3d激光打標(biāo)機(jī)的可控距離指示裝置及3d激光打標(biāo)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及激光打標(biāo)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)物體三維表面進(jìn)行激光打標(biāo)的可 控距離指示裝置及應(yīng)用該裝置的3D激光打標(biāo)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光打標(biāo)機(jī)（laser marking machine)是利用激光束在物質(zhì)表面打上永久標(biāo)記的 技術(shù)。該技術(shù)通過激光器產(chǎn)生激光束，經(jīng)過一系列光學(xué)傳導(dǎo)與處理，最終通過光學(xué)鏡片進(jìn)行 光束聚焦，然后將聚焦后的高能量光束偏轉(zhuǎn)到待加工物體表面的指定位置。激光打標(biāo)機(jī)可 以標(biāo)記出各種文字、符號(hào)和圖案，市場應(yīng)用前景廣闊。
[0003] 傳統(tǒng)的激光打標(biāo)機(jī)僅在二維平面上進(jìn)行打標(biāo)。在打標(biāo)時(shí)，由于激光束非可見，為了 判斷打標(biāo)對(duì)象是否位于激光打標(biāo)區(qū)域（定位）及焦點(diǎn)上（定焦），一般是用尺子測量打標(biāo)平 面與場鏡之間的距離，或者在檢測板上預(yù)先打標(biāo)以判斷是否在焦點(diǎn)上，這些傳統(tǒng)操作方法 需要多次測量，效率非常低。作為一種改進(jìn)，現(xiàn)有的二維激光打標(biāo)機(jī)增加了紅光指示器進(jìn)行 定位和定焦。利用紅光代替不可見的激光，起到打標(biāo)位置的預(yù)覽和定焦作用。具體可參見 專利文獻(xiàn)CN201446774U公開的一種打標(biāo)機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦裝置。該方案是在掃描裝置的兩側(cè) 分別設(shè)置有十字紅光發(fā)射器，兩邊的十字紅光發(fā)射器所發(fā)出的十字紅光的交叉點(diǎn)與激光的 焦點(diǎn)重合。在使用時(shí)，調(diào)整使得待打標(biāo)物體上出現(xiàn)一個(gè)紅光交叉點(diǎn)，即可保證打標(biāo)物體位于 激光的焦點(diǎn)上。由于二維激光打標(biāo)機(jī)的焦距是不變的，因此這種方法用于常規(guī)的二維平面 激光打標(biāo)機(jī)上可極大提高工作效率。
[0004] 隨著技術(shù)的發(fā)展，能在三維表面上打標(biāo)的3D激光打標(biāo)成為行業(yè)內(nèi)熱門的研發(fā)點(diǎn)。 與傳統(tǒng)2D激光打標(biāo)相比，3D激光打標(biāo)機(jī)采用動(dòng)態(tài)聚焦座，通過軟件控制和移動(dòng)動(dòng)態(tài)聚焦 鏡，在激光被聚焦前進(jìn)行可變擴(kuò)束，以此改變激光束的焦距來實(shí)現(xiàn)對(duì)高低不同物體的準(zhǔn)確 表面聚焦加工。因此3D打標(biāo)對(duì)加工對(duì)象的表面平整度要求大幅度降低，可以在非平面上進(jìn) 行激光打標(biāo)。但是，3D激光打標(biāo)機(jī)的定位和定焦成為新的問題，由于3D激光打標(biāo)機(jī)的焦距 是變化的，因此現(xiàn)有的二維激光打標(biāo)機(jī)的對(duì)焦系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足要求。
