电磁辐射系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于将电磁辐射束导向目标的电磁辐射系统。该电磁辐射系统可为用于将辐射束投射到目标(诸如，例如将通过所述辐射束来打标的产品)上的打标头部。本公开的方面和实施方式大体上涉及激光扫描及激光打标设备。


背景技术：

2.当前的激光打标器和扫描器在包装中以及在零件打标生产线中的自动生产操作期间是受限的。当前的激光打标器和扫描器典型地相对于被打标的制品固定到生产系统中。
3.为了使打标头部正确地对产品进行打标，打标头部可能必须远离产品预确定距离。将预确定距离引入于打标头部与目标之间的已知的方法涉及将物理对象(诸如，尺子)插入于打标头部与目标之间。物理对象具有基本上等于预确定距离的长度。打标头部与目标之间的距离可手动地调整，使得使打标头部与目标分离的唯一物件是物理对象。然后，物理对象可被移除，并且，打标头部将远离目标预确定距离。这是将预确定距离引入于打标头部与目标之间的缓慢、费力且不准确的方法。
4.将预确定距离引入于打标头部与目标之间的另一个现有技术方法涉及在打标头部上提供两个发光二极管。每个二极管位于打标头部的相对侧上。二极管发射会聚的辐射束。在获知预确定距离的情况下，二极管严密地定位并且安装于打标头部上，使得由二极管发射的辐射束在预确定距离下彼此重合。可手动地调整打标头部与目标之间的距离，直到由二极管发射的辐射束在目标处彼此重合为止。这是复杂且昂贵的系统。两个二极管增大打标头部的尺寸和重量，由此降低在包括受制约的空间的生产线中使用打标头部的灵活性。另外，使用该现有技术系统要求对三个不同的辐射束路径(即，打标头部的正常打标束路径和二极管的两个校准束路径)进行初始校准。这涉及复杂且耗时的安装及校准过程，以确保由二极管发射的辐射束在正确距离下彼此重合。
5.本发明的目标是，提供一种用于将电磁辐射束导向目标的电磁辐射系统，该电磁辐射系统排除或减轻不论是在本文中还是在别处识别的现有技术的一个或多个问题。


技术实现要素：

6.本文中所公开的方面和实施例为容易将光学扫描或打标系统(例如，激光扫描或打标系统)集成并且操作到生产系统中作准备。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种用于将电磁辐射束导向目标的电磁辐射系统，该电磁辐射系统具有其中辐射束沿着处于电磁辐射系统的打标范围内的打标束路径被引导的第一布置和其中辐射束沿着不处于电磁辐射系统的打标范围内的不同束路径被引导的第二布置，其中，当电磁辐射系统处于距目标的预确定距离时，打标束路径与不同束路径之间的位置关系在目标处满足预确定条件。
8.电磁辐射系统可为用于对目标(诸如，生产线上的产品)进行打标的打标头部。通
过识别是否已满足预确定条件，有可能识别打标头部处于距目标的预确定距离。即，通过除了打标束路径之外还提供不同束路径，获知束路径之间的位置关系可用于在设定过程期间指导用户以达到期望的配置。
9.打标头部可包括两种操作模式，即，校准模式和打标模式。校准模式可包括打标头部发射校准辐射束，同时用户调整打标头部与目标之间的距离，直到满足预确定条件为止。打标模式可包括在已满足预确定条件之后，打标头部沿着打标束路径投射打标辐射束，以在目标上形成标记。校准辐射束可不同于打标辐射束。例如，打标辐射束可具有比校准辐射束更高的强度。打标辐射束可具有与校准辐射束不同的波长。例如，打标辐射束可包括红外辐射，而校准辐射束可包括具有可见谱内的波长的辐射。校准辐射束可包括绿光。绿光可具有约450 nm或更大的波长。绿光可具有约600 nm或更小的波长。绿光可具有约550 nm的波长。与其它颜色的可见光相比，人眼对绿光具有更高的谱敏感性。即，人眼可将绿光检测为比等效功率的另一种颜色的可见光更亮(并且因此更可见)。照此，从表面反射的绿光跨过更大范围的材料和/或环境光条件对用户比等效功率的不同颜色的光(例如，红光、蓝光等等)更可见。因而，使用绿光有利地使得更容易跨过更广范围的目标材料(例如，较弱地反射的目标和/或较暗的目标)和环境光照条件(例如，较亮的环境光照条件)在目标上看到校准辐射束的位置。这进而可有利地改进能够找到电磁辐射系统的正确配置(例如，将系统定位成处于正确焦距)的准确性。
10.打标头部与目标之间的预确定距离可对应于打标头部相对于目标的可接受打标构造。例如，当打标头部处于距目标的预确定距离时，目标处的辐射束的横截面面积可处于可接受值范围内，和/或目标处的辐射束的强度(即，每单位面积转移的功率)可处于可接受值范围内，和/或预确定距离可对应于打标头部的焦距。可接受打标构造可至少部分地取决于将使用辐射束来形成的标记、将使用辐射束来打标的产品的材料、产品在生产线上的速度、生成激光束的辐射源的功率、辐射束的波长等等而选择。
11.打标束路径可对应于当打标头部正在对产品进行打标时采取的辐射束路径(即，“正常使用”束路径)。即，打标束路径可处于打标头部的二维视场内。打标束路径可基本上垂直于目标的平面。不同束路径可处于打标头部的二维视场外。即，为了进入不同束路径，辐射束可在打标头部的束路径的正常工作范围外被引导。辐射束可在离开打标束路径或不同束路径上的打标头部之前经受相同的聚焦光学元件。
12.打标束路径与不同束路径之间的位置关系可为打标头部与目标之间的距离的函数。目标的平面可基本上垂直于打标束路径。
13.调整打标头部与目标之间的距离以满足预确定条件的过程可被描述为三角测量的形式。
14.例如，用户可使用根据本发明的电磁辐射系统来以几百微米的准确性手动地将打标头部定位成处于距目标的约150 mm的预确定距离。
15.现有技术系统使用诸如尺子之类的物理对象，当用户希望手动地调整产品与打标头部之间的距离以实现正确的焦点位置时，该物理对象必须插入于打标头部与将被打标的产品之间。这是缓慢、费力且不准确的方法。另一个现有技术系统在打标头部的任一侧上使用两个二极管。每个二极管发射辐射束，并且，辐射束在其处交叉的点限定打标头部与产品之间的正确距离，以便使打标激光器聚焦。这是复杂且昂贵的系统。两个二极管增大打标头
部的尺寸和重量，由此降低在通常包括受制约的空间的生产线中使用打标头部的灵活性。另外，使用现有技术系统要求对三个不同束路径(即，正常打标束路径和两个校准束路径)进行初始校准，这可涉及复杂且耗时的过程。本发明的打标头部有利地避免对物理对象的需要，并且由此改进能够由用户找到可接受打标构造的容易性、速度以及准确性。本发明的打标头部有利地使用打标束路径来确定正确的打标构造。这避免对两个不同的二极管的需要，并且因此减小打标头部的尺寸和重量，由此提高在包括受制约的空间的生产线中使用打标头部的灵活性。此外，这避免最初对三个不同束路径进行校准的需要，因为，仅使用两个束路径，由此与现有技术打标头部相比而提高打标头部的简单性。
16.该位置关系可使得在电磁辐射系统与目标之间的距离方面的改变引起在目标的平面中在打标束路径与不同束路径之间的分离度方面的对应的改变。
17.该位置关系可使得在电磁辐射系统与目标之间的距离方面的预确定改变引起在目标的平面中在打标束路径与不同束路径之间的分离度方面的第一预确定改变和在目标的平面中在辐射束的横截面面积方面的第二改变，所述第一预确定改变大于所述第二改变。
18.第一预确定改变的可检测性大于第二改变的可检测性。这有利地提高打标头部相对于目标的可接受打标构造的可检测性。即，尽管在目标距打标头部的距离方面的改变可能导致在目标处的辐射束的横截面面积方面的不可察觉的(至少对于肉眼)改变，但通过提供遵循不同束路径的不同束，有可能提供远远更显著地变化的特性，以便可被用户清楚地感知，由此允许简单的打标头部设定和构造。
