技术领域
[0001] 本
发明涉及激
光标刻领域，尤其涉及一种激光打标机。
背景技术
[0002] 激光打标是利用聚焦
激光束的高
峰值功率密度，通过对材料表层物质的
蒸发或者光致物理化学变化，而在材料表面留下永久标记的方法。传统的打标机包括
激光器、扩束透镜组、振镜、场镜，
工作台和控制计算机。采用该传统的打标机进行加工时，需要将待加工
工件置于一个升降台上，并在待加工工件上放置一金属薄片，精细调节升降台直到找到加工面，再撤去金属片对待加工工件加工。对于扁平的工件，只需要调节的工件；如果是形状不规则的工件，除需要精细调节外，还需要将待加工表面垫至与升降台表面基本平行，这样的操作过程非常麻烦。进一步，工作台为一维高度可调节工作台，用于针对不同厚度工件调焦，不适于形状不规则工件的快速转换。
[0003] 此外，激光器目前广泛采用的是光纤激光器，由于光纤具有最小
转弯半径，整个体积很难继续压缩。而扩束透镜组至少由两片透镜组成，由于扩束倍率和像差的要求，扩束透镜组体积也难以减小，同时透镜组本身装调和激光与扩束透镜组的装配都要求较高的同心度，增加技术难度。并且，控制计算机为台式机或者
笔记本电脑，在标记过程中，设置参数多，对不同的材料，需反复进行测试，操作繁琐，对操作人员的要求较高。
[0004] 另外，激光直接暴露在空气中，通过工件的反射、散射，直接威胁周围人员的安全。因此，传统的打标机均面向工业应用领域，体积大，耗电高，工艺复杂，不能移动，适用的待加工工件单一，对使用环境和操作人员的技术能
力和安全意识要求较高。不能方便的实现在不规则形状、不同材料的小型工件上标记个性化图案的大众消费需求。
发明内容
[0005] (一)要解决的技术问题
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种适用于在不规则形状的小型工件上进行标记的激光打标机。
[0007] (二)技术方案
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种激光打标机，包括：壳体；设置在壳体中的用于发射激光的激光产生及输出组件；以及用于固定待加工工件的夹具，具有
支撑待加工工件的待加工面的固定面和延伸至固定面的激光接收通道；其中，壳体上具有将激光导出壳体的激光输出窗口，激光接收通道与激光输出窗口连通，固定面与激光产生及输出组件所确定的标记加工面重合。
[0009] 根据本发明，夹具
支架和夹具压条，二者构成用于容纳待加工工件的空腔，待加工工件被夹具压条压紧并使待加工面紧贴在固定面上；其中，夹具支架与夹具压条相对的一面构成固定面。
[0010] 根据本发明，还包括：当标记加工面至激光输出窗口的外边缘的距离大于在所述激光接收通道与所述激光输出窗口直接连通的情况下所述固定面至所述外边缘的距离时，可拆卸地设置在激光输出窗口与激光接收窗口之间的连接管。
[0011] 根据本发明，夹具支架和夹具压条卡接。
[0012] 根据本发明，激光产生及输出组件包括：沿朝向激光输出窗口的方向依次布置的激光器、焦斑匹配透镜、振镜和场镜。
[0013] 根据本发明，激光器为调Q运转全固态激光器；和/或焦斑匹配透镜为单片透镜。
[0014] 根据本发明，激光器包括朝向激光输出窗口依次布置的
泵浦源、整形单元、增益介质、被动调Q器件和倍频晶体；其中，泵浦源为
波长与增益介质的吸收峰一致的单管激光
二极管；和/或增益介质为发射波长为1-1.1微米的掺杂Nd或Yb激活离子的激光晶体或激光陶瓷；和/或被动调Q器件为Cr:YAG晶体；和/或增益介质的靠近泵浦源的侧面设置有针对激光波长的全反膜和针对泵浦波长的增透膜；和/或增益介质的远离泵浦源的侧面设置有针对激光波长和泵浦波长的双波长增透膜；和/或被动调Q器件的靠近泵浦源的侧面设置有针对激光波长和泵浦波长的双波长增透膜；和/或被动调Q器件的远离泵浦源的侧面设置有针对泵浦波长的增透膜和激光波长的部分反射率膜。
