镜被单独定向。这尤其允许激光束的灵活重新设置。

本发明仪器的一优选实施例的特征在于，每一伸缩装置包括一反射镜，其为一偏转装置组的映射镜之一，且每一伸缩装置进一步包括一光学元件，尤其是透镜或曲面镜，其相对于映射镜可移位。因而用于本仪器的光学元件的总数量可以减少。伸缩装置的光学元件可被设置在偏转装置的映射镜间、映射镜前或后。

通常，手动调整偏转装置是可能的，尤其是可移位的。然而，优选地，控制单元适用于，尤其适用于经由万向架移动偏转装置和/或调整偏转装置的偏转方向。对于应用的广阔领域，每一偏转装置可通过控制单元单独调整。在可比的成本效益的实施中，每一激光束的至少一个偏转装置由控制单元调整。有利地，万向架可允许已安装的偏转装置的旋转在至少两个旋转自由度或甚至所有方向上。

控制单元对偏转装置的调整允许了可变的代码定位。这意味着，仪器发出的激光束的方向可被改变以变化物体上的激光束产生的代码的位置。额外地，代码的高度可以改变。

另外，静态标记是可能的。在此，物体在标记操作间相对于标记仪器移动并非必要的。偏转装置被操作来造成激光束的扫描位移，从而所有待打印的标志被连续生成在静止物体上。本实施例尤其优选地用于打印需要高打印分辨率的2D图像。

优选地，控制单元可进一步地适用于提供多击选择。如果激光束是脉冲的，这就意味着多个脉冲被定向至物体的公共点上。这可通过使用物体和仪器间的相对位移和适当定时激光器的发射来完成。可选地，激光束的偏转装置的调整可被改变，从而一个激光器的连续脉冲被定向至公共点上。有利地，灰度级打印成为可能。

控制单元可进一步适用于提供高功率选择。一束或多束激光束的偏转装置的调整可被改变，从而一束或多束激光的输出被定向至公共点上。这样一来，需要高于单一激光可提供的功率的材料也可被标记。换句话说，控制单元可适用于定向至少两束激光的激光束至公共点上。对于尤其高的光束功率，偏转装置可被调整来整合高达激光束总数量的任何数量。

控制单元可进一步用于适用于自动调整偏转装置以适应物体的位置变化，举例来说，来补偿物体的震动。位置的变化可通过传感器确定，传感器可以是超声或光学装置或一个接近开关。

根据本发明的另一优选实施例，控制单元适用于控制伸缩装置来补偿激光束间的光路长度差，尤其是由于偏转装置的设置的光路差。取决于偏转装置的位置，激光束的光束光路可具有不同长度，导致物体上激光束的不同光斑大小。具有伸缩装置后，平场校正是可能的，其中从仪器的一端测量每一激光束具有相同的焦距。为激光束设置任何期望焦平面是可能的。

当光路长度由于偏转装置的调整而变化时，控制单元可适用于实时调整伸缩装置。额外地或可选地，控制单元可根据任何关于光路长度变化的信息，例如震动或物体的任何其他位移，亦或是具有扫描设备的激光束的重定向。

本发明仪器的一优选实施例的特征在于，提供至少一个扫描镜设备，其包括一普通反射镜，所有从一偏转装置组发来的激光束照射于其上，及控制单元，适用于枢转扫描镜设备，尤其是通过振镜。

扫描设备或扫描镜设备可理解为任何造成激光束依次穿过若干空间位置的器械。

在简单的情况下，这种设备可包括旋转镜，其绕着垂直于入射光平面的轴旋转。旋转镜可包括镜筒，即绕着单一轴共同旋转的多边形或反射镜。

包括有与反射镜连接的振镜的设备通常可被称为振镜扫描器。振镜扫描器可转换输入电信号成振镜扫描器的反射镜的角位置，举例来说，采用动圈或固体铁转子。有利地，任何反射光束被定向的位置可独立于光束的先前位置寻址。优选地，提供有至少两个振镜扫描器。当振镜扫描器被设置时，从而每一激光束从第一振镜扫描器定向至第二振镜扫描器，有利地，任何二维扫描位移是可能的。

