CN108994461A - 一种智能激光标刻加工实训系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能激光标刻加工实训系统及其实现方法，包括激光器；还包括：Z轴升降台，通过伺服电机驱动或步进电机驱动，通过激光标刻智能调焦系统进行控制配合做上下升降运动，以适应各种加工材料任意平面的标刻加工；激光自动测距装置，设于光纤激光器的系统光路上，通过激光标刻智能调焦系统进行激光测距，以使激光焦点落于待加工工件表面；激光标刻智能调焦系统，用于控制所述激光自动测距装置和Z轴升降台，并对激光测距的数据进行记录，所述数据包括设定焦长、实测长度、待加工工件高度值。采用本发明，能够实现智能化激光调焦、确定加工高度，从而提高激光标刻加工高度智能定高的功能。

Description

一种智能激光标刻加工实训系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及激光标刻和精密加工技术，尤其涉及一种智能激光标刻加工实训系统及其实现方法。

背景技术

激光标刻技术已经广泛应用于加工要求精密的行业，适用于手机按键，精密器械、汽车配件、眼镜钟表、卫浴洁具、医疗医械、仪表仪器、ABS塑料、树脂材料、PC塑料、电子IC汽车音响、油漆表面等行业。

现在设备在加工前都需要根据加工对象的外观尺寸进行焦距调整，这样就需要样品进行测试，每次更换产品都需要进行焦距重测，因此很浪费材料和时间。有的需要标刻很多单个的非标的产品，调焦需要耗材，就不宜做测试来调整高度。市场主流的激光标刻设备调整焦距的方法主要有：1)用工件测试，连续出光，调整高度来定加工距离；2)根据使用的场镜焦距参数，用尺子测量工件与场镜的距离来定加工高度。但有很多工件非标、唯一，若测试没有多余的耗材使用，若用尺子测量有误差，甚至有点在工件里面，均不宜定加工高度。

传统的激光标刻设备，调焦步骤和方法有一定的局限性，不利于产品的单个加工，只能在完成测试后针对同样产品批量的加工应用。在实际的激光标刻应用中，更多的是单一产品，难以完美的一次加工好的产品出来。因此，在当前市场，激光标刻智能加工实训系统非常有必要实现智能加工和设备信息管理这方面的智能化功能，而当前市场上的传统激光标刻设备是没有实现的。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种智能激光标刻加工实训系统及其实现方法，将智能调焦、语音向导、设备使用记录等设备智能加工功能集中在激光标刻加工实训系统中，以实现智能化调整焦距、确定加工高度，从而提高激光标刻加工高度智能定高的功能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种智能激光标刻加工实训系统，包括激光器，还包括激光标刻智能调焦系统、激光自动测距装置和Z轴升降台；其中：

所述Z轴升降台，通过伺服电机驱动或步进电机驱动，通过激光标刻智能调焦系统进行控制配合做上下升降运动，以适应各种加工材料任意平面的标刻加工；

所述激光自动测距装置，设于光纤激光器的系统光路上，通过激光标刻智能调焦系统进行激光测距，以使激光焦点落于待加工工件表面；

所述激光标刻智能调焦系统，用于控制所述激光自动测距装置和Z轴升降台，并对激光测距的数据进行记录，所述数据包括设定焦长、实测长度、待加工工件高度值。

其中，还包括语音播报系统，与所述激光标刻智能调焦系统数据连接，通过语音播报方式引导操作者进行加工高度的调整，实现激光器智能调焦。

所述语音播报系统，将激光自动测距装置所测得的焦长数据以语音方式进行播报。

所述激光自动测距装置，采用工业激光测距实施定焦距，将焦长数据传输至所述激光标刻智能调焦系统进行分析，根据分析结果，通过所述激光标刻智能调焦系统控制Z轴升降台，将其自动调节至加工高度，使激光焦点落于工件表面，以进行激光标刻。

所述激光标刻智能调焦系统，根据预设的焦长数据，实时计算场镜与工件表面距离，将Z轴自动调节至加工位置，实现智能调焦标刻功能。

一种智能激光标刻加工实训系统的实现方法，包括如下步骤：

利用通过伺服电机驱动或步进电机驱动的Z轴升降台，通过激光标刻智能调焦系统进行控制配合做上下升降运动，以适应各种加工材料任意平面的标刻加工；

通过设于光纤激光器的系统光路上的激光自动测距装置，通过激光标刻智能调焦系统进行激光测距，以使激光焦点落于待加工工件表面；

利用激光标刻智能调焦系统，控制所述激光自动测距装置和Z轴升降台，并对激光测距的数据进行记录，所述数据包括设定焦长、实测长度、待加工工件高度值。

还包括：利用所述激光标刻智能调焦系统数据连接的语音播报系统，通过语音播报方式引导操作者进行加工高度的调整，实现激光器智能调焦的步骤。

本发明的智能激光标刻加工实训系统及其实现方法，具有如下有益效果：

1)本发明智能激光标刻加工实训系统，除了可以用作激光标刻加工工件，同时还可作为学习激光标刻机设备、标刻机操作步骤、激光打标设备控制原理、激光打标加工工艺等课程的实训系统。

