半岛·综合体育激光位图打标装置以及激光位图打标方法pdf

　　半岛·综合体育激光位图打标装置以及激光位图打标方法pdf本发明公开了一种激光位图打标装置以及激光位图打标方法，激光位图打标装置包括激光源、第一Q驱动器、第二Q驱动器、第一声光调制器、第二声光调制器、输出控制头和；激光源发出的激光输出至第一声光调制器，在第一声光调制器内由第一Q驱动器调节频率，形成预设频率的稳态激光，该稳态激光进入第二声光调制器，在第二声光调制器内由第二Q驱动器调节能量，得到同时具有预设频率和预设能量的衍射光从输出控制头输出；与第一Q驱动器、第二Q驱动器和输出控制头电连接用于控制相应器件的动作。通过使用两个Q驱动器分别控制激

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 113399821 A (43)申请公布日 2021.09.17 (21)申请号 8.0 (22)申请日 2021.05.28 (71)申请人 大族激光科技产业集团股份有限公 司 地址 518057 广东省深圳市南山区深南大 道9988号 (72)发明人 徐方华郭丽吕启涛王杰 刘欢高云峰 (74)专利代理机构 广州华进联合专利商标代理 有限公司 44224 代理人 潘艳丽 (51)Int.Cl. B23K 26/06 (2014.01) B23K 26/064 (2014.01) B23K 26/362 (2014.01) 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (54)发明名称 激光位图打标装置以及激光位图打标方法 (57)摘要 本发明公开了一种激光位图打标装置以及 激光位图打标方法，激光位图打标装置包括激光 源、第一Q驱动器、第二Q驱动器、第一声光调制 器、第二声光调制器、输出控制头和；激光 源发出的激光输出至第一声光调制器，在第一声 光调制器内由第一Q驱动器调节频率，形成预设 频率的稳态激光，该稳态激光进入第二声光调制 器，在第二声光调制器内由第二Q驱动器调节能 量，得到同时具有预设频率和预设能量的衍射光 从输出控制头输出；与第一Q驱动器、第二 Q驱动器和输出控制头电连接用于控制相应器件 的动作。通过使用两个Q驱动器分别控制激光的 A 频率和能量，来建立灰度值与射频输出功率的匹 1 配关系，实现减少位图打标过程中浅色区的色 2 8 9 差。 9 3 3 1 1 N C CN 113399821 A 权利要求书 1/1页 1.一种激光位图打标装置，其特征在于，包括激光源、第一Q驱动器、第二Q驱动器、第一 声光调制器、第二声光调制器、输出控制头和； 所述激光源发出的激光输出至所述第一声光调制器，在所述第一声光调制器内由所述 第一Q驱动器调节频率，形成预设频率的稳态激光，该稳态激光进入所述第二声光调制器， 在所述第二声光调制器内由所述第二Q驱动器调节能量，得到同时具有预设频率和预设能 量的衍射光从所述输出控制头输出； 所述与所述第一Q驱动器、所述第二Q驱动器和所述输出控制头电连接以用于控 制相应器件的动作。 2.如权利要求1所述的激光位图打标装置，其特征在于，所述第一声光调制器与所述激 光源耦合形成内置有所述第一声光调制器的激光器。 3.如权利要求2所述的激光位图打标装置，其特征在于，所述激光器为纳秒激光器。 4.如权利要求1所述的激光位图打标装置，其特征在于，所述输出控制头包括座体以及 安装在所述座体上的场镜，具有预设频率和预设能量的所述衍射光从所述场镜输出。 5.如权利要求1所述的激光位图打标装置，其特征在于，所述包括工控机和与所 述工控机电连接的打标控制卡，所述工控机中的打标控制程序能够发出预设频率和预设能 量指令给所述打标控制卡，所述打标控制卡根据所述预设频率控制所述第一Q驱动器，并根 据所述预设能量控制所述第二Q驱动器。 6.如权利要求1～5任一项所述的激光位图打标装置，其特征在于，还包括至少一面全 反镜，所述第二声光调制器输出的同时达到预设频率和预设能量的所述衍射光经过所述全 反镜调整路径后进入所述输出控制头。 7.如权利要求1～5任一项所述的激光位图打标装置，其特征在于，还包括吸光座，所述 吸光座用于吸收经由所述第二声光调制器衍射后形成的达到预设能量而未达到预设频率 的所述衍射光。 8.如权利要求1～5任一项所述的激光位图打标装置，其特征在于，还包括扩束镜，所述 扩束镜对经由所述第二声光调制器衍射后形成的同时达到预设频率和预设能量的所述衍 射光进行扩束。 9.一种激光位图打标方法，其特征在于，使用如权利要求1～8任一项所述的激光位图 打标装置进行位图打标； 所述激光源发出的激光输出至所述第一声光调制器，所述第一Q驱动器通过调节Q开关 释放时间控制所述第一声光调制器形成预设频率的稳态激光，随后该稳态激光进入所述第 二声光调制器，所述第二Q驱动器通过控制所述第二声光调制器的射频输出功率，使进入所 述第二声光调制器中预设频率的所述稳态激光形成预设能量的衍射光，最终获得同时达到 预设频率和预设能量的衍射光，使用该衍射光进行位图打标。 