一种对旋转目标打标的精细3D激光加工方法及装置与流程

本发明涉及激光打标技术领域，尤其涉及一种对旋转目标打标的精细3d激光加工方法及装置。

背景技术：

3d激光打标是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的立体或平面的标记，其内容包括商标标识、图案、识别码、日期等等。

现有的激光打标在精度上仍然有待突破，尤其是对于珠宝首饰等物的打标，由于珠宝首饰极高的美观要求，打标的内容要足够精美才能不降价值，甚至提升其附加价值。现有的3d激光打标装置，一般是通过旋转进行三维打标，但是在旋转过程中激光焦点与预设焦点会产生偏离，导致打标偏移变形，影响了打标的效果。

技术实现要素：

鉴于上述状况，有必要提供一种补偿激光焦点偏移的对旋转目标打标的精细3d激光加工方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种对旋转目标打标的精细3d激光加工方法，包括以下步骤：

a、三维扫描打标工件当前位置的外部轮廓数据；

b、旋转角度α，其中α＝360°/i，重复步骤a直至旋转一周，得到所有外部轮廓的数据矩阵，i为预先设定的细分旋转次数；

c、计算不同高度上的轮廓与旋转中心的距离的平均值ri，运行一维x平台，使ri处于激光焦点处；

d、根据当前角度i·α与输入的切割角度β和高度z0，计算出在不同的角度时打标点的高度值z，并保存到一维数据组hight中；

e、根据高度值z与对应的所述当前角度i·α，从所述所有外部轮廓的数据矩阵中匹配实际轮廓数据，并保存到一维数组roffset中；

f、回到扫描的起始位置；

g、根据振镜聚焦平面在一维精密移动平台的数值h1或旋转中心在一维精密移动平台的值h2,进行绝对坐标常数补偿，使得所述h1或所述h2与系统坐标原点高度h0相等；

h、旋转角度α，根据所述ri以及所述roffset中当前角度的的实际轮廓数据，得到该轮廓与振镜聚焦平面的偏移量hoffset，一维精密移动平台移动hoffset,根据hight数组中对应的值打标；

i、重复步骤h直至旋转一周。

进一步的，所述i为360-1000。

进一步的，步骤b和步骤g中旋转时，打标工件进行旋转。

进一步的，在步骤g中进行图像采集观察。

一种应用上述的一种对旋转目标打标的精细3d激光加工方法的对旋转目标打标的精细3d激光加工装置，包括：一维精密调整平台，用于调整高度；真空吸附旋转平台，固定在所述一维精密调整平台上，所述真空吸附旋转平台包括水平旋转装置、真空吸附装置和吸附台，所述吸附台与所述水平旋转装置连接，所述吸附台中部设有连通所述真空吸附装置的吸附通道；三维激光扫描装置，在所述真空吸附旋转平台的一侧向所述吸附台上的打标工件探测；打标装置，包括激光发射器和聚焦镜组，所述聚焦镜组包括有扫描振镜，所述激光发射器通过所述扫描振镜聚焦后对打标工件进行打标。

进一步的，在所述真空吸附旋转平台偏离所述三维激光扫描装置和所述打标装置的一侧设置有用于观测所述吸附台上的打标工件的ccd相机。

进一步的，所述ccd相机通过反射镜照射向打标工件。

进一步的，所述吸附台设有用于放置打标工件的凹槽，所述凹槽连通所述吸附通道。

进一步的，在所述旋转装置的中部设有连通所述真空吸附装置的真空通道，所述吸附连通所述吸附通道。

进一步的，在所述吸附台与所述真空吸附旋转平台之间设有环形光源，所述环形光源环绕所述吸附台。

本发明的有益效果在于：利用三维激光扫描装置扫描出外部轮廓，并记录形成数据矩阵，根据振镜聚焦平面的相对高度h1或旋转中心的相对高度h2，进行绝对坐标常数补偿，使得h1或h2与系统坐标原点高度h0相等，提高机械安装的绝对精度，有利于坐标匹配，保证批量化生产的精度，根据不同高度上的轮廓与旋转中心的距离的平均值ri及所述roffset中当前角度的的实际轮廓数据，计算出偏移量hoffset，并进行补偿，修正激光焦点偏移，提高了打标的精度。

