CN109500499A - 一种基于三维扫描的激光打标机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维扫描的激光打标机，包括有控制系统、升降横移机构、光基座、激光打标头和操作控制盒，在激光打标头的底部设置有三维扫描仪，在激光打标头中设置有传感器测距仪，在光基座中设置有对焦控制器，传感器测距仪及操作控制盒连接对焦控制器。本发明新型通过在普通的3D激光打标机上加装三维扫描仪，这种将三维激光打标技术和三维相机拍照成像技术结合起来的自动化流程实现方法，解决了在三维激光打标领域对于任意形状加工对象重建模型存在的困难，实现了无需人工抄数、分析和逆向的繁琐过程，可迅速完成三维贴图从而给任何形状物体的表面进行标记，节省大量时间精力，提高了生产效率和生产精度。
Description
技术领域
本发明涉及激光打标设备技术领域，具体涉及一种可用于对三维立体物体进行激光打标的设备。
背景技术
激光打标是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的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。激光打标机进行打标操作时，是利用激光器产生激光后，激光穿过振镜、场镜到工件上形成一个激光点，此时红光与激光属于重合的状态，垂直于工件上表面，红光所在的位置即为激光打标的位置，此时激光通过场镜聚焦后在打标工件上有一定距离，即所谓的焦距。现有的激光打标机大多无法实现自动对焦，只能确定打标位置，然后先将一张金属片放置于工件表面，一边标刻一边通过手轮调整升降柱立柱，改变场镜与工件之间的距离来找焦点，标刻效果最佳，声音最响亮的位置，即为激光打标焦点，这种定焦方法存在打标不方便、效率低、打标质量差等问题。少数能实现自动对焦的装置，一般对焦控制器采用传统PLC+模数转换器，这种结构体积非常大，程序固定且不能升级，不能软件控制，处理速度慢且稳定性不好，不可拓展。
为此，本申请人提出了一种可变焦激光打标光学系统(CN201621032798.9)，该装置不仅体积较小，而且可快速而精确地打标3D图形。然而，包括本装置在内的现有技术在实现曲面或异形物打标，例如圆锥、球面、梯形等物体时，需要先获得打标物体的原始三维图并在软件中绑定才可以打标，而原始三维图的获得通常需人工去抄数、分析和逆向来获得。然而此方式在生产应用时对操作人员的要求很高，效率很低，非常不方便，不利于生产效率的提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、可以迅速获得三维图、通过三维图控制装置自动移动、以提高生产效率和生产精度的基于三维扫描的激光打标机。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于三维扫描的激光打标机，包括有控制系统、升降横移机构、光基座、激光打标头和操作控制盒，激光打标头安装于光基座上并连接控制系统，光基座安装于升降横移机构上；激光打标头上设置有振镜和聚焦镜，在光基座中设置有电源模块，光基座的一端接出有光纤传输线，其特征在于：在激光打标头的底部设置有三维扫描仪(或三维相机，均为现有产品)形成对立体结构工件的三维图像采集机构，三维扫描仪连接到控制系统；在激光打标头中设置有传感器测距仪，形成对激光打标头与工件之间距离的测量机构；在光基座中设置有对焦控制器(可直接利用现有的对焦控制器)，传感器测距仪及操作控制盒连接对焦控制器，电源模块与对焦控制器连接形成供电机构，对焦控制器接收操作控制盒及传感器测距仪的输入信号；升降横移机构采用电机作为驱动装置，在光基座中还设置有电机驱动器，电机与电机驱动器连接，电机驱动器与对焦控制器连接，对焦控制器控制电机驱动器，电机驱动器控制电机。
进一步地，所述升降横移机构包括有横移轴和升降轴，光基座安装在横移轴上，横移轴安装在升降轴上，三者共同构成激光打标头的升降移动和横向移动结构。
进一步地，所述升降轴中设置有升降丝杆，在升降轴的顶端安装有升降电机，升降电机连接升降丝杆，同时升降电机还单独连接电机驱动器，通过电机驱动器的控制实现升降电机的自动运转。