[0005] 在3D激光打標(biāo)過程中，先對(duì)打標(biāo)物體的打標(biāo)區(qū)域進(jìn)行空間建模并存儲(chǔ)在軟件系 統(tǒng)中，該空間建模上可設(shè)定任意一個(gè)打標(biāo)物體的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，該基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)也為激光的對(duì) 焦點(diǎn)，在實(shí)際空間上對(duì)應(yīng)打標(biāo)物體上的某點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，也即，只要打標(biāo)時(shí)激光頭可準(zhǔn)確定 位并對(duì)焦在物體的基準(zhǔn)點(diǎn)上，后續(xù)電腦可調(diào)焦距完成三維表面其他部位的激光打標(biāo)。其中 的問題是，在打標(biāo)開始前，需要將打標(biāo)物件放入打標(biāo)平臺(tái)上，使得物體對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)。然而缺 少定位的結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員很難精確放置和調(diào)整打標(biāo)物件的位置、高度，而且3D曲面打標(biāo)要 求非常高的精度，只要打標(biāo)物件的位置或高度出現(xiàn)偏差，很有可能就造成整個(gè)打標(biāo)圖案的 失真。另外，由于三維打標(biāo)物體表面的復(fù)雜性，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)定要求靈活可變，因此傳統(tǒng)的 固定式對(duì)焦系統(tǒng)已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)3D激光打標(biāo)的要求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種3D激光打標(biāo)機(jī)的可控距離指示裝置，通過該裝 置可在空間上自動(dòng)指示定位出建模中基準(zhǔn)點(diǎn)的高度位置，從而便于加工時(shí)安放打標(biāo)物體的 定位。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種3D激光打標(biāo)機(jī)的可控距離指示裝置，包 括可見光指示器、由高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的分光單元以及控制單元；所述分光單元可在第一位置 和第二位置之間往復(fù)地移動(dòng)，所述分光單元反射可見光指示器發(fā)出的可見光束，可見光束 在第一位置被反射出基準(zhǔn)光束，在第二位置被反射出偏轉(zhuǎn)光束；
[0008] 所述基準(zhǔn)光束的光路上設(shè)置有反射單元，所述基準(zhǔn)光束被反射單元反射后往偏轉(zhuǎn) 光束的方向偏轉(zhuǎn)；所述控制單元控制分光單元在第一位置和第二位置的偏轉(zhuǎn)角度，使得偏 轉(zhuǎn)光束與被反射單元反射后的基準(zhǔn)光束在打標(biāo)區(qū)域內(nèi)交匯，該交匯點(diǎn)對(duì)應(yīng)3D激光打標(biāo)機(jī) 的初始焦點(diǎn)；
[0009] 或者，所述偏轉(zhuǎn)光束的光路上設(shè)置有反射單元，所述偏轉(zhuǎn)光束被反射單元反射后 往基準(zhǔn)光束的方向偏轉(zhuǎn)；所述控制單元控制分光單元在第一位置和第二位置的偏轉(zhuǎn)角度， 使得偏轉(zhuǎn)光束在被反射單元反射后與基準(zhǔn)光束在打標(biāo)區(qū)域內(nèi)交匯，該交匯點(diǎn)對(duì)應(yīng)3D激光 打標(biāo)機(jī)的初始焦點(diǎn)。
[0010] 優(yōu)選的，所述分光單元在一定的角度范圍內(nèi)來回偏轉(zhuǎn)，并且分光單元在來回偏轉(zhuǎn) 時(shí)的一端的偏轉(zhuǎn)角度是固定的，此端為第一位置，另一端的偏轉(zhuǎn)角度是可調(diào)的，此端為第二 位置。
