具有复数个激光器和一组合偏转设备的标记仪器的制造方法

具有复数个激光器和一组合偏转设备的标记仪器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及于一标记仪器（100），其用于通过激光标记一物体，其包括复数个激光器（10），特别是气体激光器（10），以及一控制单元，其用于单独激活每个激光器（10）来根据待标记的符号发射一激光束。提供一偏转设备（30），通过该偏转设备（30）至少两个激光束被组合到一公共点。
【专利说明】具有复数个激光器和一组合偏转设备的标记仪器
【技术领域】
[0001]根据权利要求1前文所述，本发明涉及于一用于通过激光标记物体的标记仪器。【背景技术】
[0002]通常，已知的标记设备使用一单一的激光器，例如，譬如为CO2激光器的气体激光器。这样的激光器发射一激光束，该激光束被传输到待标记的物体上。该物体在一传送带上相对该标记仪器移动。典型的，根据一待标记的符号，一扫描设备被提供用于在物体上定向该激光束。
[0003]为了增加吞吐量，一般的标记仪器包括了复数个激光器，特别是多个气体激光器。此外，根据一待标记的符号，一控制单元被提供用于单独激活每个激光器来发射一激光束。
[0004]现有技术的标记仪器，其中的一个激光器的激光束的强度在某一范围内可以是可控的。然而，一特别高的强度会需要过度大的激光器。
[0005]一已知标记仪器的缺点是紧凑设计和高强度激光束之中仅有一个能达成。
[0006]美国专利US4，727，235的主题是一激光器标记系统，其具有复数个激光器。发射的激光束被排列成一维阵列且相互具有一固定距离。
[0007]美国专利US4，131，782涉及一用于通过激光束在一物体内制作孔的仪器。该仪器包括了复数个激光器，其发射的光束被组合为物体表面上的一点。为此，所有的激光束被定向到一公共偏转装置，比如一反射镜。
[0008]从美国专利US4，652，722所知的一用于标记目的激光器仪器。提供了一定数量的激光器，其发射的光束以彼此间预定义的距离被定向到一待标记的基板。
[0009]日本专利JP2011156574涉及一用于通过激光束制作一物体的仪器。复数个激光束被调节来形成一相邻的制作线。
[0010]美国专利US6，229，940B1描述出了另一激光器系统。该系统包括了复数个激光器，其发射的光束被通过一所有激光束共用的聚焦透镜组合到一点。
[0011]美国专利US2009/0323753A1是关于用于刻写容器(例如瓶子)的一仪器。该仪器使用复数个激光器，该激光器的光束被引导到具有一固定位置的释放部。对于每个激光器，其都有一释放体。
[0012]美国专利US5，115，446A涉及一用于激光器的部件的承载结构。该承载结构允许激光器的谐振管矩形排列。

【发明内容】

[0013]本发明的目的是提供一具有紧凑设计的标记仪器，同时其允许在宽的范围下设置仪器的激光束的强度。
[0014]本发明的目的可通过包括有权利要求1技术特征的标记仪器来解决。
[0015]优选的实施方案在从属权利要求和之后的说明书中，特别是结合附图相后给出。
[0016]根据本发明，以上提到的这类标记仪器的特征在于提供有一偏转设备，通过该偏转设备至少两个激光束被组合到一公共点。
[0017]可以被视为本发明的一基本概念的是，其通过组合至少两个不同激光器的激光束来增加射到待标记物体上的一个点上的激光的强度。该组合的激光束可以被理解为在公共点上至少部分互相重叠。组合的激光束可以要么形成一单个光束，要么它们可以在一单个点(即，公共点)互相交叉。
[0018]有益的是，这允许了需要特别高强度的功能。因而，标记可以是物体表面的任何改变，例如颜色的改变、雕刻、切割。该标记仪器可以额外地实现能用于或者不用于标记的操作，比如，钻孔，打洞或者冲孔。
[0019]优选的，偏转设备包括一偏转装置组，其对应每个激光束包括至少一个偏转装置，特别的是，对应每个激光束至少一映射镜(mapping mirror)或者一光波导，以及每个偏转装置在它的偏转方向是单独可调节的和/或单独可移置的。如果一激光束被同另一个或几个其他激光束组合，相应的偏转装置能简单的被相应调节。该偏转装置组可以进一步允许将不被组合到公共点的激光束重新排列成需要的激光束阵列。
[0020]在本实施例中，每个激光束被定向到它们的相应的偏转装置。该偏转装置独立于彼此是可调节的，使得基本上可设置任何需要的构造。激光器发射的光束形成一特定的排列，比如，一平行行进的光束的线性排列。可以被视为一重要优点的是允许线性排列灵活的映射到任何其他排列。特别是，光束之间的间隔通过该偏转装置组可以被改变或者被减少。
