激光打标机、调节扫描头与打标物距离的方法及打标机自动对焦方法与流程

文档序号:11167317阅读:1526来源:国知局
激光打标机、调节扫描头与打标物距离的方法及打标机自动对焦方法与制造工艺

本发明属于激光打标技术领域,具体涉及一种激光打标机、调节激光打标机扫描头与打标物距离的方法及打标机自动对焦方法。



背景技术:

激光打标机是综合了激光技术和计算机技术的光、机电一体化设备。激光打标技术目前在国内外工业上的应用正被人们逐渐重视,各种新型的打标设备层出不穷,它以其独特的优点正在取代传统的标记方法,可在各种机械零部件、电子元器件、集成电路模块、仪器、仪表等多种物体表面上,打印出标记。

其工作原理为激光器产生激光,经过聚焦镜片聚焦后,再照射到打标物体的表面,只有当打标物体位于焦距位置时才具有较为理想的打标效果。现有技术都是人工手动对打标机进行调整以及对焦,手动调节降低了打标机的工作效率,调节的误差较大,这降低了打标的精度和速度。



技术实现要素:

本发明提供一种激光打标机、调节激光打标机扫描头与打标物距离的方法及打标机自动对焦方法,解决现有技术中,需手动对激光打标机进行调整而降低了打标精度和速度的问题。所采用的方案为:

方案一:一种激光打标机,包括用于放置打标物的打标机台,位于打标机台上的机架,设置在机架上并可沿机架上下移动的托台,托台上设置有激光打标组件,激光打标组件包括依次安装的激光器、光路组件和扫描头,光路组件包括若干凹透镜和/或凸透镜,位于激光器和扫描头之间,用于调节入射激光的光束焦距,打标激光自激光器出射,经过光路组件,入射至扫描头,扫描头包括若干反射透镜,用于改变打标激光的方向,使打标激光朝向打标机台射出;还包括控制器和设置在机架上用于驱动托台沿机架上下移动的第一驱动组件,第一驱动组件包括若干驱动电机,驱动电机直接或间接连接托台,所述控制器控制驱动电机驱动托台沿机架上下移动;还包括设置在托台或者激光打标组件上的测距组件,测距组件包括激光指示器和激光传感器;测距组件、控制器和第一驱动组件依次相连;激光指示器用于向打标物表面发射指示激光,激光传感器用于接收经打标物表面漫反射指示激光的反馈激光,指示激光与反馈激光不重合;激光传感器向控制器发送感应信号,控制器用于根据感应信号计算指示激光与反馈激光的夹角并进一度计算出打标物表面到扫描头的距离;控制器向第一驱动组件发送控制信号,第一驱动组件的驱动电机根据控制信号驱动激光打标组件移动,使激光打标组件的扫描头与打标物表面的距离匹配激光打标机的打标焦距。

方案二:激光打标机,包括底座和底座上用于放置打标物的打标机台,打标机台可上下移动,位于打标机台上方的机架,设置在机架上的托台,托台上设置有激光打标组件,激光打标组件包括依次安装的激光器、光路组件和扫描头,光路组件包括若干凹透镜和/或凸透镜,位于激光器和扫描头之间,用于调节入射激光的光束焦距,打标激光自激光器出射,经过光路组件,入射至扫描头,扫描头包括若干反射透镜,用于改变打标激光的方向,使打标激光朝向打标机台射出;还包括控制器和用于驱动打标机台上下移动的第二驱动组件,第二驱动组件包括若干驱动电机,驱动电机直接或间接连接打标机台,所述控制器控制驱动电机驱动打标机台上下移动;还包括设置在托台或者激光打标组件上的测距组件,测距组件包括激光指示器和激光传感器;测距组件、控制器和第二驱动组件依次相连;激光指示器用于向打标物表面发射指示激光,激光传感器用于接收经打标物表面漫反射指示激光的反馈激光,指示激光与反馈激光不重合;激光传感器向控制器发送感应信号,控制器用于根据感应信号计算指示激光与反馈激光的夹角并进一度计算出打标物表面到扫描头的距离;控制器向第二驱动组件发送控制信号,第二驱动组件的驱动电机根据控制信号驱动激光打标组件移动,使激光打标组件的扫描头与打标物表面的距离匹配激光打标机的打标焦距。

方案二的优选:底座的上表面开设有竖向延伸的滑动腔,打标机台设置在滑动腔内,滑动腔内设置与打标平台相连的所述第二驱动组件。

方案一和二的优选:激光指示器用于向打标物表面预置的特征点发射指示激光,激光传感器用于接收经特征点反射的反馈激光并向控制器发送感应信号,控制器用于根据感应信号计算特征点到扫描头的垂直方向距离并向第一驱动组件或第二驱动组件发送控制信号,第一驱动组件根据控制信号驱动激光打标组件或第二驱动组件根据控制信息驱动打标机台移动至打标物表面打标起始点位于激光打标组件扫描头的打标焦距下方。

