CN106626848B - 一种对打标物上深孔结构打标的3d激光打标方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种打标物上具有深孔结构的3D激光打标方法，包括激光器、调焦镜组、振镜和控制系统，所述控制系统通过控制所述调焦镜组从而控制激光焦点在打标物体Z轴方向上的位置；本方法包括以下步骤：导入打标物的3D模型：导入打标物的3D模型，在其深孔部位上建立一个覆盖深孔位置的虚拟打标面；导入打标图案；贴覆图案；放置打标物；读取图案与3D模型的位置关系；对打标物进行打标，深孔位置图案直接打印在虚拟打标面上。本发明在打标物的深孔部位创建一个覆盖深孔的虚拟打标面，当打标到深孔位置时就将图案直接打标到虚拟打标面上，有效地避免了Z轴光标瞬间大距离跳变的情况，降低了对调节驱动器的损坏，延长了其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及3D激光打标领域，特别是一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法。
背景技术
3D激光打标是激光表面凹陷加工方式，其利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记。激光打标可以标记出各种文字、符号和图案等，字符大小甚至可达到微米量级。用于激光打标的激光束由激光器产生，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，形成凹陷的永久痕迹。传统2D激光打标采用的是后聚焦方式，一般只能在指定范围内进行平面打标。
3D激光打标机采用先进的前聚集方式，多出了动态聚焦座，这采取光原理学，类像蜡烛成像的工作原理，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。
虽然3D激光打标已经实现，但是其仍然存在一定的缺陷，例如，对于打标物体上具有深孔结构在打标过程中，图案会直接打在深孔上，这样会造成Z轴光标瞬间跳变距离很大，从而导致控制Z轴调焦的Z轴调节驱动器部分的驱动装置瞬间移动幅度较大，长此以往，Z轴调节驱动器部分很容易损坏，大大降低了其使用寿命，因此有待对这一技术问题进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在具有深孔结构的打标物上进行打标时可以克服经过深孔部位Z轴光标进行突变的情况，避免了Z轴调焦的调节驱动器部分的电机的大幅度移动，使其不易损坏，延长了其使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法，包括激光器、调焦镜组、振镜和控制系统，所述激光器发出的激光通过所述调焦镜组进行调焦后再经过所述振镜射出,最后射到打标物上对打标物进行打标；所述控制系统通过所述振镜从而控制激光焦点在打标物体X和Y方向上的位置；所述控制系统通过控制所述调焦镜组从而控制激光焦点在打标物体Z轴方向上的位置；本方法还包括以下步骤：
S1：导入打标物的3D模型：所述控制系统包括计算机系统，在计算机系统内导入打标物的3D模型；
S2：创建虚拟打标面：对于具有深孔结构的打标物，在打标物的深孔部位上建立一个覆盖深孔位置的虚拟打标面；
S3：导入打标图案：将需要打标的图案导入到所述计算机系统中；
S4：贴覆图案：将需要打标的图案沿3D模型的表面贴覆，所述图案在贴覆至深孔位置时，将图案沿深孔位置上的虚拟打标面贴覆；
S5：放置打标物：将与3D模型相应的打标物放置在打标平台上，并校准打标位置；
S6：读取图案与3D模型的位置关系：所述计算机系统根据贴覆有图案的3D模型，读取图案与所述打标物的位置关系；
S7：对打标物进行打标：所述计算机系统通过控制所述振镜和调焦镜组在打标物的对应位置上打标出对应的图案，通过深孔位置时，将所述图案直接打标在与3D模型虚拟打标面所对应的打标物的虚拟位置上。
优选地，所述虚拟打标面为直线平面、弧形面或波形面。
优选地，所述虚拟打标面为深孔一侧边缘经最短距离径向延伸到另一侧边缘且覆盖整个深孔的直线平面。
优选地，所述虚拟打标面与深孔周侧打标物体的表面在连接处相切。
优选地，所述虚拟打标面在相切处的切线与水平方向的夹角为θ，并且θ≤45度。
优选地，所述虚拟打标面在相切处与深孔底部的距离为h，h≥4mm。
优选地，所述虚拟打标面至少与深孔周侧打标物体表面的某一侧边相切连接。
优选地，所述调焦镜组包括一组平行且相对设置的第一透镜和第二透镜，所述第一透镜固定不动，第二透镜安装在Z轴调节驱动器上，在所述Z轴调节驱动器的带动下可左右移动所述第二透镜从而调节两片镜之间的距离最终达到调节所述激光焦点在打标物体Z轴方向上的位置。
优选地，所述Z轴调节驱动器包括固定座和电机，所述电机固定安装在所述固定座上，所述固定座上设置有条状导轨，导轨上安装有滑块，所述滑块上安装有镜座，所述第二透镜镶嵌在所述镜座上。
