一种激光打标方法与流程

本发明涉及激光打标技术领域，特别涉及一种激光打标方法。

背景技术：

激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一；激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料气化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久标记的一种打标方法；激光打标可以打出各种文字、符号和图像等。

在现有技术中，对工件进行激光打标时，需要操作工人或者机械传输设备将待打标工件送入加工区域内，常常会因为放置的位置存在偏差，从而导致打出的各种文字、符号和图像等不能够位于待打标工件上的理想位置，使得加工出来的工件变成残次品。

技术实现要素：

有鉴于现有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是，提供一种激光打标方法，旨在解决在激光打标过程中，因工件放置位置存在偏差而导致打出的图像位置存在偏差，使得加工出来的工件变成残次品的问题，提高产品良率。

为实现上述目的，本发明提供一种激光打标方法，所述方法包括如下步骤：

步骤s1、响应于红外扫描设备在加工区域内扫描识别到待打标工件，通过图像采集模块采集所述待打标工件的轮廓和对位标记并形成第一图像；所述对位标记包括：第一对位标记、第二对位标记、第三对位标记以及第四对位标记，分别对应于第一对位标记坐标、第二对位标记坐标、第三对位标记坐标以及第四对位标记坐标，且所述对位标记对称分布于所述待打标工件的四个角；

步骤s2、根据所述图像采集模块采集到的所述第一图像，获取所述待打标工件上的所述对位标记在所述加工区域内的实时实际坐标和工件本征坐标值(xcon,ycon)；所述实时实际坐标包括：第一对位标记坐标a(xa,ya)、第二对位标记坐标b(xb,yb)、第三对位标记坐标c(xc,yc)、第四对位标记坐标d(xd,yd)；所述工件本征坐标值(xcon,ycon)是指所述待打标工件在所述待打标工件的本征坐标系上的坐标；

步骤s3、根据所述实时实际坐标，求解所述待打标工件的中心坐标(xmid,ymid)，求解所述待打标工件的本征坐标系相对应于所述加工区域的旋转角θ；其中，所述xmid、ymid满足：所述所述所述旋转角所述

步骤s4、根据所述旋转角θ，对待投射的打标图案进行旋转，根据所述待打标工件的中心坐标(xmid,ymid)、所述工件本征坐标值(xcon,ycon)，控制投影模块将旋转后的所述打标图案投射至实时投影坐标(xpro,ypro)；所述实时投影坐标满足：(xpro,ypro)＝(xmid+xcon,ymid+ycon)；

步骤s5、根据投射至所述实时投影坐标(xpro,ypro)的所述打标图案，控制激光设备的打标轨迹与所述打标图案重合，完成对所述待打标工件的激光打标。

在该技术方案中，采集所述对位标记的所述实时实际坐标，确定所述待打标工件的所述中心坐标(xmid,ymid)和所述旋转角θ，通过所述旋转角θ对待投射的打标图案进行旋转，使得投射到所述待打标工件上的所述打标图案位于预设位置，控制激光设备的打标轨迹与所述打标图案重合，有效避免了打出的图案的位置与预设位置存在偏差，有效降低产品的次品率，提高产品良率；由于待打标工件包含有四个边角，而实际上三个点即可确定待打标工件中心，并且或与第四个点存在矛盾，故而，在该技术方案中，通过构建以便求解中心位置的估计值实现待打标工件中心定位，提高中心定位的准确度；在该技术方案中，通过四个对位标记中心点连线构成向量与加工区域坐标系的斜率关系，通过以便求得较为精确的本征坐标旋转角，以便对待投影的打标图案进行旋转，避免待投影的打标图案旋转错位；此外，在该技术方案中，通过即通过判断向量朝向为x轴正方向时，θ＝arctank，向量朝向为x轴负方向时，θ＝arctank+π，避免待投影的打标图案朝向弄错。

