CN104553353B - 一种3d激光打标机的可控距离指示方法、打标方法、可控距离指示装置及3d激光打标机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D激光打标机的可控距离指示方法、打标方法、应用该方法的可控距离指示装置及3D激光打标机，所述可控距离指示装置包括可见光指示器、由高速电机驱动的分光单元以及控制单元；分光单元在第一位置和第二位置之间做高速往复地移动，可见光束在第一位置被分光单元反射出基准光束，在第二位置被分光单元反射出偏转光束，其中基准光束和偏转光束可被肉眼看成两束光，控制单元计算第一位置和第二位置的差值，使偏转光束和被反射单元反射的基准光束的交汇点对应3D激光打标机的初始焦点；本发明将激光打标的初始焦距通过控制可见光束的交汇显示出来，所述的可控距离指示装置可自动进行对焦，并能准确快速的完成初始焦距的指示工作。

Description

一种3D激光打标机的可控距离指示方法、打标方法、可控距离指示装置及3D激光打标机
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方式、打标方法、应用该方法的可控距离指示装置及3D激光打标机。
背景技术
激光打标机(lasermarkingmachine)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3D激光打标机的可控距离指示方法，通过该方法可在空间上自动指示定位出建模中基准点的高度位置，从而便于加工时安放打标物体的定位。
为了实现上述目的，本发明公开了一种3D激光打标机的可控距离指示方法，该方法涉及可见光指示器、由高速电机驱动的分光单元以及控制单元；所述分光单元可在第一位置和第二位置之间做往复地移动，所述分光单元反射可见光指示器发出的可见光束，可见光束在第一位置被反射出基准光束，在第二位置被反射出偏转光束，由于分光单元由高速电机控制往复移动，使得基准光束和偏转光束可被肉眼看成两束光；
所述基准光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射基准光束使之往偏转光束的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算分光单元第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束与被反射单元反射后的基准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；
或者，所述偏转光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射偏转光束使之往基准光束的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算分光单元第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束在被反射单元反射后与基准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。
本发明的指示方法使用简单，通过人眼的误差以及高速运转的高速电机将一束可见光高速来回偏转，在速度够快的时候，一束可见光在人眼看来将会变成两束可见的光束，再将其中一束再次反射射向另外一束，即可实现将一束可见光束变成两束能相交汇的光束，本发明的可见光束通过控制单元控制电机偏转实现自动调节偏转，相对于手动的调节本发明的指示方法更节省时间，并且能够更精确的指示出3D激光打标机打标的焦点所在的高度。
优选的，所述分光单元的第一位置和第二位置为夹角关系，所述控制单元根据三角几何计算方法，通过3D激光打标机的初始焦点的坐标，获得分光单元的第一位置和第二位置的偏转角度。
优选的，所获得的对应不同初始焦点的偏转角度值被存储在数据库内，在使用时通过匹配方式获得分光单元的偏转角度值。
优选的，通过插值法补偿误差，对所述分光单元的偏转角度进行修正。实际中可能会由于安装误差、操作误差或者电路影响等因素导致误差，使得基准光束和偏转光束不会在激光打标的焦点处交汇，此时通过插值法补偿误差，使得本发明的可见光可以精确的指示出激光打标的焦点，提高打标的精度。
本发明的另一个目的在于提供应用上述指示方法的3D激光打标机的打标方法，该打标方法的具体步骤如下：