扫描镜设备的任务也可被声-光设备实行。在这情况下，声波被耦合至声-光材料。声波的频率管理激光束通过声-光材料行进的偏转角度。通过快速改变声波的频率，可取得激光束的快速扫描运动。

另一优选实施例中，当物体相对于标记仪器移动时，为了标记物体，控制单元根据物体位移的信息适用于调整偏转装置和/或至少一个扫描镜设备。物体因此可被追赶或追踪。在仪器和传动单元间加快或减缓相对运动速度来移动物体是可能的。有利地，标记过程的速度因此可被提高。

根据本发明另一优选实施例，第一和第二映射镜组每一个都被设置为线性阵列，且每一映射镜都可倾斜。在该实施例中，一映射镜组中的映射镜间的间距可以是固定的，这允许使用在线性设置中持有映射镜的普通安装装置，同时反射镜的倾斜也是可能的。第二映射镜组可倾斜出由照射在第一映射镜组的激光束形成的平面。可提供用于调整映射镜的至少一个线性阵列的位置的定位装置。尤其是，定位装置可替代普通安装装置。

本发明仪器的另一优选实施例的特征在于，控制单元适用于控制偏转装置来设置由偏转装置发出的激光束收敛或发散的程度，尤其是从第二偏转装置组发出的。换句话说，在被偏转装置重定向后，激光束不再互相并行运行而是具有来自标记仪器，或尤其是一偏转装置组的距离独立的光束间隔。偏转装置可被调整从而可在离仪器给定距离上造成激光束间的期望间距。由激光束产生的字符的高度及打印分辨率，即相邻激光束在物体上造成的标记间的距离，由激光束的分离所管理，并因此也可通过调整收敛程度变化。为此，偏转装置的快速倾斜就足够了，且没有必要变化偏转装置间的距离，这会更加耗时。

激光器可被设置成使得激光束平行退出激光器，且形成一线性设置。然而，根据应用，它可被期望为变化激光束线性设置的定向。为此，控制单元可适用于调整偏转装置，从而照射在偏转装置上的激光束的线性设置可被旋转，举例来说，关于平行于照射激光束的行进方向的轴旋转90°。水平设置可因此被旋转至垂直设置或反之亦然。这尤其有利的是，因为通常标志或字符不是在水平方向就是在垂直方向上打印在产品上。因而，控制单元至少可在这两个重要情况间切换。为了旋转激光束的线性设置，一偏转装置组可包括与至少一个或两个扫描镜设备共同使用的第一映射镜组。

根据本发明另一优选实施例，具有至少两个透镜的伸缩设备被提供用于激光束的焦距的全局调整。全局调整可理解为激光器的所有激光束通过伸缩设备运行，且以相同的方式受到影响。控制单元可适用于根据物体的距离设置伸缩设备，尤其是激光束的焦距对应至物体的距离。有利地，当物体靠近或远离仪器移动时，产生在物体上的标记点的大小可保持恒定。至物体的距离信息可通过移动物体的传送带和/或通过使用现有已知的距离测量装置被提供给控制单元。优选地，因为任何两激光束间的最大光束间隔可通过偏转装置减少，伸缩设备被设置在偏转装置后。因此，伸缩设备的光学元件可构造的更小。

根据本发明另一实施例，控制单元适用于单独延迟每一激光器的激活，从而在物体相对于标记仪器以物体移动方向移动的情况下，至少两个激光束在物体的运动方向上照射在物体的相同位置上。激光器的激活的时机可使所有激光束在物体的运动方向上照射在物体的同一位置上。

另外，不论产生的激光束和物体的移动方向间的定向，不同的激光束可造成标记点呈一垂直于物体移动方向的线。线的长度取决于反射出的激光束和物体的移动方向间的定向。

优选地，激光器被堆叠从而由激光器发射的激光束形成激光束阵列，尤其是具有平行激光束的线性阵列。每一激光器可以是包括至少部分包围内部区域的谐振管的气体激光器，即谐振管形成一闭环或开环。发射出的激光束通过光束传输装置被定向至内部区域，光束传输装置优选为反射镜组。光束传输装置由气体激光器的输出耦合反射镜形成通常也是可能的。在这个情况下每一气体激光器的谐振管尾部可指向内部区域方向。一偏转装置组随后可设置在内部区域里。

