CN111673288A - 一种自动准焦打标切割系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及打标设备技术领域，具体是一种自动准焦打标切割系统，包括打标激光器和机架，还包括：调焦组件，设置在所述打标激光器的出射光光路上，用于调节所述打标激光器的出射光的焦距；安装在机架上的移动组件，与所述调焦组件配合，用于调节所述打标激光器的打标位置和焦点；合束镜，所述合束镜用于将所述打标激光器的出射光的光轴与所述激光测距模块的出射光的光轴重合；以及控制模块和激光测距模块，所述激光测距模块用于测量加工面各加工点的位置坐标，所述控制模块控制各部件工作。本发明的有益效果是：所述控制模块控制所述激光测距模块、调焦组件和打标激光器，自动完成对复杂加工面的精密测量、加工，对复杂加工面的加工精度高。

Description

一种自动准焦打标切割系统
技术领域
本发明涉及打标设备技术领域，具体是一种自动准焦打标切割系统。
背景技术
激光打标或切割，原理上都一样，就是对激光束进行聚焦，在焦点位置产生一个尺寸非常小，能量密度非常大的光点。此光点可以使加工件的表面材料气化，从而实现打标，雕刻或者切割。这种加工方式不产生机械挤压或机械应力，因此不会损坏被加工物品；由于激光聚焦后的尺寸很小，热影响区域小，加工精细。
但是，这种加工方式存在缺点：就是需要加工表面在激光聚焦的焦点。所以在过去，激光打标或切割多为2D模式，即一般只能在指定范围内进行平面打标或切割；在面对一些有高度差的加工件时，特别是一些自由曲面时，就显得难以加工。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动准焦打标切割系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种自动准焦打标切割系统，包括打标激光器和机架，还包括：调焦组件，设置在所述打标激光器的出射光光路上，用于调节所述打标激光器的出射光；
安装在机架上的移动组件，与所述调焦组件配合，用于调节所述打标激光器的打标位置和焦点；
合束镜，所述合束镜用于将所述打标激光器的出射光与所述激光测距模块的出射光合为一束；以及
控制模块和激光测距模块，所述激光测距模块用于测量加工面各加工点的位置坐标，所述控制模块控制各部件工作。
作为本发明进一步的方案：所述调焦组件包括调焦透镜，所述调焦透镜设置在所述打标激光器与所述合束镜之间。
作为本发明再进一步的方案：所述调焦组件包括扩束镜，所述扩束镜设置在所述打标激光器的出射口。
作为本发明再进一步的方案：所述移动组件包括扫描振镜结构，所述扫描振镜结构包括第一振镜和第二振镜，所述第二振镜设置在所述合束镜的出射光光路上，所述第一振镜设置在所述第二振镜的出射光光路上。
作为本发明再进一步的方案：所述第一振镜和第二振镜分别设有第一振镜电机和第二振镜电机，所述第一振镜电机和第二振镜电机分别带动所述第一振镜和第二振镜旋转，实现打标激光打标位置的调节。
作为本发明再进一步的方案：所述移动组件包括第一移动机构和第二移动机构，所述第一移动机构与第二移动机构组合控制所述打标激光器的打标位置。
作为本发明再进一步的方案：所述第一移动机构包括第一电机、第一导轨和第一滑块，所述第二移动机构包括第二电机、第二导轨和第二滑块，所述第一导轨安装在所述机架上，所述第二导轨通过所述第一滑块安装在所述第一导轨上，所述打标激光器通过所述第二滑块安装在所述第二导轨上，所述第一电机、第二电机分别带动所述第一滑块、第二滑块运动。
作为本发明再进一步的方案：所述激光测距模块设置在所述打标激光器出射光光轴的侧面，所述合束镜与所述激光测距模块的出射光、打标激光器的出射光的光轴夹角均为45°。
作为本发明再进一步的方案：所述合束镜对所述打标激光器的出射光具有高透射率，所述合束镜对所述激光测距模块的出射光具有高反射率，所述激光测距模块的出射光经过合束镜的反射后与所述打标激光器的出射光方向相同。