在一具体实施方式中，所述方法还包括：控制模块通过控制所述激光设备调节激光的相关参数；所述激光的相关参数包括激光焦距和激光的刻印深度。

在一具体实施方式中，所述第一对位标记、所述第二对位标记、所述第三对位标记以及所述第四对位标记各不相同，且能被所述图像采集模块识别并区分。

在一具体实施方式中，所述第一对位标记、所述第二对位标记、所述第三对位标记以及所述第四对位标记的线条宽度依次增大；所述图像采集模块根据所识别到的所述对位标记的线条宽度，确定所述第一对位标记、所述第二对位标记、所述第三对位标记以及所述第四对位标记的所述第一对位标记坐标a(xa,ya)、所述第二对位标记坐标b(xb,yb)、所述第三对位标记坐标c(xc,yc)、所述第四对位标记坐标d(xd,yd)。

在一具体实施方式中，所述投影模块位于所述加工区域的正上方。

在一具体实施方式中，所述激光设备位于所述加工区域的正上方。

在一具体实施方式中，所述打标图案为光斑。

本发明的有益效果是：在本发明中，采集所述对位标记的所述实时实际坐标，确定所述待打标工件的所述中心坐标(xmid,ymid)和所述旋转角θ，通过所述旋转角θ对待投射的打标图案进行旋转，使得投射到所述待打标工件上的所述打标图案位于预设位置，控制激光设备的打标轨迹与所述打标图案重合，有效避免了打出的图案的位置与预设位置存在偏差，有效降低产品的次品率，提高产品良率；由于待打标工件包含有四个边角，而实际上三个点即可确定待打标工件中心，并且或与第四个点存在矛盾，故而，在该技术方案中，通过构建以便求解中心位置的估计值实现待打标工件中心定位，提高中心定位的准确度；在该技术方案中，通过四个对位标记中心点连线构成向量与加工区域坐标系的斜率关系，通过以便求得较为精确的本征坐标旋转角，以便对待投影的打标图案进行旋转，避免待投影的打标图案旋转错位；此外，在该技术方案中，通过即通过判断向量朝向为x轴正方向时，θ＝arctank，向量朝向为x轴负方向时，θ＝arctank+π，避免待投影的打标图案朝向弄错。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式中激光打标方法的流程框图；

图2为本发明一具体实施方式中激光打标系统的系统框图；

图3为本发明一具体实施方式中加工区域与待打标工件的几何关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1-3所示，在本发明的第一实施例中，提供一种激光打标方法，所述方法包括如下步骤：

步骤s1、响应于红外扫描设备在加工区域内扫描识别到待打标工件，通过图像采集模块采集所述待打标工件的轮廓和对位标记并形成第一图像；所述对位标记包括：第一对位标记、第二对位标记、第三对位标记以及第四对位标记，分别对应于第一对位标记坐标、第二对位标记坐标、第三对位标记坐标以及第四对位标记坐标，且所述对位标记对称分布于所述待打标工件的四个角；

值得一提的是，在实际应用中，操作工人将待打标工件送入加工区域，并且操作工人在摆放时，待打标工件具有方向性，打标工件的头部区域位于操作工人视角方向的前方。

步骤s2、根据所述图像采集模块采集到的所述第一图像，获取所述待打标工件上的所述对位标记在所述加工区域内的实时实际坐标和工件本征坐标值(xcon,ycon)；所述实时实际坐标包括：第一对位标记坐标a(xa,ya)、第二对位标记坐标b(xb,yb)、第三对位标记坐标c(xc,yc)、第四对位标记坐标d(xd,yd)；所述工件本征坐标值(xcon,ycon)是指所述待打标工件在所述待打标工件的本征坐标系上的坐标；

步骤s3、根据所述实时实际坐标，求解所述待打标工件的中心坐标(xmid,ymid)，求解所述待打标工件的本征坐标系相对应于所述加工区域的旋转角θ；其中，所述xmid、ymid满足：所述所述所述旋转角所述

步骤s4、根据所述旋转角θ，对待投射的打标图案进行旋转，根据所述待打标工件的中心坐标(xmid,ymid)、所述工件本征坐标值(xcon,ycon)，控制投影模块将旋转后的所述打标图案投射至实时投影坐标(xpro,ypro)；所述实时投影坐标满足：(xpro,ypro)＝(xmid+xcon,ymid+ycon)；

