一种利用激光技术对玻璃奶瓶标记的装置及方法与流程

本发明涉及激光加工技术领域，更具体的说，特别涉及一种利用激光技术对玻璃奶瓶标记的装置及方法。

背景技术：

对玻璃瓶子表面的标识加工，传统的工艺方法基本上先进行油漆印刷后再经过长时间的高温加热凝固来完成。这种传统工艺生产整个过程很漫长，生产设备庞大，制作复杂非常损耗能源也不利于环保。同时加工原料用的是油漆，国际上很多认证没有办法通过，尤其是奶瓶这类婴儿用品就进不了该国家市场。随着激光加工技术的成熟和应用普及，激光玻璃奶瓶激光标记设备在这需求下诞生了，其不需要任何外加原材料，直接在产品表面进行永久雕刻标识，标识完毕后也不需要进行额外的后续补充工作，直接一步到位完成整个产品的标识工作。

市面上瓶子种类千奇百怪，各式各样，有标准圆柱形、葫芦形、S线曲面瓶等各式瓶子。对激光加工而言平面加工是激光的优势，对曲面加工相对要复杂些。目前激光领域解决曲面加工的方法大致有两种，其一是旋转加工产品配合激光完成加工过程，此方法仅限制于很标准和规则的产品比如标准圆柱体、球体等。另外一种方式激光3D打标，打标系统配带Z轴(激光焦点移动轴)，此方法需要把加工产品的3D模型放入打标软件，打标软件自动根据产品3D模式进行数据解析，把产品3D模型坐标系统X、Y、Z与打标坐标系X、Y、Z建立对应关系。需要标识内容直接放入到模型中具体位置，激光系统就相应把标识内容加工到的产品对应位置上。现有技术还没有一种可靠的标记装置及标记方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种利用激光技术对玻璃奶瓶标记的装置及方法，能够对玻璃奶瓶进行激光标定，其结构简单、功能可靠也易于实现，并能实现自动化。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种利用激光技术对玻璃奶瓶标记的装置，包括自动送料机构、取收料机构、激光器打标机构和转盘机构；

所述自动送料机构上设置有待加工产品，并将待加工产品输送至取收料机构的取收料位置处；还用于输送加工后的产品；

所述取收料机构取走待加工产品，并将其放入转盘机构上；还将转盘机构上加工后的产品收走，并放回自动送料机构上；

所述转盘机构夹紧待加工产品，并带动待加工产品转动至与激光器打标机构的位置相对应处，激光器打标机构对待加工产品进行激光打标。

所述自动送料机构包括输送带、传感器、挡料气缸、控制柜和治具，其中输送带设置在控制柜上，控制柜用于控制输送带进行运动；

待加工产品放置在治具里，治具放在输送带上，输送带上还设置有上料位、取料位和收料位三个工位，每个工位上设置有传感器和挡料气缸，两者均与控制柜连接，传感器用于检测治具是否到位及其上是否有料，挡料气缸用于定位治具。

所述取收料机构包括左右运动平台、上下运动平台、取收料气爪和取收料架，其中左右运动平台安装在取收料架上，上下运动平台安装在左右运动平台上且两者位于输送带上取料位和收料位的上方，上下运动平台的端部安装有取收料气爪；取出料气爪采用三个气爪并呈120°均匀分布，进行取收料和放料。

所述转盘机构设置在自动送料机构的一侧并位于上下运动平台和左右运动平台的下方，其包括固定气爪、旋转马达和转盘，其中转盘的下端面 安装在旋转马达上，转盘的上端面设置有至少一个加工工位，每个加工工位上设置有固定气爪，用于夹紧待加工产品。

所述激光器打标机构设置在转盘机构的一侧，包括激光器、调节平台和3D方头，其中激光器和3D方头两者位置相对应并安装在调节平台上，且两者与待加工产品的位置相对应。

所述装置还包括相机拍照机构，对已进行标记的待加工产品进行检测拍照，寻找合适的标记区域。

所述相机拍照机构也设置在转盘机构的一侧，包括相机和安装平台，其中相机安装在安装平台上，并与待加工产品的位置相对应。

所述装置还包括磁力定位机构，用于带动待加工产品自身进行旋转。

所述转盘的加工工位上还设置有旋转机构；

所述磁力定位机构也设置在转盘机构的一侧，包括第一磁力轮、第二磁力轮、气缸和伺服电机，其中第一磁力轮安装在伺服电机上，伺服电机安装在气缸上，第二磁力轮安装在旋转机构中，通过气缸动作将第一磁力轮移动至与第二磁力轮位置相对应处，从而带动旋转机构旋转。

一种利用激光技术对玻璃奶瓶标记的方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：自动送料机构工作，输送带将治具输送至上料位等待上料；