作为本发明再进一步的方案：所述控制模块包括主机，所述主机与所述激光测距模块、打标激光器、调焦组件和移动组件连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：所述控制模块控制所述激光测距模块、调焦组件和打标激光器，自动完成对复杂加工面的精密测量、加工，对复杂加工面的加工精度高。
附图说明
图1为本发明实施例中自动准焦打标切割系统的结构示意图。
图2为图1的局部结构放大图。
图3为图1中激光测距组件的测距投影模型图。
图4为本发明一个可选实施例中自动准焦打标切割系统的结构示意图。
图5为图4中激光测距组件的测距投影模型图。
图6为图1中控制模块的系统原理图。
图7为图4中控制模块的系统原理图。
附图中：101-第一电机、102-第一导轨、103-第一滑块、201-第二电机、202-第二导轨、203-第二滑块、3-调焦透镜、4-打标激光器、5-合束镜、6-扩束镜、701-第一振镜电机、702-第一振镜、801-第二振镜电机、802-第二振镜、9-激光测距模块。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
请参阅图1-3，本发明实施例中，一种自动准焦打标切割系统，包括打标激光器4和机架，还包括：调焦组件，设置在所述打标激光器4的出射光光路上，用于调节所述打标激光器4的出射光的焦距；安装在机架上的移动组件，与所述调焦组件配合，用于调节所述打标激光器4的打标位置和焦点；合束镜5，所述合束镜5用于将所述打标激光器4的出射光的光轴与所述激光测距模块9的出射光的光轴重合；以及控制模块和激光测距模块9，所述激光测距模块9用于测量加工面各加工点的位置坐标，所述控制模块控制各部件工作。
具体的，所述控制模块包括主机，所述主机与所述激光测距模块9、打标激光器4、调焦组件和移动组件连接。进行测距时，将所述打标激光器4的功率调至最低，通过控制模块控制所述移动组件运动，所述移动组件带动所述打标激光器4及激光测距模块9运动，在运动的过程中，所述激光测距模块9对加工面的每个点进行测距，将数据传输给所述主机，由主机制成三维模型，所述合束镜5将所述打标激光器4的出射光的光轴与所述激光测距模块9的出射光的光轴重合，因此，所述打标激光器4的打标点与测量点重合。然后直接在三维模型表面上将打标图案平铺在模型表面，主机根据之前测出的高度数据，算出调焦透镜到加工面的每一点的高度值。进行打标时，所述打标激光器4的功率调至合适功率，所述主机控制所述调焦组件按照加工点的高度值对打标激光4的出射光进行调焦，所述移动组件运动带动所述打标激光器4运动，进行打标。所述打标激光器4的打标焦距受所述调焦组件调节，使得打标焦点聚焦于加工面，能够自动精确打标。
请参阅图1，本发明实施例中，所述调焦组件包括调焦透镜3，所述调焦透镜3设置在所述打标激光器4与所述合束镜5之间。
具体的，所述调焦透镜3的内部设有电机，电机带动所述调焦透镜3的镜片间的运动来调节所述打标激光器4的焦距。所述激光测距模块9安装在所述打标激光器4的侧面，所述激光测距模块9的出射光经过所述合束镜5的反射后，与所述打标激光器4的出射光光轴重合且方向相同。当打标表面是平面时，只需将打标表面水平放置在加工平台上，且放置在测距激光的标识光点处，如图6所示，主机即能通过激光测距模块9测出加工面与调焦透镜3之间的距离，从而控制调焦透镜3的电机，自动调节打标激光的聚焦焦距，实现自动准焦打标。无需手动测量和调整，方便了整个加工过程。如图3所示，当打标表面是曲面时，在激光加工前，将打标激光器4的功率调为零，然后用激光测距模块9的测距激光，对需要加工的区域进行扫描，测出打标表面每个加工点的高度值，之后构建出打标表面的三维模型。在三维模型表面上制作打标的图案并将图案平铺在模型表面。主机根据之前测出的高度值数据，算出图案中的每一点的高度值。在打标时通过移动组件控制打标激光的位置，同时通过调焦透镜3的内部电机，自动调节打标激光的聚焦焦距，使图案的每一点都能准焦打标，从而实现自动准焦打标。
