CN111843219A - 一种激光光路系统误差自动补偿方法及激光光路系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光光路系统误差自动补偿方法及激光光路系统，其中一种激光光路系统误差自动补偿方法的步骤为：通过光路系统在产品冶具的边缘预先打标，产生至少三个不位于同一条直线上的固定标记点，以固定标记点作为产品的固定基准，并记录该固定标记点的坐标；经过预定作业时间后，再通过光路系统在产品冶具的边缘依照所述坐标进行打标，产生与固定标记点数量相同的校正标记点；通过视觉系统对固定标记点以及校正标记点进行识别定位；计算每个固定标记点以及所述每个固定标记点附近的校正标记点的坐标偏差值；利用所述坐标偏差值对后续产品打标进行补偿。以上方案中利用对固定标记点以及校正标记点的识别，减小了打标点的误差。

Description

一种激光光路系统误差自动补偿方法及激光光路系统

技术领域

本发明涉及一种激光打标误差补偿方法及激光打标装置，特别是涉及一种激光光路系统误差自动补偿方法及激光光路系统。

背景技术

激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一，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，激光打标的基本原理是由激光发生器生成高能量的连续激光光束，聚焦后的激光作用于承印材料，使表面材料瞬间熔融，甚至气化，通过控制激光在材料表面的路径，从而形成需要的图文标记，激光打标的特点是非接触加工，可在任何异型表面标刻，工件不会变形和产生内应力，适于金属、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等材料的标记，现有技术中在进行激光打标时需要精准的进行打标。

但目前激光打标系统精度较难控制，该误差的产生由多个元器件累计造成，原因多种，比如激光器存在出光指向性，振镜长时间漂移可能会引起整个光路系统误差等，最终导致激光打标出来的点出现偏差，故而无法满足现有技术所需。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种激光光路系统误差自动补偿方法及激光光路系统，能够解决目前激光打标系统精度较难控制，导致激光打标出来的点出现偏差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种激光光路系统误差自动补偿方法，步骤如下：

通过光路系统在产品冶具的边缘预先打标，产生至少三个不位于同一条直线上的固定标记点，以固定标记点作为产品的固定基准，并记录该固定标记点的坐标；

经过预定作业时间后，再通过光路系统在产品冶具的边缘依照所述坐标进行打标，产生与固定标记点数量相同的校正标记点；

通过视觉系统对固定标记点以及校正标记点进行识别定位；

计算每个固定标记点以及所述每个固定标记点附近的校正标记点的坐标偏差值；

利用所述坐标偏差值对后续产品打标进行补偿。

其中，通过视觉系统对固定标记点以及校正标记点进行识别定位的方法为：

预先建立平面直角坐标系，令所述平面直角坐标系的平面平行于产品的固定基准面；

视觉系统对固定标记点以及校正标记点的特征，进而将平面直角坐标系映射至所述平面直角坐标系；

通过平面直角坐标系上的刻度读取平面直角坐标系的坐标值。

其中，固定标记点的数量为四个，分布于产品冶具的四角。

其中，利用所述坐标偏差值对后续打标作业进行补偿的方法为，在对

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种激光光路系统，包括光路系统、视觉系统和产品冶具；

所述光路系统，用于实现激光出光以及对产品和产品冶具进行打标；

所述视觉系统，用于对固定标记点以及校正标记点的特征进行定位；

所述产品冶具，用于固定产品，以及被标记有固定标记点以及校正标记点。

其中，还包括电机系统；

所述电机系统，包括X轴直线电机、Y轴直线电机和Z轴直线电机；X轴直线电机、Y轴直线电机和Z轴直线电机；

X轴直线电机，用于带动产品冶具沿X轴方向移动；

Y轴直线电机，用于带动产品冶具沿Y轴方向移动；

Z轴直线电机，用于带动产品冶具沿竖直方向移动。

其中，电机系统还包括直驱旋转电机，

所述直驱旋转电机固定在Z轴直线电机的动子上，用于带动产品冶具绕直驱旋转电机的中轴旋转。

其中，直驱旋转电机的输出轴同轴固定有旋转台，产品冶具垂直于旋转台圆面固定。

其中，产品冶具包括对称的校正板；

所述校正板固定于产品冶具的两侧，上表面用于标记固定标记点以及校正标记点。

其中，产品冶具的上表面分布设有一个以上的吸嘴，所述吸嘴与抽真空装置连通，用于吸附产品。

以上方案中的一种激光光路系统误差自动补偿方法，利用对固定标记点以及校正标记点的识别，计算固定标记点以及校正标记点之间坐标偏差值，在后续产品打标中利用坐标偏差值进行补偿，控制了激光打标系统精度，减小了打标点的误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种激光光路系统误差自动补偿方法的流程图；