步骤二：传感器检测上料位的治具内是否有料，如果有，则输送带继续将其输送至取料位，执行步骤三；如果没有，则返回步骤一，继续等待上料；

步骤三：取收料机构将取料位的治具内待加工产品取出并放置在转盘机构的加工工位内；

步骤四：转盘机构带动待加工产品转动至与相机拍照机构位置相对应处，相机拍照机构对待加工产品进行检测拍照；

步骤五：根据相机拍照机构检测拍照的结果，判断待加工产品自身是否需要旋转，如果是，则磁力定位机构工作，通过旋转机构带动待加工产 品自身进行旋转，执行步骤六；如果否，则直接执行步骤六；

步骤六：激光器打标机构开始对待加工产品进行打标；

步骤七：待打标完成后，传感器检测取料位的治具内是否有料，如果有，则返回步骤三，直到治具内没有待加工产品；如果没有，则执行步骤八；

步骤八：输送带将治具输送至收料位，取收料机构将转盘机构内加工后的产品收回，并将其放置在治具内；

步骤九：将加工后的产品从输送带上取下。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明中采用自动送料机构、取收料机构、激光器打标机构和转盘机构，完成自动输送料、取料和收料以及激光标定过程，整个标定装置结构简单、功能可靠也易于实现；此外采用激光技术，直接在待加工产品上进行加工，没有任何添加物质，工艺简单、纯天然生产，待加工产品加工没有很复杂的工序，待加工产品经过激光直接加工处理后就是成品，加工的时间由以前工序几个小时到现在几分钟。

2、本发明还采用3D图像处理技术和激光技术结合，直接利用待加工产品模型，在产品本身物质的基础上进行加工，可以提高标记的精度；此外，还通过相机拍照机构对待加工产品进行检测拍照，寻找合适的标记区域，并通过磁力定位机构带动待加工产品自身进行旋转，可以实现双面及多面加工，或者对待加工产品的某一相对位置进行加工，方便可靠。

3、本发明生产能耗小，加工成本低：即相比旧工序，不需要使用大多的耗材，比如激光不用添加物质直接加工可以省下印刷用的油墨和调制油墨的一系列相关人员；加工过程的图形直接利用产品的设计模型不需要丝印和网板；激光加工用热能量直雕刻不采用高温炉加热方式可以节用大量电能，而相对激光损耗生产厂商大大降低成本。

4、本发明操作简单并能实现全自动化生产，正常生产不需要人工操作， 可以实现自动上、下料，一个操作人员可以监管多台机器。如果不需要跟生产机器对接也可以人工治具方式上下料，单个操作人员可以操作2到3台机器很轻松，相比以前工序可以省下6-8个相关操作人员，大大降低了人工劳动强度和人工成本，也提高了生产效率；此外，其安全防护性高，适合规模化生产，对产业的发展十分有利。

5、本发明的结构紧凑占用空间小，其在实际应用中占用空间不到5平方米，按生产效率和以前工序相比等同于2到3台人工印刷机和一条15米长的高温加热炉空间占用80-100平方米的空间。

附图说明

图1为本发明利用激光技术对玻璃奶瓶标记的装置的整体结构示意图。

图2为本发明自动送料机构的结构示意图。

图3为本发明取收料机构的结构示意图。

图4为本发明转盘机构的结构示意图。

图5为本发明激光器打标机构的结构示意图。

图6为本发明相机拍照机构的结构示意图。

图7为本发明磁力定位机构的结构示意图。

图8为本发明利用激光技术对玻璃奶瓶标记的方法流程图。

附图标记说明：1-自动送料机构、2-取收料机构、3-相机拍照机构、4-激光器打标机构、5-转盘机构、6-磁力定位机构、11-输送带、12-传感器、13-挡料气缸、14-控制柜、15-治具、21-左右运动平台、22-上下运动平台、23-取收料气爪、24-取收料架、31-相机、32-旋转平台、41-激光器、42-调节平台、43-3D方头、51-固定气爪、52-旋转机构、53-旋转马达、54-转盘、61-第一磁力轮、62-气缸、63-伺服电机

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参阅图1所示，本发明提供的一种利用激光技术对玻璃奶瓶标记的装置，该标记装置包括自动送料机构1、取收料机构2、激光器打标机构4和转盘机构5。

所述自动送料机构1上设置有待加工产品(即玻璃奶瓶)，并将待加工产品输送至取收料机构2的取收料位置处；还用于输送加工后的产品。

所述取收料机构2取走待加工产品，并将其放入转盘机构5上；还将转盘机构5上加工后的产品收走，并放回自动送料机构1上。

所述转盘机构5夹紧待加工产品，并带动待加工产品转动至与激光器打标机构4的位置相对应处，激光器打标机构4对待加工产品进行激光打标。

上述中，该标记装置还包括相机拍照机构3，针对那些需要将打标图档标记到待加工产品的某一相对位置时，则需要对待加工产品进行检测拍照，即对已经进行标记的待加工产品进行检测拍照，寻找合适的标记区域。。

