本发明涉及到激光加工领域，尤其涉及一种双光路激光打标设备及其打标方法。
背景技术：
消费电子行业，越来越多的产品在组装完成后需要在产品某处进行logo或者序列号标记，作为企业形象的一种传递，也是产品质量的关键元素。
如激光打标设备为某品牌穿戴产品在不锈刚表面打标，要求图案截面呈u型，2.5d效果，且加工产品为最终成品，对效果要求高，标刻边缘不能有氧化变色，故而采用超快激光加工深度。在激光打标过程中，由于皮秒激光光子直接破坏目标材料的结构键，这相对来说是一种“冷”加工，热影响区域小，整个加工过程很干净没有重铸材料。纳秒激光作为表面处理有一定的热影响区，可以频繁的重铸材料，对产品表面进行微处理。同时为达到与材质表面一致的抛光效果，故采用纳秒激光进行二次加工。工艺难点在两个激光器的运用和双光路的绝对重合。
目前常规的双光路打标方法是将产品安装于二维直线平台，治具随二维直线平台移动至ccd下面，拍照后将位置数据传输给打标软件，然后二维平台移动至振镜下面，打标软件根据给定的位置数据对产品进行定位，然后振镜对产品表面进行两次打标：一次进行轮廓扫描，第二次进行内部填充扫描，两次扫描的精度取决于一次ccd拍照精度，不能有效的保证两次打标重合。
现有双光路打标设备存在以下缺点：
1、采用二维直线平台，ccd拍照后运动2次，容易造成累积误差；
2、一次ccd拍照，不具有复检功能，无法纠偏；
3、使用二维平台成本高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种自定定位产品、具有激光路径检片功能的双光路激光打标设备及其打标方法。
本发明提供一种双光路激光打标设备，其包括机架组件、对光路进行检偏的相机组件、升降台机构、固定在升降台机构上的治具组件、反射镜组件以及光学及振镜系统；所述相机组件、升降台机构、治具组件、反射镜组件以及光学及振镜系统均固定在所述机架组件内；所述光学及振镜系统包括平台、固定在平台上的光纤纳秒激光器和皮秒激光器、位于光纤纳秒激光器和皮秒激光器前方的光路系统、与光路系统连接的振镜、以及位于振镜下方的场镜；光纤纳秒激光器和皮秒激光器分别发出的激光经过所述光路系统后，激光入射至所述镜振，通过所述场镜对产品进行激光加工。
优选地，所述光学及振镜系统还包括连接光路系统和振镜的振镜连接件；所述光路系统包括密封零件、光路切换结构以及光纤光路。
优选地，所述机架组件包括多个方通机架、位于相邻方通机架之间的检修钣金门、位于检修钣金门上的上料操作门、位于机架组件下方的电气安装门、位于机架组件下方且与电气安装门相邻设置的激光器控制门、显示器键盘组件、位于机架组件表面的三色灯、以及位于机架组件侧边的电气接线板。
优选地，所述相机组件包括机加底座、安装在机加底座上的球积分光源、同轴光源、第二相机安装架、纠偏ccd系统、微调组件、位置检测ccd系统、分光镜以及分光镜切换直线导轨机构；其中，所述球积分光源、第二相机安装架、位置检测ccd系统以及分光镜切换直线导轨机构均安装在机加底座上；所述同轴光源安装在球积分光源上且位于机加底座的上方；所述分光镜安装在分光镜切换直线导轨上，所述检测ccd系统安装在分光镜上，所述纠偏ccd系统固定在第二相机安装架上且位于分光镜的上方，所述微调组件安装在纠偏ccd系统的侧边。
优选地，所述升降台机构包括升降台基体、固定在升级台基体上的治具连接板、安装在升级台基体内的4组第一直线导轨、位于升级台基体外且用于固定对应第一直线导轨的锁紧连接板、位于升级台基体外的旋转手轮、与旋转手轮连接且位于升级台基体内的螺杆、固定在升级台基体上的升级连接板、位于升级台基体内且支撑螺杆的燕尾槽、以及固定在螺杆上的推块。
优选地，所述治具组件包括固定在所述升降台机构上的固定框架支撑板、第二直线导轨、位于第二直线导轨上的移动支撑件、与移动支撑件连接的伸缩气缸以及治具定位表面和ccd校准块；所述治具定位表面及ccd校准块固定在固定框架支撑板上且作为产品定位表面；所述第二直线导轨移动的安装方式与移动支撑件相同。