通过那些被设置在封闭环或开放环相对边的谐振管在彼此的最大距离，有利的是，使谐振管的冷却变得容易，而与此同时，仪器的整体尺寸并未增加，因为光学元件是采用节省空间的方式容纳在内部区域里。

在每一气体激光器包括至少部分包围内部区域的谐振管和提供有用于定向由气体激光器发射的激光束至内部区域的光束传输装置的情况下，尤其优选的是光束传输装置为伸缩装置的一部分。对应每一激光束，光束传输装置可包括一反射镜，反射镜可形成每一伸缩装置的第一光学元件。

可选地，用于耦合出激光束的气体激光器的输出耦合器可以是伸缩装置的一部分，输出耦合器可以是部分反射镜，其中每一反射镜的外表面，即背向激光器气体的表面，通常可具有任何形状。因此，优选的是，该形状使得每一输出耦合器表现的像通常已知的望远镜的第一透镜一样。

本发明一优选的变体涉及损坏像素的情况，这意味着激光器有缺陷且无法发射激光束。为了取代损坏激光器的激光束，控制单元可适用于调整偏转装置和伸缩装置，以便运行的激光器的激光束被偏转至损坏激光束的方向上。伸缩设备因此被控制来为损坏激光束和用于取代前者的激光束间的路径长度作调整。

多项传递选择中，取代的激光束被依次定向至其常规方向及损坏激光束的方向。额外地或可选地，在像素损坏的情况下可执行降低的分辨率打印。为此，在激光器损坏的情况下，控制单元可适用于减少待标记的标志的分辨率，来激活运行的激光器来根据下降的分辨率标志发射激光束，并根据下降的分辨率标志设置偏转装置和伸缩装置。

本发明另一优选实施例的特征在于，每一偏转装置包括或由光波导组成。光波导可以是任何灵活的引导由激光器发射的光线的波导，该光线具有波长，尤其是波长约为10μm的红外光。光波导的例子可以是光纤或具有反射内表面的中空管。

每一光波导可配有用于将照射激光束以适当的角度定向至光波导的核心的输入耦合光学器件。光波导也可配备包括尤其有至少两个用于收集从光波导脱离的激光辐射的透镜的输出耦合光学器件。输出耦合光学器件可决定激光束大小、焦距和焦深。尤其是，输出耦合光学器件可形成为伸缩装置。

优选地，光波导具有相同的长度。这导致造成在物体上的标记的点大小和质量更加恒定。

本发明进一步涉及一种标记系统，包括上述标记仪器，还进一步包括枢转装置，用于将标记仪器相对于物体移动方向倾斜。

正如随后将说明的，通过倾斜标记仪器，改变打印分辨率，即在物体上垂直于物体移动方向的方向上的标记点间的距离是可能的。这由在垂直于物体移动方向的方向上的光束间隔支配。物体移动方向上的光束间隔不会损害打印分辨率，因为激光器的激发可被延迟直至物体移动的大小等于物体移动方向上的光束间隔的大小。

而后通过倾斜标记仪器从而设置激光束，在垂直于物体移动方向的方向上变化光束间隔是可能的。优选地，根据期望的打印分辨率，控制单元适用于倾斜具有枢转装置的标记仪器。

在激光束的线性设置的情况下，激光束的线性设置和物体移动方向间的倾斜角支配着在垂直于物体移动方向的方向上的标记点间的距离。如果激光束的线性设置垂直于物体移动方向，标记点间的距离是最大的。为了设定更小的距离，可减小倾斜角。与适当测定激光器的发光时机一起，可设定倾斜角使得标记点形成连续的线或是分开的标记点。重叠的标记点可被产生，以造成标记点的不同强度，举例来说，用于灰度级打印。另外，如果发光即激光器的激发之间对应的延迟是选定的，倾斜角可以是零，致使标记点的完整重叠。