[0021]在标记仪器运行时或者运行前，偏转装置可以被设置到一需要的位置。为了这个目的，每个偏转装置可以通过一由控制单元控制的电动马达移动。
[0022]在偏转装置是反射镜的情况下，调节可以通过单独的倾斜反射镜来实现，S卩，改变偏转方向或者指定反射镜的方向。附加的或可选的，反射镜是可以被移位的，就是说是可移置的。由于激光束可以通过反射镜被重新排列，反射镜也可以被称为映射镜。
[0023]本发明的上下文中，激活每个激光器从而发射一激光束可以被理解为任何控制一光束是否射到待标记的物体上的过程。因此，激活也可以通过一光束闸(beam shutter)实现。也就是说，一激光器保持激活，然后一光束闸控制激光器的激光束通过或者阻挡。
[0024]通常，激光器可以是任何种类的激光器。如果激光器布置到空间是至关重要的地方，则本发明是特别有益的。也就是说，若激光器功率强烈取决于激光器的大小。如果激光器的尺寸禁止产生相互非常靠近的激光束，本发明的另一优势会显现出来。本发明允许激光束的重新排列致使激光束之间只有一小段距离，因此，具有高标记分辨率。
[0025]这类激光器的实例是气体激光器、化学激光器、纤维激光器、染料激光器和固态激光器。此外，半导体激光或者金属蒸汽激光器也可以使用。如果使用气体激光器，优选为CO2激光器。然而，任何已知种类都是可以提供的，例如，氦氖激光器，CO激光器，氩激光器，氮激光器，或者准分子激光器。这些可以以连续波(continuous wave)或者脉冲运行。
[0026]待标记的符号可以被理解为任何标记，例如，一文字，一图片或者图形的单像素点。符号可以包含一系列的点或者线。也就是说，激光器可以被短时间的激活来在物体上制造点或在一可设置的时间范围内被激活来产生某一长度的线。
[0027]本发明的上下文中，待标记的物体可以是任何物品或者具有能够被激光器的光线影响表面的产品。特别的是，物体可以是一个包装，例如，用于食物或者饮料，一水果或者一标签。物体的材料可以包括塑料、纸张、金属、陶瓷、纤维、复合材料以及有机组织。[0028]优选的，为了逐步调整传送到公共点的激光束功率，控制单元被适用为根据需要的功率等级或者根据使用者的输入来设置被组合到单一点的激光束的数量。被传送到公共点的激光束功率为每个定向到公共点的激光束的功率的总和。激光器的数量的组合是通过控制单元相应的设置每个偏转装置来达到的。有益的是，能够实现一非常高的强度，该强度达到所有组合的激光束的总强度。更高数量的分隔激光束将被提供，如果一较低的强度就足够，比如两个或者三个组合的激光束，其中每个组合激光束由几个激光器的激光束组成。因此，所有激光器可能可以被同时用于标记，且不依赖于当前需要的激光束强度。
[0029]根据本发明的一优选实施例，偏转装置被调节使得在激光束之间的光束间隔被减少了。由激光器的大尺寸产生的大光束间隔的劣势被减轻了。相对于用于降低光束间隔的设备，在该设备中所有光束被定向到一公共光学元件上，例如，一合适的棱镜，本发明仪器的偏转装置导致光束的失真更少。此外，在物体的表面所确定的光束间隔起重要作用的情况下，一个高标记分辨率可以被实现。
[0030]一减少的光束间隔也导致激光束更加集中的射到公共光学元件上。当球面象差发生在傍轴射线和边缘射线之间时，这是至关重要的，傍轴射线，即射到透镜或者反射镜的中心的激光束，边缘射线，即射到远离透镜或者反射镜中心的激光束。有益的是，减少光束间隔有利于减少球面象差。
[0031]本发明的另一优选实施例的特征在于，该偏转装置组包括一第一和一第二映射镜组，每个映射镜组对应每个激光束包括至少一个映射镜，以及第一映射镜组定向激光束到第二映射镜组。因此，每个光束都单独通过至少两个映射镜被定向。这允许了光束的特别灵活的重新排列。在这样的情况下，偏转装置可以用于组合激光束以及实行组合光束的扫描运动。
[0032]通常，偏转装置是可以被手动调节的，特别是可移位的。然而，优选为控制单元被适用于移置偏转装置和/或者调节偏转装置的偏转方向，特别是通过万向支架。为了扩展应用领域，每个偏转装置可以被控制单元单独调节。在一相对节约成本的例子中，对应每个激光束至少一偏转装置是可被控制单元调节的。有益的是，万向支架可以允许安装后的偏转装置在至少两个自由旋转角度或者甚至所有方向旋转。
[0033]由控制单元进行的偏转装置的调节允许一可变的代码定位。这意味着从仪器射出的激光束的方向可被改变从而改变通过在物体上的激光束而待产生的符号的位置。另外，代码的高度可以被改变。
[0034]此外，静态的标记也是可行的。在这情形中，物体相对于标记仪器在整个标记运行中不被移动。偏转装置被运行来使激光束扫描移动，这样，所有待印刷的符号会被连续的产生到静止的物体上。本实施例中特别优选为用于印刷2D图形，其需要高印刷分辨率。
