CN104626760B - 扩展打标范围的激光打标方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于激光标记领域，提供了一种扩展打标范围的激光打标方法，激光通过振镜系统对移动的工件进行打标的同时，位置检测装置对工件的位置进行检测并将检测信息反馈到控制系统，控制系统计算出工件的实际位移，并将已经完成打标内容对应的长度结合实际位移与振镜在工件运动方向的打标范围进行比较，根据比较结果控制所述工件的移动速度，保证工件的待打标位置始终处于振镜系统的打标范围内，此方法操作简单。本发明实施例还提供一种扩展打标范围的激光打标系统。

Description

扩展打标范围的激光打标方法及系统

技术领域

本发明属于激光标记领域，尤其涉及一种扩展打标范围的激光打标方法及系统。

背景技术

利用X、Y振镜电机扫描方式打标因其高响应、高速度、高精度且控制稳定、成熟已经成为现在最流行最常用激光打标方式。而这打标方式最大缺陷是打标范围不能过大，对精度越高的应用打标范围则要求越小，目前常用的打标范围有40mmX40mm、80mmX80mm、160mmX160mm。打标范围也有比较大的，如400mmX400mm，但是打标范围过大，对激光焦深要求高、打标精度会偏小以及镜头到打标位置的高度都设计方面和操作应用方面都是很大等问题存在。小范围打标的应用目前就这几种打标范围也基本能满足，然而对超出或远远超出打标范围的工件进行打标，如果还采用这种直接打标或者加大镜头扩大打标范围的方式就变得很复杂，甚至没有办法解决这类问题。

目前对这种超出打标范围进行打标的打标主要有以下几种方式进行：

第一种方式称为拼接方式，所谓拼接是指再另外增加一移动平台用来固定长打标工件，需要打标的内容分成多次能在打标范围内的打标，按顺序打标完成每单段后，平台把打标好的部分移出打标范围，同时也移进了还需要打标的另外一部分进行再进行打标，依次类推，直到打标好整个工件的过程。这种方式虽然也可以进行超长件的打标，但是拼接方式有很大的缺陷：每两次打标处(拼接连接处)会出现不同程度的间隙，这个间隙非常难解决，即使调试非常好也消除不了，对精度高要求高、打标一致性好的产品无法采用这种方式。

第二种方式称为流水线飞行打标方式，这种方式普遍针对那种检测可有可无打标，应用且打标内容越少越好。仅有个传感器检测流水线上的工件是否处于打标位置，在这种超长距离打标，虽然没有分割打标文档，但是每次打标出来的一致性都不一样。

第三种方式称为没有振镜控制的方式，这种方式相比前两种方式从根本上它改变了打标机的控制方式和设计方式，为了真正扩大打标范围，取消了振镜的高效率的方式，完全用X、Y的龙门设计实现打标形式，这种超长打标方式也是常用经典结构设计，实现超长打标是没有任何问题的。但是因为它取消了振镜，无法实现快速、高效打标；同时，光路时刻随着X、Y平台的移动，稳定性和高精度性都比采用振镜方式打标的稳定性和高精度性差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种扩展打标范围的激光打标方法及系统，以解决现有打标范围小的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种扩展打标范围的激光打标方法，、一种扩展打标范围的激光打标方法，其特征在于，激光通过振镜系统对移动的工件进行打标的同时，位置检测装置对工件的位置进行检测并将检测信息反馈到控制系统，控制系统计算出工件的实际位移，并将已经完成打标内容对应的长度结合实际位移与振镜在工件运动方向的打标范围进行比较，根据比较结果控制所述工件的实时速度，保证工件的待打标位置始终处于振镜系统的打标范围内。

进一步地，工件的运动方向与X轴方向或Y轴方向平行。

进一步地，所述位置检测装置为编码器。

进一步地，所述已经完成打标内容在工件上对应的长度-振镜系统在工件运动方向的固有打标范围的长度≤运动装置的实际位移≤已经完成打标内容在工件上对应的长度。

本发明实施例还还提供一种扩展打标范围的激光打标系统，包括激光发生器和打标头，还包括带动工件移动的运动装置、用于对所述运动装置的实际位置进行检测的位置检测装置以及控制系统；其中，所述打标头上设有振镜系统；所述控制系统包括：

计算模块，用于计算出运动装置的实际位移；已经完成打标内容在工件上对应的长度；将要打标的数据在工件上所需要打标时间；所述运动装置的实时速度；

速度控制模块，用于根据计算模块计算出的所述运动装置的实时速度对所述运动装置的速度实施调整。

进一步地，所述运动装置的运动方向与X轴方向或Y轴方向平行。

进一步地，还包括比较模块，用于运动装置的实际位移与已经预打标完成的内容在工件上对应的长度进行比较。

进一步地，所述比较模块的基准为：d1-d2≤d3≤d1。

本发明实施例提供了一种扩展打标范围的激光打标方法及系统，通过激光与工件同时运动，且实时的检测运动装置的位置信息，并将其反馈到控制系统，从而不断的调整运动装置的速度，以保证在任意时刻，将要打标的数据对应的工件打标位置所在部分始终都处于振镜系统的固有打标范围内。利用直线平台配合振镜系统不断补充打标长度，在效果上相当于增加了打标范围，可以实现任意长度的打标功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的扩展打标范围的激光打标方法流程图；