优选地，所述治具组件还包括放置产品的产品定位槽、y方向定位机构、与y方向定位机构连接的y方向气缸、x方向定位机构、与x方向定位机构连接的x方向气缸、治具升降安装板、安装在治具升降安装板两侧的升降直线导轨、位于治具升降安装板下方且与治具升降安装板连接的升降气缸、以及定位弹簧；所述产品定位槽、y方向定位机构以及x方向定位机构均安装治具升降安装板上面。
优选地，所述反射镜组件包括安装支撑板、固定在安装支撑板上的两个直线导轨安装板、固定在直线导轨安装板62上的反射镜安装板、固定在反射镜安装板上的反射镜、安装在反射镜上的环形光源63、反射镜、与反射镜安装板连接的活动连接推杆、以及与活动连接推杆连接的气缸；所述反射镜固定在反射镜安装板的45°斜面上，所述环形光源安装于反射镜的中心。
优选地，还包括抽尘结构，所述抽尘结构包括抽尘支撑、位于抽尘支撑上方的抽尘连接口、固定在抽查支撑上的切换气缸、固定在抽尘支撑上且由切换气缸驱动的流道盖板以及位于流道盖板上的流道。
本发明还提供一种双光路激光打标设备的打标方法，包括如下步骤：
步骤s1：开启机架组件，治具组件的活动部分从机架组件的上下料操作门伸出；
步骤s2：放置好产品后，治具组件的x方向定位机构与y方向定位机构对产品进行x方向和y方向定位，伸缩气缸将治具组件的活动部分退回，然后升降气缸复位，产品的上表面定位到治具定位表面及ccd校准块的下表面；
步骤s3：产品定位完成后，反射镜组件在气缸的作用下，反射镜及环形光源移动至产品的正上方；
步骤s4：分光镜通过切换直线导轨机构，位置检测ccd系统开始对产品进行位置检测；
步骤s5：位置检测ccd系统拍照完成后，将位置参数反馈至加工软件，反射镜退回，抽尘结构伸出至产品正上方；
步骤s6：皮秒激光器开始出光，振镜依设置的加工参数对产品进行轮廓加工；
步骤s7：轮廓加工完成后，抽尘结构退回；反射镜伸出，分光镜切换至纠偏ccd系统拍照；
步骤s8：通过软件的计算及补偿，将需要填充的区域数据反馈至加工软件，软件至加工参数时行补偿，然后反射镜退回，抽尘结构再次伸出；
步骤s9：光路切换结构动作，纳秒激光器出光，振镜依据纠偏的参数对产品轮廓内部进行填充加工；
步骤s10：加工完成后，治具组件里面的升降气缸动作，将产品从治具定位表面及ccd校准块的下表面脱离，伸缩气缸将治具活动部分从上下料操作门推出，同时x方向定位机构，y方向定位机构解除对产品的定位，操作人员手工下料，随后再上料。
本发明双光路激光打标设备，采用皮秒激光器对产品进行高速轮廓扫描，纳秒激光器进行轮廓填充，有效保证了加工质量，同时提高了生产效率，本设备采用双ccd系统具有全自动检偏功能，可保证双光路打标重合度控制在0.05mm以内；同时采用可编辑的参数化加工，能满足不同打标内容，参数的需求；本发明操作简便，人员经简单培训即可，适合批量投入使用。
附图说明
图1为本发明双光路激光打标设备的立体结构示意图；
图2为图1所示双光路激光打标设备去掉检修钣金门的立体结构示意图；
图3为图1所示双光路激光打标设备的相机组件的立体结构示意图；
图4为图3所示相机组件的主视图；
图5为图1所示双光路激光打标设备的升降台机构的立体结构示意图；
图6为图5所示升降台机构的内部示意图；
图7为图1所示双光路激光打标设备的治具组件的立体结构示意图；
图8为图7所示治具组件的主视图；
图9为图1所示双光路激光打标设备的反射镜组件的立体结构示意图；
图10为图9所示反射镜组件的主视图；
图11为图1所示双光路激光打标设备的光学及振镜系统的立体结构示意图；
图12为图9所示光学及振镜系统的主视图；
图13为图1所示双光路激光打标设备的抽尘结构的立体结构示意图；
图14为图9所示抽尘结构局部放大图。
具体实施方式