[0035]控制单元还可以进一步适用为自动调节偏转装置以适用物体的位置的变化，例如，补偿物体的振动。位置的变化可以通过一传感器，如超声波或者光学装置或者接近开关来确定。
[0036]本发明仪器的一优选实施例的特征在于，提供至少一扫描镜装置，其包括一公共反射镜，来自该偏转装置组所有激光束射在其上面，同时控制单元被适用为枢转扫描镜装置，特别是通过一振镜(galvanometer)。
[0037]扫描镜设备可以被理解为任何能够导致一光束通过连续的一些空间位置的器械。[0038]一有利的可能是，首先，任何数量的激光束被偏转设备组合，然后组合的激光束和任何剩余的不被组合的激光束被扫描镜设备重定向。换句话说，扫描反射镜组成了一 2D光束定向系统用于在一 2D平面内定向公共点。
[0039]在简单的情况下，这样的扫描镜设备可以包括一个或者更多的可旋转反射镜。设备包括与一反射镜连接的振镜，其通常被称为振镜扫描器。一振镜扫描器可将输入电信号转变为振镜扫描器的反射镜的角位置。优选地，提供有至少两个振镜扫描器。当振镜扫描器被排列后，这样每个激光束被从第一振镜扫描器定向到第二振镜扫描器，在一特定的视场中，就有利地可能形成任何二维扫描移动。
[0040]扫描镜设备也可以被理解为一光束转向单元(BTU)，其也能被称为一头安装组件。
[0041]扫描镜设备的任务也可以通过声光设备被执行。在这之中，一声波与一声光材料耦合。声波的频率支配穿越声光材料的激光束的偏转的角度。通过快速的改变声波的频率，可以达成激光束的快扫描运动。
[0042]为了标记相对于标记仪器移动中的物体，另一优选实施例中，控制单元被适用为根据物体移动的信息调节偏转装置和/或至少一扫描反射镜设备。物体因此可以被追寻或追踪。
[0043]根据本发明的另一优选实施例中，第一和第二映射镜组各自排列成线性阵列；且每个映射镜是可倾斜的。在这个实施例中，两个映射镜组中的一个中的映射镜之间的间距可以是固定的，其允许使用一个公共安装装置以线性排列支撑映射镜，同时反射镜的倾斜依然是可行的。第二映射镜组可以倾斜出一由射到第一映射镜组的激光束形成的平面。可以提供用于调节映射镜的至少一个线性阵列的位置的定位装置。特别是，定位装置可以替代公共安装装置。
[0044]本发明仪器的另一优选实施例的特征在于，控制单元被适用为控制偏转装置来设置一非组合激光束的收敛或者发散的程度，非组合的激光束从偏转装置发射出，特别的是，自第二偏转装置组发射出。因此，偏转装置能被调节，使得自仪器的一给定距离，产生非组合激光束之间的一所需距离。激光束制造的文字的高度以及印刷分辨率是由激光束的间隔来支配的，同时也能通过调节收敛的程度来修改。
[0045]激光器可以被排列使得激光束平行离开激光器并且形成一线性排列。然而，根据不同的应用，可能需要来改变激光束的线性排列的方向。为此，控制单元可以被适用为调节偏转装置，使得射到偏转装置的激光束的线性排列围绕平行于射出的激光束的行进方向的轴旋转，例如转动90°。一个水平排列从而可以旋转到垂直排列或反之亦然。为了旋转激光束的线性排列，该偏转装置组可以包括一第一映射镜组，其同至少一个或者两个扫描镜设备一起使用。
[0046]为了形成复数个公共点，每个激光器可以被分配到复数个组中的一个，且偏转装置被排列，使得每个组的激光器的激光束被组合到一个相应的公共点。优选的，分配到一个组的激光器的数量对于每一个组是相同。在9个激光器的情况下，例如，可能有3个组的3个激光器，或者有4个组，其每组具有2个激光器以及I个被关闭着的激光器。
[0047]根据本发明的另一个优选的实施方案中，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整体调节。该整体调节可以被理解为所有激光束行进通过伸缩设备以及因此以相同方式被影响。控制单元可以适用为根据物体的距离设置伸缩设备，特别是从而使得激光束的焦距对应于物体的距离。有益的是，当物体靠近或者远离该仪器时，制造在物体上的标记的光斑大小可以保持恒定。优选的，伸缩设备被排列在偏转装置后面，因为任何两个激光束之间的最大光束间隔可能被偏转装置减小。伸缩设备的光学元件可以因此被做的更小。
[0048]在本发明仪器的一优选的变化中，提供有一伸缩装置组，用于设置每个激光束的收敛或者发散的程度，从而设置每个激光束的焦距。这可以对每个光束单独进行。有益的是，因此可以补偿光路差，光路差是指到达物体前，单独光束的路径的长度不同。这可能是由于物体的表面轮廓或标记仪器内的不同内部路径长度导致的。