[0015] 根据本发明，增益介质和被动调Q器件为分立器件；或增益介质和被动调Q器件为键合晶体。
[0016] 根据本发明，还包括：控制振镜和激光器同步协调工作的触控系统，触控系统位于壳体中。
[0017] 根据本发明，还包括：位于壳体中的电源，电源为
电池。
[0018] (三)有益效果
[0019] 本发明的上述技术方案具有如下优点：
[0020] 本发明提供了一种激光打标机，激光产生及输出组件发射出的激光，通过激光输出窗口输出到夹具中固定的待加工工件上。其中，夹具的固定面支撑待加工工件的待加工面，该固定面与激光产生及输出组件所确定的标记加工面重合。由此，夹具可固定不规则形状的小型工件，并通过其自身的固定面与标记加工面重合，来使得该激光打标机适用于在不规则形状的小型物体上标记。此外，由壳体中的激光产生及输出组件发射出的激光通过激光输出窗口进入激光接收通道，进而照射在待加工工件的待加工面上。由此，形成了封闭的光路，避免激光暴露在环境中伤害操作者。
附图说明
[0021] 图1是本发明的激光打标机的一个
实施例的结构示意图；
[0022] 图2是图1中示出的激光打标机中的夹具的结构示意图；
[0023] 图3是图1中的激光打标机的局部示意图，其中，标记加工面至激光输出窗口的外边缘的距离等于在激光接收通道与激光输出窗口直接连通的情况下固定面至外边缘的距离；
[0024] 图4是图1中的激光打标机的局部示意图，其中，标记加工面至激光输出窗口的外边缘的距离大于在激光接收通道与激光输出窗口直接连通的情况下固定面至外边缘的距离，在激光接收通道和激光输出窗口之间设置有连接管；
[0025] 图5是图1中的激光打标机中的激光器的结构示意图。
[0026] 图中：1：壳体；2：激光产生及输出组件；3：夹具；4：标记加工面；5：触控系统；6：电源；7：安全快
门；8：连接管；11：激光输出窗口；12：端盖；21：激光器；22：焦斑匹配透镜；23：振镜；24：场镜；31：固定面；32：激光接收通道；33：夹具支架；34：夹具压条；
35：空腔；51：触摸平台；52：标记控制子系统；53：实时监控子系统；331：卡头；341：卡槽；
211：泵浦源；212：整形单元；213：增益介质；214：被动调Q器件；215：倍频晶体。
具体实施方式
[0027] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 参照图1至图5，本发明的激光打标机的一个实施例，包括壳体1、激光产生及输出组件2和夹具3。其中，激光产生及输出组件2设置在壳体1中并用于发射激光。在工作时，激光产生及输出组件2会确定出标记加工面4。壳体1上具有将激光产生及输出组件2发射的激光导出壳体1的激光输出窗口11。夹具3用于固定待加工工件，并具有支撑待加工工件的待加工面的固定面31和延伸至固定面31的激光接收通道32。该激光接收通道32与壳体1上的激光输出窗口11连通，固定面31与激光产生及输出组件2所确定的标记加工面4重合。其中，待加工工件即为需要进行激光标刻的工件，待加工面即为待加工工件上将要标刻上图案的表面。
[0029] 由此，夹具3通过固定不规则形状的小型工件，并通过其自身的固定面31与标记加工面4重合，来使得该激光打标机适用于在不规则形状的小型物体上标记。此外，由壳体1中的激光产生及输出组件2发射出的激光通过激光输出窗口11进入激光接收通道32，进而照射在待加工工件的待加工面上。由此，形成了封闭的光路，避免激光暴露在环境中伤害操作者。其中，本实施例的激光打标机特别应用于直径小于150mm的工件。