方案一和二的优选:激光指示器在打标物表面打标起始点位于激光打标组件扫描头的打标焦距下方后,再次向打标物体表面发射指示激光,激光传感器用于接收经打标物表面漫反射的反馈激光并向控制器发送感应信号,控制器用于根据感应信号计算打标物体表面到扫描头的垂直距离并向第一驱动组件或第二驱动组件发送微调信号,第一驱动组件或第二驱动组件用于根据微调信号进行驱动微调校准。

方案三:调节扫描头和打标物体之间距离的方法,激光指示器向打标物表面发射激光;激光传感器接收经打标物体表面漫反射的反馈激光并向控制器发送感应信号;控制器根据感应信号计算打标物体表面到扫描头的垂直距离并向第一驱动组件或第二驱动组件发送控制信号;第一驱动组件根据控制信号驱动激光打标组件或第二驱动组件根据控制信息驱动打标机台移动至打标物表面打标起始点位于激光打标组件扫描头的打标焦距下方。

方案三的优选:激光指示器向打标物体表面预置的特征点发射激光;激光传感器接收经特征点反射的激光并向控制器发送感应信号。

方案三的优选:激光指示器再次向打标物体表面发射指示激光;激光传感器接收经打标物体表面反射的激光并向控制器发送感应信号;控制器根据感应信号计算打标物体表面到扫描头的垂直距离并向第一驱动组件或第二驱动组件发送微调信号;第一驱动组件或第二驱动组件根据微调信号进行驱动微调校准。

方案四:打标机自动对焦方法,所述光路组件包括至少1个固定的凸透镜和至少1个活动的凹透镜;还包括沿打标激光光亮方向延伸的导轨,设置在导轨上的支架,凹透镜固定在支架上,还包括与支架直接或间接连接的摆动电机,摆动电机控制支架沿导轨方向往返滑动,摆动电机与控制器连接;在扫描头与打标物表面特征参考点的距离匹配激光打标机的打标焦距后,激光指示器再次向打标物体表面发射指示激光,激光传感器接收经打标物表面漫反射的反馈激光并向控制器发送感应信号,控制器再次根据感应信号计算打标物表面特征参考点到扫描头的垂直距离,并向摆动电机发出控制信号,驱动支架及其凹透镜在导轨上滑动以改变打标机的打标焦距至打标焦距等于打标物表面到扫描头的垂直距离。

方案四的优选:还包括与控制器连接的控制终端,控制终端内存储有打标物的数字模型,在打标激光射在打标物表面除特征参考点以外的点时,控制终端依据打标物的数字模型以及特征参考点到扫描头的垂直距离计算出打标物表面除特征参考点以外的点与扫描头的实时距离,并向控制器发出信号,控制器控制摆动电机调节支架及其凹透镜在导轨上的滑动位置以再次使打标焦距等于打标物表面除特征参考点以外的点与扫描头的实时距离。

本发明的有益效果是:由于本发明通过激光指示器向打标物体表面发射激光,激光传感器用于接收经打标物体表面反射的激光并向控制器发送感应信号,控制器根据第一信号计算打标物体表面到测距组件的垂直距离并向驱动组件发送控制信号,第一驱动组件根据控制信号驱动激光打标组件移动至打标物体位于激光打标组件的打标焦距上,或者第二驱动组件根据控制信号驱动打标平台移动至打标物体位于激光打标组件的打标焦距上。因此,本申请可自动将扫描头和打标物体之间的距离调整至打标焦距,保证了打标的准确性,提升了打标速度。

附图说明

图1为本发明激光打标机的结构示意图

图2为本发明激光打标机的侧视图

图3为本发明激光打标机工作原理示意图

图4为本发明激光打标机的光路组件的结构示意图

图5为图4中a部放大图

图6为本发明激光打标机的自动对焦原理示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明:

实施例1:

一种激光打标机,如图1和图2所示,包括底座1,在底座1上设置有机架2,机架2上开设有竖向延伸的导轨,导轨上设置有托台3,托台3可沿导轨滑动。在托台3上设置有激光打标组件4,激光打标组件4用于产生打标激光,打标激光从扫描头41射出,再照射到打标平台11上的打标物体10上。激光打标机托台3与第一驱动组件相连,第一驱动组件6与控制器相连。第一驱动组件6包括驱动器和丝杆机构,手动操作控制按钮81,使控制器发出指令,通过驱动器和丝杆机构的配合驱动托台3在机架2上沿导轨上下移动,从而调整扫描头41与打标物体10之间的距离。