进一步地，在升降轴上安装有升降板，升降板与升降丝杆连接，整个横移轴安装在该升降板上形成可升降结构；在升降轴的上部设置有上限位装置，在升降轴的下部设置有下限位装置，两者配合形成升降板的上下限位结构。
进一步地，所述横移轴中设置有横移丝杆，在横移轴的尾端安装有横移电机，横移电机连接横移丝杆，同时横移电机还单独连接电机驱动器，通过电机驱动器的控制实现横移电机的自动运转。
进一步地，在横移轴上安装有横移板，横移板与横移丝杆连接，整个光基座安装在该横移板上形成可横移结构；在横移轴的左端设置有左限位装置，在横移轴的右端设置有右限位装置，两者配合形成横移板的左右限位结构。
进一步地，所述升降轴的底部安装在一升降轴固定板上，升降轴固定板安装在一设备固定底板上，设备固定底板位于光基座及激光打标头的下方，工件亦放置在该设备固定底板上。
工作时，将工件放在设备固定底板的放置标记处，三维扫描仪对工件表面的形状进行轮廓扫描、成像、显示和贴图，并将三维图传给控制系统，同时传感器测距仪自动探测物体，反馈信息给对焦控制器，对焦控制器连接电机驱动器控制升降电机工作，使升降丝杆旋转带动升降板升降运动，准确找到焦距，从而进行定位加工，横移过程与升降过程类似。其中对焦控制器内置16bit/24bit高精度ADC芯片，保证自动对焦定位准确，可支持多种不同厂商不同型号的位移传感器，可直接连接控制伺服或者步进电机驱动器，除了常用的按钮一键对焦操作，还可定制设计的PC端控制面板，实现免操作手柄的软件自动对焦控制。
本发明新型通过在普通的3D(三维)激光打标机上加装三维相机或者三维扫描仪，实现对不规则物体表面的形状进行轮廓扫描、成像、显示和贴图打标等一系列自动化过程。这种将三维激光打标技术和三维相机拍照成像技术结合起来的自动化流程实现方法，解决了在三维激光打标领域对于任意形状加工对象重建模型存在的困难，实现了无需人工抄数、分析和逆向的繁琐过程，可迅速完成三维贴图从而给任何形状物体的表面进行标记，节省大量时间精力，提高了生产效率和生产精度。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中，1为光基座，11为对焦控制器，12为电机驱动器，13为电源模块，14为光纤传输线，2为横移轴，21为横移电机，22为横移丝杆，23为横移板，3为升降轴，31为升降电机，32为升降丝杆，33为升降板，34为上限位装置，35为下限位装置，4为激光打标头，41为传感器测距仪，5为振镜，6为聚焦镜，7为设备固定底板，71为升降轴固定板，8为三维扫描仪，9为工件，10为操作控制盒。
具体实施方式
本实施例中，参照图1，所述基于三维扫描的激光打标机，包括有控制系统、升降横移机构、光基座1、激光打标头4和操作控制盒10，激光打标头4安装于光基座1上并连接控制系统，光基座1安装于升降横移机构上；激光打标头4上设置有振镜5和聚焦镜6，在光基座1中设置有电源模块13，光基座1的一端接出有光纤传输线14；在激光打标头4的底部设置有三维扫描仪8(三维相机亦可，均为现有产品)形成对立体结构工件9的三维图像采集机构，三维扫描仪8连接到控制系统；在激光打标头4中设置有传感器测距仪41，形成对激光打标头4与工件9之间距离的测量机构；在光基座1中设置有对焦控制器11(可直接利用现有的对焦控制器)，传感器测距仪41及操作控制盒10连接对焦控制器11，电源模块13与对焦控制器11连接形成供电机构，对焦控制器11接收操作控制盒10及传感器测距仪41的输入信号；升降横移机构采用电机作为驱动装置，在光基座1中还设置有电机驱动器12，电机与电机驱动器12连接，电机驱动器12与对焦控制器11连接，对焦控制器11控制电机驱动器12，电机驱动器12控制电机。
所述升降横移机构包括有横移轴2和升降轴3，光基座1安装在横移轴2上，横移轴2安装在升降轴3上，三者共同构成激光打标头4的升降移动和横向移动结构。
所述升降轴3中设置有升降丝杆32，在升降轴3的顶端安装有升降电机31，升降电机31连接升降丝杆32，同时升降电机31还单独连接电机驱动器12，通过电机驱动器12的控制实现升降电机31的自动运转，以配合自动对焦。