本发明一种双光路激光打标设备，其采用皮秒激光器、纳秒激光器、精密的光学控制系统、多种高精度气缸、以及直线导轨，同时配置定制的光源和工业相机，配合精密治具，从而实现对产品片进行定位，实施皮秒激光进行轮廓加工，纳秒激光对轮廓内部填充，达到对不锈刚表面2.5d的蚀刻效果。
如图1和图2为双光路激光打标设备的结构示意图，双光路激光打标设备包括机架组件10、相机组件20、升降台机构30、治具组件40、反射镜组件60、光学及振镜系统70、以及抽尘结构90。
机架组件10采用40mm的方通焊接而成的机架和由钣金折弯件搭建而成，采用方通焊接，将机架组件10的整体分为3个区域：电气安装区域，加工区域以及激光器安装区域。机架组件10包括多个方通机架11、位于相邻方通机架11之间的检修钣金门12、位于检修钣金门12上的上料操作门13、位于机架组件10下方的电气安装门14、位于机架组件10下方且与电气安装门14相邻设置的激光器控制门15、显示器键盘组件16、位于机架组件10表面的三色灯17、以及位于机架组件18侧边的电气接线板18。
其中方通机架11为整个双光路激光打标设备的框架，机架组件10上面部分的左、右，后三个钣金封板均可拆除，便于激光器安装、维护以及设备检修等操作。检修钣金门12采用合页开合的方式，是主要操作及维修处，检修钣金门12上面包含设备操作按钮和上下料操作门13。机架组件10的下部有电气安装门14，便于电气安装及检修，激光控制门15此处可操作激光器或观察激光器运行状态。机架组件10的右上侧为显示及键盘操作组件16，此处可进行图形编辑，设备软件操作。三色灯17为设备提供声光电报警提示，监控设备运行状态。电气接线板18上安装水电气接线端口，为设备提供动力及数据传输接口。
如图3和图4所示为相机组件的结构示意图，相机组件20包括机加底座21、安装在机加底座21上的球积分光源22、同轴光源23、第二相机安装架24、纠偏ccd系统25、微调组件26、位置检测ccd系统27、分光镜28以及分光镜切换直线导轨机构29。
相机组件20安装在机加底座21上面，为实现双光路检偏功能。球积分光源22、第二相机安装架24、位置检测ccd系统27以及分光镜切换直线导轨机构29均安装在机加底座21上。同轴光源23安装在球积分光源22上且位于机加底座21的上方，同轴光源23可前后调整。为实现双相机的切换，分光镜28安装在分光镜切换直线导轨29上，检测ccd系统27安装在分光镜28上，纠偏ccd系统25固定在第二相机安装架24上且位于分光镜28的上方，微调组件26安装在纠偏ccd系统25的侧边，微调组件26用于焦点的调整。
如图5和图6所示为升降台结构的结构示意图，升降台机构30包括呈u型的升降台基体33、固定在升级台基体33上的治具连接板31、安装在升级台基体33内的4组第一直线导轨34、位于升级台基体33外且用于固定对应第一直线导轨34的锁紧连接板39、位于升级台基体33外的旋转手轮32、与旋转手轮32连接且位于升级台基体33内的螺杆37、固定在升级台基体33上的升级连接板35、位于升级台基体33内且支撑螺杆37的燕尾槽38、以及固定在螺杆37上的推块36。
其中，升降台基体33加工成u型结构，以便于安装4组第一直线导轨34。在升降台基体33上安装燕尾槽38，推块36与燕尾槽38配合前后移动，旋转手轮32通过螺杆37旋转，驱动推块36前后移动然后带动升降连接板35上下升降，4根第一直线导轨34保证升降的平衡，治具连接板31随升降连接板35升降，手动调整高度至打标平面后，锁紧连接板39锁在外封板，固定升降平台的高度。