在扫描头41的一侧设置有测距组件5,测距组件5内集成有激光指示器和激光传感器。激光传感器、控制器和第一驱动组件6依次电连接。其中,激光指示器可选用红光激光指示器,红色激光的可识别度高,便于激光感应器的感应。

第一驱动组件包括若干驱动电机,驱动电机直接或间接连接托台,所述控制器控制驱动电机驱动托台沿机架上下移动;还包括设置在托台或者激光打标组件上的测距组件,测距组件包括激光指示器和激光传感器;测距组件、控制器和第一驱动组件依次相连;激光指示器用于向打标物表面发射指示激光,激光传感器用于接收经打标物表面漫反射指示激光的反馈激光,指示激光与反馈激光不重合;激光传感器向控制器发送感应信号,控制器用于根据感应信号计算指示激光与反馈激光的夹角并进一度计算出打标物表面到扫描头的距离;控制器向第一驱动组件发送控制信号,第一驱动组件的驱动电机根据控制信号驱动激光打标组件移动,使激光打标组件的扫描头与打标物表面的距离匹配激光打标机的打标焦距。激光指示器用于向打标物表面预置的特征点发射指示激光,激光传感器用于接收经特征点反射的反馈激光并向控制器发送感应信号,控制器用于根据感应信号计算特征点到扫描头的垂直方向距离并向第一驱动组件发送控制信号,第一驱动组件根据控制信号驱动激光打标组件移动至打标物表面打标起始点位于激光打标组件扫描头的打标焦距下方。:激光指示器在打标物表面打标起始点位于激光打标组件扫描头的打标焦距下方后,再次向打标物体表面发射指示激光,激光传感器用于接收经打标物表面漫反射的反馈激光并向控制器发送感应信号,控制器用于根据感应信号计算打标物体表面到扫描头的垂直距离并向第一驱动组件发送微调信号,第一驱动组件根据微调信号进行驱动微调校准。

如图3、图4和图5所示,激光打标组件包括依次安装的激光器42、光路组件43和扫描头44,光路组件包括凹透镜433和凸透镜434,位于激光器和扫描头之间,用于调节入射激光的光束焦距,打标激光自激光器出射,经过光路组件,入射至扫描头。扫描头包括若干反射透镜,用于改变打标激光的方向,使打标激光朝向打标机台射出。

如图6所示,在具体对打标物体10进行打标时,激光打标机启动工作后,激光指示器向打标物体10表面发射激光,激光在打标物体10表面产生漫反射,激光传感器用于接收经打标物体10表面反射的激光,从而产生感应并向控制器发送感应信号,控制器用于根据感应信号计算打标物体10表面到测距组件的垂直距离。控制器计算距离的原理是根据激光的直线传播和发射角度,,控制器计算出打标物体10表面到测距组件的垂直距离后,向第一驱动组件6发送控制信号,第一驱动组件6用于根据控制信号驱动托台3带动激光打标组件4移动,直至打标物体10位于激光打标组件4的打标焦距上。之后,激光打标机根据打标图案在虚拟模型上的位置对打标物体10进行打标。

本实施例中,第一驱动组件6包括驱动器和丝杆机构,在其他实施例中,凡是可通过控制信号驱动激打标组件3在机架2上沿导轨上下移动的第一驱动组件,均落入本实施例的保护范围。同时,本实施例是测量打标物体10表面到测距组件5的垂直距离。

实施例2:

本实施例相对于实施例的1的差别,主要在于第二驱动组件上。具体来说:

激光打标机,包括底座和底座上用于放置打标物的打标机台,打标机台可上下移动,位于打标机台上方的机架,设置在机架上的托台,托台上设置有激光打标组件,激光打标组件包括依次安装的激光器、光路组件和扫描头,光路组件包括若干凹透镜和/或凸透镜,位于激光器和扫描头之间,用于调节入射激光的光束焦距,打标激光自激光器出射,经过光路组件,入射至扫描头,扫描头包括若干反射透镜,用于改变打标激光的方向,使打标激光朝向打标机台射出;还包括控制器和用于驱动打标机台上下移动的第二驱动组件,第二驱动组件包括若干驱动电机,驱动电机直接或间接连接打标机台,所述控制器控制驱动电机驱动打标机台上下移动;还包括设置在托台或者激光打标组件上的测距组件,测距组件包括激光指示器和激光传感器;测距组件、控制器和第二驱动组件依次相连;激光指示器用于向打标物表面发射指示激光,激光传感器用于接收经打标物表面漫反射指示激光的反馈激光,指示激光与反馈激光不重合;激光传感器向控制器发送感应信号,控制器用于根据感应信号计算指示激光与反馈激光的夹角并进一度计算出打标物表面到扫描头的距离;控制器向第二驱动组件发送控制信号,第二驱动组件的驱动电机根据控制信号驱动激光打标组件移动,使激光打标组件的扫描头与打标物表面的距离匹配激光打标机的打标焦距。