在升降轴3上安装有升降板33，升降板33与升降丝杆32连接，整个横移轴2安装在该升降板33上形成可升降结构；在升降轴3的上部设置有上限位装置34，在升降轴3的下部设置有下限位装置35，两者配合形成升降板33的上下限位结构。
所述横移轴2中设置有横移丝杆22，在横移轴2的尾端安装有横移电机21，横移电机21连接横移丝杆22，同时横移电机21还单独连接电机驱动器12，通过电机驱动器12的控制实现横移电机21的自动运转。
在横移轴2上安装有横移板23，横移板23与横移丝杆22连接，整个光基座1安装在该横移板23上形成可横移结构；在横移轴2的左端设置有左限位装置(未图示，与上限位装置类似)，在横移轴2的右端设置有右限位装置未图示，与下限位装置类似)，两者配合形成横移板23的左右限位结构。
所述升降轴2的底部安装在一升降轴固定板71上，升降轴固定板71安装在一设备固定底板7上，设备固定底板7位于光基座1及激光打标头4的下方，工件9亦放置在该设备固定底板7上。
工作时，将工件9放在设备固定底板7的放置标记处，三维扫描仪8对工件9表面的形状进行轮廓扫描、成像、显示和贴图，并将三维图传给控制系统，同时传感器测距仪41自动探测物体，反馈信息给对焦控制器11，对焦控制器11连接电机驱动器12控制升降电机31工作，使升降丝杆32旋转带动升降板33升降运动，准确找到焦距，从而进行定位加工，横移过程与升降过程类似。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (7)
1.一种基于三维扫描的激光打标机，包括有控制系统、升降横移机构、光基座、激光打标头和操作控制盒，激光打标头安装于光基座上并连接控制系统，光基座安装于升降横移机构上；激光打标头上设置有振镜和聚焦镜，在光基座中设置有电源模块，光基座的一端接出有光纤传输线，其特征在于：在激光打标头的底部设置有三维扫描仪形成对立体结构工件的三维图像采集机构，三维扫描仪连接到控制系统；在激光打标头中设置有传感器测距仪，形成对激光打标头与工件之间距离的测量机构；在光基座中设置有对焦控制器，传感器测距仪及操作控制盒连接对焦控制器，电源模块与对焦控制器连接形成供电机构，对焦控制器接收操作控制盒及传感器测距仪的输入信号；升降横移机构采用电机作为驱动装置，在光基座中还设置有电机驱动器，电机与电机驱动器连接，电机驱动器与对焦控制器连接，对焦控制器控制电机驱动器，电机驱动器控制电机。
2.根据权利要求1所述的基于三维扫描的激光打标机，其特征在于：所述升降横移机构包括有横移轴和升降轴，光基座安装在横移轴上，横移轴安装在升降轴上，三者共同构成激光打标头的升降移动和横向移动结构。
3.根据权利要求2所述的基于三维扫描的激光打标机，其特征在于：所述升降轴中设置有升降丝杆，在升降轴的顶端安装有升降电机，升降电机连接升降丝杆，同时升降电机还单独连接电机驱动器。
4.根据权利要求3所述的基于三维扫描的激光打标机，其特征在于：在升降轴上安装有升降板，升降板与升降丝杆连接，整个横移轴安装在该升降板上形成可升降结构；在升降轴的上部设置有上限位装置，在升降轴的下部设置有下限位装置，两者配合形成升降板的上下限位结构。
5.根据权利要求2所述的基于三维扫描的激光打标机，其特征在于：所述横移轴中设置有横移丝杆，在横移轴的尾端安装有横移电机，横移电机连接横移丝杆，同时横移电机还单独连接电机驱动器。
6.根据权利要求5所述的基于三维扫描的激光打标机，其特征在于：在横移轴上安装有横移板，横移板与横移丝杆连接，整个光基座安装在该横移板上形成可横移结构；在横移轴的左端设置有左限位装置，在横移轴的右端设置有右限位装置，两者配合形成横移板的左右限位结构。
7.根据权利要求2所述的基于三维扫描的激光打标机，其特征在于：所述升降轴的底部安装在一升降轴固定板上，升降轴固定板安装在一设备固定底板上，设备固定底板位于光基座及激光打标头的下方。
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