[0049]每个伸缩装置可以包括至少两个光学元件，特别是至少两个透镜或者曲面镜，在其之间的距离被调节用于设置焦距。
[0050]优选的，伸缩装置，其也可以称为一光束整形装置，其被控制单元线性调节，S卩，每个伸缩装置的至少一光学元件的位置在相应的激光束的传播方向被改变。
[0051]为了补偿组合到公共点的激光束之间的路径长度差异，控制单元可被适用为控制伸缩装置，使得组合后的激光束具有一公共焦距或者焦点。另外，也可以设置不同的组合的光束焦距，用于在两光束重叠的地方达成中心的高强度以及一平滑或者柔软的轮廓。一公共焦距可以被认为所有组合激光束在待标记的物体上的具有同样的直径或者光斑大小。
[0052]控制单元可以进一步被适用于控制伸缩装置来补偿没有被组合的激光束之间的路径长度差。路径长度差可能由偏转装置的特定排列导致。取决于偏转装置处于的地点，激光束的光束路径可能具有不同的长度，导致物体上的激光束的不同的点大小。具有了伸缩装置，平面场校正就是可行的了，在平面校正中每个激光束从仪器的一末端测得相同的焦距。
[0053]控制单元也可以被适用为实时调节伸缩装置，当路径长度因为偏转装置的调节而被改变。附加的或者可选的，控制单元可以适用为根据任何有关于路径长度改变的信息或者通过扫描设备重定向激光束的信息，设置伸缩装置，路径长度改变比如一震动或者任何其他的物体的移动。
[0054]根据本发明的另一实施例，控制单元被适用为单独延迟每个激光器的激活，这样，当物体在物体移动方向相对标记仪器移动的情况下，至少两个激光束在物体移动方向里射在物体上的同一位置。激光器的激活的时机可以使得所有激光束在物体的移动方向中射在物体的相同位置。
[0055]此外，不论发射激光束和物体移动方向之间的定位，不同的激光束会导致标记点变成线，线垂直于物体移动方向。这条线的长度取决于发射激光束和物体移动方向之间的定位。
[0056]优选的，激光器被堆叠使得激光器发射出的激光束形成一激光束阵列，特别是具有平行激光束的线性阵列。每个激光器可以是气体激光器，其包括至少部分环绕一内部区域的谐振管，谐振管形成一闭环或者开环。发射的激光束通过光束传输装置被定向到内部区域，光束传输装置优选为一反射镜组。一般的光束传输装置也可以通过气体激光器的输出耦合镜形成。这样的情况下每个气体激光器的一谐振管末端部分可以指示在内部区域的方向。然后，该偏转装置组可以被排列在内部区域。
[0057]有利地，某些谐振管利于冷却，这些谐振器管被设置在闭环或开环的相对面，相对彼此距离最远，而同时由于光线元件在内部区域以节省空间的方式容纳，仪器的总尺寸并未增大。
[0058]光束传输装置也可以作为伸缩装置的一部分。另外，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。输出耦合可以是部分反射镜，其中每个反射镜的外表面，即，面向远离激光器气体的表面，可以通常具有任何形状。因此，优选的形状是，每个输出耦合的行为类似于望远镜的第一透镜。
[0059]本发明一优选变型致力于损坏(failed)像素的情况，损坏像素是指激光器是失效的，并未发生出一激光束。为了取代损坏激光器的激光束，控制单元可适用于调节偏转装置以及伸缩装置从而起作用的激光器的激光束被偏转至损坏激光束的方向。因而伸缩装置被控制从而用于调节损坏激光束及取代这个光束的激光线间的路径长度差。
[0060]本发明的另一优选实施例的特征在于，每个偏转装置是一光波导。光波导可为引导激光器发射光线的任何灵活的光波导，该光线具有某一波长，特别的是一具有ΙΟμπι的波长红外光。光波导的例子可为光学纤维或具有内部反射表面的空管。
[0061]每一光波导可配备有用于将射出的激光束以合适的角度定向至光波导的核心的输入耦合光学件。光波导同样可配备有输出耦合光学件，其包括特别为至少两个透镜，用于收集远离光波导的激光辐射。输出耦合光学件可确定激光束的大小，焦距以及焦深。特别地，输出耦合光学件可被形成为伸缩装置。
[0062]优选的，光波导具有相同的长度。这导致了物体上的标记的光斑大小和质量更恒定。
[0063]本发明进一步涉及一包括有如上所述的一标记仪器的标记系统，该系统可进一步包括一枢转装置，用于相对一物体移动方向使标记仪器倾斜。
[0064]如随后将说明的那样，通过倾斜标记仪器，可使改变印刷分辨率，即改变在一垂直于一物体移动方向的方向中物体上标记点的距离是可能的。这是通过在一垂直于一物体移动方向的方向中光束间隔来支配。由于激光器可延迟至，当物体在物体移动方向中移动了如光束间隔一样大时，才被激活，因而物体移动方向中的光束间隔并不对印刷分辨率起决定作用。