19.预确定条件可包括打标束路径和不同束路径在目标的平面中以处于可接受值范围内的距离彼此分离。可接受值范围可例如为约1 mm至约10 mm。可接受值范围可例如为约1 mm或更小。
20.预确定条件可包括打标束路径和不同束路径在目标的平面中基本上彼此重合。
21.辐射束可沿着打标束路径在目标上形成第一图像，并且沿着不同束路径在目标上形成第二图像。用词“基本上重合”旨在意味着与第一图像和第二图像相关联的位置重合，例如，第一图像和第二图像的中心。例如，沿着打标束路径形成的图像可环绕沿着不同束路径形成的图像，或作为另一个示例，第一图像和第二图像可限定互锁形状等等。
22.打标束路径可变化，以在目标的平面上追踪打标束图案。
23.打标束路径可为时变束路径。打标束路径可包括在目标的平面处描述第一图案的多个路径。不同路径可包括在目标的平面处描述第二图案的多个路径。
24.打标束图案可为环。
25.电磁辐射系统可包括第一可移动光学元件和/或第二可移动光学元件，其中，第一可移动光学元件和/或第二可移动光学元件包括引起辐射束遵循打标束路径的第一配置和引起辐射束遵循不同束路径的第二配置。
26.第一配置和/或第二配置可为第一光学元件的一个位置或多个位置，例如第一可移动光学元件和/或第二可移动光学元件的一个旋转位置或多个旋转位置。
27.第一可移动光学元件和/或第二可移动光学元件可由配置成在第一配置与第二配置之间驱动第一光学元件的致动器驱动。第一配置与第二配置之间的切换频率可处于约20hz或更大的频率。将理解，第一配置和/或第二配置内的位置之间的任何切换可为比20hz
更大的频率。
28.可移动第一光学元件和/或第二可移动光学元件可形成电磁辐射系统的电磁转向机构的部分。
29.电磁辐射系统可包括位于打标束路径的外部和不同束路径内部的第三光学元件。
30.第三光学元件可为固定的。
31.辐射束可包括可见波长。可见波长可对应于绿光。即，辐射束可包括绿光。绿光可具有约450 nm或更大的波长。绿光可具有约600 nm或更小的波长。绿光可具有约550 nm的波长。与其它颜色的可见光相比，人眼对绿光具有更高的谱敏感性。即，人眼可将绿光检测为比等效功率的另一种颜色的可见光更亮(并且因此更可见)。照此，从表面反射的绿光跨过更大范围的材料和/或环境光条件比等效功率的不同颜色的光(例如，红光、蓝光等等)更可见。因而，使用绿光有利地使得更容易跨过更广范围的目标材料(例如，较弱地反射的目标和/或较暗的目标)和环境光照条件(例如，较亮的环境光照条件)在目标上看到打标束路径与目标处的不同束路径之间的位置关系。这进而可有利地改进可以以其找到电磁辐射系统的正确配置(例如，将系统定位成处于正确焦距)的准确性。
32.辐射束可具有对人眼安全的强度。
33.辐射束源可光学地耦合到光纤的第一端，并且，电磁辐射系统可光学地耦合到光纤的第二端。这有利地减小打标头部的尺寸。光纤可包括具有第一折射率的内芯和具有不同折射率的外包层。辐射束可被引导通过内芯和外包层两者。
34.电磁辐射系统可包括配置成监测打标束路径与不同束路径之间的位置关系的照相机。例如，如果显示于监视器上，则照相机馈送将帮助用户在使电磁辐射系统并入的紧密或不便的集成情形/生产线中使图案可视化。
35.一种系统可包括电磁辐射系统和电磁辐射系统位置调整器，电磁辐射系统位置调整器配置成从照相机接收与打标束路径和不同束路径之间的位置关系有关的信息并且使用信息来调整电磁辐射系统的位置，直到满足预确定条件为止。这有利地提供打标头部的自动移动以达到距目标的预确定距离，从而使得电磁辐射系统对于用户为更安全且更简单的。电磁辐射系统位置调整器可包括可配置成存储与打标头部位置和/或目标位置有关的数据的存储器。
36.根据本发明的第二方面，提供了一种对电磁辐射系统进行校准的方法，该方法包括：确定预确定距离；在预确定距离下确定打标束路径与不同束路径之间的位置关系；取决于位置关系而确定配置数据；以及将配置数据存储于存储器中。这有利地解释不同的电磁辐射系统之间的偏差，诸如由公差(例如，光学元件位置/取向)造成的制造偏差。重新校准可用于解释可疑的磨损和撕裂等等。
37.电磁辐射系统可包括第一可移动光学元件和/或第二可移动光学元件。第一可移动光学元件和/或第二可移动光学元件可包括引起辐射束遵循打标束路径的第一配置和引起辐射束遵循不同束路径的第二配置。配置数据可包括第一光学元件和/或第二光学元件的引起满足预确定条件的第一配置和第二配置。
38.确定预确定距离可包括测量电磁辐射系统的焦距。
39.在预确定距离下确定打标束路径与不同束路径之间的位置关系可包括调整第一可移动光学元件和/或第二可移动光学元件的第一配置和/或第二配置，直到打标束路径和
不同束路径在预确定距离下基本上彼此重合为止。
40.根据本发明的第三方面，提供了一种将电磁辐射系统定位成远离目标预确定距离的方法，该方法包括：将电磁辐射系统布置成其中辐射束沿着处于电磁辐射系统的打标范围内的打标束路径被引导的第一布置；将电磁辐射系统布置成其中辐射束沿着不处于电磁辐射系统的打标范围内的不同束路径被引导的第二布置；监测打标束路径与不同束路径之间的位置关系，同时调整电磁辐射系统与目标之间的距离；以及当该位置关系满足预确定条件时，停止电磁辐射系统与目标之间的距离的调整。
41.根据本发明的第四方面，提供了一种电磁辐射系统，该电磁辐射系统包括电磁辐射转向机构，该电磁辐射转向机构构造成使电磁辐射转向以对二维视场内的具体位置进行寻址，电磁辐射转向机构包括：第一光学元件，其具有构造成使第一光学元件围绕第一旋转轴线旋转以改变第一转向轴线在二维视场中的第一坐标的相关联的第一致动器；以及第二光学元件，其具有构造成使第二光学元件围绕第二旋转轴线旋转以改变第二转向轴线在二维视场中的第二坐标的相关联的第二致动器。第二光学元件配置成在辐射束已与第一光学元件相互作用之后接收辐射束。二维视场沿着第一转向轴线的尺寸小于二维视场沿着第二转向轴线的尺寸。
42.电磁转向机构可用于将电磁辐射导向目标，诸如生产线上的产品。
43.电磁辐射系统可为扫描器(例如，用于检查目标)。
44.第一光学元件与比第二光学元件更小的尺寸的打标领域相关联。这有利地增大打标头部的扫描速度并且减小打标头部的尺寸、重量以及成本。
45.第一光学元件和第二光学元件可各自构造成围绕相应的光学轴线旋转。光学轴线可彼此平行并且平行于打标头部的纵向轴线。
46.第一光学元件和第二光学元件中的每个可被称为偏转器或可变偏转器。即，第一光学元件和第二光学元件可构造成使入射电磁辐射以可变的方式偏转，使得当第一光学元件和/或第二光学元件旋转时，离开电磁辐射转向机构的电磁辐射围绕二维视场转向。第一光学元件或第二光学元件的旋转可使由第一光学元件和/或第二光学元件引起的电磁辐射的偏转变化。
47.第一转向轴线和第二转向轴线中的每个可被称为偏转轴线或偏转自由度。这是因为，每个光学元件可构造成使电磁辐射偏转并且由此改变电磁辐射的传播方向和/或取向。与第一光学元件和第二光学元件相关联的两个偏转自由度可组合以对在电磁辐射可围绕其转向的二维视场内的具体位置进行寻址。
48.二维视场可对应于处于距电磁辐射投射到其上的电磁辐射转向机构的固定距离的假想平面。例如，二维视场可与将使用电磁辐射来打标的产品的表面的部分基本上共面。
49.二维视场的尺寸可至少部分地取决于电磁辐射转向机构的输出孔隙与电磁辐射在其上被转向的表面之间的距离。例如，打标头部的输出与将被打标的产品之间的距离可为约10 mm或更大。例如，打标头部的输出与将被打标的产品之间的距离可为约1000 mm或更小。二维视场可例如具有约10 mm乘约20 mm或更大的尺寸。二维视场可例如具有约1000 mm乘约2000 mm或更小的尺寸。