[0030] 具体地，参照图2，在本实施例中，夹具3包括夹具支架33和夹具压条34，夹具支架33和夹具压条34在连接后构成用于容纳待加工工件的空腔35，待加工工件被夹具压条34压紧并使待加工表面紧贴在固定面31上。其中，夹具支架33与夹具压条34相对的一面构成上述固定面31，即夹具支架33的面向该空腔35的表面构成上述固定面31。夹具支架
33可选地为刚性件，以使得固定面31在待加工工件被夹紧时
位置不变，进而保证其与标记加工面4能够重合。而夹具压条34为弹性件，通过其形变产生的形变力来压紧各种形状不规则、大小不同的小型工件。
[0031] 此外，夹具3的激光接收通道32贯穿夹具支架33、并与夹具支架33和夹具压条34形成的空腔35连通，即由夹具支架33的面向壳体1的一侧面延伸至固定面31。
[0032] 进一步，在本实施例中，夹具支架33和夹具压条34卡接。例如，如图2示出的，夹具支架33的外周边上设置有卡头331，夹具压条34的外周边上设置有卡槽341，卡头331和卡槽341相配合形成卡接。
[0033] 当然，夹具支架33和夹具压条34的材料性质和结构不局限于上述实施例，只要其可用于固定住(即夹持住)形状不规则的待加工工件即可。而优选地，夹具支架33和夹具压条34可拆卸地相连接，以便更换其中的待加工工件。
[0034] 参照图3和图4，本实施例还具有连接管8，连接管8可选择地连接在或不连接在夹具3和壳体1之间。
[0035] 具体地，当标记加工面4至激光输出窗口11的外边缘的距离等于在激光接收通道32与激光输出窗口11直接连通的情况下固定面31至该外边缘的距离时，激光接收通道32直接与激光输出窗口11连通。当标记加工面4至激光输出窗口11的外边缘的距离大于在激光接收通道32与激光输出窗口11直接连通的情况下固定面31至该外边缘的距离时，在激光接收通道32和激光输出窗口11之间设置连接管8，以使得激光接收通道32和激光输出窗口11之间通过连接管8连通，进而使得标记加工面4与固定面31重合。换言之，在激光接收通道32与激光输出窗口11直接连通不能使夹具3中的固定面31和标记加工面4重合(即标记加工面4位于激光接收通道32直接与激光输出窗口11连通时的固定面31的后方)时，需要在激光输出窗口11和激光接收通道32之间增加连接管8，增加激光输出窗口11的外边缘至固定面31的距离，进而使得固定面31后移至与标记加工面4重合。其中，激光输出窗口11的外边缘即为激光输出窗口11的面向夹具的端部边缘。而激光输出窗口11和激光接收通道32直接连通可通过夹具3直接安装在壳体1上实现。连接管8可拆卸地连通在激光接收通道32和激光输出窗口11之间可通过将夹具3与连接管8可拆卸地连接并将连接管8与壳体1可拆卸地连接来实现。
[0036] 其中，在本实施例中，壳体1的一个侧面上安装端盖12，激光输出窗口11为端盖12上预留的通孔。激光产生及输出组件2所确定的标记加工面4与激光输出窗口11平行且可位于激光输出窗口11外侧的固
定位置处。并且，激光输出窗口11与激光产生及输出组件2输出的激光的轴线同轴定位，夹具3的激光接收通道32与激光输出窗口11同轴定位，并且具有辐
角可调的功能。
[0037] 在无需设置连接管8的情况下，夹具3(即夹具支架33)通过定位
锁定装置可直
接地连接在端盖12上。例如，夹具3的夹具支架33的靠近端盖12的一端构造为与端盖12匹配的形状，使得二者可以卡接连接在一起。而在需要设置连接管8的情况下，连接管8与激光接收通道32和激光输出窗口11同轴定位。并且，连接管8的两端分别与夹具3和端盖12形状匹配的连接(例如卡接)。当然，连接管8与夹具3和壳体1的连接方式以及夹具3和壳体1的直接连接方式不局限于上述实例，本领域技术人员可采用本领域公知的其他任何连接方式。