(1)对拟打标物体表面进行三维建模，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)根据该基准点坐标，设定基准点在焦点上，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分光单元第一位置和第二位置的差值；
(5)该差值使得偏转光束与被反射单元反射的基准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；
或者，该差值使得偏转光束在被反射单元反射后与基准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，所述分光单元的第一位置和第二位置为夹角关系，所述步骤4中控制单元根据三角几何计算方法所获得的对应不同初始焦点的偏转角度值被存储在数据库内，在使用时通过匹配方式获得每次的偏转角度值；还包括插值法补偿误差，对所述分光单元的偏转角度进行修正。
优选的，所述可见光指示器和分光单元之间设置有由第二电机驱动的反射镜片，所述可见光束经过反射镜片反射后被分光单元反射，通过增加反射镜片，对基准光束和偏转光束进行调整，可以扩大打标范围，使得两光束的交汇点可以指示某一平面的任意一个点，提高装置的实用性。
优选的，所述反射单元固定设于3D激光打标机上，或者，所述反射单元的角度可调，当反射单元的角度为可调时，在初次安装时，可以通过调整反射单元的偏转角度对基准光束或者偏转光束进行调整，使得两光束出于同一平面上，保证基准光束和偏转光束可交汇。
本发明的另一目的在于提供应用了上述指示方法的3D激光打标机的可控距离指示装置，包括可见光指示器、由高速电机驱动的分光单元以及控制单元；所述分光单元可在第一位置和第二位置之间往复地移动，所述分光单元反射可见光指示器发出的可见光束，可见光束在第一位置被反射出基准光束，在第二位置被反射出偏转光束，由于分光单元由高速电机控制往复移动，使得基准光束和偏转光束可被肉眼看成两束光；
所述基准光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射基准光束使之往偏转光束的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算分光单元第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束与被反射单元反射后的基准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；
或者，所述偏转光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射偏转光束使之往基准光束的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算分光单元第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束在被反射单元反射后与基准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。
优选的，所述分光单元在一定的角度范围内来回偏转，并且分光单元在来回偏转时的一端的偏转角度是固定的，此端为第一位置，另一端的偏转角度是可调的，此端为第二位置。
优选的，所述可见光指示器和分光单元之间设置有由第二电机驱动的反射镜片，所述分光单元和反射镜片在空间上具有夹角，可见光束经过反射镜片和分光单元反射后可实现在一个平面上任意位置的移动。当设置有分光单元和反射镜片对可见光束进行两次反射时，分光单元和反射镜片可以为打标头内部的X振镜和Y振镜，所述反射单元设于3D激光打标机打标头的场镜内部或者场镜上方；此时，需将可见光指示器发出的可见光束与用于打标的激光光路重合，为了使可见光束和激光合束，本发明的指示装置还包括一设置于激光光路中的合束单元，所述可见光指示器位于合束单元的一侧，可向该合束单元发出可见光束，所述可见光束经过合束单元后与激光的光路重合，并向X振镜和Y振镜发射。
上述直接通过激光打标头自带的X振镜和Y振镜实现可见光束偏转角度的自动调整，只需在原有激光打标的基础上做少许的修改，提高资源的利用率，并且装置结构简单，安装方便，可见光束和激光的合束可以提高指示的准确性，提高打标的精度。
优选的，所述反射单元固定设于3D激光打标机上，或者，所述反射单元的角度可调。
本发明的另一个目的在于提供应用上述可控距离指示装置的3D激光打标机，此打标机具有简易、灵活、加工精度高和成本低的特点，本发明设计了以下两种方案：