图2是本发明实施例提供的运动装置和位置检测装置示意图；

图3是本发明实施例提供的扩展打标范围的激光打标系统立体图。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1，本发明实施例提供一种扩展打标范围的激光打标方法，激光通过振镜系统对移动的工件进行打标，在打标的同时，位置检测装置对工件的位置进行实时检测并将检测信息反馈到控制系统，控制系统计算出工件的实际位移，并将已经完成打标内容对应在工件上的长度结合运动装置的实际位移与振镜系统在工件运动方向的打标范围的长度进行比较，根据比较结果控制所述工件的移动速度，保证工件的待打标位置始终处于振镜系统在工件运动方向的打标范围内。

所述激光打标方法的步骤包括：

S110，将工件置于一可移动的运动装置上；

基于现有技术中拼接打标的缺陷，本实施例采用飞行打标的方法(激光与工件同时运动)，由于工件的待打标内容超出了振镜系统固有的打标范围，所以需要一运动装置来带动工件延需要扩展打标范围的方向移动。

假设只需要在一维方向上扩展(即只扩展一个振镜的打标范围)，如X振镜，则只需要运动装置延X方向运动即可。

本实施例中，所述运动装置为直线平台。

所述直线平台的运动方向与X轴方向平行。通过一维的直线平台扩展X振镜打标长度，当直线平台处于静止状态，振镜本身具备有一个打标范围(存在一个自身的X、Y坐标系统)，增加一维的直线平台后，Y方向没有改变，保持以前自身的系统方向，在打标过程中，只需要直线平台带动工件延X方向运动，即可扩展打标范围。

当然，在其他实施例中，所述直线平台运动方向也可以不与X轴方向平行，二者存在一定角度θ，控制系统是按照X、Y振镜坐标系统进行处理打标数据的，则，需要将打标内容进行X、Y角度调节。所以，为了减小调试的难度，所述直线平台运动的方向与扩展的振镜轴方向保持一致或平行。

同理，对Y方向进行扩展，只需要保证直线平台的运动方向与Y轴方向保持一致或平行。当需要在X、Y方向上都扩展时，直线平台的运动方向才与X、Y存在一定的夹角。

S120，运动装置的初始速度与振镜系统的打标速度的确定；

由于激光与工件同时运动，需要确定工件的运动速度与振镜系统在工件运动方向上的速度是否明显的不相适应(一个速度过快或过慢，另一个过慢或过快)。本实施例中，工件运动的方向与X轴方向平行，所以，需要确定是工件和振镜系统分别在X轴方向的速度。

首先，将工件的待打标起始位置部分置于振镜系统固有的打标范围下，并预设运动装置的初始速度值和振镜的打标速度值。

然后，启动红光(红光不会对工件产生影响，同时肉眼可以观察效果)进行预打标。在红光预打标的同时，控制系统控制运动装置带动工件延扩展方向移动，位置检测装置实时检测所述运动装置的位置，并将检测到的位置信息反馈到控制系统，控制系统根据位置信息计算出工件的实际位移，然后将实际位移与已经预打标完成的内容在工件上对应的长度进行比较，当运动装置移动的实际位移和预打标完成的内容工件上对应的长度同步或相差不远，控制系统才能不断的更新振镜系统固有的打标范围内的数据，从而实现打标范围的扩展，进行不间断打标，否则工件上的打标内容将出现间断或重叠。

具体地，运动装置的初始速度值是否与振镜系统的打标速度值匹配的满足条件是：通过运动装置的实际位移与已经打标完成的内容在工件上对应的的长度进行比较实现的，需要满足的条件为：d1-d2≤d3≤d1；

其中：

d1：已经完成打标内容在工件上对应的长度；

d2：振镜系统在工件运动方向的固有打标范围的长度；

d3：运动装置的实际位移。

比如，振镜系统在运动装置运动方向上的固定有打标范围的长度d2为50mm，此刻打标内容已经处理100mm长度的数据，如果运动装置的实际位移d3在50-100mm之间，那么打标内容和被打工件配合完好，不会出现相互停滞现象，控制系统会连续不断更新打标内容从而实现不间断出光。