步骤s5、根据投射至所述实时投影坐标(xpro,ypro)的所述打标图案，控制激光设备的打标轨迹与所述打标图案重合，完成对所述待打标工件的激光打标。

在本实施例中，所述方法还包括：控制模块通过控制所述激光设备调节激光的相关参数；所述激光的相关参数包括激光焦距和激光的刻印深度。

在本实施例中，所述第一对位标记、所述第二对位标记、所述第三对位标记以及所述第四对位标记各不相同，且能被所述图像采集模块识别并区分。

在本实施例中，所述第一对位标记、所述第二对位标记、所述第三对位标记以及所述第四对位标记的线条宽度依次增大；所述图像采集模块根据所识别到的所述对位标记的线条宽度，确定所述第一对位标记、所述第二对位标记、所述第三对位标记以及所述第四对位标记的所述第一对位标记坐标a(xa,ya)、所述第二对位标记坐标b(xb,yb)、所述第三对位标记坐标c(xc,yc)、所述第四对位标记坐标d(xd,yd)。

在本实施例中，所述投影模块位于所述加工区域的正上方。

在本实施例中，所述激光设备位于所述加工区域的正上方。

在本实施例中，所述打标图案为光斑。

下面对本实施例的相关公式进行推导：

如图3所示，所述第一对位标记、所述第二对位标记、所述第三对位标记以及所述第四对位标记的坐标分别为：第一对位标记坐标a(xa,ya)、第二对位标记坐标b(xb,yb)、第三对位标记坐标c(xc,yc)、第四对位标记坐标d(xd,yd)；

中心坐标(xmid,ymid)与所述第一对位标记坐标a(xa,ya)、所述第二对位标记坐标b(xb,yb)、所述第三对位标记坐标c(xc,yc)、所述第四对位标记坐标d(xd,yd)满足如下关系：

经化简可得：

即：

令

则β的估计值满足：即可求解中心坐标(xmid,ymid)。

同时，本征坐标旋转角可认为待打标工件自身的横坐标轴与识别区坐标系的横坐标之间的夹角θ关系，或者可以认为是待打标工件自身的横坐标轴相对于识别区坐标系的横坐标的斜率k的反正切arctank；

如图3可得：

化简得：

求k的平均值可得：

此外，即通过判断向量朝向为x轴正方向时，θ＝arctank，向量朝向为x轴负方向时，θ＝arctank+π；即可得：

通过

如图1-3所示，在本发明的第二实施例中，提供一种激光打标系统，所述系统包括：

红外扫描设备、激光设备、扫描识别模块100、信息传输模块200、工件打标预备端300以及工件打标完成端400；所述扫描识别模块100通过控制红外扫描设备对加工区域500内的待打标工件600进行扫描识别；所述扫描识别模块100通过所述信息传输模块200将扫描识别到待打标工件600的信息传输到所述工件打标预备端300；所述激光设备用于发射激光并对所述待打标工件600进行照射，完成打标；所述工件打标预备端300包括图像采集模块301、数据获取模块302以及待打标工件600位置识别模块303；所述工件打标完成端400包括投影模块410和控制模块420；

所述图像采集模块301，用于响应于所述红外扫描设备在所述加工区域500内扫描识别到所述待打标工件600，采集所述待打标工件600的轮廓和对位标记并形成第一图像；所述对位标记包括：第一对位标记601、第二对位标记602、第三对位标记603以及第四对位标记604，分别对应于第一对位标记坐标、第二对位标记坐标、第三对位标记坐标以及第四对位标记坐标，且所述对位标记对称分布于所述待打标工件600的四个角；

值得一提的是，在实际应用中，操作工人将待打标工件600送入加工区域500，并且操作工人在摆放时，待打标工件600具有方向性，打标工件的头部区域位于操作工人视角方向的前方。

所述数据获取模块302，用于根据所述图像采集模块301采集到的所述第一图像，获取所述待打标工件600上的所述对位标记在所述加工区域500内的实时实际坐标和工件本征坐标值(xcon,ycon)；所述实时实际坐标包括：第一对位标记坐标a(xa,ya)、第二对位标记坐标b(xb,yb)、第三对位标记坐标c(xc,yc)、第四对位标记坐标d(xd,yd)；所述工件本征坐标值(xcon,ycon)是指所述待打标工件600在所述待打标工件600的本征坐标系上的坐标；