方案一：本发明公开的3D打标机包括基准板、控制单元、垂直于基准板的升降架以及位于升降架上的打标头，所述打标头内设有激光器、场镜、X振镜和Y振镜，还包括可见光指示器、合束单元和设于场镜内部或者上方的反射单元，所述可见光指示器发射出的可见光束经过合束单元后与激光的光路重合，并向Y振镜发射，被Y振镜反射后射向X振镜，所述X振镜和Y振镜的偏转角度由控制单元控制；所述X振镜在一定的角度范围内来回偏转，并且X振镜在来回偏转时一端的偏转角度是固定的，此端为第一位置，另一端的偏转角度是可调的，此端为第二位置，可见光束在第一位置被反射出基准光束，在第二位置被反射出偏转光束；
所述基准光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射基准光束使之往偏转光束的方向偏转；所述控制单元控制X振镜在第二位置的偏转角度，使得偏转光束和被反射单元反射后的基准光束的交汇点对应3D激光打标机的初始焦点；
或者，所述偏转光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射偏转光束使之往基准光束的方向偏转；所述控制单元控制X振镜在第二位置的偏转角度，使偏转光束在被反射单元反射后和基准光束的交汇点对应3D激光打标机的初始焦点。
优选的，所述合束单元为合束镜片，所述合束镜片被设置于激光的光路中，可见光指示器位于合束镜片的一侧，并向该合束镜片发出可见光束；或者，所述合束单元为接入激光光路中的光纤，所述可见光指示器与该光纤连接。
方案二：本发明公开的3D打标机包括基准板、控制单元、垂直于基准板的升降架以及位于升降架上的打标头，所述打标头内设有可发射可见激光的激光器、场镜、X振镜和Y振镜，还包括设于场镜内部或者上方的反射单元，所述激光器发射出的可见激光为可见光束，所述可见光束向Y振镜发射，被Y振镜反射后射向X振镜，所述X振镜和Y振镜的偏转角度由控制单元控制；所述X振镜在一定的角度范围内来回偏转，并且X振镜在来回偏转时一端的偏转角度是固定的，此端为第一位置，另一端的偏转角度是可调的，此端为第二位置，可见光束在第一位置被反射出基准光束，在第二位置被反射出偏转光束；
所述基准光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射基准光束使之往偏转光束的方向偏转；所述控制单元控制X振镜在第二位置的偏转角度，使得偏转光束和被反射单元反射的基准光束的交汇点对应3D激光打标机的初始焦点；
或者，所述偏转光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射偏转光束使之往基准光束的方向偏转；所述控制单元控制X振镜在第二位置的偏转角度，使得偏转光束在被反射单元反射后和基准光束的交汇点对应3D激光打标机的初始焦点。
优选的，所述可发射可见激光的激光器为波长范围为400-800nm的绿光激光器，在指示可控距离时，该激光器被设定在非打标功率状态，通过自身可见的激光代替可见光指示器以及用于可见光和激光的合束，使得装置简单，并且由于可见光就是激光，所以指示更加精确，提高打标的精度。
本发明的反射单元为多面棱镜或者平面反射镜，或者是其他的可以用于反射的装置。
附图说明
图1为实施例一的可控距离指示装置的工作原理示意图；
图2为实施例二的可控距离指示装置的工作原理示意图；
图3为实施例二的可控距离指示装置的工作原理解析图；
图4为实施例二的可控距离指示装置用于打标机时的位置结构示意图；
图5为实施例二的可控距离指示装置显示偏差值的结构示意图；
图6为实施例三的可控距离指示装置的工作原理示意图；
图7为实施例四的可控距离指示装置的工作原理示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种应用于3D激光打标机领域的可控距离指示方法，该方法涉及可见光指示器、由高速电机驱动的分光单元以及控制单元；所述分光单元可在第一位置和第二位置之间做高速往复地移动，所述分光单元用于反射可见光指示器发出的可见光束，可见光束在第一位置被反射出基准光束，在第二位置被反射出偏转光束，由于分光单元的高速往复移动，使得基准光束和偏转光束可被肉眼看成两束光；
所述基准光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射基准光束使之往偏转光束的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算分光单元第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束与被反射单元反射后的基准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；