2)本发明智能激光标刻加工实训系统，不同于传统的激光标刻加工设备的不精准的调焦方式，传统的激光标刻加工设备难以实现单个产品的高效加工功能。本发明的激光智能调焦标刻加工系统，以电动Z轴升降台、智能激光测距系统和智能调焦系统为核心，将语音播报系统关联起来形成智能激光调焦标刻加工实训系统，对激光标刻加工进行智能调焦，从而达到智能激光标刻加工的智能化的目的。此外，通过实现智能调焦、电动升降平台、语音播报向导、设备使用记录功能，实现了激光标刻设备智能化，减少耗材浪费、提升加工效率和质量，降低材料的费用。

附图说明

图1为本发明实施例智能激光标刻加工实训系统组成结构示意图；

图2为图1所示激光标刻加工实训系统的激光器、45°反射镜、激光指示+测距、伺服Z轴升降模块示意图；

图3为图1所示语音播放系统、控制面板示意图；

图4为本发明实施例的智能激光标刻加工实训系统的电气控制原理图；

图5为图4所示的智能激光标刻加工实训系统中将反馈回来的激光电信号进行放大的电路图原理图；

图6为图4所示的智能激光标刻加工实训系统的自动调焦电路原理图；

图7为图4所示的智能激光标刻加工实训系统的自动伺服系统自动调速电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例智能激光标刻加工实训系统组成结构示意图。图2为图1所示激光标刻加工实训系统的激光器、45°反射镜、激光指示+测距、伺服Z轴升降模块示意图。图3为图1所示语音播放系统、控制面板示意图。

如图1所示，该智能激光标刻加工实训系统，主要包括光纤激光器1、Z轴升降台2、激光自动测距装置3、语音播报系统4和激光标刻智能调焦系统5。其中：

光纤激光器1，其核心包括激光发生器。所述光纤激光器1与所述Z轴升降台2相连，配套进行使用。

Z轴升降台2，为伺服电机驱动或步进电机驱动的可升降台，用于通过激光标刻智能调焦系统5进行控制配合做上下升降运动，以适应各种加工材料任意平面的标刻加工。

激光自动测距装置3，设于光纤激光器1的系统光路上，用于通过激光标刻智能调焦系统5进行激光测距，以使激光焦点落于待加工工件表面。在本实施例中，所述激光自动测距装置3，采用工业激光测距实施定焦距，将焦长数据传输至所述激光标刻智能调焦系统5进行分析，根据分析结果，通过所述激光标刻智能调焦系统5控制Z轴升降台2，将其自动调节至加工高度，从而使激光焦点落于工件表面，以进行激光标刻。

语音播报系统4，与所述激光标刻智能调焦系统5数据连接，通过语音播报方式引导工作人员进行正确的调整加工高度，实现激光器智能调焦功能。所述语音播报系统4，还可以将激光自动测距装置3所测得的焦长数据以语音方式进行播报。

激光标刻智能调焦系统5，用于对激光测距的数据进行记录，所述数据包括设定焦长、实测长度、待加工工件高度等。较佳地，还可以根据预设的焦长数据，实时计算场镜与工件表面距离，将Z轴自动调节至加工位置(即将激光焦点调整至待加工工件表面)，实现智能调焦标刻功能，无需再耗费样品进行测试去获得准确的加工位置。

如图2、图3所示的激光标刻加工实训系统，除了包含激光器1、激光标刻智能调焦系统5、Z轴升降台2、激光自动测距装置3之外，还包括一个45°反射镜6，用于改变红光，使红光与激光光路重合，以指示激光加工路径作用。

如图3所示的激光标刻加工实训系统，除了包含语音播报系统4，还包含控制面板7，用于激光标刻智能调焦系统5

图4为本发明实施例的电气控制原理图。如图4所示，计算机系统与控制系统互相连接，由控制系统向激光器发出指令通过CCD镜头发出激光(红色)经过两个呈45°相对平行设置的反射镜反射到振镜，最后传送到待加工工件表面。同时，CCD镜头将探测的数据反馈给所述Z轴升降台，Z轴升降台通过伺服系统自动调整自身高度至聚焦点位置。由控制系统向语音播报系统发出指令，播报当前的位置信息。最后，再通过所述控制系统将信息传送到所述计算机系统。