底座的上表面开设有竖向延伸的滑动腔,打标机台设置在滑动腔内,滑动腔内设置与打标平台相连的所述第二驱动组件。

激光指示器用于向打标物表面预置的特征点发射指示激光,激光传感器用于接收经特征点反射的反馈激光并向控制器发送感应信号,控制器用于根据感应信号计算特征点到扫描头的垂直方向距离并向第二驱动组件发送控制信号,第二驱动组件根据控制信息驱动打标机台移动至打标物表面打标起始点位于激光打标组件扫描头的打标焦距下方。激光指示器在打标物表面打标起始点位于激光打标组件扫描头的打标焦距下方后,再次向打标物体表面发射指示激光,激光传感器用于接收经打标物表面漫反射的反馈激光并向控制器发送感应信号,控制器用于根据感应信号计算打标物体表面到扫描头的垂直距离并向第二驱动组件发送微调信号,第二驱动组件用于根据微调信号进行驱动微调校准。

实施例3:

本实施是在实施例1或2的基础上改进,本实施例说明一种针对立体打标物的激光打标机的方案。

如图6所示,在具体对打标物体10进行打标时,激光打标机还可以连接外部控制终端。在控制终端内建立打标物体10的虚拟模型,将打标图案贴覆到虚拟模型的表面。

由于控制终端内存储有打标物体10的虚拟模型,也存储有虚拟模型的各项参数,只要知晓模型上任意一点到测距组件5的距离,即可获知虚拟模型上其他任意一点到测距组件5的距离。因此,本实施例需要在打标物体10表面预先设定一个特征点,该特征点可以是打标物体10表面任意较易识别的点,可以选打标物体10表面的最高点或者最低点。同时,存储在虚拟模型内与该特征点相对应点的位置。

如图6所示,预先设定特征点101为打标物体10表面的最高点,打标物体10放置在打标平台11上,移动打标物体10至激光指示器所发射激光照射到特征点101上。激光指示器用于向特征点101发射激光,激光传感器用于接收在特征点101反射的激光,控制器8计算出特征点101到测距组件5的垂直距离,则打标物体10上任意一点到测距组件5的垂直距离可知,激光打标机可从打标物体10上的任意一点开始打标,因此设定一个打标初始点102,并向驱动组件发送控制信号。驱动组件用于根据控制信号驱动移动,直至打标初始点102位于激光打标组件4的打标焦距上。之后,控制终端的内部程序会控制激光打标机从打标初始点102开始打标。

实施例4:

在实施例1中,第一驱动组件6驱动激光打标组件4移动至打标物体10位于激光打标组件4的打标焦距上时,激光打标组件4所处位置与实际焦距位置会有较大误差,特别是第一驱动组件6驱动激光打标组件4移动距离较大时,这种误差会更大,因此本实施例提供一种微调校准的方案。

激光指示器在第一驱动组件6驱动激光打标组件4移动至打标物体10位于激光打标组件4的打标焦距上之后,再次向打标物体表面发射激光,激光传感器再次接收经打标物体表面反射的激光并向控制器发送感应信号,控制器再次计算打标物体表面到测距组件的垂直距离并向第一驱动组件发送微调信号,第一驱动组件用于根据微调信号驱动激光打标组件进行微调校准,从而提升位置调整的准确性。

实施例5:

本实施例为在实施例1和2基础上的改进,具体改进如下。

一种激光打标机,如图3和图4所示,包括机架和设置在机架上的激光组件4,激光打标组件4包括用于产生激光的激光器42以及依次设置在激光器42所产生激光的光路上的调焦组件43和扫描头44。还包括聚镜控制器7和聚镜驱动组件61,聚镜控制器7、聚镜驱动组件61和光路组件43依次连接。

扫描头44包括x反射镜和y反射镜,x反射镜用于调整光路在横向上偏转,y反射镜用于调整光路在纵向上偏转。打标激光从激光器42中射出,经光路组件43聚焦和扫描头44调整后照射到打标物体10上。