本发明更好的理解和本发明的各种其他特征和优点将通过下文结合附图的描述变得显而易见，其仅以示例的方式示出，但并不限定于此，其中相同的附图标记指代基本相同的组件。

附图说明

图1示出了本发明标记仪器的第一实施例的示意图；

图2A至图2C示出了一伸缩装置组和一偏转装置组的第一配置的不同视图；

图3A至图3C示出了一伸缩装置组和一偏转装置组的第二配置的不同视图；

图4A及图4B示出了一伸缩装置组和一偏转装置组的第三配置的不同视图；

图5示出了一伸缩装置组和一偏转装置组的另一配置；

图6示出了伸缩装置组及用于重新设置激光束至二维阵列的一偏转装置组的映射镜的配置；

图7示出了根据本发明的标记系统及相对于标记系统移动的待标记物体；及

图8A至图8D概略示出了相对于物体移动方向退出本发明标记仪器的激光束的设置，及由激光束产生的标记。

具体实施方式

图1概略示出了根据本发明的标记仪器100的第一实施例。标记仪器100包括多个激光器10，在描绘的实例中为气体激光器10。其他激光器技术也可替换使用。每一气体激光器10可被激活来发射用于在物体上产生标记（未示出）的激光束。为了形成和定向激光束，仪器100进一步包括光学装置30、40、45、50。

示出的实例中，多个气体激光器10由九个气体激光器10a-10i组成。通常大量的激光器10是需要的，举例来说，至少四个或六个激光器。每一气体激光器10包括互相流体连接的谐振管12。这意味着，气体激光器的谐振管12形成了共同的谐振器三维空间。不同激光器10的谐振管12流体连接也是可能的。

在描绘的实施例中，气体激光器是二氧化碳激光器，相应地该激光气体包括其他气体，二氧化碳、氮气和氦气。

谐振管12设置为环形形状，围绕内部区域或其间的自由中央空间5。该环形由用于连接属于同一激光器的相邻谐振管12的连接元件16形成。连接元件16被设置在堆叠的激光器的拐角处，并包覆用于反射激光从相邻谐振管12之一至另一谐振管的反射镜。自然地，所有的反射镜会依据所使用的激光器气体而选择。这个情况下，反射镜包括在二氧化碳激光器的波长区间反射的材料，即中红外辐射，主要为10.6μm内的反射材料。举例来说，可设提供铜镜和/或具有用于提高反射率和/或防止在空气中变色的涂层的基板。

在描绘的实施例中，谐振管12形成了矩形形状的密封环。通常来说，可选择至少部分闭合内部空间5的任何其他形状，例如三角形、正方形或U型。

每一气体激光器10a-10i的谐振管12构成一密封三维空间。激光器的本体可被互相分离或内部连接以形成共同的密封三维空间。密封的激光器内，通常期望激光气体成分在一个长时段内保持恒定。为此，气体总三维空间通过额外的气藏19增加。气藏内的气体不会被激发产生激光。相比之下，气藏19与一个或多个谐振管12的气体本体连接。

标记仪器100进一步地包括在每一谐振管12上的激发装置（未示出）以及附在谐振管12上的冷却块（未示出）。谐振管12的立方设置的每一侧可以有一块冷却块。因而，每一冷却块不仅仅冷却单个谐振管而是不同激光器10a-10i的多个谐振管12。冷却块可具有多个通道，其内可循环有冷却液。

每一激光器10的谐振管12以单独、分开的扁平设置。激光器10基本等同并以平行的方式堆叠在彼此之上。激光器10通过合适的连接装置例如螺栓、螺丝或类似物品互相连接。

激光器10的矩形形状可在一拐角处打开。在描绘的实施例中为左上角，在其上设有一集成的输出法兰17。在这个拐角上，激光体终止于背光镜18，用于将激光反射回谐振管12内。背光镜18可与由集成输出法兰17支撑的一端管12连接，或是背光镜18可附着在集成输出法兰17上。