50.第一致动器和第二致动器中的每个可被称为驱动机构。即，第一致动器配置成驱动第一光学元件围绕第一旋转轴线的旋转，并且，第二致动器配置成驱动第二光学元件围
绕第二旋转轴线的旋转。
51.第一旋转轴线和第二旋转轴线可基本上平行。第一旋转轴线和第二旋转轴线可为不平行的，例如基本上垂直。
52.对于二维视场中的给定点，使第一光学元件旋转将引起电磁辐射的位置沿着第一转向轴线改变，并且，使第二光学元件旋转将引起电磁辐射的位置沿着第二转向轴线改变。在第一转向轴线与第二转向轴线之间可能存在一定程度的线性独立性。例如，第二角度可小于90o(例如，约80o)，并且，电磁辐射转向机构可仍然有效地对电磁辐射可围绕其转向的二维视场内的多个位置进行寻址。第一转向轴线和/或第二转向轴线可并非为线性的。例如，第一转向轴线和/或第二转向轴线可为曲线的。
53.每个转向轴线可使用任何期望的坐标系(例如，笛卡尔坐标系、球极坐标系、圆柱极坐标系等等)来描述。例如，当使用笛卡尔坐标来描述转向轴线时，“x”坐标可被认为是第一转向轴线的第一坐标，并且，“y”坐标可被认为是第二转向轴线的第二坐标。备选地，当使用球极坐标来描述第一转向轴线和第二转向轴线时，径向坐标可被认为是第一转向轴线的第一坐标，并且，方位角坐标可被认为是第二转向轴线的第二坐标。
54.第一光学元件和第二光学元件的旋转可提供在第一转向坐标和第二转向坐标方面的相关联的改变的一对一映射。使光学元件中的一个旋转可排他性地使电磁辐射在相关联的转向轴线中转向。
55.第二反射表面可大于第一反射表面。这可确保由第一反射表面反射的电磁辐射跨过第一反射表面的旋转范围被第二反射表面接收。即，第二反射表面可大到足以在第一反射表面围绕第一旋转轴线沿任一方向最大程度地旋转之后接收电磁辐射。电磁辐射在第一反射表面与第二反射表面之间转向的转向距离可至少部分地由第一反射表面第二反射表面之间的距离确定。即，第一反射表面与第二反射表面之间的分离度越大，第二反射表面就可越大，以便仍然接收转向的电磁辐射。因此，可为有利的是，减小第一反射表面与第二反射表面之间的距离，以减小和/或限制电磁辐射转向机构内的电磁辐射在第一反射表面与第二反射表面之间的转向距离。
56.第一致动器和第二致动器中的至少一个可包括检流计(galvanometer,有时称为振镜)马达。备选地，第一致动器和第二致动器中的至少一个可包括压电驱动器、磁性驱动器、直流驱动器、步进马达、伺服马达等等。
57.由第一光学元件或第二光学元件的旋转引起的、电磁辐射在二维视场内的位移可在获知第一光学元件或第二光学元件旋转的角度并且获知电磁辐射转向机构与二维视场之间的焦距的情况下使用三角学来确定。每个致动器可例如构造成使每个光学元件以约
±
20o旋转。
58.电磁辐射可为激光束。电磁辐射可例如由co2激光器生成。电磁辐射可包括红外辐射、近红外辐射、紫外辐射、可见辐射等等。电磁辐射可具有约5 w或更大的功率。电磁辐射可具有约10 w或更大的功率。电磁辐射可具有约100 w或更小的功率。电磁辐射可具有约100 kw或更小的功率。
59.电磁辐射可具有多于约0.01 mm的束宽。电磁辐射可具有小于约10 mm的束宽。例如，电磁辐射可具有约5 mm的束宽。
60.第一光学元件与第二光学元件之间的光学路径长度可为约25 mm或更大。第一光
学元件与第二光学元件之间的光学路径长度可约60 mm或更小。第一光学元件与第二光学元件之间的光学路径长度可为约33 mm。
61.从第一光学元件到第二光学元件的光学路径可经由至少两个固定光学元件传递。
62.一种对产品进行打标的方法可包括使用上文中所讨论的电磁辐射系统。
63.根据本发明的第五方面，提供了一种用于使光学元件移动的检流计，该检流计包括：输出轴，其从检流计的第一端延伸；主体，其容纳致动线圈，致动线圈配置成取决于控制信号而引起输出轴围绕旋转轴线旋转；位置检测器，其配置成输出指示输出轴的角位置的位置信号；以及电接口，其配置成从控制器接收控制信号并且向控制器提供位置信号。主体和位置检测器两者是基本上圆柱形的，并且与旋转轴线基本上同中心地设置，主体设置于第一端与位置检测器之间。电接口设置于检流计的沿着旋转轴线与第一端相反的第二端处。
64.电接口可包括连接器。连接器可包括线缆。
65.电接口可包括一根或多根导线。导线可离开检流计的第二端。
66.连接器可由电路板支承。
67.电路板可为印刷电路板。电路板可在位置检测器的表面上设置于检流计的第二端处。电路板可沿与旋转轴线垂直的方向延伸不超过主体和/或位置检测器的范围。
68.电连接器可通过第一导线来连接到线圈。电连接器可通过第二导线来连接到位置检测器。第一导线/或第二导线可沿着位置检测器的外表面从连接器伸展到主体与位置检测器之间的汇合处(junction,有时也称为主接点)。
69.电连接器和/或电路板可与主体和/或位置检测器基本上同轴。
70.电接口可沿与旋转轴线垂直的方向延伸不超过主体和/或位置检测器的范围。
71.一种用于将电磁辐射束导向目标的电磁辐射导引头部包括构造成使辐射束在打标领域内转向的可移动光学元件和构造成使光学元件移动的检流计，其中，检流计可为上文中所讨论的检流计。
72.电磁辐射导引头部可包括：第二可移动光学元件，其构造成使辐射束在打标领域内转向；以及第二检流计，其构造成使第二光学元件移动。检流计可为上文中所讨论的检流计。
73.电磁辐射系统可包括激光打标头部。
74.第一检流计和/或第二检流计可配置成引起对应的光学元件围绕相应的旋转轴线旋转。该旋转轴线或每个旋转轴线可与电磁辐射导引头部的纵向轴线基本上平行。
75.还提供了一种用于将电磁辐射束导向目标的电磁辐射导引头部，该电磁辐射导引头部包括构造成使辐射束在打标领域内转向的可移动光学元件和构造成使光学元件移动的致动器，致动器包括：输出轴，其从致动器的第一端延伸；主体，其容纳致动线圈，致动线圈配置成取决于控制信号而引起输出轴围绕旋转轴线旋转；位置检测器，其配置成输出指示输出轴的角位置的位置信号；以及电接口，其配置成从控制器接收控制信号并且向控制器提供位置信号。主体是基本上圆柱形的，并且与旋转轴线基本上同中心地设置，并且，电接口设置于检流计的沿着旋转轴线与第一端相反的第二端处。
76.位置检测器可设置于主体内。
77.位置检测器可为基本上圆柱形。位置检测器可与旋转轴线基本上同中心地设置。
78.致动器可包括马达，诸如，例如无刷dc马达。电磁辐射导引头部可包括第二致动器。当然，将意识到，在本发明的一个方面的情境下描述的特征可与在本发明的另一个方面的情境下描述的特征组合。例如，在本发明的第一方面的组件或和本发明的第二至第九方面的组件的情境下描述的特征可彼此组合并且也与本发明的上述的另外的方面的特征组合，并且反之亦然。
附图说明
79.附图并不旨在按比例绘制。在附图中，在各种图中图示的每个完全相同或几乎完全相同的部件由同样的数字表示。为了清楚起见，并非每个部件都可在每个附图中标记。现在将参考示意性附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：图1示意性地描绘用于将辐射束投射到目标上的打标头部；图2示意性地描绘包括位于打标束路径的外部和不同束路径内部的第二光学元件的打标头部；图3示意性地描绘调整打标头部与目标之间的距离以满足预确定条件的多个阶段；图4显示对打标头部进行校准的方法的流程图；图5示意性地描绘包括圆柱形壳体的打标头部；图6示意性地描绘图5的打标头部的内部视图；图7示意性地描绘图6的打标头部的侧视图；由图8a和图8b组成的图8示意性地描绘通过包括第三光学元件的打标头部的部分的打标束路径；由图9a和图9b组成的图9示意性地描绘通过图8的打标头部的不同束路径；图10示意性地描绘离开图9的打标头部并且入射于三个不同的二维视场上的辐射束；图11显示将激光打标系统的打标头部定位成远离目标预确定距离的方法的流程图；由图12a-d组成的图12示意性地描绘从第一可移动光学元件偏转并且入射于第二可移动光学元件上的辐射束；图13示意性地描绘减小第一光学元件的角自由度对打标头部的二维视场的影响；图14示意性地描绘已知的检流计马达；图15a和图15b是用于在图5中所显示的打标头部中使用的检流计马达的透视图；以及图15c和图15d是用于在图5中所显示的打标头部中使用的检流计马达的底视图和侧视图。