[0011] 優(yōu)選的，所述可見光指示器和分光單元之間設(shè)置有由第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二反射鏡 片，所述分光單元和第二反射鏡片在空間上具有夾角，可見光束經(jīng)過第二反射鏡片和分光 單元反射后可實(shí)現(xiàn)在一個(gè)平面上任意位置的移動(dòng)。當(dāng)設(shè)置有分光單元和第二反射鏡片對(duì)可 見光束進(jìn)行兩次反射時(shí)，分光單元和第二反射鏡片可以為打標(biāo)頭內(nèi)部的X振鏡和Y振鏡， 所述反射單元設(shè)于3D激光打標(biāo)機(jī)打標(biāo)頭的場鏡內(nèi)部或者場鏡上方；此時(shí)，需將可見光指示 器發(fā)出的可見光束與用于打標(biāo)的激光光路重合，為了使可見光束和激光合束，本實(shí)用新型 的指示裝置還包括一設(shè)置于激光光路中的合束單元，所述可見光指示器位于合束單元的一 偵牝可向該合束單元發(fā)出可見光束，所述可見光束經(jīng)過合束單元后與激光的光路重合，并向 X振鏡和Y振鏡發(fā)射。
[0012] 上述直接通過激光打標(biāo)頭自帶的X振鏡和Y振鏡實(shí)現(xiàn)可見光束偏轉(zhuǎn)角度的自動(dòng)調(diào) 整，只需在原有激光打標(biāo)的基礎(chǔ)上做少許的修改，提高資源的利用率，并且裝置結(jié)構(gòu)簡單， 安裝方便，可見光束和激光的合束可以提高指示的準(zhǔn)確性，提高打標(biāo)的精度。
[0013] 優(yōu)選的，所述反射單元固定設(shè)于3D激光打標(biāo)機(jī)上，或者，所述反射單元的角度可 調(diào)。
[0014] 本實(shí)用新型的另一個(gè)目的在于提供具有上述可控距離指示裝置的3D激光打標(biāo) 機(jī)，此打標(biāo)機(jī)具有簡易、靈活、加工精度高和成本低的特點(diǎn)，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了以下兩種方 案：
[0015] 方案一：本實(shí)用新型公開的3D打標(biāo)機(jī)包括基準(zhǔn)板、控制單元、垂直于基準(zhǔn)板的升 降架以及位于升降架上的打標(biāo)頭，所述打標(biāo)頭內(nèi)設(shè)有激光器、場鏡、X振鏡和Y振鏡，還包括 可見光指示器、合束單元和設(shè)于場鏡內(nèi)部或者上方的反射單元，所述可見光指示器發(fā)射出 的可見光束經(jīng)過合束單元后與激光的光路重合，并向Y振鏡發(fā)射，被Y振鏡反射后射向X振 鏡，所述X振鏡和Y振鏡的偏轉(zhuǎn)角度由控制單元控制；所述X振鏡在一定的角度范圍內(nèi)來回 偏轉(zhuǎn)，并且X振鏡在來回偏轉(zhuǎn)時(shí)一端的偏轉(zhuǎn)角度是固定的，此端為第一位置，另一端的偏轉(zhuǎn) 角度是可調(diào)的，此端為第二位置，可見光束在第一位置被反射出基準(zhǔn)光束，在第二位置被反 射出偏轉(zhuǎn)光束；
[0016] 所述基準(zhǔn)光束的光路上設(shè)置有反射單元，所述基準(zhǔn)光束被反射單元反射后往偏轉(zhuǎn) 光束的方向偏轉(zhuǎn)；所述控制單元控制X振鏡在第二位置的偏轉(zhuǎn)角度，使得偏轉(zhuǎn)光束與被反 射單元反射后的基準(zhǔn)光束的交匯點(diǎn)對(duì)應(yīng)3D激光打標(biāo)機(jī)的初始焦點(diǎn)；
[0017] 或者，所述偏轉(zhuǎn)光束的光路上設(shè)置有反射單元，所述偏轉(zhuǎn)光束被反射單元反射后 往基準(zhǔn)光束的方向偏轉(zhuǎn)；所述控制單元控制X振鏡在第二位置的偏轉(zhuǎn)角度，使得偏轉(zhuǎn)光束 在被反射單元反射后與基準(zhǔn)光束的交匯點(diǎn)對(duì)應(yīng)3D激光打標(biāo)機(jī)的初始焦點(diǎn)。