或者，所述偏转光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射偏转光束使之往基准光束的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算分光单元第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束与被反射单元反射后的基准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。
由于人眼都会产生视觉停留的误差，当反射装置的转动速度大于人眼的停留时间，本来是一束可见光束一直处于偏转的状态，但是人眼却把高速偏转的光束看成是两束光，再把其中一束光通过反射单元反射，使得两束光相交汇，交汇点的高度即激光打标的高度，本方法使用一个可见光指示器即可实现激光打标高度的指示，结构简单，成本低。
本发明中分光单元的第一位置和第二位置为夹角关系，所述控制单元根据三角几何计算方法(在软件中已知初始焦点的空间坐标、基准光束的方向、偏转光束的方向以及分光单元的位置，通过三角几何方法可以计算出基准光束和偏转光束交汇在初始焦点时，第一反射装置在第二位置的偏转角度)对各个打标高度段对应的分光单元在第一位置和第二位置的偏转角度进行测量计算，并将打标高度段和分光单元的偏转角度值建成一个数据库，再将此数据库导入到控制单元内，在使用的时候根据所需打标高度调用数据库并进行匹配，即可得出需打标高度对应的分光单元的偏转角度，即可通过基准光束和偏转光束指示出打标高度。
一般情况下通过上述方法可得到初步的打标高度数据，但实际中受到加工误差，安装水平高低，电路影响等等因素影响，需要调试人员把升降的行程分成多段，在多段中分别测量实际值△与理论值△’的偏差，然后把数值输入软件系统建立一个数据库，通过软件算法控制电机修正偏移角度，保证最后两束可见光汇成一点。以上即是通过插值法来补偿偏差，对打标高度进行修正，使得打标点更精确。
当可见光束经过分光单元和反射镜片被两次反射时，可以先固定分光单元，通过插值法调整另外反射镜片，如果还没有得到精确的值，则将反射镜片固定，调整原先固定的分光单元，如此循环，直至补偿到3D打标的初始焦距的高度。
在使用本方法实现的打标指示装置和打标机之前，一般都要先对机器进行校正，调试人员先对升降行程分为多段，并对每段分别测量实际偏差值△与理论偏差值△'(参见图5为两个发射镜片时显示△),然后把数值输入软件系统形成一个数据库，根据插值算法计算出每个△对应的第二可见光光束的补偿角度，使第二可见光束偏转到对应的位置，数据库参见下表所示。
区段 测量值 理论值 软件算法得出偏转角
0-1区段 (X,Y) (X’,Y’) θ
1-2区段 (X1,Y1) (X1’,Y1’) θ1
2-3区段 (X2,Y2) (X2’,Y2’) θ2
以此类推... 以此类推... 以此类推... 以此类推...
本发明还提供一种应用上述距离指示方法的3D激光打标机打标方法，该方法具体步骤如下所述：
(1)对拟打标物体表面进行三维建模，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)根据该基准点坐标，设定基准点在焦点上，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分光单元第一位置和第二位置的差值；
(5)该差值使得偏转光束与被反射单元反射的基准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；
或者，该差值使得偏转光束在被反射单元反射后与基准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。
所述分光单元的第一位置和第二位置为夹角关系，所述步骤4中控制单元根据三角几何计算方法所获得的对应不同初始焦点的偏转角度值被存储在数据库内，在使用时通过匹配方式获得每次的偏转角度值；还包括插值法补偿误差，对所述分光单元的偏转角度进行修正。
上述打标方法中的可见光指示器和分光单元之间设置有由第二电机驱动的反射镜片，所述可见光束经过反射镜片反射后被分光单元反射，通过增加反射镜片，对基准光束和偏转光束进行调整，可以扩大打标范围，使得两光束的交汇点可以指示某一平面的任意一个点，提高装置的实用性。
所述反射单元固定设于3D激光打标机上，或者，所述反射单元的角度可调，当反射单元的角度为可调时，在初次安装时，可以通过调整反射单元的偏转角度对基准光束或者偏转光束进行调整，使得两光束出于同一平面上，保证基准光束和偏转光束可交汇。