具体实施方式
80.本文中所公开的方面和实施例不限于在以下描述中阐述或在附图中图示的部件的构造和布置的细节。本文中所公开的方面和实施例能够以各种方式实践或执行。
81.本文中所公开的方面和实施例包括用于投射激光扫描或打标系统的辐射束的打
标头部和包括这样的系统的激光扫描或打标系统。激光打标系统可在生产线中利用于对各种类型的制品进行打标。激光打标系统可用于在通过生产线的物品上压印条形码、唯一识别标记、过期日期或其它信息。在一些实施方式中，二氧化碳(co2)气体激光器可在激光打标系统中使用。二氧化碳激光器可产生以9.3、9.6、10.2以及10.6微米(μm)为中心的四个主要波长波段中的红外辐射束。激光打标系统中所利用的激光器典型地以几十瓦的激光功率水平操作。
82.然而，激光扫描或打标系统不限于使用co2激光器。在一些实施方式中，光纤激光器或二极管激光器可在激光打标系统中使用。在一些方面和实施例中，光学扫描器或打标器可利用在紫外波长、可见波长或近红外波长或任何其它类型的激光或光学照明源中操作的激光器。在激光扫描器系统中使用可见辐射束可为有利的，因为，用户可看到激光束，其中，它对被扫描的对象进行照明，因此用户可调整激光扫描器或被扫描的对象的位置，使得激光对对象的期望的部分进行照明。
83.本文中所公开的激光扫描器的实施例可包括至少两个镜转动装置，诸如压电驱动器或磁体驱动器、直流驱动器、步进马达、伺服马达或具有所附接的镜的检流计。随后，用语“驱动机构”将用作用于不同的镜转动装置的总称。在本文中所公开的激光扫描器/打标器的实施例中使用的镜可为涂银镜或涂金镜或任何其它合适地涂覆的材料。在本文中所公开的激光扫描器/打标器的实施例中使用的窗和透镜可为例如锗、硒化锌、石英、bk7硼硅酸盐玻璃或任何其它合适的材料。
84.图1示意性地描绘用于将辐射束11投射到目标上的打标头部10。打标头部10包括电磁辐射转向机构12，电磁辐射转向机构12构造成使辐射束11转向以对二维视场13内的具体位置进行寻址。电磁转向机构12可包括例如构造成改变二维视场13中的第一转向轴线的第一坐标的第一可移动光学元件(未显示)。电磁转向机构12构造成使辐射束11跨过打标角度范围14a转向以对二维视场13内的具体位置进行寻址。在打标角度范围14a内可能的连续辐射束路径11a-c范围内的任何束路径可被描述为打标束路径。电磁转向机构12可构造成使辐射束11跨过额外的角度范围14b转向，其在没有第三光学元件(未显示)帮助的情况下没有对二维视场13内的具体位置进行寻址。即，在可被称为束修剪(beam clipping,有时也称为束削波)的过程中，当在额外的角度范围14b内行进时，辐射束11可能不会完全地入射于打标头部10的光学部件上和/或被打标头部10的其它部件遮蔽。在额外的角度范围14b内可能的任何辐射束路径11d可被描述为不同束路径。在图1的示例中，辐射束11的源(未显示)光学地耦合到容纳于脐带缆130中的光纤的第一端(未显示)，并且，打标头部10光学地耦合到光纤的第二端。光纤可包括具有第一折射率的内芯和具有不同折射率的外包层。辐射束可被引导通过光纤的内芯和外包层中的一者或两者。
85.图2示意性地描绘打标头部10，打标头部10包括第三光学元件15，第三光学元件15位于打标束路径26的外部和不同束路径27内部。在图2的示例中，打标束路径26不同于图1中所显示的打标束路径11a-c。然而，打标束路径26可与图1中所显示的打标束路径11a-c中的任何基本上相同。打标头部10具有其中辐射束11沿着打标束路径26离开打标头部10的第一布置和其中辐射束11沿着不同束路径27离开打标头部10的第二布置。当电磁转向机构12的第一光学元件(未显示)位于第一位置中时，可实现第一布置。当第一光学元件位于第二位置中时，可实现第二布置。第一光学元件可由配置成在约20hz或更大的频率下在第一位
置与第二位置之间驱动第一光学元件的致动器驱动。第一光学元件可形成电磁转向机构12的部分。
86.第三光学元件15位于打标束路径26的外部和不同束路径27内部。第三光学元件15位于使得第三光学元件15不会遮蔽打标头部10的可用二维视场的任何部分(即，在打标角度范围14a内)的位置中，但仍然以它可通过额外的角度范围14b到达的方式定位。在图2的示例中，第三光学元件15是固定的。第三光学元件15沿着与打标束路径26会聚的不同束路径27导引辐射束11。第三光学元件15可设定尺寸成尽可能小，同时仍然足够大，使得第三光学元件15可捕获辐射束11的大部分横截面面积。以此方式，第三光学元件15将不会不必要地占据打标头部10内的另外的空间。
87.在打标束路径26与不同束路径27之间存在位置关系。当打标头部10处于距目标28的预确定距离29时，该位置关系满足预确定条件。打标束路径26与不同束路径27之间的位置关系是打标头部10与目标28之间的距离的函数。在图2的示例中，打标束路径26不垂直于目标28的平面16。在备选布置中，打标束路径26可基本上垂直于目标28的平面16。
88.该位置关系使得在打标头部10与目标28之间的距离方面的改变引起在目标28的平面16中在打标束路径26与不同束路径27之间的分离度方面的对应的改变。在图2的示例中，预确定条件包括打标束路径26和不同束路径27在目标28的平面16中基本上彼此重合。在备选布置中，预确定条件可包括打标束路径26和不同束路径27在目标28的平面16中以处于可接受值范围内的距离彼此分离。可接受值范围可例如为约1 mm至约10 mm。可接受值范围可例如为约1 mm或更小。可接受范围可至少部分地取决于打标头部10的焦距。
89.该位置关系使得在打标头部10与目标28之间的距离方面的预确定改变引起在目标28的平面16中在打标束路径26与不同束路径27之间的分离度方面的第一预确定改变和在目标28的平面16中在辐射束11的横截面面积(未显示)方面的第二改变。第一预确定改变大于第二改变。因而，第一预确定改变的可检测性大于第二改变的可检测性。这有利地提高打标头部10相对于目标28的可接受打标构造的可检测性。即，尽管在目标28距打标头部10的距离方面的改变可能导致在目标28处的辐射束11的横截面面积方面的不可察觉的(至少对于肉眼不可察觉的)改变，但通过提供不同束路径27，有可能提供远远更显著地变化的特性，以便可被用户清楚地感知，由此允许简单的打标头部设定和构造。
90.图3示意性地描绘调整打标头部(未显示)与目标(未显示)之间的距离以满足预确定条件的多个阶段s1-s5。辐射束包括可见波长。可见波长可对应于绿光。即，辐射束可包括绿光。绿光可具有约450 nm与约600 nm之间(例如，约550 nm)的波长。使用绿光有利地使得打标束路径与目标处的不同束路径之间的位置关系更容易跨过更广范围的目标材料(例如，较弱地反射的目标和/或较暗的目标)和环境光照条件(例如，较亮的环境光照条件)在目标上看到。这是因为，与其它颜色的可见光相比，人眼对绿光具有更高的敏感性。图3显示当在辐射束切换于打标束路径与不同束路径之间的同时看着目标的平面时，用户将在不同阶段看到的事物的视图。打标束路径在目标上形成第一图像30。不同束路径在目标上形成第二图像31。在图3的示例中，打标束路径变化以追踪作为目标上的第一图像30的打标束图案。在图3的示例中，打标束图案30是环。不同束路径仅在平面的目标上形成点31。
