CN111037106A - 一种激光加工设备的z轴运动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光加工设备的Z轴运动控制系统及方法，包括机架，激光打标组件，电机，驱动模块，激光测距模块和打标控制模块，所述打标控制模块根据接收到的激光测距模块测量的距离数据做出以下操作：根据预存的数学模型以及打标距离与光路组件位置的实际操作数据通过大数据运算计算光路组件在导轨上的位置刻度值，然后控制摆臂围绕输出轴转动相应的摆角，转动到对应的摆动原点位置后，控制驱动模块驱动光路组件滑到对应的刻度值位置上，接着控制第一摆臂在摆动原点左右15度的范围内进行微调从而带动光路组件左右小幅度滑动确定最终的光路组件位置。本发明实现了设备自动对焦，大大提高了对焦的准确度以及对焦效率。

Description

一种激光加工设备的Z轴运动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及激光打标领领域，具体涉及一种激光加工设备的Z轴运动控制系统及方法。

背景技术

激光打标机是综合了激光技术和计算机技术的光、机电一体化设备。激光打标技术目前在国内外工业上的应用正被人们逐渐重视，各种新型的打标设备层出不穷，它以其独特的优点正在取代传统的标记方法，可在各种机械零部件、电子元器件、集成电路模块、仪器、仪表等多种物体表面上，打印出标记。

其工作原理为激光器产生激光，经过聚焦镜片聚焦后，再照射到打标物体的表面，只有当打标物体位于焦距位置时才具有较为理想的打标效果。现有技术都是人工手动对标机进行调整以及对焦，手动调节降低了打标机的工作效率，调节的误差较大，这降低了打标的精度和效率，同时现有技术在滑轨上，镜片在电机驱动下只能以A点为中心前后摆动微小的幅度，控制的焦距变化深度有限，因此有待对现有的技术进行进一步地改进。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的提供一种自动调焦，打标精度高，效率快的一种激光加工设备的Z轴运动控制系统及方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种激光加工设备的Z轴运动控制系统，包括机架，激光打标组件，电机，驱动模块，激光测距模块和打标控制模块，其中：

所述机架上设置有导轨，所述导轨上设置有刻度数值；

所述激光打标组件包括依次安装的激光器、光路组件和扫描头；所述激光器用于发出激光；所述光路组件设置在导轨上，包括若干凹透镜和/或凸透镜，用于调节入射激光的光束焦距；所述扫描头用于改变打标激光的方向，使打标激光朝向打标机台射出；

所述电机通过输出轴及摆臂组件与光路组件连接，所述摆臂组件包括第一摆臂和第二摆臂，所述第一摆臂一段与电机输出轴连接，所述第一摆臂围绕输出轴转动，另一端动过轴销与第二摆臂活动连接，所述第二摆臂的另一端与所述光路组件连接；

所述驱动模块与所述电机连接，用于驱动光路组件在导轨上来回滑动；

所述激光测距模块安装在扫描头上，用于实时测量打标物表面到扫面头之间的距离，并将测量的数据发送给打标控制模块；

所述打标控制模块根据接收到的激光测距模块测量的距离数据做出以下操作：

首先根据预存的数学模型以及打标距离与光路组件位置的实际操作数据通过大数据运算计算光路组件在导轨上的位置刻度值，然后控制摆臂围绕输出轴转动相应的摆角，转动到对应的摆动原点位置后，控制驱动模块驱动光路组件滑到对应的刻度值位置上，接着控制第一摆臂在摆动原点左右15度的范围内进行微调从而带动光路组件左右小幅度滑动确定最终的光路组件位置。

优选地，所述激光测距组件包括激光指示器和激光传感器，激光指示器通过漫反射原理计算出打标物表面至扫描头的距离。

优选地，所述扫描头包括若干反射透镜。

一种激光加工设备的Z轴运动控制方法，应用了上述的一种激光加工设备的Z轴运动控制系统，该方法包括以下步骤：

步骤1：所述激光测距组件测量打标物表面到扫描头之间的距离，并将测得的数据发送给所述打标控制单元；

步骤2：所述打标控制模块根据预存的数学模型以及打标距离与光路组件位置的实际操作数据通过大数据运算计算光路组件在导轨上的位置刻度值；

步骤3：根据计算出的位置刻度值，打标控制模块控制摆臂围绕输出轴转动相应的摆角，转动到对应的摆动原点位置；

步骤4：所述打标控制模块控制驱动模块驱动光路组件滑到对应的刻度值位置上；

步骤5：所述打标控制模块控制第一摆臂在摆动原点左右15度的范围内进行微调从而带动光路组件左右小幅度滑动确定最终的光路组件位置。

本发明有益的技术效果：本发明设置有激光测距模块和打标控制单元，通过激光测距单元测量打标物表面与扫描头之间进行距离，打标控制单元控制先控制第一摆臂转动调整摆动原点，然后控制驱动模块驱动光路组件在导轨上滑动，最后在通过第一摆臂进行微调最终确定光路组件的位置实现准确对焦，大大提高了对焦的准确度以及对焦效率。