[0065]然后，可以通过倾斜标记仪器而改变垂直于一物体移动方向的方向中的光束间隔，并因而改变激线束的二维排列。优选地，控制单元适用于基于所需的印刷分辨率通过枢转装置使标记仪器倾斜。
[0066]激光束线性排列的情况下，激光束的线性排列和物体移动方向之间的倾斜角度支配了在垂直物体移动方向的方向上，物体上的标记点之间的距离。如果激光束的线性排列垂直于物体移动方向，标记点之间的距离最大。为了设置一更小的距离，倾斜角度可以被减小。在加上适当的发射时机，激光器，倾斜角度可以被设置，使得标记点形成一连续线或者分隔的标记点。重叠标记点可以被制造用来引起标记点的不同强度，比如，用于灰度印刷。此外，倾斜角可以为零，若选择一相应的点火间延迟，即选择激光器的激活，标记点的完全重叠可达成。
[0067]本发明更充分的理解以及其他各种不同特征及本发明的优点将结合附图通过以下说明而变得更清楚。以下说明仅是一些例子，而非对本申请的任何限制。附图中的等效部件分别用相同的附图标记标示。【专利附图】

【附图说明】
[0068]图1是本发明标记仪器的第一实施例的示意图；
[0069]图2是光束整形装置组和偏转装置组的第一构造的示意图；
[0070]图3A和图3B是光束整形装置组和偏转装置组的第二构造的不同视图；
[0071]图4A和图4B是偏转装置组和光束整形装置组的第三构造的不同视图；
[0072]图5是根据本发明的标记系统和相对于标记系统移动的待标记物体的示意图。
【具体实施方式】
[0073]图1是根据本发明的一标记仪器100的第一实施例的示意图，标记仪器100包括了，复数个气体激光器10，每个激光器发射一激光束，其被用于在物体(未示出)上制造一标记。为了形成和定向激光束，该仪器100进一步包括光学装置30、40、45、50。尽管本发明下文是参照包括气体激光器的标记仪器进行描述的，但其他型号的激光器也可以被代替采用。
[0074]在所示的例子中，复数个气体激光器10，包含了 9个气体激光器10a-10i。通常，有大量的气体激光器10是理想的，比如，至少4或6个激光器。每个气体激光器10包括了谐振管12,其相互流体连接(fluidic connection)。也就是,一气体激光器的谐振管12形成一公共谐振管三维空间(resonator volume)。不同的激光器10的谐振管12流体连接也是可行的。
[0075]在所描述的实施例中，气体激光器是指CO2激光器，且相应地，气体激光器可包括其他气体，如0)，队和He。
[0076]谐振器管12围绕一内部区域或其间的自由中心空间5，被设置为一环形的形状。通过连接单元16形成的环形用于连接属于相同激光器的相邻谐振管12。连接元件16被设置到堆叠的激光器的边角，且包裹有用于将激光光线从一个相邻谐振器管12向其他谐振器管进行反射的反射镜。
[0077]在所描述的例子中，谐振管12形成一环形或者矩形的密封三维空间。通常，任何其他至少部分封闭内部区域5的形状可被选择，例如一三角形，一正方形或一 U形。
[0078]每一气体激光器IOa-1Oi的谐振管12可组成一密封三维空间(sealed volume)。激光器的三维空间可彼此间相隔或相互连接从而形成一共同的密封三维空间。在密封的激光器中，通常需要在长时间内使激光器气体组合物保持不变。以此为目的，通过一额外的气体储存器19，总的气体三维空间可被提高。储存器中的气体不会被激发来产生气体光线。然而，储存器19与一个或多个谐振管12的气体三维空间相连。
[0079]标记仪器100进一步包括了在每个谐振管12上的激发装置(excitation mean)(未标示出)和连结在谐振管12上的冷却块(未标示出)。有可能每个谐振管12的立方结构的每一面都有一个冷却块。因此，每个冷却块不只是冷却一单个谐振管，而是冷却不同激光器IOa-1Oi的复数个谐振管12。冷却块可以具有复数个通道，通过其该冷却流可以循环。
[0080]每个激光器10的谐振管12被设置为独立的，分隔开的平面层。激光器10大致相同并且被以平行的方式堆叠在彼此上。
[0081]激光器10的矩形形状可在一个角上是开口的。在图示的实施例中，为左上角，在其上提供有一整合的输出法兰部17。在这个角上，气体三维空间的末端有一背光镜18，背光镜18用于将激光光线反射回谐振管12中。背光镜18可与一末尾谐振管12连接,该末尾谐振管12通过集成输出法兰17被支持，或者背光镜18可与集成输出法兰17连结。
[0082]气体三维空间的另一末端则通过输出耦合器13被终止于同一个角上。输出耦合器13 I禹合出一激光束,并又可同时被连接至一末端谐振管12或集成输出法兰17。输出率禹合器13可为部分反射镜13或也可称为部分反射输出稱合器。发射的激光束可随后通过光束传输装置14被定向至内部区域5内。在图示的实施例中，光束传输装置14包括至少一设置在集成输出法兰17上的反射镜14。