以下通过结合附图对本发明的方法以及装置进行说明，本发明可以通过以下的实施例实现。
实施例一
参见图1,本实施例的指示装置包括可见光指示器110、由高速电机121驱动的分光单元122以及控制单元，可见光指示器110发射出可见光束150，在可见光束150的线路中设置有分光单元122，所述分光单元122可在第一位置和第二位置之间做高速往复地移动，所述分光单元122用于反射可见光指示器110发出的可见光束150，可见光束150在第一位置被反射出基准光束151，在第二位置被反射出偏转光束152，由于分光单元122的高速往复移动，使得基准光束151和偏转光束152可被肉眼看成两束光。
所述偏转光束152的光路上设置有反射单元140，所述反射单元140反射偏转光束152使之往基准光束151的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算分光单元122第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束152在被反射单元140反射后与基准光束151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。本发明的分光单元122为第一反射镜片。
具体实施时，分光单元122在一定的角度范围内来回偏转，分光单元122在第一位置的偏转角度是固定的，即基准光束151的偏转方向是固定的，第二位置的偏转角度是可调的，即偏转光束152的偏转角度是可变的，所以在实际控制时，控制单元控制分光单元122在第一位置的偏转角度值不变，控制分光单元122在第二位置的偏转角度，使偏转光束152被反射单元140反射后和基准光束151的交汇点对应3D激光打标机的初始焦点。
不同的交汇位置可以对应不用高度的原理在于，3D激光打标机通过相应的软件对打标物体进行空间建模，打标时，首先在打标物体上选择一个认可的初始打标点作为打标的基准点，此基准点对应的激光打标的焦距为初始焦距，根据空间建模操作者可以获得打标物体的任一点的坐标，因此选定的基准点的坐标是已知的，即可知道基准点的初始焦距，另外其中一束光线(基准光束151)的角度为已知固定的，基准光束151在基准点高度上会有一个交点，此时，经过反射单元140反射后的偏转光束152需要经过上述交点，在已知交点的情况下，根据光学几何原理可以得出偏转光束152的偏转角度，控制单元根据光线的偏转角度控制分光单元122使之第二位置偏转到相应的位置，偏转后基准光束和偏转光束即会在基准点高度位置交汇，交汇点即为物体打标点所处的高度。
实施例二
上述实施例一可以完成激光打标高度的指示工作，但是受到安装误差、人员操作偏差以及电路等因素影响，可能会使得基准光束和偏转光束不处于同一平面，两光束没有交汇点，此时可以通过本实施例来完成。
参见图2至图5，本实施例和实施例一的不同点在于本实施例在可见光指示器210和分光单元222之间设置有由第二电机231驱动的反射镜片232，所述由高速电机221驱动的分光单元222和反射镜片232在空间上具有夹角，可见光束250经过反射镜片232和分光单元222反射后可实现在一个平面上的任意位置的移动；当设置有分光单元222和反射镜片232对可见光束250进行两次反射时，分光单元222和反射镜片232可以为打标头内部的X振镜和Y振镜，所述反射单元240设于3D激光打标机打标头的场镜内或者场镜上方；此时，需将可见光指示器210发出的可见光束250与用于打标的激光光路重合，为了使可见光束250和激光合束，本发明的指示装置210还包括一设置于激光光路中的合束单元，所述可见光指示器位于合束单元的一侧，可向该合束单元发出可见光束，所述可见光束经过合束单元后与激光的光路重合，并向X振镜和Y振镜发射。
上述直接通过激光打标头自带的X振镜和Y振镜实现可见光束偏转角度的自动调整，只需在原有激光打标的基础上做少许的修改，提高资源的利用率，并且装置结构简单，安装方便，可见光束和激光的合束可以提高指示的准确性，提高打标的精度。
本发明的反射单元240固定设于3D激光打标机的场镜内部或者上放，或者，反射单元240的角度可调，当反射单元240的角度为可调时，在初次安装时，可以通过调整反射单元240的偏转角度对基准光束251或者偏转光束252进行调整，使得两光束出于同一平面上，保证基准光束和偏转光束可交汇。
本发明的可控距离指示装置为外置于3D激光打标机的独立模块，或者，可控距离指示装置采用3D激光打标机的可见光指示器210、分光单元222和反射单元240为3D激光打标机的内置部件。