91.打标束路径与不同束路径之间的位置关系使得在打标头部与目标之间的距离方面的改变引起在目标的平面中在打标束路径与不同束路径之间的分离度方面的对应的改
变。在图3的示例中，当第一图像30在目标的平面中与第二图像31基本上重合时，满足预确定条件。在其它实施例中，预确定条件可包括打标束路径和不同束路径在目标的平面中以处于可接受值范围内的距离彼此分离。可接受值范围可例如为约1 mm至约10 mm。可接受值范围可例如为约1 mm或更小。可接受范围可至少部分地取决于打标头部10的焦距。在第一阶段s1中，打标头部和目标不定位于距彼此的预确定距离处。因而，第一图像30和第二图像31并非基本上重合，并且以第一距离32a分离。在第二阶段s2中，打标头部和/或目标已移动，使得它们之间的距离比其在第一阶段s1中的情况更接近预确定距离。因而，第一图像30和第二图像31并非基本上重合，并且以小于第一距离32a的第二距离32b分离。在第三阶段s3中，打标头部和/或目标已移动，使得它们之间的距离比其在第一阶段s1和第二阶段s2中的情况更接近预确定距离。因而，第一图像30和第二图像31并非基本上重合，并且以小于第一距离32a和第二距离32b的第三距离32c分离。在第四阶段s4中，打标头部和/或目标已移动，使得它们之间的距离比其在第一阶段s1和第二阶段s3以及第三阶段s3中的情况更接近预确定距离。因而，第一图像30和第二图像31并非基本上重合，并且以小于第一距离32a、第二距离32b以及第三距离32c的第四距离32d分离。在第五阶段s5中，打标头部和/或目标已移动，使得它们之间的距离基本上等于预确定距离(在此情况下，基本上为零)。因而，第一图像30和第二图像31基本上重合。
92.打标头部可包括两种操作模式，即，校准模式和打标模式。校准模式可包括打标头部发射校准辐射束(诸如，图2的辐射束)，同时用户调整打标头部与目标之间的距离，直到满足预确定条件为止。打标模式可包括在已满足预确定条件之后，打标头部沿着打标束路径投射打标辐射束，以在目标上形成标记。校准辐射束可不同于打标辐射束。例如，打标辐射束可具有比校准辐射束更高的强度。打标辐射束可具有与校准辐射束不同的波长。例如，打标辐射束可包括红外辐射，而校准辐射束可包括具有可见谱内的波长的辐射。校准辐射束可包括绿光。绿光可具有约450 nm与约600 nm之间(例如，约550 nm)的波长。使用绿光有利地使得校准辐射束的位置更容易跨过更广范围的目标材料(例如，较弱地反射的目标和/或较暗的目标)和环境光照条件(例如，较亮的环境光照条件)在目标上看到。
93.打标头部与目标之间的预确定距离可对应于打标头部相对于目标的可接受打标构造。例如，当打标头部处于距目标的预确定距离时，打标辐射束在目标处(即，当打标头部处于打标模式而非校准模式时)的横截面面积可处于可接受值范围内，和/或打标辐射束在目标处的强度(即，每单位面积转移的功率)可处于可接受值范围内，和/或预确定距离可对应于打标头部的焦距。可接受打标构造可至少部分地取决于将使用辐射束来形成的标记、将使用辐射束来打标的产品的材料、产品在生产线上的速度、生成激光束的辐射源的功率、辐射束的波长等等而选择。
94.再次参考图2，打标头部10可进一步包括照相机40，照相机40配置成监测打标束路径26与不同束路径27之间的位置关系。例如，如果由照相机40捕获的图像(诸如，图3中所显示的那些图像)显示于由打标头部10的用户察看的监视器(未显示)上，则照相机40将帮助用户在受制约和/或不可接近的安装环境(诸如，并入打标头部的繁忙生产线)中使由打标束路径26形成的图像和由目标28上的不同束路径27形成的图像可视化。照相机40可帮助人工地调整打标头部10与目标28之间的距离。备选地或另外，系统可包括具有照相机40的打标头部10和打标头部位置调整器45，打标头部位置调整器45配置成从照相机40接收与打标
束路径26与不同束路径27之间的位置关系有关的信息，并且使用信息来调整打标头部10的位置，直到满足预确定条件为止。该系统允许自动地调整打标头部10与目标28之间的距离，直到满足预确定条件并且打标头部10远离目标28预确定距离为止。
95.图4显示对图2的打标头部进行校准的方法的流程图。第一步骤s11包括确定预确定距离。例如，如果预确定距离对应于打标头部的焦距，则第一步骤可使用光学焦距测量装置来执行。第二步骤s12包括在预确定距离下确定打标束路径与不同束路径之间的位置关系。第三步骤s13包括取决于位置关系而确定配置数据。第四步骤s14包括将配置数据存储于存储器中。
96.打标头部可包括第一可移动光学元件和/或第二可移动光学元件，第一可移动光学元件和/或第二可移动光学元件可包括引起辐射束遵循打标束路径的第一配置和引起辐射束遵循不同束路径的第二配置。在这样的实施例中，配置数据可包括第一光学元件和/或第二光学元件的引起满足预确定条件的第一配置和第二配置。在预确定距离下确定打标束路径与不同束路径之间的位置关系可包括调整第一可移动光学元件和/或第二可移动光学元件的第一配置和/或第二配置，直到打标束路径和不同束路径在预确定距离下基本上彼此重合为止。
97.不同束路径可能够精确地重复，因为，对电磁转向机构进行驱动的致动器(例如，检流计)可被编程为以高精度使辐射束转向到第二光学元件上。
98.图5示意性地描绘包括圆柱形壳体125的打标头部10。圆柱形壳体125可具有约40 mm的直径和约350 mm的长度。圆柱形壳体125可具有与可从伊利诺伊州伍德戴尔市伟迪捷技术股份有限公司(videojet technologies inc.)获得的1860型连续喷墨打印机的打标头部基本上类似的尺寸。柔性脐带缆绳130可联接到壳体125，并且可包括用以向驱动机构(未显示)提供功率并且控制驱动机构的功率导线和信号导线。脐带缆绳130还可包括用以将来自外部激光束发生器的激光束运载到壳体125中的光波导，例如光纤线缆。备选地，激光束发生器可与其它部件一起设置于壳体125内。圆柱形壳体125和包封部件可形成用于激光打标系统或光学扫描系统的打标头部或扫描头部。壳体125的下端可通过光学透明窗来密封，以阻止碎屑进入壳体125。柔性脐带缆125可有利地允许打标头部125容易移动，由此进一步增加其中可使用打标头部125的应用范围和安装环境。
99.如本文中所公开的激光打标头部10可重约0.5 kg，约为许多现有系统的重量的十分之一。本文中所公开的激光扫描器/打标器系统的方面和实施例的形状因子、尺寸以及重量为更容易地操纵所公开的激光扫描器/打标器系统作准备。使激光扫描器/打标器系统的打标头部10相对于被打标的对象移动的能力可排除对对象通过其的系统的台架(stage)可移动的需要，因而与一些现有系统相比而降低系统的机械复杂性。
100.图6示意性地描绘图5的打标头部10的内部视图。打标头部10包括电磁辐射转向机构，该电磁辐射转向机构包括第一光学元件100a，第一光学元件100a具有相关联的第一致动器a，第一致动器a构造成使第一光学元件100a围绕第一旋转轴线旋转，以改变第一转向轴线在二维视场中的第一坐标。电磁辐射转向机构进一步包括第二光学元件100b，第二光学元件100b具有相关联的第二致动器b，第二致动器b构造成使第二光学元件100b围绕第二旋转轴线旋转，以改变第二转向轴线在二维视场中的第二坐标。第一光学元件100a包括配置成接收并且反射电磁辐射105的第一反射表面，并且，第二光学元件100b包括配置成接收