[0083]在内部区域5内，被提供有用于整形和偏转激光束的光学装置30、40、45、50。这一设置有利地使得空间需求相对较低。
[0084]来自光束传输装置14的激光束射到一组用于重新聚焦激光束的光束整形装置40上。该组光束整形装置对应每一激光束包括有一光束整形装置40a-40i。因此，激光束的聚焦可以被每个单独设置。图示的是对于每一光束整形装置40a-40i，设有一个透镜。然而，每个光束整形装置可以代替的包括至少两个光学元件，比如，反射镜或者透镜，来形成一个伸缩装置，有益的是，调节激光束的焦距随之只需要伸缩装置的光学元件的轻微位移。
[0085]在行进通过光束整形装置40之后，激光束射到一个偏转设备30上，其包含一偏转装置组30。然而，这个顺序可被改变或这两种装置中的单一元件可交替，即光束整形装置40的一个元件可被设置在偏转装置30的两个元件间。
[0086]通常也可以是光束传输装置14形成部分伸缩装置40或者部分偏转装置30。在是部分偏转装置的情况下，光束传输装置14可以组成第一映射镜组。需要的光学元件的数量然后被有益的减少了。
[0087]在描述的实施例中，一偏转装置组30对应每一激光束设有一偏转装置33a_33i。这些偏转装置33a-33i还可以被称为作为一第一映射装置组或者反射镜33。通常，偏转装置可以是改变激光束的传播方向的任何装置，包括光学纤维。映射镜可以独立于彼此被放置。因此，射到偏转装置30上的激光束的排列可以通过调节单独的反射镜33a-33i的位置来改变。
[0088]映射镜33a_33i是可倾斜和可移位的，就是说平移的。为了倾斜反射镜，每个映射镜33a-33i被安装了万向支架。一控制单元(未示出)可以适用为通过万向支架设置每个映射镜33a-33i到需要的位置。
[0089]至少两个映射镜33a，33b被调节使得对应的激光束互相交叉在一点上或者在至少一点上，该点可以被称为公共点。该公共点或者第一公共点优选为在仪器100的外部，使得待标记的物体能被简单的定位在上述点上。
[0090]剩余的映射镜33c_33i可以要么被调节使得他们的激光束形成至少一个其他的公共点，要么使得它们的激光束射到在待标记的物体上单独的点。
[0091]控制单元适用为调节任何剩余的映射镜33c_33i，使得它们对应的激光束射到由两个映射镜33a、33b形成的第一公共点。因此可设置任何需要的击中第一公共点的激光束的强度，一直到所有激光束的组合强度。
[0092]在离开偏转装置30之后，激光束射到一系列公共光学元件上，即，所有激光束射到的光学元件。这些可以包括一用于激光束焦点的全面调整的伸缩设备45。相对于如上所述的伸缩装置组40，伸缩设备45相同地影响所有的激光束。
[0093]在光束路径内的光学元件还可包括用于改变或者均匀化光束的强度分布的装置，用于改变光束的偏振的装置，特别是，用于达成在光束的整个截面的公共偏振，或者用于消偏振的光束。
[0094]最后，激光束被通过一扫描镜设备50定向到仪器100外。该设备50可以包括两个振镜扫描器50，每个振镜扫描器具有一可旋转的公共反射镜50a，且所有的激光束射到该公共反射镜50a上。
[0095]如图2所示，为偏转装置组30和光束整形装置组40的第一示例排列。
[0096]图2右边示出的激光束90a_90i射到一偏转装置组30上，该偏转装置组30包括了第一和第二映射镜组33、34。也就是，每个光束90a-90i被从第一映射镜33a_33i定向到第二映射镜。由于图中的第二映射镜组34是从上方描绘的，因此单独的反射镜，在这个例子中是9个反射镜情况下，是无法区分的。第一映射镜组33和第二映射镜组34被分别排列成线性阵列35、36。
[0097]在示出的例子中，激光束90a_90i被该偏转装置组30映射出，使得激光束的线性排列被旋转，例如，90°。然而，射到第一映射镜组33的激光束90a-90i可以平行行进，再用第二映射镜组34重定向后，至少一些激光束90a-90i不再平行而是收敛行进。其结果是，它们重叠在一公共点上，在该公共点上可放置待标记的物体。
[0098]所示构造因此也可以被称为作为一水平-垂直像素的映射器。第一和第二映射镜组33、34被排列成一平面且互相垂直。
[0099]在该偏转装置组30后面，提供一用于激光束90a_90i的光束整形和校准的光束整形装置组40。该光束整形装置组40包括了复数个光束整形装置，每个具有至少两个透镜。为了调节每个激光束90a-90i的焦点并从而调节在待标记物体上的光斑大小，透镜可以在激光束90a-90i的传播方向上被偏移。光束整形装置因此组成伸缩装置。当对应每个激光束90a-90i都具有一个伸缩装置，光束也可以为了路径长度差被调节。特别重要的是这些在公共点重叠的激光束通常展示出不同的路径长度。