本实施例中增加反射镜片232，通过调整分光单元222和反射镜片232的偏转角度可以解决实施例一中的误差导致的不相交现象，确保基准光束251和偏转光束252能够交汇，本实施例不仅能解决安装等误差，确保光束可相交，并使得装置更加科学合理。
应用本实施例可控距离指示装置的激光打标机包括基准板、控制单元、垂直于基准板的升降架以及位于升降架上的打标头，所述打标头内设有激光器、场镜、X振镜和Y振镜，还包括可见光指示器、合束单元和设于场镜内部或者上方的反射单元，所述可见光束经过合束单元后与激光的光路重合，并向Y振镜发射，被Y振镜反射后射向X振镜，所述X振镜和Y振镜的偏转角度由控制单元控制；所述X振镜在一定的角度范围内来回偏转，并且X振镜在来回偏转时一端的偏转角度是固定的，此端为第一位置，另一端的偏转角度是可调的，此端为第二位置，可见光束250在第一位置被反射出基准光束251，在第二位置被反射出偏转光束252；所述偏转光束252的光路上设置有反射单元240，所述反射单元240反射偏转光束252使之往基准光束251的方向偏转；所述控制单元用于控制X振镜第二位置的偏转角度，使偏转光束在被反射单元240反射后和基准光束251的交汇点对应3D激光打标机的初始焦点。
上述打标机的可见光指示器210和合束单元可置于激光器的内部或外部，所述合束单元可以为合束镜片，所述合束镜片被设置于激光的光路中，可见光指示器210位于合束镜片的一侧，并向该合束镜片发出可见光束250；或者，所述合束单元为接入激光光路中的光纤，所述可见光指示器210与该光纤连接。
上述打标机的激光器为可发射可见激光的激光器时，可以省去上述的合束单元和可见光指示器210，此时的可见激光也相当于是可见光束；此时，可发射可见激光的激光器为波长范围为400-800nm的绿光激光器，在指示可控距离时，该激光器的功率被设定在非打标时的小功率状态，通过自身可见的激光进行可控距离的指示，使得装置简单，并且由于可见光就是激光，可以提高打标的精度。
本发明将激光的打标焦点通过将两束可见光的对焦进行可视化的指示，本发明的可见光具体使用的是红光，也可以采用其他的可见光。
可见光的颜色决定于光的波长，一般人的眼睛可以感知光的波长在400至800纳米，而极大部分的激光波段都处于人眼可见范围之外，所以一般采用上述方式通过合束镜片(或者是合束器、光纤耦合等方法)将红光指示器产生的红光和激光器产生的激光进行合束，将激光通过红光来显示，使得激光具有“可见性”，从而达到指示的作用；另外，绿光激光器的激光器产生的激光的波长一般为400至800纳米，处于人眼可见的范围，所以也可以采用绿光激光器取代上述的不可见光的激光器，省去红光和激光合束这一部分，采用绿光激光器的机构简单，安装方便快捷。
实施例三
参见图6，本实施例和实施例一的结构类似，包括可发射可见光束350的可见光指示器310、由高速电机321控制移动的分光单元322，不同点在于本实施例中反射单元340设于基准光束351的光路中，即分光单元322在第一位置反射出的基准光束351经过反射单元340反射后射向偏转光束352。
实施例四
本实施例是在实施例三的基础上设计的，虽然实施例三可以完成激光打标高度的指示工作，由于安装误差、人员操作偏差以及电路影响等因素可能会使得基准光束和偏转可见光束不处于同一平面，两光束没有交汇点，此时可以通过本实施例来完成。本实施例增设的部分和实施例二起到的作用相同。
参见图7所示，本实施例和实施例三的不同点在于本实施例在可见光指示器410和由高速电机421驱动控制的分光单元422之间设置有由第二电机431驱动的反射镜片432，所述分光单元422和反射镜片432在空间上具有夹角，可见光束450经过反射镜片432和分光单元422反射后可实现在一个平面上的任意位置的移动。
上述实施例二中的内容也适用于其他的实施例。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (20)

1.一种3D激光打标机的可控距离指示方法，其特征在于，该方法涉及可见光指示器、由高速电机驱动的分光单元以及控制单元；所述分光单元可在第一位置和第二位置之间往复地移动，所述分光单元反射可见光指示器发出的可见光束，可见光束在第一位置被反射出基准光束，在第二位置被反射出偏转光束，由于分光单元由高速电机控制往复移动，使得基准光束和偏转光束可被肉眼看成两束光；
所述基准光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射基准光束使之往偏转光束的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算分光单元第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束与被反射单元反射后的基准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；
