一種3d激光打標(biāo)機(jī)的可控距離指示方法、打標(biāo)方法、可控距離指示裝置及3d激光打標(biāo)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光打標(biāo)領(lǐng)域，具體涉及一種對物體三維表面進(jìn)行激光打標(biāo)的可控距 離指示方式、打標(biāo)方法、應(yīng)用該方法的可控距離指示裝置及3D激光打標(biāo)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光打標(biāo)機(jī)（lasermarkingmachine)是利用激光束在物質(zhì)表面打上永久標(biāo)記的 技術(shù)。該技術(shù)通過激光器產(chǎn)生激光束，經(jīng)過一系列光學(xué)傳導(dǎo)與處理，最終通過光學(xué)鏡片進(jìn)行 光束聚焦，然后將聚焦后的高能量光束偏轉(zhuǎn)到待加工物體表面的指定位置。激光打標(biāo)機(jī)可 以標(biāo)記出各種文字、符號(hào)和圖案，市場應(yīng)用前景廣闊。
[0003] 傳統(tǒng)的激光打標(biāo)機(jī)僅在二維平面上進(jìn)行打標(biāo)。在打標(biāo)時(shí)，由于激光束非可見，為了 判斷打標(biāo)對象是否位于激光打標(biāo)區(qū)域（定位）及焦點(diǎn)上（定焦），一般是用尺子測量打標(biāo)平 面與場鏡之間的距離，或者在檢測板上預(yù)先打標(biāo)以判斷是否在焦點(diǎn)上，這些傳統(tǒng)操作方法 需要多次測量，效率非常低。作為一種改進(jìn)，現(xiàn)有的二維激光打標(biāo)機(jī)增加了紅光指示器進(jìn)行 定位和定焦。利用紅光代替不可見的激光，起到打標(biāo)位置的預(yù)覽和定焦作用。具體可參見 專利文獻(xiàn)CN201446774U公開的一種打標(biāo)機(jī)的自動(dòng)對焦裝置。該方案是在掃描裝置的兩側(cè) 分別設(shè)置有十字紅光發(fā)射器，兩邊的十字紅光發(fā)射器所發(fā)出的十字紅光的交叉點(diǎn)與激光的 焦點(diǎn)重合。在使用時(shí)，調(diào)整使得待打標(biāo)物體上出現(xiàn)一個(gè)紅光交叉點(diǎn)，即可保證打標(biāo)物體位于 激光的焦點(diǎn)上。由于二維激光打標(biāo)機(jī)的焦距是不變的，因此這種方法用于常規(guī)的二維平面 激光打標(biāo)機(jī)上可極大提高工作效率。
[0004] 隨著技術(shù)的發(fā)展，能在三維表面上打標(biāo)的3D激光打標(biāo)成為行業(yè)內(nèi)熱門的研發(fā)點(diǎn)。 與傳統(tǒng)2D激光打標(biāo)相比，3D激光打標(biāo)機(jī)采用動(dòng)態(tài)聚焦座，通過軟件控制和移動(dòng)動(dòng)態(tài)聚焦 鏡，在激光被聚焦前進(jìn)行可變擴(kuò)束，以此改變激光束的焦距來實(shí)現(xiàn)對高低不同物體的準(zhǔn)確 表面聚焦加工。因此3D打標(biāo)對加工對象的表面平整度要求大幅度降低，可以在非平面上進(jìn) 行激光打標(biāo)。但是，3D激光打標(biāo)機(jī)的定位和定焦成為新的問題，由于3D激光打標(biāo)機(jī)的焦距 是變化的，因此現(xiàn)有的二維激光打標(biāo)機(jī)的對焦系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足要求。
[0005] 在3D激光打標(biāo)過程中，先對打標(biāo)物體的打標(biāo)區(qū)域進(jìn)行空間建模并存儲(chǔ)在軟件系 統(tǒng)中，該空間建模上可設(shè)定任意一個(gè)打標(biāo)物體的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，該基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)也為激光的對 焦點(diǎn)，在實(shí)際空間上對應(yīng)打標(biāo)物體上的某點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，也即，只要打標(biāo)時(shí)激光頭可準(zhǔn)確定 位并對焦在物體的基準(zhǔn)點(diǎn)上，后續(xù)電腦可調(diào)焦距完成三維表面其他部位的激光打標(biāo)。其中 的問題是，在打標(biāo)開始前，需要將打標(biāo)物件放入打標(biāo)平臺(tái)上，使得物體對應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)。然而缺 少定位的結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員很難精確放置和調(diào)整打標(biāo)物件的位置、高度，而且3D曲面打標(biāo)要 求非常高的精度，只要打標(biāo)物件的位置或高度出現(xiàn)偏差，很有可能就造成整個(gè)打標(biāo)圖案的 失真。另外，由于三維打標(biāo)物體表面的復(fù)雜性，對基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)定要求靈活可變，因此傳統(tǒng)的 固定式對焦系統(tǒng)已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)3D激光打標(biāo)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種3D激光打標(biāo)機(jī)的可控距離指示方法，通過該方法可 在空間上自動(dòng)指示定位出建模中基準(zhǔn)點(diǎn)的高度位置，從而便于加工時(shí)安放打標(biāo)物體的定 位。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種3D激光打標(biāo)機(jī)的可控距離指示方法，該方 法涉及可見光指示器、由高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的分光單元以及控制單元；所述分光單元可在第一 位置和第二位置之間做往復(fù)地移動(dòng)，所述分光單元反射可見光指示器發(fā)出的可見光束，可 見光束在第一位置被反射出基準(zhǔn)光束，在第二位置被反射出偏轉(zhuǎn)光束，由于分光單元由高 速電機(jī)控制往復(fù)移動(dòng)，使得基準(zhǔn)光束和偏轉(zhuǎn)光束可被肉眼看成兩束光；