附图说明

图1是本发明一种对旋转目标打标的精细3d激光加工方法的流程示意图；

图2是本发明实施例的一种应用对旋转目标打标的精细3d激光加工方法的旋转目标打标精细3d激光加工装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的一维精密调整平台和水平旋转装置的示意图；

图4是本发明实施例的环形光源的示意图；

图5是本发明实施例吸附台的结构示意图；

图6是本发明实施例三维扫描模拟扫描线和激光打标模拟打标线的示意图。

标号说明：

100、一维精密调整平台；200、真空吸附旋转平台；210、水平旋转装置；

220、吸附台；221、凹槽；222、吸附通道；300、三维激光扫描装置；

310、三维扫描模拟扫描线；400、打标装置；410、激光发射器；

420、聚焦镜组；430、激光打标模拟打标线；500、ccd相机；510、反射镜；

600、环形光源；610、透光板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明一种对旋转目标打标的精细3d激光加工方法及装置进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参见图1一种对旋转目标打标的精细3d激光加工方法，包括以下步骤：

a、三维扫描打标工件当前位置的外部轮廓数据；

b、旋转角度α，其中α＝360°/i，重复步骤a直至旋转一周，得到所有外部轮廓的数据矩阵，i为预先设定的细分旋转次数；

c、计算不同高度上的轮廓与旋转中心的距离的平均值ri，运行一维x平台，使ri处于激光焦点处；

d、根据当前角度i·α与输入的切割角度β和高度z0，计算出在不同的角度时打标点的高度值z，并保存到一维数据组hight中；

e、根据高度值z与对应的所述当前角度i·α，从所述所有外部轮廓的数据矩阵中匹配实际轮廓数据，并保存到一维数组roffset中；

f、回到扫描的起始位置；

g、根据振镜聚焦平面在一维精密移动平台的数值h1或旋转中心在一维精密移动平台的值h2,进行绝对坐标常数补偿，使得h1或h2与系统坐标原点高度h0相等；

h、旋转角度α，根据所述ri以及所述roffset中当前角度的的实际轮廓数据，得到该轮廓与振镜聚焦平面的偏移量hoffset，一维精密移动平台移动hoffset,根据hight数组中对应的值打标；

i、重复步骤h直至旋转一周。

利用三维激光扫描装置300扫描出外部轮廓，并记录形成数据矩阵，根据振镜聚焦平面的相对高度h1或旋转中心的相对高度h2，进行绝对坐标常数补偿，使得h1或h2与系统坐标原点高度h0相等，提高机械安装的绝对精度，有利于坐标匹配，保证批量化生产的精度，根据不同高度上的轮廓与旋转中心的距离的平均值ri及所述roffset中当前角度的的实际轮廓数据，计算出偏移量hoffset，并进行补偿，修正激光焦点偏移，提高了打标的精度。

计算出在不同的角度时打标点的高度值z，根据方程z-z0＝r*sin(i〃α)*tan(β)得出，其原理是三维激光扫描装置300得到的外部轮廓柱坐标系参数(r,φ,z)与直角坐标系参数(x,y,z)的换算关系，即x＝rcosφ，y＝rsinφ，曲面方程可以写成r＝f(φ，z)，半径是角度和高度的函数。用一个中心高度为z0、与xy平面夹α角的平面去相截，平面方程即为z-z0＝rsinφtanα。

偏移量hoffset＝roffset-ri。

一般的，i大于0，i的数值越高精度越高。进一步的，i为360-1000。

可以理解的，步骤b中可以使三维激光扫描装置300环绕打标工件旋转扫描，或者三维激光扫描装置300静止，打标工件旋转进行扫描；同理，打标时，打标装置400固定，打标工件进行旋转，或者，打标装置400环绕打标工件旋转，打标工件固定。