并且反射电磁辐射105的第二反射表面。在图6的示例中，第一旋转轴线和第一反射表面基本上平行，并且，第二旋转轴线和第二反射表面基本上平行。
101.两个致动器a、b可尽可能彼此接近地放置(驱动机构的两个旋转轴线之间的最小距离)。两个致动器a、b可放置得越接近，第二驱动机构b的镜100b就可越小。两个致动器a、b可在它们的旋转轴线上相对于彼此移位。
102.电磁辐射转向机构进一步包括光学地设置于第一光学元件100a与第二光学元件100b之间的电磁辐射操纵器“a”、“b”。第一光学元件100a配置成接收电磁辐射105并且将电磁辐射105导引到电磁辐射操纵器“a”、“b”。电磁辐射操纵器“a”、“b”配置成将电磁辐射105导引到第二光学元件100b。第二光学元件100b可配置成将电磁辐射105导引到电磁辐射转向机构的光学输出。在备选布置中，第一光学元件100a及其相关联的致动器a可基本上垂直于第二光学元件100b及其相关联的致动器b，并且，电磁辐射操纵器a、b可能不存在。
103.电磁辐射操纵器包括第一镜“a”和第二镜“b”。第一镜“a”配置成在电磁辐射105已与第一光学元件100a相互作用并且将电磁辐射105导引到第二镜“b”之后接收电磁辐射105。第二镜“b”配置成在电磁辐射105已与第一镜“a”相互作用并且将电磁辐射105导引到第二光学元件100b之后接收电磁辐射105。第一镜“a”和第二镜“b”相对于彼此固定。
104.第一镜“a”布置成在电磁辐射105的传播方向上施加约90o的改变。为了实现此，第一镜“a”可相对于入射电磁辐射105以45o角光学地设置。第二镜“b”布置成在电磁辐射105的传播方向上施加约90o的改变。为了实现此，第二镜“b”可相对于入射电磁辐射105以45o角光学地设置。在电磁辐射105的传播方向上的这些改变提供针对束偏转的两个正交自由度。
105.电磁辐射转向机构进一步包括第三反射器110。在已知的打标头部中，并且，在图5的示例中，电磁辐射105通过第三反射器110来以90
°
转动，以撞击第一致动器a的第一光学元件100a。将意识到，在电磁辐射转向机构内的各种位置处，电磁辐射沿并非沿着与第一旋转轴线和第二旋转轴线平行的轴线的方向传播。
106.打标头部进一步包括准直仪200和聚焦光学器件210、220。准直仪200可配置成从辐射源或光纤(未显示)接收电磁辐射105并且提供具有基本上平行的射线的电磁辐射105的束。聚焦光学器件210、220可配置成接收由准直仪200提供的电磁辐射105并且以期望的方式调节电磁辐射105，例如以确保电磁辐射105配合到第一光学元件100a和第二光学元件100b上。
107.图7显示图6的打标头部10的侧视图。电磁辐射转向机构进一步包括第四反射器115。在电磁辐射105已从第二光学元件100b反射之后，电磁辐射105通过第四反射器115转动以90
°
。电磁辐射105然后可离开电磁辐射转向机构并且入射于对象(诸如，将通过电磁辐射105来打标的产品)上。
108.在图6和图7的示例中，第一旋转轴线和第二旋转轴线基本上平行，并且，电磁辐射转向机构基本上平行于激光打标系统的打标头部的长度而安装，使得打标头部的与打标头部10的长度(即，三个维度中的最大值)平行的轴线180基本上平行于第一光学元件100a和第二光学元件100b的第一旋转轴线和第二旋转轴线。
109.例如，当离开柔性脐带缆130并且进入电磁辐射转向机构时，电磁辐射105可具有约2.5 mm的束直径。打标头部125可例如能够以每秒约2000个字符对产品进行打标。字符可具有约2 mm的高度。当用于对产品进行打标时，离开打标头部10的电磁辐射105可具有约
200
ꢀµ
m与约300
ꢀµ
m之间的束直径。当用于雕刻产品时，离开打标头部10的电磁辐射105可具有约10
ꢀµ
m与约15
ꢀµ
m之间的束直径。
110.电磁辐射105可通过辐射源(诸如，例如co2激光器或二极管激光器)来向打标头部提供。参考图5，脐带缆组件130可连接到打标头部10的壳体125。脐带缆组件130的光纤可将辐射105导引到打标头部10中的准直仪200。准直仪200可在将辐射105导引到聚焦光学器件210之前以期望的方式调节辐射105，以便进一步如所期望的那样调节。
111.图8a示意性地描绘通过包括第三光学元件15的打标头部的部分的打标束路径300，其中，光学部件使用透明导线主体显示。辐射束以与辐射束105行进通过图6和图7的打标头部10相同的方式沿着打标束路径300行进通过打标头部。图8b示意性地描绘图8a的打标头部，其中，光学部件使用不透明整体显示。在图8a和图8b两者中，打标头部处于其中辐射束沿着处于打标头部的打标范围内的打标束路径300被引导的第一布置。第一可移动光学元件100a和第二可移动光学元件100b处于引起辐射束遵循打标束路径300的第一配置。第三光学元件15位于打标束路径300的外部。因而，当打标头部处于第一布置时，辐射束不与第三光学元件15相互作用。
112.图9a示意性地描绘通过图8a的打标头部的不同束路径320，其中，光学部件使用透明导线主体显示。辐射束以与辐射束105行进通过图6和图7的打标头部10的方式不同的方式沿着不同束路径320行进通过打标头部。图9b示意性地描绘图9a的侧视图，其中，光学部件使用不透明整体显示。在图9a和图9b两者中，打标头部处于其中辐射束沿着处于打标头部的打标范围外的不同束路径320被引导的第二布置中。第一可移动光学元件100a和第二可移动光学元件100b处于引起辐射束遵循不同束路径320的第二配置中。图9a和图9b中所显示的第一光学元件100a已旋转到与图8a和图8b中所显示的第一光学元件100a相比而不同的旋转位置。图9a和图9b中所显示的第二光学元件100b已旋转到与图8a和图8b中所显示的第二光学元件100b相比而不同的旋转位置。这导致辐射束从第二光学元件100b反射并且入射于第三光学元件15上而非入射于第四反射器115上。在备选实施例中，第一光学元件100a和第二光学元件100b中的仅一个的构造(例如，旋转位置)可被调整以在打标束路径300与不同束路径320之间切换。辐射束从第三光学元件15反射并且沿着不同束路径320离开打标头部。第一可移动光学元件100a和第二可移动光学元件100b由致动器a、b驱动，致动器a、b在约20hz或更大的频率下在第一配置与第二配置之间驱动第一光学元件100a和第二光学元件100b。这导致打标束路径300和不同束路径320在目标处同时地对肉眼可见。
113.图10示意性地描绘离开图9a的打标头部并且入射于三个不同的二维视场340a-c上的辐射束。每个二维视场340a-c可对应于处于距辐射束105投射到其上的打标头部的固定距离的假想平面。例如，每个二维视场340a-c可与目标(诸如，将使用辐射束105来打标的产品)的表面的部分基本上共面。每个二维视场340a-c的尺寸可至少部分地取决于其距打标头部的输出孔隙350的距离360a-c和打标头部的打标角度范围14a(如关于图1而讨论的那样)。第一二维视场340a处于距输出孔隙350的第一距离360a，第二二维视场340b处于距输出孔隙350的第二距离360b，并且，第三二维视场340c处于距输出孔隙350的第三距离360c。例如，打标头部的输出与将被打标的产品之间的距离可为约10 mm或更大。例如，打标头部的输出与将被打标的产品之间的距离可为约1000 mm或更小。二维视场可例如具有约10 mm乘约20 mm或更大的尺寸。二维视场可例如具有约1000 mm乘约2000 mm或更小的尺