上述中，该标记装置还包括磁力定位机构6，用于带动待加工产品自身进行旋转，实现待加工产品的双面及多面加工。

如附图2所示，所述自动送料机构1用于对待加工产品和加工后产品进行输送，包括输送带11、传感器12、挡料气缸13、控制柜14和治具15，其中输送带11设置在控制柜14上，控制柜14用于控制输送带11进行运动。

所述待加工产品放置在治具15里，治具15上的盛料位采用矩阵排列，本实施例中，治具15设置有九个盛料位。治具15放在输送带11上，输送带11采用皮带和带轮进行传动，可以带动治具15运动如从左往右运动。输送带11上还设置有上料位、取料位和收料位三个工位，治具15在上料位上进行上料即安装待加工产品，三个工位上均设置有传感器12和挡料气缸13，两者均与控制柜14连接，传感器12用于检测治具15是否到位及其上是否有料，到位后则挡料气缸13伸出定位治具15。

上述中，若将治具15定位在取料位上，此时虽然输送带11仍在运动，但治具15不动，方便取收料机构2从治具15中取出待加工产品。通过传感器12检测和挡料气缸13伸出定位，可以准确完成治具15上所有待加工产品的取出，从而放入转盘机构5中进行夹紧并带动其转动用于打标。同理，当没有待加工产品的治具15(即在取料位已全部被取出)运动到收料位时，通过传感器12检测和挡料气缸13伸出定位，治具15被定位在收料位上，取收料机构2可以将已打标完的产品，从转盘机构5上收走放入治具15中。

如附图3所示，所述取收料机构2采用XY机械手配合气爪来取出和放入待加工产品，包括左右运动平台21、上下运动平台22、取收料气爪23和取收料架24，其中左右运动平台21安装在取收料架24上，上下运动平台22安装在左右运动平台21上且两者位于输送带11上取料位和收料位的上方，上下运动平台22的端部安装有取收料气爪23，取收料气爪23能与待加工产品的位置相对应。

上述中，左右运动平台21(也可以称为X方向上的机械手)可以完成待加工产品从输送带11到转盘机构5上的位置移动。上下运动平台22(也可以称为Y方向上的机械手)可以完成待加工产品的取出和放入。取收料气爪23是用来抓取待加工产品，取出料气爪23采用三个气爪并呈120°均匀分布，通过给气缸供气实现张开和收缩气爪进行取收料和放料。

取收料过程为：当传感器12检测到取料位的治具15内有待加工产品时，上下运动平台22向下移动，此时取收料气爪23为缩合状态，上下运动平台22移动使取收料气爪23放到待加工产品的瓶口内后，取收料气爪23张开将待加工产品抓起，上下运动平台22向上移动使待加工产品脱离治具15。左右运动平台21开始移动把待加工产品从输送带11这边移动到转盘机构5上方，然后按照取料方式把待加工产品放下，缩合取收料气爪23把待加工产品放入了转盘机构5的加工工位内，整个取料过程完成。而把转盘机构5上打标后的待加工产品放回输送带11的空治具15中与上述过程基本相反操作就可以完成。同时跟换不同宽度的取收料气爪23可以配合多种尺寸口径的待加工产品，这钟取料方式应用范围很广。取收料机构2采用平台运动，不仅运动速度快，而且位置精确。

如附图4所示，所述转盘机构5设置在自动送料机构1的一侧并位于上下运动平台22和左右运动平台21的下方，包括固定气爪51、旋转马达53和转盘54，其中转盘54的下端面安装在旋转马达53上，转盘54的上端面设置有至少一个加工工位，本实施例中，加工工位采用八个均匀分布。旋转马达53带动转盘54旋转，随着转盘54转动，各个工位安照加工流程不断切换并循环工作，这样可以大大提升效率，使得取料、拍照、打标、收料等工序在不同工位上同时进行。每次转盘54旋转的时候，上料与下料都是同时进行的，保证整个旋转工作台的每一个位置都有料能同时进行操作大大提高工作效率。

每个加工工位上设置有固定气爪51，用于在转盘54旋转时候把待加工产品夹紧使其不脱落。针对那些需要检测和多面需要打标的待加工产品(奶瓶)进行旋转切换，每个加工工位上还设置有旋转机构52，带动待加工产品自身进行旋转。比如说在打标工位有些奶瓶其中一边需要进行LOGO标记，而标记好的180度对面需要标记刻度，此时奶瓶在标记好LOGO面后，利用旋转机构52把奶瓶旋转180度进行刻度标记。