[0100]为了印刷符号到物体上，激光束90a-90i的扫描运动可以通过第二映射镜组34被执行。可选地，第二映射镜组34可以定向激光束90a-90i到一扫描镜设备。
[0101]图3A和3B示出了偏转装置组30和光束整形装置组40的另一构造的不同的视图。
[0102]该构造与之前的第一和第二映射镜组33、34的排列不同。在当前情况下，该第一映射镜组33、第二映射镜组34形成线性阵列，其(不同于前者的结构)不在一平面内。相反，两个线性阵列以一个角度(在这种情况下为45° )来降低在激光束90a-90i之间的间隔。同时，激光束90a-90i的线性排列被旋转90°。
[0103]图4A和4B示出了映射镜33、34的另一有益构造。这里，来自左侧的激光束在射到偏转装置组30前，先经过光束整形装置组40。与之前的情况一样，图4A和4B描述的结构展示了第一和第二映射镜组33、34，每组被排列成线性阵列35、36。然而，在该附随的实施例中，第二映射镜组34被倾斜为在距仪器所需的距离上，所有被反射的激光束90a-90i重叠并形成一公共点。通过设置激光束90a-90i的收敛的程度，公共点所在距离可以是不同的。
[0104]优选的，第二映射镜组34的映射镜是可通过万向支架被控制单元倾斜的。第一映射镜组33的映射镜可以要么被固定使得这些反射镜在印刷运行中不能被移位，要么反射镜也可以被万向转动。
[0105]在图2至图4B的实施例中示出了，激光束90a_90i的扫描运动可以通过倾斜第二映射镜组34的映射镜34a-34i运行。扫描设备，即具有一用于重定向所有激光束90a_90i公共反射镜的振镜扫描器，在这种情况下并不存在。然而，提供这样的扫描设备也可能是有用的。
[0106]为了设置偏转装置到任何图2到图4B所示的结构，优选的提供一控制单元。
[0107]图5示意性的示出了一标记系统120和待标记物体I。
[0108]物体I在物体移动方向2中移动，并在图中示出了其在三个不同的位置的情形，即其依序在三个不同的位置上。标记系统120包括有一标记仪器100及一用于使标记仪器100倾斜的枢转装置110。
[0109]标记仪器100可以包括任何上文所述的组件，比如，由两个映射镜组组成的偏转装置，每个映射镜组排列成线性阵列。如图5所示，控制单元20和定位装置60同样被提供。定位装置用于定位映射镜的线性阵列。单独的映射镜可以被固定在对应阵列中，使得他们不能被移位但是可以倾斜，例如，通过万向支架倾斜。
[0110]标记仪器100发射复数个组合的激光束，图5示出了其中的三个90a，90b，90c。在物体I移动时，组合的激光束90a、90b、90c相应的被重定向。每个组合的激光束90a、90b、90c包含独立的激光束，或者换句话说，由多个气体激光器产生。在描述过的例子中，每个光束90a、90b、90c通过三个气体激光器形成。相对于前面描述的例子，这些形成一公共点的独立的激光束不是仅仅在公共点重叠，而是具有部分相同的路径。有益的是，物体I的移动，例如，一不需要的振动，不会影响到独立激光束是否在物体表面形成一个公共点。
[0111]取决于物体I的形状及位置，如图3中的标记“d”中指示的，物体I及仪器100间的距离可改变的大小。进一步地，依序在一个点上，对于每一组合的激光束90a，90b, 90c，其距离可有所不同。物体I上的组合的激光束90a，90b, 90c的光斑大小仍旧是相等的。以此为目的，提供有如前所述的光束整形装置，其通过控制单元20调节。
[0112]描述的标记仪器有益的提供复数个激光器的灵活的布置。一特别高的激光束强度能够通过组合任意数量的激光器的激光束到一公共点来达成。若需要的激光束强度低于所有组合的激光器，可以形成复数个公共点，其每个通过复数个激光束制成。因而有利地提供一允许高的光束强度的紧凑设计，以及运用非常灵活的激光束。
【权利要求】
1.用于通过激光标记一物体(1)的标记仪器，包括 -复数个激光器(10)，特别是气体激光器(10) '及 -一用于根据待标记的一符号，单独激活每个激光器(10)从而发射一激光束(90a - 90i)的控制单元(20)； 其特征在于， 所述仪器还包括: -一偏转设备(30)，通过所述偏转设备，至少两个激光束(90a-90i)被组合到一公共占.所述偏转设备(30)包括一偏转装置组(30)，对应每个激光束(90a - 90i)，偏转装置组(30)具有至少一个偏转装置(33a - 331、34a - 34i);及 每个偏转装置(33a - 331、34a - 34i)在其偏转方向单独可调节的和/或单独可移置的； 为了组合一激光束(90a-90i)到另一个或者几个其他激光束(90a-90i)，相应偏转装置(33a - 331、34a - 34i)是相应地可调节的；及 偏转装置组(30)允许重新排列不被组合到公共点的激光束(90a - 90i)成一个需要的激光束(90a-90i)阵列。