请参阅图4，本发明的一个优选实施例中，所述调焦组件包括扩束镜6，所述扩束镜6设置在所述打标激光器的出射口；所述移动组件包括扫描振镜结构，所述扫描振镜结构包括第一振镜702和第二振镜802，所述第二振镜802设置在所述合束镜5的出射光光路上，所述第一振镜702设置在所述第二振镜802的出射光光路上。
具体的，所述打标激光器4的出射光经过所述扩束镜6扩束，再经过所述调焦透镜3聚焦，穿透所述合束镜5之后，经过所述扫描振镜结构的反射在打标表面形成打标光点；所述扫描振镜结构旋转调节所述打标光点在打标表面的位置。测距时，对于打标表面是平面时，只需打标表面水平放置在加工平台上，且放置在测距激光的标识光点处，主机即能测出打标表面与调焦透镜3之间的距离，从而控制调焦透镜3，自动调节调焦透镜的焦距，实现自动准焦打标。无需手动测量和调整，方便了整个加工流程。对于打标表面是曲面时，在激光加工前，将所述打标激光器4的功率调为零，然后用激光测距模块9的测距激光，对打标表面上需要加工的区域进行扫描。从而测出加工区域每个点到调焦透镜前端的距离值，如图5所示；同时，所述主机接收所述扫描振镜结构的角度数据，构建出加工区域的三维模型。然后绘制打标的图案并将该图案平铺在三维模型表面，主机根据之前测出的距离数据，算出图案的每一点到调焦透镜的距离值。在打标时通过调焦透镜自动调节打标激光的焦距，使打标的图案的每一点都能准焦打标，从而实现自动准焦打标。
请参阅图4，本发明实施例中，所述第一振镜702和第二振镜802分别设有第一振镜电机701和第二振镜电机801，所述主机通过所述第一振镜电机701和第二振镜电机801分别带动所述第一振镜702和第二振镜802旋转，实现打标激光打标位置的调节。
具体的，如图7所示，所述主机通过所述第一振镜电机701和第二振镜电机801分别带动所述第一振镜702和第二振镜802旋转，实现测量位置、打标位置的调节，测出加工面每个点到调焦透镜的距离值，如图5所示；同时，所述主机接收所述第一振镜电机701和第二振镜电机801的角度数据，构建出加工区域的三维模型。然后绘制打标的图案并将该图案平铺在三维模型表面，主机根据之前测出的加工面每个点到调焦透镜的距离值数据，算出图案的每一点到调焦透镜的距离值；在打标时所述主机通过调焦透镜自动调节聚焦透镜的焦距，使打标的图案的每一点都能准焦打标，从而实现自动准焦打标。
请参阅图1，本发明实施例中，所述移动组件包括第一移动机构和第二移动机构，所述第一移动机构与第二移动机构组合控制所述打标激光器的打标位置。
具体的，所述第一移动机构包括第一电机101、第一导轨102和第一滑块103，所述第二移动机构包括第二电机201、第二导轨202和第二滑块203，所述第一导轨102安装在所述机架上，所述第二导轨202通过所述第一滑块103安装在所述第一导轨102上，所述打标激光器通过所述第二滑块203安装在所述第二导轨202上，所述第一电机101、第二电机201分别带动所述第一滑块103、第二滑块203运动。所述第一电机101、第二电机201由所述主机控制。所述主机通过控制所述第一电机101、第二电机201带动所述打标激光器和所述激光测距模块在第一、第二方向的运动，实现打标激光器的打标点和激光测距模块的测量点在所述加工面上位置的调节，通过控制所述调焦透镜的运动，调节所述打标激光器的出射光的焦距，使得打标激光器的打标点在所述加工面上，完成测距、打标或切割。
请参阅图4，本发明实施例中，所述激光测距模块9设置在所述打标激光器4出射光光轴的侧面，所述合束镜5与所述激光测距模块9、打标激光器4的出射光夹角均为45°。
具体的，所述激光测距模块9选用激光发射器和激光接收器，所述激光发射器发射的激光经过多次反射后，传输至所述激光接收器，实现调焦透镜3到加工面的距离测量。所述打标激光器发出的激光经过扩束镜扩束，再经过所述调焦透镜聚焦，合束镜与打标激光光轴成45°，所述合束镜对打标激光的波长是高透射率，不影响所述打标激光的传输。测距激光与合束镜成45°，所述合束镜对测距激光的波长是高反射率；测距激光经过合束镜反射后与打标激光的光轴重合且方向相同。