位于同一拐角的激光体的另一端终止于输出耦合器13。输出耦合器13耦合出激光束，又可与端管12一端或集成输出法兰17连接。输出耦合器13可以是部分反射镜13，也可被称为部分反射输出耦合器。发射的激光束而后通过光束传输装置14被定向至内部区域5。在示出的实施例中，光束传输装置14包括至少一个设置在集成输出法兰17上的反射镜14。从光束传输装置14发射的激光束通过集成输出法兰17内的孔进入到内部区域5。通常，为所有激光器10提供共同的集成输出法兰17是可能的。然而，在描绘的实施例中，每一激光器10具有一个集成输出法兰17，且每一集成输出法兰表现为一个光束传输装置14和一个各自的激光束可穿过的孔。

内部区域5内，提供有用于整形和偏转激光束的光学装置30、40、45、50。该设置有助于导致相对低的空间需求。同时，一个激光器的相对的谐振管12被内部区域5隔开，促使了谐振管12的冷却。

从光束传输装置14，在这种情况下从反射镜14发来的激光束，照射在一伸缩装置组上，或光束整形装置40上，用于重新聚焦激光束。一伸缩装置组40包括一激光束一透镜40a-40i。另外，每一伸缩装置40包括另一光学元件，在本描绘的情况中，由反射镜14构成。其他未描绘的光学元件可代替使用。通过伸缩装置40，激光束的焦点可互相单独设定。相比于仅具有一个用于调整激光束焦点的光学元件的光束整形装置，伸缩装置使这种调整变得容易，因为仅需要伸缩装置的光学元件的更小的位移。

激光束而后照射在一偏转装置组30上。在示出的实例中，激光束先行进通过光束整形装置40。然而，这个顺序可被改变或两个组的单个元件可交替，即光束整形装置40的一个元件可设置在偏转装置30的两个元件间。

通常光束传输装置14形成偏转装置30的一部分也是可能的。在这个情况下，光束传输装置14可组成第一映射镜组。需要的光学元件的数量也有助于减少。

在描绘的实施例中，对应每一激光束，一偏转装置组30包括一偏转装置33a-33i。这些偏转装置33a-33i也可称为第一映射装置33组。通常，偏转装置可以是任何改变激光束传播方向的装置。在示出的实例中，偏转装置为反射镜。该组的反射镜可彼此独立放置。于是，照射在偏转装置30上的激光束的设置可通过调整单独反射镜33a-33i改变。而后者因此可称为映射镜33a-33i。

映射镜33a-33i为倾斜的且可移位的，即为平移地移动。为了倾斜反射镜，每一映射镜33a-33i为万向支架安装的。一控制单元（未示出）可适用于通过万向节设置每一映射镜33a-33i的期望位置。

离开偏转装置30后，激光束照射在若干个共同的光学元件上，即，所有的激光束照射在光学元件上。光学元件可包括伸缩设备45，用于激光束的焦点的全局调整。与上述一伸缩装置组40相对，伸缩设备45同等影响所有激光束。

光束路径内的光学元件可进一步包括用于改变或均化光束的强度分布的装置、用于改变光束的偏振尤其是用于在光束的整个截面上取得共同偏振或用于消偏光束的装置。

最后，激光束通过扫描镜设备50从仪器100被定向出。该设备50可包括两个振镜扫描仪50，各自具有一可旋转的共同反射镜50a，所有激光束照射在共同反射镜50a上。通过这两个振镜扫描仪50，可以容易地设置激光束行进的任何方向。

图2A至图2C示出了不同视角的一偏转装置组30和一伸缩装置组40的第一示例性设置。

为了光束整形和准直激光束90a-90i，一伸缩装置组40包括多个伸缩装置40a-40i，这些伸缩装置可等同地建立。每一伸缩装置40a-40i可具有至少两个透镜41和透镜42，这两个透镜可在激光束90a-90i的传播方向上偏移，用于调整各自的激光束90a-90i的焦点及待标记物体上的点大小。由于每一激光束90a-90i具有一伸缩装置40a-40i，光束也可为光路长度差作调整。