如附图5所示，所述激光器打标机构4采用3D激光器对奶瓶的瓶身进行精确打标，其设置在转盘机构5的一侧，本实施例中共设置有两套激光器打标机构4。其包括激光器41、调节平台42和3D方头43，其中激光器41和3D方头43两者位置相对应并安装在调节平台42上，且两者与待加工产品的位置相对应。

上述中，激光器41产生激光用于打标，3D方头43控制激光焦距，根据奶瓶的3D模型自动调焦实现3D打标功能。调节平台42可以调整激光器41与奶瓶间的相对位置进行初调，也就是说通过调节平台42使得奶瓶瓶身上需要打标区域的某个位置正好在激光的零平面位置即激光器41的焦点位置上，此时调节平台42固定不动。因为激光零平面是参考平面，所有激光参数都是先以零平面作为参考，打标数据和3D模型都需要对应好零平面，而调节零平面就是通过调节平台42机械人工调节。

如附图6所示，所述相机拍照机构3也设置在转盘机构5的一侧，包括相机31和安装平台32，其中相机31安装在安装平台32上，并与待加工产品的位置相对应。

所使用相机31为线阵检测相机，对某些需要定位打标的待加工产品需要先进行检测拍照后再打标，比如有些已经有刻度的产品则需要标记到与刻度位置呈180度的相对位置处，即寻找合适的标定区域。线阵检测相机是通过外部脉冲来进行取相，每一个脉冲相机会取一条图像。

如附图7所示，所述磁力定位机构6包括第一磁力轮61、第二磁力轮、气缸62和伺服电机63，其利用磁性磁场原理，一个磁力轮转动会带动另外一个不需要直接接触的磁力轮相应转动，类似与接触传动的齿轮旋转机构。其中第一磁力轮61安装在伺服电机63上，伺服电机63安装在气缸62上，可以通过伺服电机63带动第一磁力轮61旋转，第二磁力轮安装在旋转机构52中，通过气缸62动作将第一磁力轮61移动至与第二磁力轮位置相对应处，从而带动旋转机构52旋转，进而带动待加工产品实现自身旋转。即 磁力定位机构6也设置在转盘机构5的一侧，第一磁力轮61与旋转机构52的位置相对应。

在检测位置和打标位置都安装有磁力定位机构6，即激光器打标机构4和转盘机构5之间、相机拍照机构3和转盘机构5之间均设置有磁力定位机构6。如果在实际应用中需要检测或双面打标的情况就可以相应启动伺服电机63进行旋转，尤其是相机检测位置，相机拍照触发的脉冲就取之于伺服电机63编码器的信号保证了图片和产品的同步和实时性。待加工产品旋转一圈，相机31会根据每次旋转采集的图像合成一幅平面图像使角度曲面的计算转换直线的平面计算形式。

图8所示，本发明还提供的一种利用激光技术对玻璃奶瓶标记的方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：自动送料机构1工作，输送带11将治具15输送至上料位等待上料。

步骤二：传感器12检测上料位的治具15内是否有料，即是否装有待加工产品，如果有，则输送带11继续将其输送至取料位，执行步骤三；如果没有，则返回步骤一，继续等待上料。

步骤三：取收料机构2将取料位的治具15内待加工产品取出并放置在转盘机构5的加工工位内。

步骤四：转盘机构5带动待加工产品转动至与相机拍照机构3位置相对应处，相机拍照机构3对待加工产品进行检测拍照。

步骤五：根据相机拍照机构3检测拍照的结果，判断待加工产品自身是否需要旋转，如果是，则磁力定位机构6工作，通过旋转机构52带动待加工产品自身进行旋转，执行步骤六；如果否，则直接执行步骤六。

步骤六：激光器打标机构4开始对待加工产品进行打标。

步骤七：待打标完成后，传感器12检测取料位的治具15内是否有料，如果有，则返回步骤三，直到治具15内没有待加工产品；如果没有，则执 行步骤八。

步骤八：输送带11将治具15输送至收料位，取收料机构2将转盘机构5内加工后的产品收回，并将其放置在治具15内。

步骤九：将加工后的产品从输送带11上取下。

上述中，各个机构相互配合，高效运作从而完成了玻璃奶瓶整个打标生产工序，整个装置自动化水平很高、生产效率高、打标效果一致性好且产品的良品率高，这样不仅可以有效节省人工成本，提高效率，减少由于人工因素导致的不良率等，而且很多自动化工序可以有效解决手工操作解决不了的问题，比如寻找奶瓶瓶身上最佳打标区域等。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。