本发明的工作原理是：进行测距时，将所述打标激光器4的功率调至最低，通过控制模块控制所述移动组件运动，所述移动组件带动所述所述打标激光器4及激光测距模块9运动，在运动的过程中，所述激光测距模块9对加工面的每个点进行测距，将数据传输给所述主机，由主机制成三维模型，所述合束镜5将所述打标激光器4的出射光的光轴与所述激光测距模块9的出射光的光轴重合，因此，所述打标激光器4的打标点与测量点重合。然后直接在三维模型表面上将打标图案平铺在三维模型表面，主机根据之前测出的高度数据，算出加工面的每一点的高度值。进行打标时，所述打标激光器4的功率调至合适功率，所述主机控制所述移动组件按照加工点的位置值进行移动，带动所述打标激光器4运动，进行打标。所述主机控制所述调焦透镜3调节所述打标激光器4的焦距，使得所述焦点聚焦于加工面，能够精确打标。
需要说明的是，本发明所采用的主机为现有技术的应用，本专业技术人员能够根据相关的描述实现所要达到的功能，或通过相似的技术实现所需完成的技术特性，在这里就不再详细描述。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种自动准焦打标切割系统，包括打标激光器和机架，其特征在于，还包括：
调焦组件，设置在所述打标激光器的出射光光路上，用于调节所述打标激光器的出射光的焦距；
安装在机架上的移动组件，与所述调焦组件配合，用于调节所述打标激光器的打标位置和焦点；
合束镜，所述合束镜用于将所述打标激光器的出射光的光轴与所述激光测距模块的出射光的光轴重合；以及
控制模块和激光测距模块，所述激光测距模块用于测量加工面各加工点的位置坐标，所述控制模块控制各部件工作。
2.根据权利要求1所述的自动准焦打标切割系统，其特征在于，所述调焦组件包括调焦透镜，所述调焦透镜设置在所述打标激光器与所述合束镜之间。
3.根据权利要求1所述的自动准焦打标切割系统，其特征在于，所述调焦组件包括扩束镜，所述扩束镜设置在所述打标激光器的出射口。
4.根据权利要求1所述的自动准焦打标切割系统，其特征在于，所述移动组件包括扫描振镜结构，所述扫描振镜结构包括第一振镜和第二振镜，所述第二振镜设置在所述合束镜的出射光光路上，所述第一振镜设置在所述第二振镜的出射光光路上。
5.根据权利要求4所述的自动准焦打标切割系统，其特征在于，所述第一振镜和第二振镜分别设有第一振镜电机和第二振镜电机，所述第一振镜电机和第二振镜电机分别带动所述第一振镜和第二振镜旋转，实现打标激光打标位置的调节。
6.根据权利要求1所述的自动准焦打标切割系统，其特征在于，所述移动组件包括第一移动机构、第二移动机构，所述第一移动机构与第二移动机构组合控制所述打标激光器的打标位置。
7.根据权利要求6所述的自动准焦打标切割系统，其特征在于，所述第一移动机构包括第一电机、第一导轨和第一滑块，所述第二移动机构包括第二电机、第二导轨和第二滑块，所述第一导轨安装在所述机架上，所述第二导轨通过所述第一滑块安装在所述第一导轨上，所述打标激光器通过所述第二滑块安装在所述第二导轨上，所述第一电机、第二电机分别带动所述第一滑块、第二滑块运动。
8.根据权利要求1所述的自动准焦打标切割系统，其特征在于，所述激光测距模块设置在所述打标激光器出射光光轴的侧面，所述合束镜与所述激光测距模块的出射光、打标激光器的出射光的光轴夹角均为45°。
9.根据权利要求1所述的自动准焦打标切割系统，其特征在于，所述合束镜对所述打标激光器的出射光具有高透射率，所述合束镜对所述激光测距模块的出射光具有高反射率，所述激光测距模块的出射光经过合束镜的反射后与所述打标激光器的出射光方向相同。
10.根据权利要求1所述的自动准焦打标切割系统，其特征在于，所述控制模块包括主机，所述主机与所述激光测距模块、打标激光器、调焦组件和移动组件连接。
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