停滞现象是指运动装置运动明显慢于打标内容处理长度，此时打标范围的数据处理完成，且已经更新好将要打标到工件处的数据，但是控制系统检测到运动装置并没有将工件的对应待打标部分移动到振镜系统的打标范围内，出现激光标记不到位置，这时候控制系统会停止出光，等待要打标工件部分移动到打标范围内再打标的现象。同样运动装置明显快于打标处理数据也会做类似的处理。

上述运动装置移动的位移和打标完成的内容的长度同步指的是运动装置移动的位移和打标完成的内容对应在工件上的长度相等。运动装置移动的位移和打标完成的内容的长度相差不远指的是运动装置移动的位移虽然小于或大于打标完成的内容对应在工件上的长度，但此时工件上待打标的位置部分是位于振镜系统固有的打标范围之内，振镜系统能够将待打标的内容在其本身的打标范围内对工件打标，即工件上的打标内容不会出现间隔或重叠。

出现停滞现象相当于拼接打标方式，是运动装置的速度和打标的速度没有配合好导致的，为了使得打标数据的实际打标位置与工件上的预设打标位置对应，避免出现停滞现象，则需要实时的对运动装置的速度和打标的速度进行匹配。

在实际加工中，运动装置的初始速度值和振镜系统的打标速度值的大小可以不固定，根据实际加工需要进行设置。

S130，启动激光，振镜系统对工件进行激光打标；

振镜系统先对处于打标范围内的工件部分打标。

S140，实时调整运动装置实时速度；

本实施例中，当工件待打标位置部分处于打标范围内时，为了保证后续的打标不出现停滞现象，则将要打标的数据在工件上对应的打标位置部分，在所需要打标时间t1内都处于打标范围中，其满足的条件为：v1＝v2，v1为运动装置的实时速度；v2为振镜系统在工件运动方向的打标速度。

V1＝(d2-(d1-d3))/t1，当v1与v2不相等时，相应的增加或减小v1的值，使得v1＝v2。

当然，在实际操作中，基于振镜系统在工件运动方向的固有打标范围的长度d2有所不同，v1的值不一定需要等于v2的值，只要保证在v1的速度下，将要打标的数据对应在工件上的打标部分处于振镜系统的固有打标范围内即可。

如图2，由于电机在实际驱动中，可能存在误差或信号的干扰等，使得运动装置的实际位移比控制系统给出的运动距离小或大，本实施例中运动装置的移动、位置实时检测以及控制系统的调整运动装置的速度构成运动过程的全闭环反馈回路，控制系统处理打标内容数据是以编码器反馈过来的位置数据作为处理依据，本发明实施列的运动装置采用电机驱动丝杆带动与丝杆螺合的直线平台运动，选择的丝杆螺距是10mm，设置电机转动一圈的脉冲5000个脉冲数，则相当于5000脉冲数对应10mm直线距离，从而得出运动装置的位置与脉冲数的函数关系为f(x)＝10x/5000，f(x)为运动装置的位移值，x为需要的脉冲数；编码器旋转一圈经倍频处理最后得出的的脉冲计算个数位为6000脉冲数，丝杆螺距10mm，得出函数关系为f(y)＝6000y/10，f(y)为编码器反馈的计算个数，y为运动装置的实际位移值。

当控制系统得到编码器反馈的计算个数f(y)后，可以计算出运动装置的实际位移值y，然后计算V1＝(d2-(d1-d3))/t1的值，从而实时的调整运动装置的速度v1，使得工件的待加工部分始终位于振镜系统的固有打标范围内。只要运动装置带动工件没有滞后或超前打标范围，那么无论多长的打标图形都会标记到工件上，而且保证了打标内容和打标后的实际内容的一致性。

本实施例中，所述运动装置为编码器。

在其他实施例中，也可以在激光对S130步骤打标的同时进行S150操作。

S150，打标完成。

本发明实施例提供的扩展打标范围的激光打标方法，激光与工件同时运动，且实时的检测运动装置的位置信息，并将其反馈到控制系统，从而不断的调整运动装置的速度，以保证在任意时刻，将要打标的数据对应的工件打标位置所在部分都处于振镜系统的固有打标范围内。利用伺服直线平台配合振镜系统不断补充打标长度，在效果上相当于增加了打标范围，可以实现任意长度的打标功能。

在其他实施例中，S110步骤之前还包括直线平台回原点和导入打标文档步骤。

在其他实施例中，S150步骤之后还包括直线平台回原点步骤。

本实施例中直线平台影响只是刚启动到出光打标的这个精度，即每个打标产品启点一致性的精度，在激光已经启动打标精度就完全由振镜系统本身决定。如果对于要求打标起点非常严格，直线平台的选择就变得很重要，因为没有出光前，工件移动到打标位置是直线平台控制的，每次移动距离精度必须要直线平台保证，之后打标过程的精度就由振镜系统控制了，在其他实施例中，直线平台精度高的直线电机，丝杆，精度差的有皮带，齿条等。