[0038] 可理解，在
现有技术中，激光打标机无机械定位，采用的是指示光。而本实施例的上述同轴定位结构简单、
精度高、易于实现辐角旋转。
[0039] 进一步，在本实施例中，端盖12上朝向激光产生及输出组件2的一侧装有安全快门7，只有夹具3夹持待加工工件并与激光输出窗口11直接连通或通过连接管8连通后，安全快门7才能打开并输出允许标记加工
信号，否则安全快门7关闭并输出禁止标记加工信号，以保证光路时刻封闭和加工过程中的人身安全。其中，本领域技术人员可以通过公知的方式来实现上述控制过程。例如在夹具与连接管的连接处、连接管与壳体的连接处、或夹具与壳体的连接处设置光电
传感器，限位
开关等实现
电信号输出；或者通过机械或者
电子开关在锁紧的同时实现快门信号输出。
[0040] 进一步参照图1，在本实施例中，激光产生及输出组件2包括激光器21、焦斑匹配透镜22、振镜23和场镜24。激光器21、焦斑匹配透镜22、振镜23和场镜24在壳体1中沿朝向激光输出窗口11的方向依次布置。激光器21出射的激光经焦斑匹配透镜22后通过振镜23和场镜24实现在标记加工面4上的扫描和聚焦。可理解，场镜24、激光输出窗口11和夹具3共同组成定焦输出系统。采用该种定焦输出，无需针对不同的工件调整工作台，降低操作人员的技术要求，提高工作效率。而本发明所提及的焦斑匹配透镜2为与需要获得的焦斑相匹配的透镜，本领域技术人员根据公知常识便可获得此焦斑匹配透镜。
[0041] 其中，场镜24确定了标记加工面4的位置。因此，当工作距最短的场镜24确定时，便可知道与更换其他场镜24所匹配的连接管8的长度，进而知道选择哪个连接管8。而上述端盖12为可拆卸地，用于更换不同的场镜24和相应的连接管8。
[0042] 优选地，激光器21为调Q运转全固态激光器，其总体积小于或等于30mm*30mm*15mm。这样，较现有技术中使用的光纤激光器，本发明中激光打标机使用的调Q运转全固态激光器尺寸较小且重量较轻，极大地压缩整个激光打标机的体积，使集成于壳体1的一体
化成为可能。而且，该激光器便于批量生产，降低了对工装设备和装配人员的要求，从而进一步降低了生产和售后的人工成本。此外，其还具有峰值功率高、光束
质量优异、操控方便、无需维护等优点。
[0043] 优选地，焦斑匹配透镜22为单片透镜，位于激光器21和振镜23之间的适当位置处，以获得满足标记要求的聚焦光斑。相比于现有技术中的扩束透镜组，本发明的激光打标机选用焦斑匹配透镜22并采用单片透镜，也能够大大缩减激光打标机的尺寸，利于集成于壳体1中的一体化设计，同时也降低材料成本和装配人员的技术要求。
[0044] 在上述调Q运转全固态激光器和焦斑匹配透镜22使用在本发明的激光打标机中时，该激光打标机的尺寸较小，可以实现随身携带。
[0045] 其中，参照图5，上述激光器21包括泵浦源211、整形单元212、增益介质213、被动调Q器件214和倍频晶体215。泵浦源211、整形单元212、增益介质213、被动调Q器件214和倍频晶体215在壳体1中朝向激光输出窗口11依次布置。
[0046] 优选地，在本实施例中，泵浦源211为与增益介质的吸收峰一致的单管