图5为本发明实施例的将反馈回来的激光电信号进行放大的电路图，实现激光电信号通讯放大作用。激光电信号Vin输入，通过滤波、限位处理后，通过集成运算放大器amp将信号放大输出Vout，最终传送给相机。

图6为本发明实施例的通过MSP430将接收到的图像信息转换成数字信息，传输到软件中，以控制伺服系统来调整焦距，实现自动调整功能。在MUX混合编程器的作用下，将信号进行编程，经过放大器的作用后输出到模数转换器，通过模数转换器转换成的数字信号传送给相机，发出指令实现调焦功能。

图7为本发明实施例的是对伺服系统进行调速功能的实现。MAX038的输出频率主要受振荡电容CF,IN端电流和FADJ端电压的控制。选择一个CF值，对应IN端电流的变化，将产生一定范围的输出频率。另外，改变FADJ端的电压，可以在IN控制的基础上，对输出频率实现微调控制。为实现输出频率的数控调整，在IN端和FADJ端分别连接一个电压输出的DAC。

首先，通过DACB产生0V(00H)到2.5V(FFH)的输出电压，经电压/电流转换网络，产生0到748mA的电流，叠加上网络本身产生的2mA电流，最终对IN端形成2mA到750pA的工作电流，使之产生相应的输出频率范围。DACB将此工作电流范围分为256级步进间隔，输出频率范围也被分为256级步进间隔。所以IN端的电流对输出频率实现粗调。第二步，通过DACA在FADJ端产生一个从-2.3V(00H)到+2.3V(FFH)的电压范围，该范围同样包含256级步进间隔，IN端的步进间隔再次细分为256级步进间隔，从而在粗调的基础上实现微调。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种智能激光标刻加工实训系统，包括激光器，其特征在于，还包括激光标刻智能调焦系统、激光自动测距装置和Z轴升降台；其中：

所述Z轴升降台，通过伺服电机驱动或步进电机驱动，通过激光标刻智能调焦系统进行控制配合做上下升降运动，以适应各种加工材料任意平面的标刻加工；

所述激光自动测距装置，设于光纤激光器的系统光路上，通过激光标刻智能调焦系统进行激光测距，以使激光焦点落于待加工工件表面；

所述激光标刻智能调焦系统，用于控制所述激光自动测距装置和Z轴升降台，并对激光测距的数据进行记录，所述数据包括设定焦长、实测长度、待加工工件高度值。

2.根据权利要求1所述智能激光标刻加工实训系统，其特征在于，还包括语音播报系统，与所述激光标刻智能调焦系统数据连接，通过语音播报方式引导操作者进行加工高度的调整，实现激光器智能调焦。

3.根据权利要求2所述智能激光标刻加工实训系统，其特征在于，所述语音播报系统，将激光自动测距装置所测得的焦长数据以语音方式进行播报。

4.根据权利要求1所述智能激光标刻加工实训系统，其特征在于，所述激光自动测距装置，采用工业激光测距实施定焦距，将焦长数据传输至所述激光标刻智能调焦系统进行分析，根据分析结果，通过所述激光标刻智能调焦系统控制Z轴升降台，将其自动调节至加工高度，使激光焦点落于工件表面，以进行激光标刻。

5.根据权利要求1所述智能激光标刻加工实训系统，其特征在于，所述激光标刻智能调焦系统，根据预设的焦长数据，实时计算场镜与工件表面距离，将Z轴自动调节至加工位置，实现智能调焦标刻功能。

6.一种如权利要求1～5任一所述智能激光标刻加工实训系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

利用通过伺服电机驱动或步进电机驱动的Z轴升降台，通过激光标刻智能调焦系统进行控制配合做上下升降运动，以适应各种加工材料任意平面的标刻加工；

通过设于光纤激光器的系统光路上的激光自动测距装置，通过激光标刻智能调焦系统进行激光测距，以使激光焦点落于待加工工件表面；

利用激光标刻智能调焦系统，控制所述激光自动测距装置和Z轴升降台，并对激光测距的数据进行记录，所述数据包括设定焦长、实测长度、待加工工件高度值。

7.根据权利要求6所述智能激光标刻加工实训系统的实现方法，其特征在于，还包括：

利用所述激光标刻智能调焦系统数据连接的语音播报系统，通过语音播报方式引导操作者进行加工高度的调整，实现激光器智能调焦的步骤。