[发明专利]一种基于空间光调制器的三维码激光标刻方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于空间光调制器的三维码激光标刻方法和系统，属于激光加工领域，空间光调制器中叠加有相移菲涅尔透镜、空间光栅和贝塞尔整形透镜，方法包括：提取三维码彩色图像中各色块的轮廓信息以生成相应的轮廓图像；分别将各轮廓图像对应的预设相位作为全息算法光场模型的初始值进行迭代计算，以得到各轮廓图像对应的目标相位；将各目标相位依次输入至空间光调制器以将入射激光光束进行相位调制后输出贝塞尔光束，从而在目标材料上依次标刻出各轮廓图像。利用空间光调制器进行三维码激光标刻，在光路不变的情况下实现多焦点标刻，提高标刻速率，贝塞尔光束提高标刻均匀性和分辨率。

技术领域

本发明属于激光加工领域，更具体地，涉及一种基于空间光调制器的三维码激光标刻方法及系统。

背景技术

二维码是一种由黑白两色方格组成的正方形编码。随着计算机和网络行业的发展和普及，由于二维码的开源特性，其存储容量不足，存储的数据结构单一，保密性不足，防伪和防复制能力较弱的缺陷限制了二维码在物联网时代的下一步发展。随机三维码在二维码的基础上添加随机的颜色信息，并在一种特殊的多层防伪材料上进行加工，具有立体的、唯一的和不可复制的特点，将二维码与防伪组合，克服了普通二维码容易被复制的缺点，能够广泛应用在需要严格防伪标识的产品上。

目前，在二维码和三维码激光打标领域，通常采用结合激光振镜的高速定位和打标系统，该系统通过矢量的扫描和移动振镜进行目标区域的快速打标，实际打标效果取决于激光振镜输出激光的光束质量，其调节输出的主要方式是调节振镜激光输出的占空比以改变激光功率，在大规模对一系列二维码进行打标时扫描较慢。同时振镜的控制多半只限于对振镜进行各个方向的小幅度摆动，在需要进行多焦点打标时需要多振镜或单振镜多次打标来实现。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于空间光调制器的三维码激光标刻方法及系统，其目的在于利用空间光调制器进行三维码激光标刻，在光路不变的情况下实现多焦点标刻，提高标刻速率，空间光调制器调制输出贝塞尔光束提高标刻均匀性和分辨率，并且具有速度快、效率高、损耗小和成本低的优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于空间光调制器的三维码激光标刻方法，所述空间光调制器中叠加有相移菲涅尔透镜、空间光栅和贝塞尔整形透镜，方法包括：S1，将目标二维码或目标二维点阵随机转换为三维码彩色图像，并提取所述三维码彩色图像中各色块的轮廓信息，以生成所述各色块对应的轮廓图像；S2，分别将各所述轮廓图像对应的预设相位作为全息算法光场模型的初始值进行迭代计算，以得到各所述轮廓图像对应的目标相位；S3，将各所述目标相位依次输入至所述空间光调制器，使得所述空间光调制器根据接收到的目标相位对入射激光光束进行相位调制后输出贝塞尔光束，以在目标材料上依次标刻出各所述轮廓图像。

更进一步地，所述S1包括：根据初始信息生成所述目标二维码或目标二维点阵；将所述目标二维码或目标二维点阵分割为多个最小标刻单元，并添加随机色块以生成所述三维码彩色图像；利用腐蚀算法对所述三维码彩色图像进行扩散以提取所述各色块的轮廓信息。

更进一步地，所述全息算法光场模型基于模拟退火算法和强度传输方程生成，生成的全息算法光场模型为：

其中，为引入振幅自由度后第次迭代输出的光场幅值，为迭代次数，为信号场影响因子，为信号区域的目标光强，为第次迭代后噪声区域的输出，为第次迭代后的复相位，为虚数单位。

更进一步地，所述全息算法光场模型中相位的迭代方程为：

其中，、、表示入射面，为第次迭代的相位分布，为迭代次数，为第次迭代的相位分布，为梯度收敛参数，为迭代收敛方向。