如图7和图8所示为治具组件的结构示意图，治具组件40固定在升降台机构30的治具连接板31上，治具组件40包括固定部分和活动部分。治具组件40的固定部分包括固定在治具连接板31上的固定框架支撑板41、第二直线导轨42、位于第二直线导轨42上的移动支撑件43、与移动支撑件43连接的伸缩气缸50以及治具定位表面和ccd校准块44。所述治具定位表面及ccd校准块44固定在固定框架支撑板41上且作为产品定位表面。治具组件40的活动部分包括放置产品的产品定位槽48、y方向定位机构45、与y方向定位机构45连接的y方向气缸53、x方向定位机构47、与x方向定位机构47连接的x方向气缸54、治具升降安装板46、安装在治具升降安装板46两侧的升降直线导轨51、位于治具升降安装板46下方且与治具升降安装板46连接的升降气缸49、以及定位弹簧52。
其中，固定框架支撑板41是治具组件40的基础，固定框架支撑板41的底部与升降台机构30的治具连接板31。第二直线导轨42采用滑块固定，第二直线导轨42移动的安装方式与移动支撑件43相同，移动支撑件43可以在伸缩气缸50的引导下向前伸出或向后退回，治具定位表面及ccd校准块44安装于固定框架支撑板41的上面，治具定位表面及ccd校准块44的功能为ccd定位做标靶，也为产品上表面定位。
治具组件40的活动部分的主要功能是将产品进行定位，由于产品形状为方形，将产品放置于产品定位槽48内。y方向定位机构45用于定位产品在y方向的位置，y方向定位机构45由y方向气缸53与滑块结构带动一斜楔形推块将产品向前推，同时向下预压产品；x方向定位机构47同样是由x方向气缸54将产品横向推动，预压产品。
产品定位槽48、y方向定位机构45以及x方向定位机构47均安装治具升降安装板46上面，治具升降安装板46的两侧安装升降直线导轨51，升降气缸49与定位弹簧52共同完成治具升降安装板46的上下运动，升降气缸49通气将治具升降安装板46向下拉，此时活动部分可以移动，当活动部分退回时，升降气缸49复位由定位弹簧52将治具升降安装板46向上推，完成产品的定位。同时定位弹簧52采用自制十字螺钉结构可以调节压缩力，保证产品不被损伤。
如图9和图10所示为反射镜组件的结构示意图，反射镜组件60与治具组件40相邻设置，反射镜组件60的功能是实现反射镜64的直线运动。反射镜组件60包括安装支撑板61、固定在安装支撑板61上的两个直线导轨安装板62、固定在直线导轨安装板62上的反射镜安装板65、固定在反射镜安装板65上的反射镜64、安装在反射镜64上的环形光源63、反射镜64、与反射镜安装板65连接的活动连接推杆67、以及与活动连接推杆67连接的气缸66。
其中，反射镜64固定在反射镜安装板65的45°斜面上，同时环形光源63安装于反射镜64的中心，保证成像的清晰。反射镜64的底部采用两根高精度的直线导轨安装在直线导轨安装板62上，活动连接板67与气缸66连接，气缸66推动反射镜安装板65往复运动实现反射镜的切换，反射镜组件60通过支撑板61与加工平台连接。
如图11和图12所示为光学及振镜系统的结构示意图，光学及振镜系统70包括大理石平台71、固定在大理石平台71上的光纤纳秒激光器72和皮秒激光器73、位于光纤纳秒激光器72和皮秒激光器73前方的光路系统74、与光路系统74连接的振镜75、以及位于振镜75下方的场镜76、以及连接光路系统74和振镜75的振镜连接件79；光路系统74包括密封零件77、光路切换结构78以及光纤光路80。
其中，光学及振镜系统70安装于大理石平台71上，光纤纳秒激光器72安装在大理石平台71上，光纤纳秒激光器72的纳秒激光头安装于光纤光路80里。皮秒激光器73通过密封零件77与光路系统74连接，两束激光经过光路系统74，通过光路切换结构78整合。振镜连接件79固定于光路系统74上面，然后激光入射至镜振75，通过场镜76对产品进行激光加工。
如图13和图14所示为抽尘结构的结构示意图，抽尘结构90包括抽尘支撑91、位于抽尘支撑91上方的抽尘连接口92、固定在抽查支撑91上的切换气缸93、固定在抽尘支撑91上且由切换气缸93驱动的流道盖板94以及位于流道盖板94上的流道95。