所述待打标工件600位置识别模块303，用于根据所述实时实际坐标，求解所述待打标工件600的中心坐标(xmid,ymid)，求解所述待打标工件600的本征坐标系相对应于所述加工区域500的旋转角θ；其中，所述xmid、ymid满足：所述所述所述旋转角所述

所述投影模块410，用于根据所述旋转角θ，对待投射的打标图案700进行旋转，根据所述待打标工件600的中心坐标(xmid,ymid)、所述工件本征坐标值(xcon,ycon)，将旋转后的所述打标图案700投射至实时投影坐标(xpro,ypro)；所述实时投影坐标满足：(xpro,ypro)＝(xmid+xcon,ymid+ycon)；

所述控制模块420，用于根据投射至所述实时投影坐标(xpro,ypro)的所述打标图案700，控制激光设备的打标轨迹与所述打标图案700重合，完成对所述待打标工件600的激光打标。

在本实施例中，所述控制模块420具体包括：

激光参数控制单元421，用于控制所述激光设备调节激光的相关参数；所述激光的相关参数包括激光焦距和激光的刻印深度；

激光打标轨迹控制单元422，用于根据所述打标图案700，控制激光设备的打标轨迹与所述打标图案700重合。

在本实施例中，所述数据获取模块302还包括获取所述激光的相关参数，所获取的所述激光的相关参数通过所述信息传输模块200传输到所述激光参数控制单元421。

在本实施例中，所述第一对位标记601、所述第二对位标记602、所述第三对位标记603以及所述第四对位标记604各不相同。

在本实施例中，所述工件打标预备端300还包括对位标记识别模块304，用于对所述第一对位标记601、所述第二对位标记602、所述第三对位标记603以及所述第四对位标记604进行识别；

所述第一对位标记601、所述第二对位标记602、所述第三对位标记603以及所述第四对位标记604的线条宽度依次增大；所述数据获取模块302根据所述对位标记识别模块304所识别到的所述对位标记的线条宽度，确定所述第一对位标记601、所述第二对位标记602、所述第三对位标记603以及所述第四对位标记604的所述第一对位标记坐标a(xa,ya)、所述第二对位标记坐标b(xb,yb)、所述第三对位标记坐标c(xc,yc)、所述第四对位标记坐标d(xd,yd)。

在本实施例中，所述投影模块410具体包括：

投影旋转单元411，用于根据所述旋转角θ，对待投射的所述打标图案700进行旋转；

投影单元412，用于根据所述待打标工件600的中心坐标(xmid,ymid)、所述工件本征坐标值(xcon,ycon)，将旋转后的所述打标图案700投射至所述实时投影坐标(xpro,ypro)。

在本实施例中，所述投影模块410位于所述加工区域500的正上方。

在本实施例中，所述激光设备位于所述加工区域500的正上方。

在本实施例中，所述打标图案700为光斑。

下面对本实施例的相关公式进行推导：

如图3所示，所述第一对位标记601、所述第二对位标记602、所述第三对位标记603以及所述第四对位标记604的坐标分别为：第一对位标记坐标a(xa,ya)、第二对位标记坐标b(xb,yb)、第三对位标记坐标c(xc,yc)、第四对位标记坐标d(xd,yd)；

中心坐标(xmid,ymid)与所述第一对位标记坐标a(xa,ya)、所述第二对位标记坐标b(xb,yb)、所述第三对位标记坐标c(xc,yc)、所述第四对位标记坐标d(xd,yd)满足如下关系：

经化简可得：

即：

令

则β的估计值满足：即可求解中心坐标(xmid,ymid)。

同时，本征坐标旋转角可认为待打标工件600自身的横坐标轴与识别区坐标系的横坐标之间的夹角θ关系，或者可以认为是待打标工件600自身的横坐标轴相对于识别区坐标系的横坐标的斜率k的反正切arctank；

如图3可得：

化简得：

求k的平均值可得：

此外，即通过判断向量朝向为x轴正方向时，θ＝arctank，向量朝向为x轴负方向时，θ＝arctank+π；即可得：

通过

以上详细描述了本发明的具体实施例。应当理解，本发明的具体实施例并不唯一，本领域的普通技术人员可以在权利要求的范围内根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本领域中的技术人员根据本发明的具体实施例在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。