穿过伸缩装置40a-40i后，激光束90a-90i照射在一偏转装置组30上，一偏转装置组30包括第一和第二映射镜组33、34。也就是说，每一光束90a-90i从第一映射镜33a-33i被定向至第二映射镜34a-34i。第一映射镜组33的映射镜和第二映射镜组34的映射镜各自被设置在线性阵列35、36内。

示出的实例中，激光束90a-90i可以通过一偏转装置组30映射，从而旋转激光束的线性设置，举例来说，旋转90°。这个配置因而也可被称为水平至竖直像素映射器。第一和第二映射镜组33、34设置在一平面上并互相垂直。

映射镜33、34可随万向架调整，以便出射激光90a-90i在期望方向上平行运行。

在物体上打印标志的激光束90a-90i的扫描运动可以通过第二映射镜组34来实施。可选地，第二映射镜组34可以导向激光束90a-90i至扫描镜设备。

图3A至图3C示出一伸缩装置组40和一偏转装置组30另一配置的不同示意图。

这种配置不同于前一第一和第二映射镜组33、34的配置。在本情况中，映射镜组33、34形成线性阵列，其与之前的配置不同，不在同一平面上。相比之下，两个线性阵列呈同一角度，本情况中为45°，来减少激光束90a-90i间的空间。与此同时，将激光束90a-90i的线性设置旋转90°。

本实施例中，每一伸缩装置包括一透镜和反射镜，也可用作偏转装置33a-33i。如果反射镜33a-33i移动以变化各自激光束90a-90i的行进方向，伸缩装置的透镜可相应移动，从而激光束90a-90i的焦点维持不变。

图4A和图4B示出了伸缩装置和映射镜33、34的另一有利配置。正如之前的情况，描绘在图4A和图4B的配置显示出第一和第二映射镜组33、34的映射镜，每一映射镜设定在线性阵列35、36内。然而，在该实施例中，第二映射镜组34的映射镜倾斜，以便反射激光束90a-90i的收敛，即取决于距仪器所期望的距离处的期望间隔的光束间隔进一步减少，用于改变产生的标记的分辨率和尺寸。

优选地，第二映射镜组34的映射镜通过控制单元的万向架倾斜。第一映射镜组33的映射镜亦可固定，从而在打印操作中这些反射镜的位移是不可能的，或反射镜也可是用万向架固定的。

图2A至4B示出的实施例中，激光束90a-90i的扫描动作可通过倾斜第二映射镜组34的映射镜34a-34i来操作。例如具有用于反射所有激光束90a-90i的共同反射镜的振镜扫描器的扫描设备在本情况中未展示出。然而，提供这种扫描设备仍然是有用的。

为了将偏转装置设定至图2A至图2C、图3A至图3C、4A和4B的任何配置中，优选地提供有一控制单元。

图5概略示出了映射镜33a-33i的另一设置。在这里，一偏转装置组30由一映射镜组33组成。穿过伸缩装置40a-40i的激光束90a-90i的线性阵列被从映射镜33a-33i反射，从而减少激光束90a-90i间的激光距离。任何两相邻反射激光束90a-90i间的激光距离可相等。在示出的实例中，激光束90a-90i的线未旋转出由映射镜33a-33i和伸缩装置40a-40i形成的平面外。倾斜映射镜33a-33i，从而从所述平面跑出的反射激光束90a-90i会导致激光束距离或间隔的变化。因此，本实施例中激光束90a-90i的扫描动作未通过一偏转装置组30操作。而如图1所示设有至少一个扫描设备。

减少光束间隔允许待优化气体激光器的堆叠的设计，用于在不损害打印的分辨率或字符大小下热冷却和射频激发的优化，即可补偿气体激光器的较大的间隔。

图6描绘用于重排激光束90a-90i至二维阵列激光束的映射镜的配置，举例来说，为三乘三的正方形。再次，一偏转装置组30包括第一和第二映射镜组33、34。在示出的实例中，伸缩装置40a-40i被设置在第一和第二映射镜组33、34间。然而，伸缩装置40a-40i可被替代设置在第一映射镜组33前或第二映射镜组34后。