[0018] 優(yōu)選的，所述合束單元為合束鏡片，所述合束鏡片設(shè)置于激光的光路中，可見光指 示器位于合束鏡片的一側(cè)，并向該合束鏡片發(fā)出可見光束；或者，所述合束單元為接入激光 光路中的光纖，所述可見光指示器與該光纖連接。
[0019] 方案二：本實(shí)用新型公開的3D打標(biāo)機(jī)包括基準(zhǔn)板、控制單元、垂直于基準(zhǔn)板的升 降架以及位于升降架上的打標(biāo)頭，所述打標(biāo)頭內(nèi)設(shè)有可發(fā)射可見激光的激光器、場鏡、X振 鏡和Y振鏡，還包括設(shè)于場鏡內(nèi)部或者上方的反射單元，所述激光器發(fā)射出的可見激光為 可見光束，所述可見光束向Y振鏡發(fā)射，被Y振鏡反射后射向X振鏡，所述X振鏡和Y振鏡 的偏轉(zhuǎn)角度由控制單元控制；所述X振鏡在一定的角度范圍內(nèi)來回偏轉(zhuǎn)，并且X振鏡在來回 偏轉(zhuǎn)時(shí)一端的偏轉(zhuǎn)角度是固定的，此端為第一位置，另一端的偏轉(zhuǎn)角度是可調(diào)的，此端為第 二位置，可見光束在第一位置被反射出基準(zhǔn)光束，在第二位置被反射出偏轉(zhuǎn)光束；
[0020] 所述基準(zhǔn)光束的光路上設(shè)置有反射單元，所述基準(zhǔn)光束被反射單元反射后往偏轉(zhuǎn) 光束的方向偏轉(zhuǎn)；所述控制單元控制X振鏡在第二位置的偏轉(zhuǎn)角度，使得偏轉(zhuǎn)光束與被反 射單元反射后的基準(zhǔn)光束的交匯點(diǎn)對(duì)應(yīng)3D激光打標(biāo)機(jī)的初始焦點(diǎn)；
[0021] 或者，所述偏轉(zhuǎn)光束的光路上設(shè)置有反射單元，所述偏轉(zhuǎn)光束被反射單元反射后 往基準(zhǔn)光束的方向偏轉(zhuǎn)；所述控制單元控制X振鏡在第二位置的偏轉(zhuǎn)角度，使得偏轉(zhuǎn)光束 在被反射單元反射后和基準(zhǔn)光束的交匯點(diǎn)對(duì)應(yīng)3D激光打標(biāo)機(jī)的初始焦點(diǎn)。
[0022] 優(yōu)選的，所述可發(fā)射可見激光的激光器為波長范圍為400-800nm的綠光激光器， 在指示可控距離時(shí)，該激光器被設(shè)定在非打標(biāo)功率狀態(tài)，通過自身可見的激光代替可見光 指示器以及用于可見光和激光的合束，使得裝置簡單，并且由于可見光就是激光，所以指示 更加精確，提尚打標(biāo)的精度。
[0023] 本實(shí)用新型的反射單元為多面棱鏡或者平面反射鏡，或者是其他的可以用于反射 的裝置。
[0024] 本實(shí)用新型的指示裝置以及3D激光打標(biāo)機(jī)使用簡單，通過人眼的誤差以及高速 運(yùn)轉(zhuǎn)的高速電機(jī)將一束可見光高速來回偏轉(zhuǎn)，在速度夠快的時(shí)候，一束可見光在人眼看來 將會(huì)變成兩束可見的光束，再將其中一束再次反射射向另外一束，即可實(shí)現(xiàn)將一束可見光 束變成兩束能相交匯的光束，本實(shí)用新型的可見光束通過控制單元控制電機(jī)偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)，相對(duì)于手動(dòng)的調(diào)節(jié)本實(shí)用新型的裝置更節(jié)省時(shí)間，并且能夠更精確的指示出3D 激光打標(biāo)機(jī)打標(biāo)的焦點(diǎn)所在的高度。
【附圖說明】
[0025] 圖1為實(shí)施例一的可控距離指示裝置的工作原理示意圖；
[0026] 圖2為實(shí)施例二的可控距離指示裝置的工作原理示意圖；
[0027] 圖3為實(shí)施例二的可控距離指示裝置的工作原理解析圖；
[0028] 圖4為實(shí)施例二的可控距離指示裝置用于打標(biāo)機(jī)時(shí)的位置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖5為實(shí)施例二的可控距離指示裝置顯示偏差值的結(jié)構(gòu)示意圖；