[发明专利]一种基于可控距离指示的打标方法及3D激光打标机

说明书

技术领域

本发明涉及激光打标领域，具体涉及一种对物体三维表面进行激光打标的可控距离指示的打标方法以及应用该方法的3D激光打标机。

背景技术

激光打标机(laser marking machine)是利用激光束在物质表面打上永久标记的技术。该技术通过激光器产生激光束，经过一系列光学传导与处理，最终通过光学镜片进行光束聚焦，然后将聚焦后的高能量光束偏转到待加工物体表面的指定位置。激光打标机可以标记出各种文字、符号和图案，市场应用前景广阔。

传统的激光打标机仅在二维平面上进行打标。在打标时，由于激光束非可见，为了判断打标对象是否位于激光打标区域(定位)及焦点上(定焦)，一般是用尺子测量打标平面与场镜之间的距离，或者在检测板上预先打标以判断是否在焦点上，这些传统操作方法需要多次测量，效率非常低。作为一种改进，现有的二维激光打标机增加了红光指示器进行定位和定焦。利用红光代替不可见的激光，起到打标位置的预览和定焦作用。具体可参见专利文献CN201446774U公开的一种打标机的自动对焦装置。该方案是在扫描装置的两侧分别设置有十字红光发射器，两边的十字红光发射器所发出的十字红光的交叉点与激光的焦点重合。在使用时，调整使得待打标物体上出现一个红光交叉点，即可保证打标物体位于激光的焦点上。由于二维激光打标机的焦距是不变的，因此这种方法用于常规的二维平面激光打标机上可极大提高工作效率。

随着技术的发展，能在三维表面上打标的3D激光打标成为行业内热门的研发点。与传统2D激光打标相比，3D激光打标机采用动态聚焦座，通过软件控制和移动动态聚焦镜，在激光被聚焦前进行可变扩束，以此改变激光束的焦距来实现对高低不同物体的准确表面聚焦加工。因此3D打标对加工对象的表面平整度要求大幅度降低，可以在非平面上进行激光打标。但是，3D激光打标机的定位和定焦成为新的问题，由于3D激光打标机的焦距是变化的，因此现有的二维激光打标机的对焦系统已经无法满足要求。

在3D激光打标过程中，先对打标物体的打标区域进行空间建模并存储在软件系统中，该空间建模上可设定任意一个打标物体的基准点坐标，该基准点坐标也为激光的对焦点，在实际空间上对应打标物体上的某点作为基准点，也即，只要打标时激光头可准确定位并对焦在物体的基准点上，后续电脑可调焦距完成三维表面其他部位的激光打标。其中的问题是，在打标开始前，需要将打标物件放入打标平台上，使得物体对应基准点。然而缺少定位的结构，技术人员很难精确放置和调整打标物件的位置、高度，而且3D曲面打标要求非常高的精度，只要打标物件的位置或高度出现偏差，很有可能就造成整个打标图案的失真。另外，由于三维打标物体表面的复杂性，对基准点的设定要求灵活可变，因此传统的固定式对焦系统已经无法实现3D激光打标的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可控距离指示的打标方法，该方法应用于3D激光打标领域，通过该方法可在打标空间上自动指示出建模中与基准点相对的初始焦点的高度位置，从而便于加工时安放打标物体的定位。

为了实现以上目的，本发明公开了一种基于可控距离指示的打标方法，可应用于3D激光打标机，该方法涉及第一可见光指示器、第二可见光指示器以及控制单元，所述第一可见光指示器可向打标区域发出第一可见光束，所述第二可见光指示器的光路上设置有反射装置，该反射装置用于反射第二可见光指示器向其发出的第二可见光束；

所述打标方法包括以下步骤：

(1)对拟打标物体表面建模，形成三维模型；

(2)选取三维模型上的任一点作为基准点，获得该基准点坐标；

(3)所述基准点为激光打标的初始焦点，根据该基准点坐标获得初始焦距；

(4)根据该初始焦距，通过三角几何计算方法获得反射装置的偏转角度；

(5)该偏转角度使得第二可见光束在被反射装置反射后与第一可见光束在打标区域内交汇，该交汇点对应3D激光打标机的初始焦点；

(6)使打标物体上对应基准点的位置位于所述交汇点的高度上；

(7)开始打标。

优选的，所述步骤4中控制单元根据三角几何计算方法，获得对应不同初始焦距的反射装置偏转角度值，所述偏转角度值被存储在数据库内，以便使用时根据不同的初始焦距匹配得到对应的偏转角度值。

优选的，通过插值法补偿误差，对所述偏转角度进行修正，使得两可见光更加精准的交汇，提高打标的效率。