[發(fā)明專利]一種基于空間光調(diào)制器的三維碼激光標(biāo)刻方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112276370B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉東;康愷;秦應(yīng)雄
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;B23K26/064
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發(fā)明公開了一種基于空間光調(diào)制器的三維碼激光標(biāo)刻方法和系統(tǒng)，屬于激光加工領(lǐng)域，空間光調(diào)制器中疊加有相移菲涅爾透鏡、空間光柵和貝塞爾整形透鏡，方法包括：提取三維碼彩色圖像中各色塊的輪廓信息以生成相應(yīng)的輪廓圖像；分別將各輪廓圖像對應(yīng)的預(yù)設(shè)相位作為全息算法光場模型的初始值進(jìn)行迭代計(jì)算，以得到各輪廓圖像對應(yīng)的目標(biāo)相位；將各目標(biāo)相位依次輸入至空間光調(diào)制器以將入射激光光束進(jìn)行相位調(diào)制后輸出貝塞爾光束，從而在目標(biāo)材料上依次標(biāo)刻出各輪廓圖像。利用空間光調(diào)制器進(jìn)行三維碼激光標(biāo)刻，在光路不變的情況下實(shí)現(xiàn)多焦點(diǎn)標(biāo)刻，提高標(biāo)刻速率，貝塞爾光束提高標(biāo)刻均勻性和分辨率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于空間光調(diào)制器的三維碼激光標(biāo)刻方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

二維碼是一種由黑白兩色方格組成的正方形編碼。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的發(fā)展和普及，由于二維碼的開源特性，其存儲容量不足，存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一，保密性不足，防偽和防復(fù)制能力較弱的缺陷限制了二維碼在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的下一步發(fā)展。隨機(jī)三維碼在二維碼的基礎(chǔ)上添加隨機(jī)的顏色信息，并在一種特殊的多層防偽材料上進(jìn)行加工，具有立體的、唯一的和不可復(fù)制的特點(diǎn)，將二維碼與防偽組合，克服了普通二維碼容易被復(fù)制的缺點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用在需要嚴(yán)格防偽標(biāo)識的產(chǎn)品上。

目前，在二維碼和三維碼激光打標(biāo)領(lǐng)域，通常采用結(jié)合激光振鏡的高速定位和打標(biāo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過矢量的掃描和移動振鏡進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的快速打標(biāo)，實(shí)際打標(biāo)效果取決于激光振鏡輸出激光的光束質(zhì)量，其調(diào)節(jié)輸出的主要方式是調(diào)節(jié)振鏡激光輸出的占空比以改變激光功率，在大規(guī)模對一系列二維碼進(jìn)行打標(biāo)時(shí)掃描較慢。同時(shí)振鏡的控制多半只限于對振鏡進(jìn)行各個(gè)方向的小幅度擺動，在需要進(jìn)行多焦點(diǎn)打標(biāo)時(shí)需要多振鏡或單振鏡多次打標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于空間光調(diào)制器的三維碼激光標(biāo)刻方法及系統(tǒng)，其目的在于利用空間光調(diào)制器進(jìn)行三維碼激光標(biāo)刻，在光路不變的情況下實(shí)現(xiàn)多焦點(diǎn)標(biāo)刻，提高標(biāo)刻速率，空間光調(diào)制器調(diào)制輸出貝塞爾光束提高標(biāo)刻均勻性和分辨率，并且具有速度快、效率高、損耗小和成本低的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于空間光調(diào)制器的三維碼激光標(biāo)刻方法，所述空間光調(diào)制器中疊加有相移菲涅爾透鏡、空間光柵和貝塞爾整形透鏡，方法包括：S1，將目標(biāo)二維碼或目標(biāo)二維點(diǎn)陣隨機(jī)轉(zhuǎn)換為三維碼彩色圖像，并提取所述三維碼彩色圖像中各色塊的輪廓信息，以生成所述各色塊對應(yīng)的輪廓圖像；S2，分別將各所述輪廓圖像對應(yīng)的預(yù)設(shè)相位作為全息算法光場模型的初始值進(jìn)行迭代計(jì)算，以得到各所述輪廓圖像對應(yīng)的目標(biāo)相位；S3，將各所述目標(biāo)相位依次輸入至所述空間光調(diào)制器，使得所述空間光調(diào)制器根據(jù)接收到的目標(biāo)相位對入射激光光束進(jìn)行相位調(diào)制后輸出貝塞爾光束，以在目標(biāo)材料上依次標(biāo)刻出各所述輪廓圖像。

更進(jìn)一步地，所述S1包括：根據(jù)初始信息生成所述目標(biāo)二維碼或目標(biāo)二維點(diǎn)陣；將所述目標(biāo)二維碼或目標(biāo)二維點(diǎn)陣分割為多個(gè)最小標(biāo)刻單元，并添加隨機(jī)色塊以生成所述三維碼彩色圖像；利用腐蝕算法對所述三維碼彩色圖像進(jìn)行擴(kuò)散以提取所述各色塊的輪廓信息。

更進(jìn)一步地，所述全息算法光場模型基于模擬退火算法和強(qiáng)度傳輸方程生成，生成的全息算法光場模型為：

其中，為引入振幅自由度后第次迭代輸出的光場幅值，為迭代次數(shù)，為信號場影響因子，為信號區(qū)域的目標(biāo)光強(qiáng)，為第次迭代后噪聲區(qū)域的輸出，為第次迭代后的復(fù)相位，為虛數(shù)單位。

更進(jìn)一步地，所述全息算法光場模型中相位的迭代方程為：

其中，、、表示入射面，為第次迭代的相位分布，為迭代次數(shù)，為第次迭代的相位分布，為梯度收斂參數(shù)，為迭代收斂方向。