或者，所述偏转光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射偏转光束使之往基准光束的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算分光单元第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束在被反射单元反射后与基准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。
2.根据权利要求1所述的可控距离指示方法，其特征在于，所述分光单元的第一位置和第二位置为夹角关系，所述控制单元根据三角几何计算方法，通过3D激光打标机的初始焦点的坐标，获得分光单元的第一位置和第二位置的偏转角度。
3.根据权利要求2所述的可控距离指示方法，其特征在于，所获得的对应不同初始焦点的偏转角度被存储在数据库内，在使用时通过匹配方式获得分光单元的偏转角度值。
4.根据权利要求3所述的可控距离指示方法，其特征在于，通过插值法补偿误差，对所述分光单元的偏转角度进行修正。
5.一种应用了权利要求1指示方法的3D激光打标机的打标方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)对拟打标物体表面进行三维建模，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)根据该基准点坐标，设定基准点在焦点上，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分光单元第一位置和第二位置的差值；
(5)该差值使得偏转光束与被反射单元反射的基准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；
或者，该差值使得偏转光束在被反射单元反射后与基准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。
6.根据权利要求5所述的打标方法，其特征在于，所述分光单元的第一位置和第二位置为夹角关系，所述步骤(4)中控制单元根据三角几何计算方法所获得的对应不同初始焦点的偏转角度值被存储在数据库内，在使用时通过匹配方式获得每次的偏转角度值；还包括插值法补偿误差，对所述分光单元的偏转角度进行修正。
7.根据权利要求5所述的打标方法，其特征在于，所述可见光指示器和分光单元之间设置有由第二电机驱动的反射镜片，所述可见光束经过反射镜片反射后被分光单元反射。
8.根据权利要求5所述的打标方法，其特征在于，所述反射单元固定设于3D激光打标机上，或者，所述反射单元的角度可调。
9.一种应用了权利要求1指示方法的3D激光打标机的可控距离指示装置，其特征在于，包括可见光指示器、由高速电机驱动的分光单元以及控制单元；所述分光单元可在第一位置和第二位置之间往复地移动，所述分光单元反射可见光指示器发出的可见光束，可见光束在第一位置被反射出基准光束，在第二位置被反射出偏转光束，由于分光单元由高速电机控制往复移动，使得基准光束和偏转光束可被肉眼看成两束光；
所述基准光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射基准光束使之往偏转光束的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算分光单元第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束与被反射单元反射后的基准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；
或者，所述偏转光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射偏转光束使之往基准光束的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算分光单元第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束在被反射单元反射后与基准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。