其中，抽尘结构90与反射镜组件60为互锁结构，保证加工时切换气缸93将抽尘流道95伸出至产品表面。抽尘流道95采用特殊的流道设计，有效保证将打标产生的粉尘从产品四周抽走，流道盖板94固定于抽尘流道95上面，抽尘连接口92通过软管与抽尘机连接，抽尘结构90通过抽尘支撑91与加工平台连接。
本发明采用工控机作为设备的核心控制单元，通过兼容运动控制卡、i/o卡、图像采集卡等对执行单元进行控制，如激光器开关光，振镜运动、气缸动作，光源通断、相机拍照等；通过专用的运动控制卡对光路，振镜进行精密的激光路径进行实时控制；友好的人机交互功能，可视化操作窗口可以进行激光工艺参数设置、数据保存、打印，触摸屏可对运动平台参数进行编辑、保存等；可以通过局域网和服务器建立通讯进行数据传输、下载和远程控制。
本发明双光路激光打标设备加工前需要对纠偏ccd系统25及位置检测ccd系统27进行标定，其实施方法为，用一标定板放置于产品定位槽48内，位置检测ccd系统27通过反射镜64对治具定位表面及ccd校准块44进行x方向和y方向的定位，然后切换分光镜28，纠偏ccd系统25对产品定位槽48内的标定板进行位置标定，两组相机建立坐标关系，然后将检测的数据传输至加工软件，实现对光路纠偏功能，保证双光路的重合。
本发明双光路激光打标设备的打标方法，包括如下步骤：
步骤s1：开启机架组件10，治具组件40的活动部分从机架组件的上下料操作门13伸出；
步骤s2：放置好产品后，治具组件40的x方向定位机构45与y方向定位机构47对产品进行x方向和y方向定位，伸缩气缸50将治具组件40的活动部分退回，然后升降气缸49复位，产品的上表面准确定位到治具定位表面及ccd校准块44的下表面；
步骤s3：产品定位完成后，反射镜组件60在气缸66的作用下，反射镜64及环形光源63移动至产品的正上方；
步骤s4：分光镜28通过切换直线导轨机构29，位置检测ccd系统27开始对产品进行位置检测；
步骤s5：位置检测ccd系统27拍照完成后，将位置参数反馈至加工软件，反射镜64退回，抽尘结构90伸出至产品正上方；
步骤s6：皮秒激光器73开始出光，振镜75依设置的加工参数对产品进行轮廓加工；
步骤s7：轮廓加工完成后，抽尘结构90退回，反射镜64伸出，分光镜28切换至纠偏ccd系统25拍照，此时反射镜64与分光镜28为纠偏ccd系统25提供产品轮廓图像；
步骤s8：通过软件的计算及补偿，将需要填充的区域数据反馈至加工软件，软件至加工参数时行补偿，然后反射镜64退回，抽尘结构90再次伸出；
步骤s9：光路切换结构78动作，纳秒激光器72出光，振镜75依据纠偏的参数对产品轮廓内部进行填充加工；
步骤s10：加工完成后，治具组件40里面的升降气缸动作，将产品从治具定位表面及ccd校准块44的下表面脱离，伸缩气缸50将治具活动部分从机柜上下料操作门13推出，同时x方向定位机构，y方向定位机构解除对产品的定位，操作人员手工下料，随后再上料。
本发明双光路激光打标设备，实现光路自动切换；本发明采用双ccd系统，通过控制反射镜的切换，实现产品打标位置自动定位，两组ccd通过反射镜分别对相机位置及进行拍照，图像处理软件对打标位置进行纠偏，保证双光路打标重合度小于0.05mm。本发明采用自制稳定的4导轨升降平台，保证了升降机构的稳定性，采用治具伸出结构，适合人工上下料操作，并且采用气缸推出，收缩弹簧自动复位结构对产品进行自动定位，定位精度高；本发明抽尘结构采用特殊流道设计，有效保证激光打标时产生的粉尘从上部及四周被抽走，避免场镜被粉尘污染。
本发明双光路激光打标设备，采用皮秒激光器对产品进行高速轮廓扫描，纳秒激光器进行轮廓填充，有效保证了加工质量，同时提高了生产效率，本设备采用双ccd系统具有全自动检偏功能，可保证双光路打标重合度控制在0.05mm以内；同时采用可编辑的参数化加工，能满足不同打标内容，参数的需求；本发明操作简便，人员经简单培训即可，适合批量投入使用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。