寸。
114.打标头部内的聚焦光学器件引起辐射束105沿着其束路径在不同点处会聚和发散。在第一二维视场340a处，辐射束105正在会聚，但尚未聚焦。在第二二维视场340b处，辐射束聚焦。在第三二维视场340c处，辐射束105正在发散。在图10的示例中，满足预确定条件所处于的预确定距离等于第二距离360b。即，在第二二维视场340b处，辐射束105聚焦。
115.图11显示将激光打标系统的打标头部定位成远离目标预确定距离的方法的流程图。第一步骤s21包括将打标头部布置成其中辐射束沿着处于打标头部的打标范围内的打标束路径被引导的第一布置中。第二步骤s22包括将打标头部布置成其中辐射束沿着不处于打标头部的打标范围内的不同束路径被引导的第二布置中。第三步骤s23包括监测打标束路径与不同束路径之间的位置关系，同时调整打标头部与目标之间的距离。第四步骤s24包括当该位置关系满足预确定条件时，停止打标头部与目标之间的距离的调整。
116.由图12a-d组成的图12示意性地描绘从第一可移动光学元件100a偏转并且入射于第二可移动光学元件100b上的辐射束105。图12a-d展示第一光学元件100a的旋转移动范围对第二光学元件100b的所要求的尺寸造成的影响。图12a示意性地描绘在多个旋转位置中从第一可移动光学元件100a的侧面察看的视图和入射于第一可移动光学元件100a上的辐射束105。如先前所讨论的，第一光学元件100a具有相关联的第一致动器a，第一致动器a构造成使第一光学元件100a围绕第一旋转轴线旋转以改变第一转向轴线在打标头部的二维视场中的第一坐标。辐射束105典型地在入射于第一可移动光学元件100a上之前通过准直仪来准直。经准直的辐射束105具有给定的束直径(即，横截面面积)。在打标头部的输出孔隙处，辐射束105可朝向目标(诸如，将被打标的产品)聚焦。辐射束105的束直径越大，就越容易使辐射束朝下聚焦到目标处的较小的束直径。第一光学元件100a和第二光学元件100b设定尺寸成以便无论第一光学元件100a和第二光学元件100b的构造如何，都可使辐射束的整个束直径配合于第一光学元件100a和第二光学元件100b。即，无论第一光学元件100a和第二光学元件100b可位于什么旋转位置中(假设它们处于正常打标范围内)，第一光学元件100a和第二光学元件100b都大到足以捕获入射于第一光学元件100a和第二光学元件100b上的整个辐射束105。
117.图12b示意性地描绘从位于单个旋转位置中的第一可移动光学元件100a上方察看的视图。辐射束105从第一可移动光学元件100a反射并且朝向第二可移动光学元件100b传播。图12c示意性地描绘从位于多个不同旋转位置中的第一可移动光学元件100a上方察看的视图。如可看到的，沿其辐射束105在与第一光学元件100a相互作用之后传播的方向取决于第一光学元件100a的旋转位置。
118.图12d示意性地描绘从位于多个不同旋转位置中的第一可移动光学元件100a和位于多个不同旋转位置中的三个不同的第二光学元件100ba-c上方察看的视图。如可看到的，第一光学元件100a与第二光学元件100ba-c之间的光学路径长度越大，第二光学元件的尺寸就必须越大，以便在第一光学元件100a的所有旋转位置处捕获整个辐射束105。为了配合进入的束，第一光学元件具有至少部分地取决于第一光学元件100a的角自由度的尺寸。另外，第一光学元件100a的旋转移动范围越大，第二光学元件就需要越大，以便捕获从第一光学元件100a反射的整个辐射束105。此外，第二光学元件100b的角移动范围越大，第二光学元件100b就必须越大，以便确保辐射束105可跨过期望的角度范围被反射。最终，光学元件
100a、100b两者的尺寸必须随着辐射束105的束直径增大而增大，使得两个光学元件可与入射辐射束充分地相互作用。
119.减小第一光学元件100a和第二光学元件100b的尺寸允许第一光学元件100a和第二光学元件100b以更高的速度被驱动。这是因为，在较小的尺寸下，第一光学元件100a和第二光学元件100b具有较小的惯性，并且可以以更高的速度移动(例如，旋转)，并且以更大的加速率加速，由此增大打标头部能够实现的扫描速度。减小第一光学元件100a和第二光学元件100b的尺寸也有利地减小打标头部的总尺寸和重量。然而，如先前所讨论的，辐射束105必须能够配合于第一光学元件100a和第二光学元件100b上。两个光学元件100a、b中的最大者是针对打标头部的扫描速度限制因素。如在上文中讨论并且在图12d中显示的，第二光学元件100b大于第一光学元件100a，以便跨过第一光学元件100a的整个旋转移动范围捕获辐射束105。在该实例中，只要第一光学元件100a依然小于第二光学元件100b，增大第一光学元件100a的尺寸就不会降低速度性能。
120.已知的打标头部包括具有相同的旋转移动范围的第一光学元件和第二光学元件，因而产生具有基本上正方形的形状的打标领域。发明人已认识到，通过减小第一光学元件的角自由度，第二光学元件的尺寸可减小，并且，打标头部的扫描速度可增大。虽然这减小二维视场的尺寸，但打标头部的大多数用途可典型地要求矩形形状的二维视场，并且因而可获得扫描速度增益，同时维持打标头部对大多数使用情况的适合性。大多数使用情况可涉及例如以一小行或两小行文本(诸如，销售期限和生产线信息)对产品进行打标。
121.图13示意性地描绘减小第一光学元件的角自由度对打标头部的二维视场340的影响。如可看到的，随着第一光学元件的角自由度减小，二维视场变得更窄。二维视场沿着第一转向轴线(其与第一光学元件相关联)的尺寸小于二维视场沿着第二转向轴线(其与第二光学元件相关联)的尺寸。即，第一光学元件与比第二光学元件更小的尺寸的二维视场340相关联。
122.限制第一可移动光学元件的角自由度也有利地允许可移动光学元件在打标头部内定位得彼此更接近。这是因为，每个可移动光学元件具有由可移动光学元件的尺寸和角自由度限定的操作体积。这是将在光学元件的所有的可能的角位置中都配合光学元件的最小体积。当然，可移动光学元件的两个操作体积不应当相交，以避免可移动光学元件彼此接触。因而，通过减小第一光学元件的角自由度，打标头部内的可移动光学元件之间的距离可减小，并且，打标头部可更紧凑。
123.再次参考图10，可看到二维视场沿着第一转向轴线(其与第一光学元件相关联)的尺寸小于二维视场沿着第二转向轴线(其与第二光学元件相关联)的尺寸。
124.在一些实施例中，图6中所图示的第一致动器a和第二致动器b是检流计马达。尤其是当要求部件以高速移动时，检流计马达通常用于以高精度控制光学部件的位置。例如，在本文中所描述的激光打标系统中，可能要求检流计马达引起辐射束在通过打标头部的产品上以每秒约2000个字符的速率书写。
125.图14示意性地描绘已知的检流计马达50。检流计马达50联接到镜51并且对镜51进行致动。检流计50包括主体53，主体53在形状上为圆柱形，并且与旋转轴线50a同中心。检流计的输出轴(未显示)从主体53沿着旋转轴线50a延伸，并且通过夹具52来联接到镜51。主体53容纳线圈，该线圈可由控制信号激励，以便控制输出轴的角位置并且由此控制镜51的位
置。检流计50进一步包括位置检测器55，位置检测器55也在形状上基本上为圆柱形的，并且与旋转轴线50a同中心。位置检测器55包括配置成准确地检测轴的角位置并且生成指示轴的角位置的输出信号的部件。