激光二极管，增益介质213为发射波长为1-1.1微米的掺杂Nd或Yb激活离子的激光晶体或激光陶瓷，被动调Q器件214为Cr:YAG晶体，增益介质213的靠近泵浦源211的侧面设置有针对激光波长的全反膜和针对泵浦波长的增透膜，增益介质213的远离泵浦源211的侧面设置有针对激光波长和泵浦波长的双波长增透膜，被动调Q器件214的靠近泵浦源211的侧面设置有针对激光波长和泵浦波长的双波长增透膜，被动调Q器件214的远离泵浦源211的侧面设置有针对泵浦波长的增透膜和针对激光波长的部分反射率膜。其中，增益介质213和被动调Q器件214可为分立器件，也可为键合晶体。当然，本发明不局限于此，上述对泵浦源211、增益介质213、被动调Q器件214的选择和设置均可独立的或任意结合的应用在其他的实施例中。
[0047] 更加优选地，泵浦源211为808nm单管激光二极管，当然，在其他实施例中，880nm等位于增益介质的吸收峰处的波长均在本发明的保护范围内。增益介质213为Nd:YAG晶体，被动调Q器件214为Cr:YAG晶体，增益介质213的靠近泵浦源211的侧面设置有1064nm全反膜和808nm增透膜，增益介质213的远离泵浦源211的侧面设置有1064nm和808nm双波长增透膜，被动调Q器件214的靠近泵浦源211的侧面设置有1064nm和808nm双波长增透膜，被动调Q器件214的远离泵浦源211的侧面设置有808nm和1064nm部分反射率膜。
[0048] 上述对激光器21的具体构造，使得激光器发出的光束质量好、峰值功率高，并且其综合成本低、机械结构简单、
稳定性好、免维护、便于批量生产。
[0049] 继续参照图1，本实施例的激光打标机还包括触控系统5和电源6。
[0050] 触控系统5位于壳体1中，控制振镜23和激光器21同步协调工作。具体地，触控系统5包括触摸平台51、标记控制子系统52和实时监控子系统53三部分。
[0051] 其中，触摸平台51是标记控制子系统52和实时监控子系统53的运行平台和
人机交互界面，其采用基于Windows/Linux/Android/IOS系统的
平板电脑和
触摸屏操作方式控制标记过程，实现全触屏操作。相比较于现有技术中采用的台式机或者笔记本电脑，具有更小的尺寸和较好的集成性。
[0052] 其中，标记控制子系统52控制激光器21和振镜23协调动作，实现矢量图和位图的读取、编辑和标记。其尤其针对个性化标记中常见的位图形式和手写文字进行了特别优化，通过对工件的材料、
颜色、
表面处理工艺和标记图案的选择即可轻松实现复杂的加工工艺。
[0053] 其中，实时监控子系统53可实现标记过程和标记结果的全程监控，并通过标记控制子系统52控制该实时监控子系统53是否实时显示。
[0054] 标记控制子系统52和实时监控子系统53，为客户提供了整体效果预览功能，提高用户体验。
[0055] 根据上述，本发明采用基于平板电脑的触屏操作方式及选择式交互界面，将复杂的加工工艺分解成相应的选项，通过简单的选择即可完成加工。对操作人员的技术要求大幅降低，有利于集成于壳体1的一体化设计。
[0056] 此外，作为电源6的电池位于壳体1中，，摆脱了传统打标设备对场地、功耗等使用条件的限制，适于便携和户外作业。当然，本发明不局限于此，在其他可选的实施例中，电源6可采用普通室电交流220V供电。
[0057] 综上所述，本实施例的激光打标机既适用于不规则形状的不同小型工件，也可一体化来形成便携式激光打标机。例如，本实施例的激光打标机的长度为300mm，宽度为260mm，高度为250mm。
[0058] 如下，简述上述实施例的激光打标机的工作过程：
[0059] 接通电源；启动机器；安装待加工工件；通过触控系统5，导入照片，选择待加工工件的材料，选择待加工工件的颜色，选择待加工工件的表面处理情况，确定加工；加工命令发出，激光器与振镜协同工作，完成标记；取下已标记工件。
[0060] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