光路组件43包括支撑座431、支架432、凹透镜433和凸透镜434(其他实施例中,两者位置可以互换,应当认为与本方案等同)。支撑座431上设置有沿激光光路延伸的导轨435,支架432设置在导轨435上并可沿导轨435滑动,聚焦镜片433固定在支架432上,还包括与支架直接或间接连接的摆动电机,摆动电机控制支架沿导轨方向往返滑动,摆动电机与控制器连接;因此支架432在导轨435上滑动时,也带动聚焦镜片433移动,聚焦镜片433在导轨435的位置对应打标激光的焦距,通过聚焦镜片433在导轨435上的移动而改变打标激光的焦距。

在激光打标组件4上还设置有测距组件5,测距组件5包括激光指示器和激光传感器。激光指示器用于向打标物体表面发射激光,激光在打标物体10表面产生漫反射,激光传感器用于接收经打标物体10表面反射的激光,从而产生感应并向控制器发送第一感应信号,聚镜控制器7用于根据第一感应信号计算打标物体表面到测距组件5的垂直距离。聚镜控制器7计算出打标物体表面到测距组件的垂直距离后,向聚镜驱动组件61发送控制信号,聚镜驱动组件61用于根据控制信号驱动托台3带动激光组件4移动,直至打标物体位于激光组件4的打标焦距上。

实施例7:

本实施例为在实施例1和2设备基础上采用的调节扫描头和打标物体之间距离的方法。

一种调节扫描头和打标物体之间距离的方法,激光指示器向打标物表面发射激光;激光传感器接收经打标物体表面漫反射的反馈激光并向控制器发送感应信号;控制器根据感应信号计算打标物体表面到扫描头的垂直距离并向第一驱动组件或第二驱动组件发送控制信号;第一驱动组件根据控制信号驱动激光打标组件或第二驱动组件根据控制信息驱动打标机台移动至打标物表面打标起始点位于激光打标组件扫描头的打标焦距下方。

激光指示器向打标物体表面预置的特征点发射激光;激光传感器接收经特征点反射的激光并向控制器发送感应信号。

激光指示器再次向打标物体表面发射指示激光;激光传感器接收经打标物体表面反射的激光并向控制器发送感应信号;控制器根据感应信号计算打标物体表面到扫描头的垂直距离并向第一驱动组件或第二驱动组件发送微调信号;第一驱动组件或第二驱动组件根据微调信号进行驱动微调校准。

实施例8:

本实施例为在实施例1和2设备基础上采用的打标机自动对焦方法。

一种打标机自动对焦方法,所述光路组件包括至少1个固定的凸透镜和至少1个活动的凹透镜;还包括沿打标激光光亮方向延伸的导轨,设置在导轨上的支架,凹透镜固定在支架上,还包括与支架直接或间接连接的摆动电机,摆动电机控制支架沿导轨方向往返滑动,摆动电机与控制器连接;在扫描头与打标物表面特征参考点的距离匹配激光打标机的打标焦距后,激光指示器再次向打标物体表面发射指示激光,激光传感器接收经打标物表面漫反射的反馈激光并向控制器发送感应信号,控制器再次根据感应信号计算打标物表面特征参考点到扫描头的垂直距离,并向摆动电机发出控制信号,驱动支架及其凹透镜在导轨上滑动以改变打标机的打标焦距至打标焦距等于打标物表面到扫描头的垂直距离。

还包括与控制器连接的控制终端,控制终端内存储有打标物的数字模型,在打标激光射在打标物表面除特征参考点以外的点时,控制终端依据打标物的数字模型以及特征参考点到扫描头的垂直距离计算出打标物表面除特征参考点以外的点与扫描头的实时距离,并向控制器发出信号,控制器控制摆动电机调节支架及其凹透镜在导轨上的滑动位置以再次使打标焦距等于打标物表面除特征参考点以外的点与扫描头的实时距离。

本发明的总体的有益效果是:由于本发明通过激光指示器向打标物体表面发射激光,激光传感器用于接收经打标物体表面反射的激光并向控制器发送感应信号,控制器根据第一信号计算打标物体表面到测距组件的垂直距离并向驱动组件发送控制信号,第一驱动组件根据控制信号驱动激光打标组件移动至打标物体位于激光打标组件的打标焦距上,或者第二驱动组件根据控制信号驱动打标平台移动至打标物体位于激光打标组件的打标焦距上。因此,本申请可自动将扫描头和打标物体之间的距离调整至打标焦距,保证了打标的准确性,提升了打标速度。

根据上述说明书的揭示和教导,本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此,本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式,对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外,尽管本说明书中使用了一些特定的术语,但这些术语只是为了方便说明,并不对本发明构成任何限制。

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