10.根据权利要求9所述的可控距离指示装置，其特征在于，所述分光单元在一定的角度范围内来回偏转，并且分光单元在来回偏转时的一端的偏转角度是固定的，此端为第一位置，另一端的偏转角度是可调的，此端为第二位置。
11.根据权利要求9所述的可控距离指示装置，其特征在于，所述可见光指示器和分光单元之间设置有由第二电机驱动的反射镜片，所述分光单元和反射镜片在空间上具有夹角，可见光束经过反射镜片和分光单元反射后可实现在一个平面上任意位置的移动。
12.根据权利要求9所述的可控距离指示装置，其特征在于，所述反射单元固定设于3D激光打标机上，或者，所述反射单元的角度可调。
13.根据权利要求11所述的可控距离指示装置，其特征在于，所述分光单元和反射镜片为打标头内部的X振镜和Y振镜，所述反射单元设于3D激光打标机打标头的场镜内部或者场镜上方。
14.根据权利要求13所述的可控距离指示装置，其特征在于，还包括一设置于激光光路中的合束单元，所述可见光指示器位于合束单元的一侧，可向该合束单元发出可见光束，所述可见光束经过合束单元后与激光的光路重合，并向X振镜和Y振镜发射。
15.一种应用了权利要求9可控距离指示装置的3D激光打标机，包括基准板、控制单元、垂直于基准板的升降架以及位于升降架上的打标头，所述打标头内设有激光器、场镜、X振镜和Y振镜，其特征在于，还包括可见光指示器、合束单元和设于场镜内部或者上方的反射单元，所述可见光指示器发射出的可见光束经过合束单元后与激光的光路重合，并向Y振镜发射，被Y振镜反射后射向X振镜，所述X振镜和Y振镜的偏转角度由控制单元控制；所述X振镜在一定的角度范围内来回偏转，并且X振镜在来回偏转时一端的偏转角度是固定的，此端为第一位置，另一端的偏转角度是可调的，此端为第二位置，可见光束在第一位置被反射出基准光束，在第二位置被反射出偏转光束；
所述基准光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射基准光束使之往偏转光束的方向偏转；所述控制单元控制X振镜在第二位置的偏转角度，使得偏转光束和被反射单元反射后的基准光束的交汇点对应3D激光打标机的初始焦点；
或者，所述偏转光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射偏转光束使之往基准光束的方向偏转；所述控制单元控制X振镜在第二位置的偏转角度，使得偏转光束在被反射单元反射后和基准光束的交汇点对应3D激光打标机的初始焦点。
16.根据权利要求15所述的3D激光打标机，其特征在于，所述合束单元为合束镜片，所述合束镜片被设置于激光的光路中，可见光指示器位于合束镜片的一侧，并向该合束镜片发出可见光束。
17.根据权利要求15所述的3D激光打标机，其特征在于，所述合束单元为接入激光光路中的光纤，所述可见光指示器与该光纤连接。
18.一种应用了权利要求9可控距离指示装置的3D激光打标机，包括基准板、控制单元、垂直于基准板的升降架以及位于升降架上的打标头，所述打标头内设有可发射可见激光的激光器、场镜、X振镜和Y振镜，其特征在于，还包括设于场镜内部或者上方的反射单元，所述激光器发射出的可见激光为可见光束，所述可见光束向Y振镜发射，被Y振镜反射后射向X振镜，所述X振镜和Y振镜的偏转角度由控制单元控制；所述X振镜在一定的角度范围内来回偏转，并且X振镜在来回偏转时一端的偏转角度是固定的，此端为第一位置，另一端的偏转角度是可调的，此端为第二位置，可见光束在第一位置被反射出基准光束，在第二位置被反射出偏转光束；
所述基准光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射基准光束使之往偏转光束的方向偏转；所述控制单元控制X振镜在第二位置的偏转角度，使得偏转光束和被反射单元反射后的基准光束的交汇点对应3D激光打标机的初始焦点；
或者，所述偏转光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射偏转光束使之往基准光束的方向偏转；所述控制单元控制X振镜在第二位置的偏转角度，使得偏转光束在被反射单元反射后和基准光束的交汇点对应3D激光打标机的初始焦点。
19.根据权利要求18所述的3D激光打标机，其特征在于，所述可发射可见激光的激光器为波长范围为400-800nm的绿光激光器，在指示可控距离时，该激光器被设定在非打标功率状态。
20.根据权利要求15或18所述的3D激光打标机，其特征在于，所述反射单元为多面棱镜或者平面反射镜。
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