[0008] 所述基準(zhǔn)光束的光路上設(shè)置有反射單元，所述反射單元反射基準(zhǔn)光束使之往偏轉(zhuǎn) 光束的方向偏轉(zhuǎn)；所述控制單元根據(jù)3D激光打標(biāo)機(jī)對基準(zhǔn)點(diǎn)對焦的初始焦距，計(jì)算分光單 元第一位置與第二位置的差值，該差值使得偏轉(zhuǎn)光束與被反射單元反射后的基準(zhǔn)光束在打 標(biāo)區(qū)域內(nèi)交匯，該交匯點(diǎn)對應(yīng)3D激光打標(biāo)機(jī)的初始焦點(diǎn)；
[0009] 或者，所述偏轉(zhuǎn)光束的光路上設(shè)置有反射單元，所述反射單元反射偏轉(zhuǎn)光束使之 往基準(zhǔn)光束的方向偏轉(zhuǎn)；所述控制單元根據(jù)3D激光打標(biāo)機(jī)對基準(zhǔn)點(diǎn)對焦的初始焦距，計(jì)算 分光單元第一位置與第二位置的差值，該差值使得偏轉(zhuǎn)光束在被反射單元反射后與基準(zhǔn)光 束在打標(biāo)區(qū)域內(nèi)交匯，該交匯點(diǎn)對應(yīng)3D激光打標(biāo)機(jī)的初始焦點(diǎn)。
[0010] 本發(fā)明的指示方法使用簡單，通過人眼的誤差以及高速運(yùn)轉(zhuǎn)的高速電機(jī)將一束可 見光高速來回偏轉(zhuǎn)，在速度夠快的時(shí)候，一束可見光在人眼看來將會(huì)變成兩束可見的光束， 再將其中一束再次反射射向另外一束，即可實(shí)現(xiàn)將一束可見光束變成兩束能相交匯的光 束，本發(fā)明的可見光束通過控制單元控制電機(jī)偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)，相對于手動(dòng)的調(diào)節(jié) 本發(fā)明的指示方法更節(jié)省時(shí)間，并且能夠更精確的指示出3D激光打標(biāo)機(jī)打標(biāo)的焦點(diǎn)所在 的高度。
[0011] 優(yōu)選的，所述分光單元的第一位置和第二位置為夾角關(guān)系，所述控制單元根據(jù)三 角幾何計(jì)算方法，通過3D激光打標(biāo)機(jī)的初始焦點(diǎn)的坐標(biāo)，獲得分光單元的第一位置和第二 位置的偏轉(zhuǎn)角度。
[0012] 優(yōu)選的，所獲得的對應(yīng)不同初始焦點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)角度值被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，在使用時(shí) 通過匹配方式獲得分光單元的偏轉(zhuǎn)角度值。
[0013] 優(yōu)選的，通過插值法補(bǔ)償誤差，對所述分光單元的偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行修正。實(shí)際中可能 會(huì)由于安裝誤差、操作誤差或者電路影響等因素導(dǎo)致誤差，使得基準(zhǔn)光束和偏轉(zhuǎn)光束不會(huì) 在激光打標(biāo)的焦點(diǎn)處交匯，此時(shí)通過插值法補(bǔ)償誤差，使得本發(fā)明的可見光可以精確的指 不出激光打標(biāo)的焦點(diǎn)，提尚打標(biāo)的精度。
[0014] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供應(yīng)用上述指示方法的3D激光打標(biāo)機(jī)的打標(biāo)方法， 該打標(biāo)方法的具體步驟如下：
[0015] (1)對擬打標(biāo)物體表面進(jìn)行三維建模，形成三維模型；
[0016] (2)選取三維模型上的任一點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，獲得該基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)；
[0017] ⑶根據(jù)該基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，設(shè)定基準(zhǔn)點(diǎn)在焦點(diǎn)上，獲得初始焦距；
[0018] (4)根據(jù)該初始焦距，通過三角幾何計(jì)算方法獲得分光單元第一位置和第二位置 的差值；
[0019] (5)該差值使得偏轉(zhuǎn)光束與被反射單元反射的基準(zhǔn)光束在打標(biāo)區(qū)域內(nèi)交匯，該交 匯點(diǎn)對應(yīng)3D激光打標(biāo)機(jī)的初始焦點(diǎn)；
[0020] 或者，該差值使得偏轉(zhuǎn)光束在被反射單元反射后與基準(zhǔn)光束在打標(biāo)區(qū)域內(nèi)交匯， 該交匯點(diǎn)對應(yīng)3D激光打標(biāo)機(jī)的初始焦點(diǎn)；
[0021] (6)使打標(biāo)物體上對應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)的位置位于所述交匯點(diǎn)的高度上；
[0022] (7)開始打標(biāo)。
[0023] 優(yōu)選的，所述分光單元的第一位置和第二位置為夾角關(guān)系，所述步驟4中控制單 元根據(jù)三角幾何計(jì)算方法所獲得的對應(yīng)不同初始焦點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)角度值被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，在 使用時(shí)通過匹配方式獲得每次