10.如权利要求9所述的激光位图打标方法，其特征在于，所述第二声光调制器的射频 输出功率为0％～90％。 2 2 CN 113399821 A 说明书 1/6页 激光位图打标装置以及激光位图打标方法 技术领域 [0001] 本发明涉及激光打标领域，特别是涉及一种激光位图打标装置以及激光位图打标 方法。 背景技术 [0002] 激光打标技术作为激光加工技术较大的应用领域之一，同时也是现代精密加工技 术，与传统的加工技术相比较，其高效、无污染、速度快、成本低的优势使其具有非常广阔的 应用前景。激光打标技术是一种新型的高精度标刻技术，其工作原理是采用受计算机控制 的高能量密度的激光束在工件(机械零部件、电子元器件、仪器、工具等)表面上打出各种文 字、符号及图案，以制作永久性标记、商标等。与传统的化学药品腐蚀、机械雕刻、油墨打印 等打标方式相比较而言，激光打标技术具有无法比拟的优势。激光打标技术利用了激光作 为加工设备，具有无接触、无切削力、热影响小的特点，保证了工件原有的特性。由于与工件 之间没有加的作用，加工材料不易发生变形，受损程度小，激光打标所形成的标记清 晰、持久甚至可以永不磨灭，这一点已成为激光技术区别于其他加工手段的明显优势，保证 了工件的原有精度。在热处理、切割还有焊接过程中加工工件基本不变形，激光打标技术也 成功地运用于局部热处理和显像管的焊接中。此外，激光对空间和时间的控制相当比较好， 对于加工材料的质材、形状、尺寸以及加工环境的自由度控制相对也比较大。因此，在自动 化加工和特殊面加工领域中特别适用，由于加工方式比较灵活，在生产加工中，既可以适应 实验室中单件小批量的生产需要，也同样能够满足用户进行大批量的加工生产的需求。 [0003] 与此同时，激光加工技术和计算机控制技术相结合能够组合成高效自动化加工设 备，能够标识各种文字、图案以及符号，比较容易的利用软件设计出各种各样标识图样，还 可以更改标识的内容，不断的提高现代化加工生产的效率。激光加工技术与化学腐蚀法相 比对环境不造成任何的污染，相对于机械式打标无噪音发出，是一种高环保无污染的激光 加工技术。 [0004] 激光打标机的结构主要包括：控制系统、激光器以及扫描振镜系统等组成。其中， 控制系统是激光打标机控制系统的核心部分，用来完成打标内容的编辑，并转换成控制信 号传输到振镜系统、激光系统，最后还对外部设备的打标输入内容进行处理。激光打标包括 矢量图打标和位图打标。矢量图打标，是在连续路径上控制激光的参数和走线速度。位图打 标，就是在一个个像素点上控制激光的功率、停留时间等使得显现出不同色差的标记。位图 打标采用的一般方法是通过将声光调Q激光器的Q开关释放时间与灰度值匹配，通过改变Q 开关释放时间来改变激光器能量，实现灰度值的变化。此时，激光器内的声光调Q激光器的Q 开关承担了两个作用，一个是工作频率选择，另一个是调节激光能量大小。通过调节Q开关 释放时间可以间接改变激光介质储能时间来控制激光器输出能量，进而迫使激光能量与灰 度值匹配，这种方案会导致激光介质在低储能状态时，激光振荡不稳定，激光器输出小脉冲 能量也不稳定，不稳定的脉冲能量最终导致位图图像在浅色区产生灰度色差，破坏图像在 浅色区的均匀性。 3 3 CN 113399821 A 说明书 2/6页 发明内容 [0005] 基于此，有必要提供一种能够减少位图打标过程中浅色区的色差的激光位图打标 装置以及激光位图打标方法。 [0006] 本发明提供一种激光位图打标装置，包括激光源、第一Q驱动器、第二Q驱动器、第 一声光调制器、第二声光调制器、输出控制头和； [0007] 所述激光源发出的激光输出至所述第一声光调制器，在所述第一声光调制器内由 所述第一Q驱动器调节频率，形成预设频率的稳态激光，该稳态激光进入所述第二声光调制 器，在所述第二声光调制器内由所述第二Q驱动器调节能量，得到同时具有预设频率和预设 能量的衍射光从所述输出控制头输出； [0008] 所述与所述第一Q驱动器、所述第二Q驱动器和所述输出控制头电连接以用 于控制相应器件的动作。 [0009] 在其中一个实施例中，所述第一声光调制器与所述激光源耦合形成内置有所述第 一声光调制器的激光器。 [0010] 在其中一个实施例中，所述激光器为纳秒激光器。 [0011] 在其中一个实施例中，所述输出控制头包括座体以及安装在所述座体上的场镜， 具有预设频率和预设能量的所述衍射光从所述场镜输出。 [0012] 在其中一个实施例中，所述包括工控机和与所述工控机电连接的打标控制 卡，所述工控机中的打标控制程序能够发出预设频率和预设能量指令给所述打标控制卡， 所述打标控制卡根据所述预设频率控制所述第一Q驱动器，并根据所述预设能量控制所述 第二Q驱动器。 [0013] 在其中一个实施例中，还包括至少一面全反镜，所述第二声光调制器输出的同时 达到预设频率和预设能量的所述衍射光经过所述全反镜调整路径后进入所述输出控制头。 [0014] 在其中一个实施例中，还包括吸光座，所述吸光座用于吸收经由所述第二声光调 制器衍射后形成的达到预设能量而未达到预设频率的所述衍射光。 [0015] 在其中一个实施例中，还包括扩束镜，所述扩束镜对经由所述第二声光调制器衍 射后形成的同时达到预设频率和预设能量的所述衍射光进行扩束。 [0016] 进一步地，本发明还提供一种激光位图打标方法，使用如上述的激光位图打标装 置进行位图打标； [0017] 所述激光源发出的激光输出至所述第一声光调制器，所述第一Q驱动器通过调节Q 开关释放时间控制所述第一声光调制器形成预设频率的稳态激光，随后该稳态激光进入所 述第二声光调制器，所述第二Q驱动器通过控制所述第二声光调制器的射频输出功率，使进 入所述第二声光调制器中预设频率的所述稳态激光形成预设能量的衍射光，最终获得同时 达到预设频率和预设能量的衍射光，使用该衍射光进行位图打标。 [0018] 在其中一个实施例中，所述第二声光调制器的射频输出功率为0％～90％。 [0019] 本发明提供的上述激光位图打标装置包括激光源、第一Q驱动器、第二Q驱动器、第 一声光调制器、第二声光调制器、输出控制头和，激光源发出的激光输出至第一声光 调制器，在第一声光调制器内由第一Q驱动器调节频率，形成预设频率的稳态激光，该稳态 激光进入第二声光调制器，在第二声光调制器内由第二Q驱动器调节能量，得到同时具有预 设频率和预设能量的衍射光从输出控制头输出。通过使用两个Q驱动器分别控制激光的频 4 4 CN 113399821 A 说明书 3/6页 率和能量，通过射频输出功率与位图打标的灰度值之间的相关性，来建立灰度值与射频输 出功率的匹配关系，可以实现减少位图打标过程中浅色区的色差。 附图说明 [0020] 图1为激光位图打标装置图； [0021] 附图标号说明如下： [0022] 100：激光位图打标装置，101：激光器，102：第二声光调制器，103：全反镜，104：0级 衍射光，105：吸光座，106：扩束镜，107：输出控制头，108：第一Q驱动器，109：打标控制卡， 110：工控机，111：第二Q驱动器，112：保护窗，113：1级衍射激光。 [0023] 图2为利用本发明中激光位图打标装置获得的图像。 [0024] 图3为利用传统激光位图打标装置获得的图像。 具体实施方式 [0025] 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。当然，它们仅仅 为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或 字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间 的关系。 [0026] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个 等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两 个等，除非另有明确具体的限定。 [0027] 本发明中的词语“优选地”、更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果 的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。 此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其 他实施方案排除在本发明的范围之外。 [0028] 当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最 大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范 围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合 并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入 的任何及所有的子范围。 [0029] 需要说明的是，在本发明的描述中，对于方位词，如有术语“中心”、“横向”、“纵 向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置 关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具 有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。 [0030] 在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件例如层、膜或基板被指为在另一 膜层“上”时，其能直接在其他膜层上或亦可存在中间膜层。进一步说，当层被指为在另一层 5 5 CN 113399821 A 说明书 4/6页 “下”时，其可直接在下方，亦可存在一或多个中间层。亦可以理解的是，当层被指为在两层 “之间”时，其可为两层之间的唯一层，或亦可存在一或多个中间层。 [0031] 在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，意图在于覆盖不排他的 包含，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。 [0032] 除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量 为一个。 [0033] 此外，附图并不是以1:1的比例绘制，并且各元件的相对尺寸在附图中仅以示例地 绘制，以便于理解本发明，但不一定按照真实比例绘制，附图中的比例不构成对本发明的限 制。需要说明的是，当元件被称为“设于”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。 [0034] 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 体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明半岛·综合体育。本文所使用的术语“和/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。 [0035] 本发明提供一种激光位图打标装置100，包括激光源、第一Q驱动器108、第二Q驱动 器111、第一声光调制器、第二声光调制器102、输出控制头107和半岛·综合体育。 [0036] 激光源发出的激光输出至第一声光调制器，在第一声光调制器内由第一Q驱动器 108调节频率，形成预设频率的稳态激光，该稳态激光进入第二声光调制器102，在第二声光 调制器102内由第二Q驱动器111调节能量，得到同时具有预设频率和预设能量的衍射光从 输出控制头107输出； [0037] 与第一Q驱动器108、第二Q驱动器111和输出控制头107电连接以用于控制 相应器件的动作。 [0038] 具体地，上述稳态激光已形成预设频率进入第二声光调制器102，经过衍射分别形 成0级衍射光和1级衍射光，其中1级衍射光衍射角度不发生变化，通过第二Q驱动器111控制 衍射光的能量，最终获得同时达到预设频率和预设能量的1级衍射光。 [0039] 在一个具体示例中，第一声光调制器与激光源耦合形成内置有第一声光调制器的 激光器101。 [0040] 优选地，激光器101为纳秒激光器。 [0041] 可以理解地，上述激光位图打标装置100中的包括工控机110和打标控制卡 109，工控机110中的打标控制程序能够根据需要发出预设频率和预设能量指令给打标控制 卡109，打标控制卡109根据预设频率控制第一Q驱动器108和预设能量控制第二Q驱动器 111。 [0042] 在一个具体示例中，输出控制头107包括座体以及安装在座体上的场镜，具有预设 频率和预设能量的衍射光从场镜输出。 [0043] 进一步地，上述激光位图打标装置100还包括全反镜103，全反镜103的个数为至少 一面，第二声光调制器102输出的同时达到预设频率和预设能量的衍射光经过全反镜103调 整路径后进入输出控制头。可以理解地，全反镜103的个数可以根据实际需要进行设置。 [0044] 更进一步地，上述激光位图打标装置100也包括吸光座105，吸光座105吸收经由第 6 6 CN 113399821 A 说明书 5/6页 二声光调制器102衍射后形成的达到预设能量而未达到预设频率的衍射光，具体地，0级衍 射光004经由全反镜103反射后被吸光座105吸收。 [0045] 在一个具体示例中，还包括扩束镜106，扩束镜106对经由第二声光调制器102衍射 后形成的同时达到预设频率和预设能量的衍射光进行扩束。具体地，由全反镜103反射后的 1级衍射光进入扩束镜106进行扩束最终进入输出控制头107，形成所需的预设频率和预设 能量的衍射光1级衍射激光113。 [0046] 可以理解地，本发明提供的上述激光位图打标装置100中第一声光调制器通过射 频线通过射频线相连，实现 第一Q驱动器108和第二Q驱动器111分别对第一声光调制器和第二声光调制器102的频率和 功率有效控制。 [0047] 本发明还提供一种激光位图打标方法，通过使用如上述的激光位图打标装置100 进行位图打标，激光源101提供的激光输出至第一声光调制器，第一Q驱动器108控制第一声 光调制器通过调节Q开关释放时间形成预设频率的稳态激光，随后进入第二声光调制器 102，第二Q驱动器111通过控制第二声光调制器102的射频输出功率，使进入第二声光调制 器102中预设频率的稳态激光形成预设能量的衍射光，最终获得同时达到预设频率和预设 能量的衍射光，使用该衍射光进行位图打标。 [0048] 在一个具体示例中，第二声光调制器102的射频输出功率为0％～90％。 [0049] 可以理解地，第二声光调制器102的射频输出功率可以但不限于是0％、10％、 20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。 [0050] 本发明中的激光位图打标方法通过使用两个Q驱动器分别控制激光的频率和能量 的激光位图打标装置100，通过射频输出功率与位图打标的灰度值之间的相关性，来建立灰 度值与射频输出功率的匹配关系，可以实现减少位图打标过程中浅色区的色差。 [0051] 上述激光位图打标方法具体步骤如下：工控机110中的打标软件根据需要发出预 设频率和预设能量指令给打标控制卡109，打标控制卡109根据预设频率控制第一Q驱动器 108，并根据预设能量控制第二Q驱动器111； [0052] 激光源101提供的激光输出至第一声光调制器，第一Q驱动器108控制第一声光调 制器通过调节Q开关释放时间形成预设频率的稳态激光，随后预设频率的稳态激光进入第 二声光调制器102，第二Q驱动器111通过控制第二声光调制器102的射频输出功率，使进入 第二声光调制器102中预设频率的稳态激光形成预设能量的衍射光，上述衍射光分别形成0 级衍射光和1级衍射光，其中1级衍射光衍射角度不发生变化，对于0级衍射光经由全反镜 103反射后被吸光座105吸收，对于1级衍射光由全反镜103反射后的1级衍射光进入扩束镜 106进行扩束最终进入输出控制头107，获得同时达到预设频率和预设能量的1级衍射光 113。进一步地，保护窗112作用是投射激光，并对第二声光调制器102、全反镜103以及吸光 座105的器件进行密封，控制腔内湿度水平，防止灰尘沉积到器件表面造成激光损伤，提高 器件工作稳定性。 [0053] 上述激光位图打标装置100通过在激光器101与第二声光调制器102和第二Q驱动 器111配合使用，将激光器101对激光的频率控制与能量控制分开，以保证加工速度和能量 控制互不影响，使激光能量与位图灰度级精确对应，解决了激光打标尤其是位图打标在浅 色区存在的异常色差问题，使浅色区灰度值平滑过渡。 7 7 CN 113399821 A 说明书 6/6页 [0054] 图2为利用本发明中激光位图打标装置获得的图像，可见本发明的激光位图打标 装置获取的图像在浅色区的图像均匀程度良好。图3为利用传统激光位图打标装置获得的 图像，在框选区域有明显的色差，即在浅色区域有明显不均匀情况出现。进一步说明本发明 提供的激光打标装置，在应用于位图打标的过程中，通过使用两个Q驱动器分别控制激光的 频率和能量，成功建立了灰度值与射频输出功率的匹配关系，可以实现减少位图打标过程 中浅色区的色差，解决了在浅色区存在的异常色差问题，使浅色区灰度值平滑过渡。 [0055] 以上所述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载的范围。 [0056] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明 的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。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。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上， 通过合乎逻辑地分析、推理或者有限的实验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的 保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书以及附图 可以用于解释权利要求的内容。 8 8 CN 113399821 A 说明书附图 1/2页 图1 图2 9 9 CN 113399821 A 说明书附图 2/2页 图3 10 10

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