附图说明

图1为本发明的一种激光加工设备的Z轴运动控制系统的部分结构示意图。

图2为本发明中激光打标组件的结构示意图。

图3为本发明一种激光加工设备的Z轴运动控制方法步骤流程图。

图中各部件名称的对应的标号如下：

机架-1，激光打标组件-2，激光器-21，光路组件-22，扫描头23，电机3，输出轴，4，第一摆臂-5，第二摆臂-6，轴销-7，导轨-8。

现有技术中，会通过粗放式的机械，比如螺杆，驱动整个Z轴模块移动，这种移动方式比较笨重，且不能实现自动调节。本方案将延长Z轴模块的导轨，加大摆臂和摆角，通过算法控制调整后的摆臂、摆角和焦距的准确对应关系。例如在滑轨上，以前镜片在电机驱动下只能以A点为中心前后摆动微小的幅度，控制的焦距变化深度有限；本方案可在滑轨上设置多个摆动原点，如依次设置ABC点，根据打标需要的焦距深度，控制镜片在对应原点处摆动，围绕原点的摆动幅度为15度。本方案可在自动打标的情况下，加大打标范围，还可以加大雕刻深度，可雕刻更大更深的物品。

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，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

如图1-2所示，一种激光加工设备的Z轴运动控制系统，包括机架1，激光打标组件2，电机3，驱动模块(未画出)，激光测距模块(未画出)和打标控制模块，打标控制单元可以是内置的控制模块，也可以是外接的控制模块，其中：

所述机架上设置有导轨8，所述导轨8上设置有刻度数值，所述刻度值可以精确地确定激光打标组件2的位置以及有利于打标控制单元的控制换算；所述导轨8为加长型导轨，比现有的导轨的长度更长，更加有利调焦聚焦。

所述激光打标组件2包括依次安装的激光器21、光路组件22和扫描头23；所述激光器21用于发出激光；所述光路组件22设置在导轨上，包括若干凹透镜和/或凸透镜，用于调节入射激光的光束焦距；所述扫描头23用于改变打标激光的方向，使打标激光朝向打标机台射出；

所述电机通过输出轴4及摆臂组件与光路组件22连接，所述摆臂组件包括第一摆臂5 和第二摆臂6，所述第一摆臂5一段与电机输出轴4连接，所述第一摆臂5围绕输出轴4转动，另一端动过轴销7与第二摆臂活动6连接，所述第二摆臂6的另一端与所述光路组件22连接；

所述驱动模块与所述电机连接，用于驱动光路组件在导轨上来回滑动；

所述激光测距模块安装在扫描头上，用于实时测量打标物表面到扫面头之间的距离，并将测量的数据发送给打标控制模块；

所述打标控制模块根据接收到的激光测距模块测量的距离数据做出以下操作：

首先根据预存的数学模型以及打标距离与光路组件位置的实际操作数据通过大数据运算计算光路组件在导轨上的位置刻度值，然后控制摆臂组件围绕输出轴转动相应的摆角，转动到对应的摆动原点位置后，本发明设置有多个摆动原点，所述摆臂组件的第一摆臂可以根据需要情况转动到不同的摆动原点上，到达摆动原点后，根据打标需要的焦距深度，摆臂组件控制镜片在对应原点处摆动，第一摆臂围绕摆动原点的摆动幅度为15度；控制驱动模块驱动光路组件滑到对应的刻度值位置上，接着控制第一摆臂在摆动原点左右15度的范围内进行微调从而带动光路组件左右小幅度滑动确定最终的光路组件位置。光路组件位置即为调节激光聚焦的位置，光路组件按位置确定后即完成调焦聚焦过程。

本发明中摆臂组件围绕输出轴转动，更换摆动原点，这样就增大了光路组件滑动的范围，结合本申请的延长型导轨，大大地扩大了调焦的范围。

优选地，所述激光测距组件包括激光指示器和激光传感器，激光指示器通过漫反射原理计算出打标物表面至扫描头的距离。

具体地，激光测距组件测距的原理如下：

所述激光传感器具体包括滤光片和感光元件，感光元件上具有条状感光区域，条状感光区域前设置所述滤光片，激光指示器和条状感光区域设置成至少有一平面同时经过激光指示器所发出指示激光的出射方向和条状感光区域的两端延伸方向；