图6还示出了光束传输装置，重定向从激光器发来的光束90a-90i至第一映射镜组33。光束传输装置由反射镜14a-14i组形成，即对应一个激光束，一个光束传输装置。其他实施例中，这个映射镜组可被长反射镜代替。

第二映射镜组的映射镜34a-34i设置在二维阵列中，从而反射的激光束90a-90i映射在二维阵列中。有利地，激光束90a、90i间彼此最遥远的距离大大地减少，特别是与激光束的任何线性设置相比。该光束更加紧密地挤压，并因此穿过光学元件，例如聚焦光学器件45，的中心部分。由于光学像差主要在光学元件的外部部分发生，二维设置具有提高聚焦、激光束的光束质量的好处。特别是外部大部分的激光束相比于激光束的线性设置承担更少的失真。另外，光学元件的大小可被减少，导致总体成本更低。

图7概略地示出了标记系统120和待标记物体1。

物体1在物体移动方向2上移动，并描绘在三个不同的位置中，即在三个不同的时间点。标记系统120包括标记仪器100和用于倾斜标记仪器100的枢转装置110。

标记仪器100可包括任何上述的组件，举例来说，由两映射镜组构成的偏转装置，被各自设置在线性阵列中。如图7所示，也可提供控制单元20及定位装置60。后者用作定位映射镜的线性阵列。单独映射镜可被固定在各自的阵列中，从而他们不可移位但可倾斜，举例来说，通过万向架倾斜。

标记仪器100发射多个激光束，如图7所示其中三束90a、90b、90c。由于物体1移动，激光束90a、90b、90c对应重定向。

取决于物体1的形状和位置，仪器100和物体1间的距离可如附图标记d所示大小改变。另外，在同一时间点上，每一激光束90a、90b、90c的距离可以是不同的。但是，物体1上的激光束90a、90b、90c是相同的。为此，提供上述的光束整形装置并由控制单元20调整。

接下来，枢转装置110的功能和好处可参考图8A至8D解释，每一附图概略地示出了由仪器100相对于物体移动方向2发射的激光束90a-90i的设置。

图8A中，激光束90a-90i的线性设置平行于物体移动方向。通过单独延迟气体激光器的发射，激光束90a-90i的至少两束照射在物体1的同一点80上。该延迟可被设定等于激光束90a-90i间的间隔除以物体的速度或物体在激光束的线性阵列的方向上的物体速度。

图8B至8D内，激光束90a-90i的线性设置与物体的行进方向成角度倾斜，倾斜角为α。这个倾斜角α可由枢转装置110设定。与发射的延迟一同，该倾斜导致由点81-89形成的线的打印。如图8B所示，点81-89可重叠，或如图8C和8D所示，可以是分离的。因此产生的线的长度由激光束90a-90i与物体移动方向2间的倾斜角α决定。每一点81-89的大小及线的宽度可通过线束整形装置控制。

所述标记仪器有助于允许通过一伸缩装置组单独整形每一激光束。另外，光束间隔及多个激光束的设置可通过一偏转装置组变化。通过设置光学元件使空间需求最小，尤其是伸缩装置和偏转装置内气体激光器围绕的区域。

Claims (15)

1.使用激光标记物体（1）的标记仪器，包括

-多个激光器（10），尤其是气体激光器（10），

-一控制单元（20），根据待标记标志，用于单独激发每一激光器来发射一激光束（90a-90i），

-一伸缩设置（45），所有激光束（90a-90i）照射在其上，用于对激光束（90a-90i）焦距的全局调整，及

-一偏转装置组（30），定向激光束（90a-90i）至待标记物体（1），

其特征在于：

对应每一激光束（90a-90i），该偏转装置组（30）包括至少一个偏转装置（33a-33i，34a-34i），用于将激光束（90a-90i）灵活重新设置激光束（90a-90i）的任何期望阵列，且每一偏转装置（33a-33i，34a-34i）可在其偏转方向单独调整和/或单独移置，