2.如权利要求1所述的标记仪器，其特征在于，` 对应每个激光束(90a-90i),所述至少一个偏转装置(33a - 331、34a - 34i )是以下之一:对应每个激光束(90a-90i)，至少一个映射镜(33a - 331、34a - 34i)或者对应每个激光束(90a-90i)，至少一个光波导；及 至少一个映射镜(33a - 331、34a - 34i)或光波导中的每一个在其偏转方向单独可调节的和/或者单独可移置的。
3.如权利要求1或2所述的标记仪器，其特征在于， 为了逐步调整一传送到公共点的激光束功率，控制单元(20)被适用为根据一需要的功率等级或者根据用户的输入来设置被组合到单个点的激光束(90a - 90i)的数量。
4.如权利要求1到3任一项所述的标记仪器，其特征在于， 为了定向通过偏转设备(30)组合的激光束(90a-90i)到一个需要的方向，提供至少一个扫描镜设备(50)； 所述扫描镜设备(50)包括了一公共反射镜(50a)，在所述公共反射镜(50a)上射有来自偏转设备(30)的所有激光束(90a-90i);及 控制单元(20 )适用为枢转扫描镜设备(50 )，特别是通过一振镜。
5.如权利要求2到4任一项所述的标记仪器，其特征在于， 为了形成复数个公共点，每个激光器(10)被分配到复数个组中的一个，及所述偏转装置(33a - 331、34a - 34i )被排列使得每个组的激光器(IOa-1Oi )的激光束(90a - 90i)被组合到各自的公共点。
6.如权利要求1到5任一项所述的标记仪器，其特征在于， 对应每个激光束(90a-90i)提供有伸缩装置组(40)，伸缩装置组(40)包括至少一个伸缩装置(40a-40i)； 每个伸缩装置(40a - 40i)是可调节的用于单独设置一对应的激光束(90a - 90i)的焦距；及 用于补偿组合到公共点的激光束(90a - 90i)之间的路径长度差，控制单元(20)适用为控制伸缩装置(40a - 40i)使得组合的激光束(90a - 90i)具有一公共焦距。
7.如权利要求2到6任一项所述的标记仪器，其特征在于， 所述偏转装置组(30 )包括一第一和第二映射镜组(33、34 ); 每个映射镜组(33、34)对应每个激光束(90a90i)包括至少一个映射镜(33a - 331、34a - 34i)； 所述第一映射镜组(33)定向所述激光束(90a - 90i)到所述第二映射镜组(34)。
8.如权利要求7所述的标记仪器，其特征在于， 所述控制单元(20)被适用为移置偏转装置(33a - 331、34a - 34i)和/或调节偏转装置(33a - 331、34a - 34i)的偏转方向，特别是通过万向支架。
9.如权利要求2到8任一项所述的标记仪器，其特征在于， 所述控制单元(20)被适用为控制偏转装置(33a - 331、34a - 34i)来设置一从偏转装置组(30)发射的激光束(90a -90i)的收敛或发散的程度。
10.如权利要求1到9任一项所述的标记仪器，其特征在于， 被提供具有至少两个透镜 的一伸缩设备(45)，所述伸缩设备(45)用于激光束(90a - 90i)的焦距的整体调节。
11.如权利要求1到10任一项所述的标记仪器，其特征在于， 每个偏转装置包括一光波导以及所述光波导具有相同的长度。
12.如权利要求1到11任一项所述的标记仪器，其特征在于， 偏转装置(33a - 331、34a - 34i)被调节使得没有在公共点组合的激光束(90a - 90i)之间的光束间隔被减少。
13.标记系统， 包括有如权利要求1至12任一项所述的一标记仪器，及 用于相对于待标记的物体(1)的物体移动方向(2)倾斜所述标记仪器(100)的枢转装置(110)。
【文档编号】H01S3/07GK103781586SQ201280042992
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年7月19日 优先权日:2011年9月5日
【发明者】凯文·L·安布鲁斯特, 布拉德·D·吉尔马丁, 彼得·J·屈克达尔, 伯纳德·J·理查德, 丹尼尔·J·瑞安 申请人:奥迪克激光应用技术股份有限公司