优选的，步骤b和步骤g中旋转时，打标工件进行旋转。

进一步的，在步骤g中进行图像采集观察。

一般的，进行图像采集观察采用ccd相机500，通过ccd相机500可以将微小的图案进行放大显示，方便观察比对。

请参见图1-图6，一种应用上述的一种对旋转目标打标的精细3d激光加工方法的对旋转目标打标的精细3d激光加工装置，包括：一维精密调整平台100，用于调整打标工件的高度从而调整激光打标焦点的高度；真空吸附旋转平台200，固定在一维精密调整平台100上，真空吸附旋转平台200包括水平旋转装置210、真空吸附装置和吸附台220，吸附台220与水平旋转装置210连接，吸附台220中部设有连通真空吸附装置的吸附通道222；三维激光扫描装置300，在真空吸附旋转平台200的一侧向吸附台220上的打标工件探测；打标装置400，包括激光发射器410和聚焦镜组420，聚焦镜组420包括有扫描振镜，激光发射器410通过扫描振镜聚焦后对打标工件进行打标。

三维激光扫描装置300和真空吸附旋转平台200配合，对打标工件的外部轮廓进行扫描，获得所有外部轮廓的数据矩阵。计算出不同高度轮廓与旋转中心的距离的平均值ri。根据打标点同旋转中心的连线与水平面的夹角β、旋转中心的高度z0、与当前角度i〃α，根据方程z-z0＝r*sin(i〃α)*tan(β)得出不同的角度时打标点的高度值z，并保存到一维数据组hight中。并根据z值和当前的角度i〃α，从前面扫描得到数据矩阵匹配到当前的实际轮廓数据roffset。

回到起始位置，根据振镜聚焦平面在一维精密移动平台的数值h1或旋转中心在一维精密移动平台的值h2,进行绝对坐标常数补偿，使得h1或h2与系统坐标原点高度h0相等。

开始进行打标，水平旋转装置210每次旋转角度α，直至旋转一周，根据当前的旋转角度的轮廓数据roffset、激光聚焦点即振镜聚焦平面相对于一维精密调整平台100上的高度h1、旋转中心相对于一维精密调整平台100的高度h2，得到该轮廓与振镜聚焦平面的偏移量hoffset，一维精密调整平台100移动补偿hoffset，启动打标装置400进行打标。

请参见图6，三维激光扫描装置300的三维扫描模拟扫描线310和打标装置400的激光打标模拟打标线430在打标工件上形成两个交叉的截面，优选的，两个交叉的截面相互垂直。通过打标工件的旋转，使三维扫描模拟扫描线310完整扫描出打标工件的外形轮廓，打标时，打标装置400在激光打标模拟打标线430上打标，通过旋转，在打标工件的轮廓上进行打标。

请参见图2和图3，在真空吸附旋转平台200偏离三维激光扫描装置300和打标装置400的一侧设置有用于观测吸附台220上的打标工件的ccd相机500。

方便观察打标情况，尤其是对于微小的打标工件，可以使用ccd相机500采集后放大进行观察。

请参见图2和图3，ccd相机500通过反射镜510照射向打标工件。ccd相机500设置在真空吸附旋转平台200相对三维激光扫描装置300的一侧，通过90度转向反射镜510采集打标工件。在真空吸附旋转平台200偏离三维激光扫描装置300和ccd相机500相对面的一侧，设有聚焦镜组420，聚焦镜组与激光发射器410连接。

改变光路，减小整体的体积。

请参见图2-图5，吸附台220设有用于放置打标工件的凹槽221，凹槽221连通吸附通道222。

设置凹槽221方便吸附打标工件。

请参见图2-图5，在旋转装置的中部设有连通真空吸附装置的真空通道，吸附连通吸附通道222。

结构合理，节省空间。

请参见图2-图4，在吸附台220与真空吸附旋转平台200之间设有环形光源600，环形光源600环绕吸附台220。

为ccd相机500提供光源，方便采集。

综上所述，本发明提供的一种对旋转目标打标的精细3d激光加工方法及装置，利用三维激光扫描装置扫描出外部轮廓，并记录形成数据矩阵，根据振镜聚焦平面的相对高度h1或旋转中心的相对高度h2，进行绝对坐标常数补偿，使得h1或h2与系统坐标原点高度h0相等，提高机械安装的绝对精度，有利于坐标匹配，保证批量化生产的精度，根据不同高度上的轮廓与旋转中心的距离的平均值ri及所述roffset中当前角度的的实际轮廓数据，计算出偏移量hoffset，并进行补偿，修正激光焦点偏移，提高了打标的精度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。