优选地，所述电机与转轴连接，所述转轴上连接有驱动装置，所述驱动装置包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆一端与转轴连接另一端连接所述第二连杆，所述第二连杆与所述滑块连接，用于带动所述滑块在所述导轨上来回滑动。
本发明的有益效果是：本发明在具有深孔结构的打标物的深孔部位创建一个覆盖深孔的虚拟打标面，当打标到深孔位置时将所述图案直接打标在与3D模型虚拟打标面所对应的打标物的虚拟位置上，有效地避免了Z轴光标瞬间大距离跳变的情况，从而避免了控制Z轴调焦的调节驱动器部分的驱动装置瞬间的大幅度移动，大大降低了对调节驱动器的损坏，延长了其使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法的硬件结构示意图。
图2为本发明一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法中Z轴调节驱动器的结构示意图。
图3为本发明一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法的操作步骤示意图。
图4-图8为本发明中不同深孔结构的结构示意图。
图中各部件对应的标号：激光器-1，调焦镜组-2，第一透镜-21，第二透镜-22，振镜-3，打标物-4，Z轴调节驱动器-5，固定座-51，电机-52，导轨-53，滑块-54，镜座-55，第一连杆-56，第二连杆-57，深孔-6，虚拟打标面-7。
具体实施方式
如图1所示，一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法，包括激光器1、调焦镜组2、振镜3和控制系统，所述激光器1发出的激光通过所述调焦镜组2进行调焦后再经过所述振镜3射出最后射到打标物4上对打标物4进行打标；所述控制系统通过所述振镜3从而控制激光焦点在打标物体X和Y方向上的位置；所述控制系统通过控制所述调焦镜组2从而控制激光焦点在打标物体Z轴方向上的位置。
具体地，如图2所示，所述调焦镜组2包括一组平行且相对设置的第一透镜21和第二透镜22，所述第一透镜21固定不动，第二透镜22安装在Z轴调节驱动器5上，在所述Z轴调节驱动器5的带动下可左右移动从而调节两片镜之间的距离最终达到调节所述激光焦点在打标物体Z轴方向上的位置，所述第一透镜21和第二透镜22之间距离不同时最后激光聚焦后焦点在Z轴方向的位置也不相同。
所述Z轴调节驱动器5包括固定座51和电机52，所述电机51固定安装在所述固定座上52，所述固定座51上设置有条状导轨53，导轨53上安装有滑块54，所述滑块54上安装有镜座55，所述第二透镜22镶嵌在所述镜座55上。所述电机52与转轴连接，所述转轴上连接有驱动装置，所述驱动装置包括第一连杆56和第二连杆57，所述第一连杆56一端与转轴连接另一端通过轴承连接所述第二连杆57，所述第二连杆57与所述滑块54连接，用于带动所述滑块54在所述导轨53上来回滑动。
Z轴调节驱动器5工作过程如下：首先控制系统根据具体打标需求对Z轴调节驱动器5发出指令从而启动电机52做相应的运作，当电机52转动时通过所述转轴带动第一连杆56转动，第一连杆56转动又依次带动第二连杆57和滑块54移动，从而达到带动所述第二透镜22移动从而改变了第一透镜21和第二透镜22之间的距离，最终达到改变激光焦点在在Z轴方向上的位置。
如图3所示：本方法包括以下步骤：
S1：导入打标物的3D模型：所述控制系统包括计算机系统，在计算机系统内导入打标物的3D模型；
S2：创建虚拟打标面：对于具有深孔结构的打标物，在打标物的深孔部位上建立一个覆盖深孔位置的虚拟打标面；
S3：导入打标图案：将需要打标的图案导入到所述计算机系统中；
S4：贴覆图案：将需要打标的图案沿3D模型的表面贴覆，所述图案在贴覆至深孔位置时，将图案沿深孔位置上的虚拟打标面贴覆；
S5：放置打标物：将与3D模型相应的打标物放置在打标平台上，并校准打标位置；
S6：读取图案与3D模型的位置关系：所述计算机系统根据贴覆有图案的3D模型，读取图案与所述打标物的位置关系；
S7：对打标物进行打标：所述计算机系统通过控制所述振镜和调焦镜组在打标物的对应位置上打标出对应的图案，通过深孔位置时，将所述图案直接打标在与3D模型虚拟打标面所对应的打标物的虚拟位置上。
具体地，这是所说的深孔包括打标物上的孔洞、穿孔或者缝隙，其中深孔可以为半闭合孔，深孔还可以为打标物的边缘。
所述虚拟打标面为虚拟打标面为直线平面、弧形面或波形面。当所述虚拟打标面为直线平面是，其表示深孔一侧边缘经最短距离延伸到另一侧边缘且覆盖整个深孔的直线平面，这种虚拟打标面多建立在打标面表面为直线平面的时候，采用最短距离的直线平面型虚拟打标面，有效地提高了打标的速度，改善了打标效率；当虚拟打标平面为弧形面或者波形面时，所述虚拟打标面与深孔周侧打标物体的表面在连接处相切，虚拟打标平面与深孔周侧打标物体的表面相切时包括以下情况：所述虚拟打标面在相切处的切线与水平方向的夹角为θ，并且θ≤45度；所述虚拟打标面在相切处与深孔底部的距离为h，h≥4mm；所述虚拟打标面至少与深孔周侧打标物体表面的某一侧边相切连接。
