[發明專利]一種基于可控距離指示的打標方法及3D激光打標機

在審

• 申請號: 201410758364.6
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104551409A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 徐強
• 申請（專利權）人: 廣州創樂激光設備有限公司
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/04
• 代理公司: 廣州圣理華知識產權代理有限公司 44302
• 代理人: 頓海舟;王建良

技術領域

本發明涉及激光打標領域，具體涉及一種對物體三維表面進行激光打標的可控距離指示的打標方法以及應用該方法的3D激光打標機。

背景技術

激光打標機(laser?marking?machine)是利用激光束在物質表面打上永久標記的技術。該技術通過激光器產生激光束，經過一系列光學傳導與處理，最終通過光學鏡片進行光束聚焦，然后將聚焦后的高能量光束偏轉到待加工物體表面的指定位置。激光打標機可以標記出各種文字、符號和圖案，市場應用前景廣闊。

傳統的激光打標機僅在二維平面上進行打標。在打標時，由于激光束非可見，為了判斷打標對象是否位于激光打標區域(定位)及焦點上(定焦)，一般是用尺子測量打標平面與場鏡之間的距離，或者在檢測板上預先打標以判斷是否在焦點上，這些傳統操作方法需要多次測量，效率非常低。作為一種改進，現有的二維激光打標機增加了紅光指示器進行定位和定焦。利用紅光代替不可見的激光，起到打標位置的預覽和定焦作用。具體可參見專利文獻CN201446774U公開的一種打標機的自動對焦裝置。該方案是在掃描裝置的兩側分別設置有十字紅光發射器，兩邊的十字紅光發射器所發出的十字紅光的交叉點與激光的焦點重合。在使用時，調整使得待打標物體上出現一個紅光交叉點，即可保證打標物體位于激光的焦點上。由于二維激光打標機的焦距是不變的，因此這種方法用于常規的二維平面激光打標機上可極大提高工作效率。

隨著技術的發展，能在三維表面上打標的3D激光打標成為行業內熱門的研發點。與傳統2D激光打標相比，3D激光打標機采用動態聚焦座，通過軟件控制和移動動態聚焦鏡，在激光被聚焦前進行可變擴束，以此改變激光束的焦距來實現對高低不同物體的準確表面聚焦加工。因此3D打標對加工對象的表面平整度要求大幅度降低，可以在非平面上進行激光打標。但是，3D激光打標機的定位和定焦成為新的問題，由于3D激光打標機的焦距是變化的，因此現有的二維激光打標機的對焦系統已經無法滿足要求。

在3D激光打標過程中，先對打標物體的打標區域進行空間建模并存儲在軟件系統中，該空間建模上可設定任意一個打標物體的基準點坐標，該基準點坐標也為激光的對焦點，在實際空間上對應打標物體上的某點作為基準點，也即，只要打標時激光頭可準確定位并對焦在物體的基準點上，后續電腦可調焦距完成三維表面其他部位的激光打標。其中的問題是，在打標開始前，需要將打標物件放入打標平臺上，使得物體對應基準點。然而缺少定位的結構，技術人員很難精確放置和調整打標物件的位置、高度，而且3D曲面打標要求非常高的精度，只要打標物件的位置或高度出現偏差，很有可能就造成整個打標圖案的失真。另外，由于三維打標物體表面的復雜性，對基準點的設定要求靈活可變，因此傳統的固定式對焦系統已經無法實現3D激光打標的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于可控距離指示的打標方法，該方法應用于3D激光打標領域，通過該方法可在打標空間上自動指示出建模中與基準點相對的初始焦點的高度位置，從而便于加工時安放打標物體的定位。

為了實現以上目的，本發明公開了一種基于可控距離指示的打標方法，可應用于3D激光打標機，該方法涉及第一可見光指示器、第二可見光指示器以及控制單元，所述第一可見光指示器可向打標區域發出第一可見光束，所述第二可見光指示器的光路上設置有反射裝置，該反射裝置用于反射第二可見光指示器向其發出的第二可見光束；

所述打標方法包括以下步驟：

(1)對擬打標物體表面建模，形成三維模型；

(2)選取三維模型上的任一點作為基準點，獲得該基準點坐標；

(3)所述基準點為激光打標的初始焦點，根據該基準點坐標獲得初始焦距；

(4)根據該初始焦距，通過三角幾何計算方法獲得反射裝置的偏轉角度；

(5)該偏轉角度使得第二可見光束在被反射裝置反射后與第一可見光束在打標區域內交匯，該交匯點對應3D激光打標機的初始焦點；

(6)使打標物體上對應基準點的位置位于所述交匯點的高度上；

(7)開始打標。

優選的，所述步驟4中控制單元根據三角幾何計算方法，獲得對應不同初始焦距的反射裝置偏轉角度值，所述偏轉角度值被存儲在數據庫內，以便使用時根據不同的初始焦距匹配得到對應的偏轉角度值。

優選的，通過插值法補償誤差，對所述偏轉角度進行修正，使得兩可見光更加精準的交匯，提高打標的效率。