如图3所示，本发明实施例还提供一种与上述方法实施例对应的扩展打标范围的激光打标系统100，包括工作台110、置于所述工作台110上的激光发生器120、与所述激光发生器120相连的打标头130、带动工件移动的运动装置140、用于对所述运动装置140的实际位置进行检测的位置检测装置(图未示)以及控制系统(图未示)；其中，所述打标头130上设有振镜系统(图未示)；所述控制系统包括：

计算模块(图未示)，用于计算出运动装置的实际位移d3；已经完成打标内容在工件上对应的长度d1；将要打标的数据在工件上所需要打标时间t1；所述运动装置的实时速度v1；

速度控制模块(图未示)，根据所述计算模块计算的实时速度v1控制所述运动装置的速度。

本实施例中，所述位置检测装置为编码器。

进一步地，还包括比较模块(图未示)，用于将已经打标完成的内容在工件上对应的长度d1与运动装置的实际位移d3进行比较，判断所述运动装置的初始速度与振镜系统的打标速度是否明显不适应。

具体地，通过运动装置的实际位移与已经打标完成的内容在工件上对应的的长度进行比较实现的，需要满足的条件为：d1-d2≤d3≤d1；

其中：

d1：已经完成打标内容在工件上对应的长度；

d2：振镜系统在工件运动方向的固有打标范围的长度；

d3：运动装置的实际位移。

当工件待待打标的位置始终都处于打标范围内，接满足d1-d2≤d3≤d1的时候，不需要调整工件的实时速度，否则，需要调整。

进一步地，所述比较模块还可以用于对所述运动装置的初始速度的确定。

进一步地，所述运动装置的运动方向与X方向或Y方向平行。

具体地，所述运动装置140为直线平台，安装直线平台的目的是等效扩展其中某一振镜的打标范围，比如实施例中的一维的直线平台扩展X振镜打标长度，当直线平台处于静止状态，振镜系统本身存在一个X、Y坐标系统的打标范围，增加直线平台后，Y方向没有改变，保持以前自身的系统方向，如果在安装过程直线平台运行方向跟X方向存在一个θ角度，控制系统处理数据是按照X、Y振镜坐标系统进行处理的，则，需要将打标内容进行X、Y角度调节。本实施例中，直线平台和需要扩展的振镜轴方向一致或平行，以便较少调试过程的难度。

控制系统首先对导入的打标数据进行分析，把能在固有打标范围内的数据先进行打标，同时控制直线平台移动，编码器实时检测直线平台运行的准确位置，控制系统在打标过程实时将已经打标完成的数据和现在直线平台移动距离进行比较，当直线平台移动和打标处理数据同步或相差不远，控制系统就不断的更新打标范围的数据，从而实现打标范围扩展的功能，进行不间断出光打标。比如此刻打标内容已经处理100mm长度的数据，直线平台如果移动的距离也差不多，那么打标内容和被打工件配合完好，不会出现相互停滞，控制系统则会连续不断更新打标内容，从而实现不间断出光。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种扩展打标范围的激光打标方法，其特征在于，在激光通过振镜系统对移动的工件进行打标的同时，位置检测装置对工件的位置进行检测并将检测信息反馈到控制系统，控制系统计算出工件的实际位移，并将已经完成打标内容对应的长度结合实际位移与振镜在工件运动方向的打标范围进行比较，根据比较结果控制所述工件的实时速度，保证工件的待打标位置始终处于振镜系统的打标范围内。

2.如权利要求1所述的激光打标方法，其特征在于，工件的运动方向与X轴方向或Y轴方向平行。

3.如权利要求1所述的激光打标方法，其特征在于，所述位置检测装置为编码器。

4.如权利要求1所述的激光打标方法，其特征在于，所述已经完成打标内容在工件上对应的长度-振镜系统在工件运动方向的固有打标范围的长度≤运动装置的实际位移≤已经完成打标内容在工件上对应的长度。

5.一种扩展打标范围的激光打标系统，包括激光发生器和打标头，其特征在于，还包括带动工件移动的运动装置、用于对所述运动装置的实际位置进行检测的位置检测装置以及控制系统；其中，所述打标头上设有振镜系统；所述控制系统包括：

计算模块，用于计算出运动装置的实际位移；已经完成打标内容在工件上对应的长度；将要打标的数据在工件上所需要打标时间；所述运动装置的实时速度；

速度控制模块，用于根据计算模块计算出的所述运动装置的实时速度对所述运动装置的速度进行调整。

6.如权利要求5所述的激光打标系统，其特征在于，所述运动装置的运动方向与X轴方向或Y轴方向平行。

7.如权利要求5所述的激光打标系统，其特征在于，还包括比较模块，用于将运动装置的实际位移与已经预打标完成的内容在工件上对应的长度进行比较。