虚拟打标平面与深孔周侧打标物体的表面相切时，所述虚拟打标面契合深孔周侧打标物体表面的形状，即虚拟打标平面按照打标物表面的图形趋势建立，这样有效保证了打标机的打标惯性，使打标的连贯性更好。
具体深孔的情况见图4-图8所示，深孔的形状结构包括但不限于图上所示，图中标号6为深孔，7为虚拟打标面。
本发明在具有深孔结构的打标物的深孔部位创建一个覆盖深孔的虚拟打标面，当打标到深孔位置时就将图案直接打标到虚拟打标面上，有效地避免了Z轴光标瞬间大距离跳变的情况，从而避免了控制Z轴调焦的调节驱动器部分的驱动装置瞬间的大幅度移动，大大降低了对调节驱动器的损坏，延长了其使用寿命。
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 (10)
1.一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法，其特征在于，包括激光器、调焦镜组、振镜和控制系统，所述激光器发出的激光通过所述调焦镜组进行调焦后再经过所述振镜射出,最后射到打标物上对打标物进行打标；所述控制系统通过所述振镜从而控制激光焦点在打标物体X和Y方向上的位置；所述控制系统通过控制所述调焦镜组从而控制激光焦点在打标物体Z轴方向上的位置；本方法包括以下步骤：
S1：导入打标物的3D模型：所述控制系统包括计算机系统，在计算机系统内导入打标物的3D模型；
S2：创建虚拟打标面：对于具有深孔结构的打标物，在打标物的深孔部位上建立一个覆盖深孔位置的虚拟打标面；
S3：导入打标图案：将需要打标的图案导入到所述计算机系统中；
S4：贴覆图案：将需要打标的图案沿3D模型的表面贴覆，所述图案在贴覆至深孔位置时，将图案沿深孔位置上的虚拟打标面贴覆；
S5：放置打标物：将与3D模型相应的打标物放置在打标平台上，并校准打标物的打标位置；
S6：读取图案与3D模型的位置关系：所述计算机系统根据贴覆有图案的3D模型，读取图案与所述打标物的位置关系；
S7：对打标物进行打标：所述计算机系统通过控制所述振镜和调焦镜组在打标物的对应位置上打标出对应的图案，通过深孔位置时，将图案直接打标在与3D模型虚拟打标面所对应的打标物的虚拟位置上。
2.如权利要求1所述的一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法，其特征在于，所述虚拟打标面为直线平面、弧形面或波形面。
3.如权利要求1所述的一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法，其特征在于，所述虚拟打标面为深孔一侧边缘经最短距离径向延伸到另一侧边缘且覆盖整个深孔的直线平面。
4.如权利要求1所述的一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法，其特征在于，所述虚拟打标面与深孔周侧打标物体的表面在连接处相切。
5.如权利要求4所述的一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法，其特征在于，所述虚拟打标面在相切处的切线与水平方向的夹角为θ，θ≤45度。
6.如权利要求4所述的一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法，其特征在于，所述虚拟打标面在相切处与深孔底部的距离为h，h≥4mm。
7.如权利要求1所述的一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法，其特征在于，所述虚拟打标面至少与深孔周侧打标物体表面的某一侧边相切连接。
8.如权利要求1所述的一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法，其特征在于，所述调焦镜组包括一组平行且相对设置的第一透镜和第二透镜，所述第一透镜固定不动，第二透镜安装在Z轴调节驱动器上，在所述Z轴调节驱动器的带动下所述第二透镜可左右移动从而调节两片镜之间的距离最终达到调节所述激光焦点在打标物体Z轴方向上的位置。
9.如权利要求8所述的一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法，其特征在于，所述Z轴调节驱动器包括固定座和电机，所述电机固定安装在所述固定座上，所述固定座上设置有条状导轨，导轨上安装有滑块，所述滑块上安装有镜座，所述第二透镜镶嵌在所述镜座上。
10.如权利要求9所述的一种对打标物上的深孔结构进行打标的3D激光打标方法，其特征在于，所述电机与转轴连接，所述转轴上连接有驱动装置，所述驱动装置包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆一端与转轴连接另一端连接所述第二连杆，所述第二连杆与所述滑块连接，用于带动所述滑块在所述导轨上来回滑动。
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