该标记仪器进一步包括

-一伸缩装置组（40），对应每一激光束（90a-90i），包括至少一个伸缩装置（40a-40i），

每一伸缩装置（40a-40i）可调整，用于单独设定各自的激光束（90a-90i）的焦距，及

由于偏转装置（33a-33i，34a-34i）的设置，该控制单元（20）适用于控制伸缩装置（40a-40i）来补偿激光束（90a-90i）间的光路长度的差异。

2.如权利要求1所述的标记仪器，其特征在于

每一伸缩装置（40a-40i）包括至少两个光学元件（41,42），尤其是至少两个透镜或曲面镜，两者间的距离可调整，用于设定焦距。

3.如权利要求1或2所述的标记仪器，其特征在于

每一偏转装置（33a-33i，34a-34i）为映射镜（33a-33i，34a-34i）或光波导之一。

4.如权利要求1至3任一项所述的标记仪器，其特征在于

每一伸缩装置（40a-40i）包括反射镜，其为映射镜（33a-33i，34a-34i）之一,且每一伸缩装置（40a-40i）包括光学元件，尤其是透镜或曲面镜，相对于映射镜（33a-33i，34a-34i）可移位。

5.如权利要求1至4任一项所述的标记仪器，其特征在于

每一激光器（10a-10i）为气体激光器（10a-10i）且包括至少部分围绕一内部区域（5）的谐振管（12），

提供光束传输装置（14），用于定向由激光器（10a-10i）发射至内部区域（5）的激光束（90a-90i），且

光束传输装置（14）为伸缩装置（40a-40i）的一部分。

6.如权利要求1至5任一项所述的标记仪器，其特征在于

每一激光器（10a-10i）包括输出耦合器（13），用于耦合输出激光束（90a-90i），且

激光器（10a-10i）的输出耦合器（13）为伸缩装置（40a-40i）的一部分。

7.如权利要求6所述的标记仪器，其特征在于

为了取代损坏激光器（10a-10i）的激光束（90a-90i），控制单元（20）适用于调整偏转装置（30）和伸缩装置（40），从而运行中的激光器（10a-10i）的激光束（90a-90i）偏转至损坏激光束（90a-90i）的方向。

8.如权利要求1至7任一项所述的标记仪器，其特征在于

控制单元（20）适用于

-在激光器（10a-10i）损坏的情况下，减少待标记标志的分辨率，

-根据减少分辨率的信号，激发运行中的激光器（10a-10i）来发射激光束（90a-90i），及

-根据减少分辨率的信号，设定偏转装置（30）和伸缩装置（40）。

9.如权利要求1至8任一项所述的标记仪器，其特征在于

调整偏转装置（33a-33i，34a-34i），从而减少激光束（90a-90i）间的光束间隔。

10.如权利要求1至9任一项所述的标记仪器，其特征在于

该偏转装置组（30）包括第一和第二映射镜组（33，34），

对应每一光束（90a-90i），每一映射镜组（33,34）包括至少一个映射镜（33a-33i,34a-34i），且

第一映射镜组（33）定向激光束（90a-90i）至第二映射镜组（34）。

11.如权利要求10所述的标记仪器，其特征在于

第一和第二映射镜组（33,34）都设置在线性阵列（35,36）内；且

每一映射镜（33a-33i，34a-34i）为倾斜的。

12.如权利要求1至11任一项所述的标记仪器，其特征在于

控制单元（20）适用于控制偏转装置（33a-33i，34a-34i）来设定从偏转装置（33a-33i，34a-34i）发射出的激光束（90a-90i）的收敛和发散的程度。

13.如权利要求1至12任一项所述的标记仪器，其特征在于

每一偏转装置包括一光波导且光波导具有相同的长度。

14.如权利要求1至13任一项所述的标记仪器，其特征在于

控制单元（20）进一步适用于调整该偏转装置组（30），从而至少两个激光器（10）的激光束被定向至一共同点。

15.标记系统包括

如权利要求1至14任一项所述的标记仪器（100），及

枢转装置（110），用于相对于待标记物体（1）的物体运动方向（2）倾斜标记仪器（100）。

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