126.电路板57设置于主体53与位置检测器55之间。电路板57支承和连接针对检流计的操作所要求的各种部件和连接器。例如，电路板接收用于向检流计线圈提供控制信号的导线和提供指示轴的角位置的输出信号的导线。电路板57支承位置传感器的内部位置感测部件和提供输出信号的对应的导线。位置检测器55的壳体可包含或支承位置传感器光源(例如，led)。电路板57也支承提供与外部控制电路系统的电连接的连接器59，该外部控制电路系统可设于打标头部内的别处或备选地设于可通过脐带缆130来连接到打标头部的激光打标系统控制器中。
127.如可在图14中看到的，电路板包括直接地设置于主体53与位置检测器55之间的第一区域57a和从检流计50的侧面沿与轴线50a垂直的方向延伸远离的第二区域57b。第一区域57a支承内部位置感测部件(未显示)，并且提供到位置检测器55的内部部件和线圈的连接。第二区域57b支承连接器59。布线迹线(wiring traces)设于电路板57的表面上，以使连接器59与位置检测器55和主体53的内部部件连接。
128.如可在图14中看到的，电路板57的第二区域57b从检流计50的侧面突出一定距离，例如以大于检流计50的宽度的一半的距离突出。这样的布置可制约检流计在打标头部内的定位。
129.当布置于打标头部的壳体125内时，检流计马达周围的空间可高度地受约束。已认识到，并非采用其中如图14中所显示的那样在从检流计壳体的侧面延伸的电路板上提供到检流计感测及控制电路系统的连接的常规布置，而是如果在设于检流计壳体的端部处的电路板上提供到检流计感测及控制电路系统的连接，则可设计更高效的空间布置。这样的布置在图15a-d中显示。
130.图15a-d显示检流计马达60。检流计马达60的部件大体上在功能上与检流计马达50的那些部件等效。检流计马达60联接到镜61并且对镜61进行致动，并且包括主体63，主体63在形状上为圆柱形，并且与旋转轴线60a同中心。检流计的输出轴(未显示)从主体63沿着旋转轴线60a延伸，并且通过夹具62来联接到镜61。主体63容纳线圈，该线圈由控制信号激励，以便控制输出轴的角位置并且由此控制镜61的位置。检流计60进一步包括位置检测器65，位置检测器65也在形状上基本上为圆柱形，并且与旋转轴线60a同中心。
131.电路板67设置于位置检测器65的壳体的基部处。电路板67支承连接器69，连接器69提供与外部控制电路系统的电连接。连接器69可包括线缆(未显示)。电路板67还可支承位置传感器65的内部位置感测部件、位置传感器光源(例如，led)。然而，并非延伸越过圆柱形位置检测器65的侧面，电路板67沿从轴线60a垂直地延伸的方向没有延伸越过位置检测器65的范围。
132.为了提供到线圈(其位于主体63内)的电连接，导线68设于电路板67与主体63之间。内部电路板(未显示)可设于位置检测器65内。内部电路板可支承针对检流计60的操作而要求的各种电子部件和连接器。导线68可包括承载针对线圈的控制信号的第一导线68a和承载针对线圈的第二控制信号的第二导线68b(例如，以便连接到线圈的任一端)。导线68a、68b从电路板67延伸，并且沿着位置检测器65的外表面与轴线60a平行地行进，并且在
位置检测器65与主体63之间的汇合处的区域中进入检流计60的内部空间。导线68a、68b可为不受保护的窄规格导线。
133.照此，并非存在具有截然不同的第一区域和第二区域的电路板57，而是外部连接器69设于单个外部电路板67上，由此显著地减小检流计60的最大横截面尺寸(与常规检流计50相比)。在包括线缆的外部连接器的示例中，线缆可从单个电路板67延伸，由此也提供显著地减小检流计60的最大横截面尺寸(与常规检流计50相比)的优点。备选地，线缆可置换电路板57。各种内部部件可设于内部电路板上。该差异可通过将图14与图15d比较来最清楚地看到。
134.在一些实施例中，可省略电路板67和/或连接器69。在这样的实施例中，布线(诸如，线缆)可布置成从检流计的第二端(即，如图15a-c中所显示的底端)而非主体63或位置检测器65的弯曲外表面显现。就布线可布置成从主体63或位置检测器65的弯曲外表面显现而言，布线优选地布置成以便沿与轴线60a基本上平行的方向伸展，正如导线68a、68b那样，以便使如在沿着轴线60a查看时看到的检流计的横截面面积最小化。此外，在检流计直接地接线(即，而非使用连接器)的情况下，将理解，任何布线可被提供有稳健的绝缘、屏蔽以及扭结保护，以防止对内部导线的损坏。如果这样的导线构造成从主体63或位置检测器65的弯曲外表面离开，则这将制约将其它部件定位成与检流计紧邻的能力。照此，将导线布置成从检流计的底端离开是有利的。
135.连接器69可被称为电接口，或在不存在连接器的情况下，离开检流计的第二端的导线可被称为电接口。
136.在一些实施例中，如上文中所注意到的，致动器a、b可为除了检流计之外的马达，诸如，例如无刷dc马达。在这样的实施例中，可优选地确保任何连接器或导线布置成在沿着旋转轴线察看时使横截面面积最小化。
137.因此，已描述至少一个实施方式的几个方面，将意识到，本领域技术人员将容易想到各种变更、修改和改进。这样的变更、修改和改进旨在成为本公开的部分，并且旨在处于本公开的精神和范围内。本文中所公开的方法的动作可按照与图示的顺序不同的顺序执行，并且可省略、替换或添加一个或多个动作。本文中所公开的任何一个示例的一个或多个特征可与所公开的任何其它示例的一个或多个特征组合或被替换。因此，前述描述和附图仅当作示例。
138.本文中所使用的短语和用语是为了描述的目的，并且不应当被认为是限制性的。如本文中所使用的，用语“多个”是指两个或更多个物品或部件。如本文中所使用的，描述为“基本上类似”的尺寸可被认为处于彼此的约25%内。无论是在书面描述中还是在权利要求书等中，用语“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”和“涉及”都是开放式用语，即意味着“包括但不限于”。因而，使用这样的用语意味着包含其后列出的项目及其等同物以及额外的项目。关于权利要求书，只有过渡短语“由
……
组成”和“基本由
……
组成”分别是封闭或半封闭的过渡短语。在权利要求书中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等的序数用语来修改权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素优于另一个权利要求元素的任何优先级、优先序或顺序或执行方法的动作所按照的时间顺序，而是仅仅用作标记来将具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称的另一个元素(但为了使用序数用语)区分以区分权利要求元素。
139.打标头部可包括诸如折射式、反射式、磁性、电磁式、静电式和/或其它类型的光学部件或它们的任何组合的各种类型的光学部件，以便对电磁辐射进行导引、成形和/或控制。
140.尽管在本文本中可具体引用电磁辐射转向机构在产品打标中的使用，但应当理解，本文中所描述的电磁辐射转向机构可具有其它应用。可能的其它应用包括用于雕刻产品的激光系统、光学扫描仪、辐射检测系统、医疗装置、电磁辐射检测器(诸如，照相机或其中辐射可离开传感器并且重新进入传感器的飞行时间传感器)等等。
141.虽然在上文中已描述本发明的具体实施例，但将意识到，本发明可以以除了所描述的方式之外的方式实施。上文的描述旨在为说明性的，而不是限制性的。因而，对本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离下文中所陈述的权利要求书的范围的情况下，可如所描述的那样对本发明进行修改。