激光指示器以集束的方式向打标物表面发射单一波长的红色或红外指示激光，打标物表面形成漫反射光斑，漫反射光斑透过滤光片后被感光元件摄取并成像在条状感光区域上，漫反射光斑与感光元件的连线方向设置成与指示激光出射方向不重合；

依据光斑在条状感光区域上不同的成像位置计算出指示激光出射方向与光斑和感光元件连线方向的夹角，并进一步计算出打标物表面至扫描头的距离，并将距离信息反馈给控制器；所述漫反射光斑即为所述反馈激光。

优选地，所述扫描头包括若干反射透镜。

一种激光加工设备的Z轴运动控制方法，应用了上述的一种激光加工设备的Z轴运动控制系统，该方法包括以下步骤：

步骤1：所述激光测距组件测量打标物表面到扫描头之间的距离，并将测得的数据发送给所述打标控制单元；

步骤2：所述打标控制模块根据预存的数学模型以及打标距离与光路组件位置的实际操作数据通过大数据运算计算光路组件在导轨上的位置刻度值；

步骤3：根据计算出的位置刻度值，打标控制模块控制摆臂围绕输出轴转动相应的摆角，转动到对应的摆动原点位置；

步骤4：所述打标控制模块控制驱动模块驱动光路组件滑到对应的刻度值位置上；

步骤5：所述打标控制模块控制第一摆臂在摆动原点左右15度的范围内进行微调从而带动光路组件左右小幅度滑动确定最终的光路组件位置。

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，并不对发明构成任何限制。

Claims (4)

1.一种激光加工设备的Z轴运动控制系统，其特征在于，包括机架，激光打标组件，电机，驱动模块，激光测距模块和打标控制模块，其中：

所述机架上设置有导轨，所述导轨上设置有刻度数值；

所述激光打标组件包括依次安装的激光器、光路组件和扫描头；所述激光器用于发出激光；所述光路组件设置在导轨上，包括若干凹透镜和/或凸透镜，用于调节入射激光的光束焦距；所述扫描头用于改变打标激光的方向，使打标激光朝向打标机台射出；

所述电机通过输出轴及摆臂组件与光路组件连接，所述摆臂组件包括第一摆臂和第二摆臂，所述第一摆臂一段与电机输出轴连接，所述第一摆臂围绕输出轴转动，另一端动过轴销与第二摆臂活动连接，所述第二摆臂的另一端与所述光路组件连接；

所述驱动模块与所述电机连接，用于驱动光路组件在导轨上来回滑动；

所述激光测距模块安装在扫描头上，用于实时测量打标物表面到扫面头之间的距离，并将测量的数据发送给打标控制模块；

所述打标控制模块根据接收到的激光测距模块测量的距离数据做出以下操作：

首先根据预存的数学模型以及打标距离与光路组件位置的实际操作数据通过大数据运算计算光路组件在导轨上的位置刻度值，然后控制摆臂围绕输出轴转动相应的摆角，转动到对应的摆动原点位置后，控制驱动模块驱动光路组件滑到对应的刻度值位置上，接着控制第一摆臂在摆动原点左右15度的范围内进行微调从而带动光路组件左右小幅度滑动确定最终的光路组件位置。

2.如权利要求1所述的一种激光加工设备的Z轴运动控制系统，其特征在于，所述激光测距组件包括激光指示器和激光传感器，激光指示器通过漫反射原理计算出打标物表面至扫描头的距离。

3.如权利要求1所述的一种激光加工设备的Z轴运动控制系统，其特征在于，所述扫描头包括若干反射透镜。

4.一种激光加工设备的Z轴运动控制方法，应用了如权利要求1-3任一所述的一种激光加工设备的Z轴运动控制系统，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：所述激光测距组件测量打标物表面到扫描头之间的距离，并将测得的数据发送给所述打标控制单元；

步骤2：所述打标控制模块根据预存的数学模型以及打标距离与光路组件位置的实际操作数据通过大数据运算计算光路组件在导轨上的位置刻度值；

步骤3：根据计算出的位置刻度值，打标控制模块控制摆臂围绕输出轴转动相应的摆角，转动到对应的摆动原点位置；

步骤4：所述打标控制模块控制驱动模块驱动光路组件滑到对应的刻度值位置上；

步骤5：所述打标控制模块控制第一摆臂在摆动原点左右15度的范围内进行微调从而带动光路组件左右小幅度滑动确定最终的光路组件位置。

Images