图2为本发明的一种激光光路系统误差自动补偿方法的原理图；

图3为本发明的一种激光光路系统一实施例的结构示意图；

图4为图2实施例的光路系统、视觉系统和产品冶具配合的结构示意图。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

请参阅图1，图1为本发明的一种激光光路系统误差自动补偿方法的流程图，需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图1所示的流程顺序为限，该方法包括如下步骤：

S01：通过光路系统在产品冶具的边缘预先打标，产生至少三个不位于同一条直线上的固定标记点，以固定标记点作为产品的固定基准，并记录该固定标记点的坐标；

S02：经过预定作业时间后，再通过光路系统在产品冶具的边缘依照所述坐标进行打标，产生与固定标记点数量相同的校正标记点；

S03：通过视觉系统对固定标记点以及校正标记点进行识别定位；

S04：计算每个固定标记点以及所述每个固定标记点附近的校正标记点的坐标偏差值；

S05：利用所述坐标偏差值对后续产品打标进行补偿。

进一步地，通过视觉系统对固定标记点以及校正标记点进行识别定位的方法为：

预先建立平面直角坐标系，令所述平面直角坐标系的平面平行于产品的固定基准面；

视觉系统对固定标记点以及校正标记点的特征，进而将平面直角坐标系映射至所述平面直角坐标系；

通过平面直角坐标系上的刻度读取平面直角坐标系的坐标值。

进一步地，固定标记点a的数量为四个，分布于产品冶具的四角。

虽然三个不位于同一条直线上的固定标记点a能够确定一个平面，即产品的安装基面，但是为了令固定标记点a和校正标记点b分布于产品冶具的四角，因此固定标记点a和校正标记点b均可以设为四个。

进一步地，利用坐标偏差值对后续打标作业进行补偿的方法为，在对产品进行打标时，在预设打标坐标值的基础上减去或加上坐标偏差值。

具体的加减方式，依据预先建立的平面直角坐标系的零点位置来确定，但都是基于简单的坐标加减计算。

在激光光路系统对产品打标工作一段时间后，由于各种原因，会导致激光打标出现误差。所以需要在一定的作业时间后，该作业时间可以根据现实作业时间进行平均计算或依照工作人员的经验进行确定。

在原来的固定标记点a附近再用激光打标产生校正标记点b，校正标记点b的数量与固定标记点a的数量相同且一一对应，即每个固定标记点a与其最近的校正标记点b为一对。然后通过视觉系统提取固定标记点a与校正标记点b特征值，并根据预先建立的平面坐标系统来计算各个固定标记点a与校正标记点b的坐标，得到坐标后，在计算得到校正标记点b相对于固定标记点a的坐标偏差值。

并且，在初始化时，坐标偏差值均为0，每做一组校正标记点b后，均用当前的坐标偏差值覆盖原有的坐标偏差值。在对产品进行打标时，在预设打标坐标值的基础上减去或加上坐标偏差值，得到较为准确的打标。

上述方法中利用对固定标记点以及校正标记点的识别，计算固定标记点以及校正标记点之间坐标偏差值，在后续产品打标中利用坐标偏差值进行补偿，控制了激光打标系统精度，减小了打标点的误差。

请参阅图2～图4，图2为本发明的一种激光光路系统误差自动补偿方法的原理图；图3为本发明的一种激光光路系统一实施例的结构示意图；图4为图2实施例的光路系统、视觉系统和产品冶具配合的结构示意图。

本实施例中的一种激光光路系统，包括光路系统1、视觉系统2和产品冶具3；

所述光路系统，用于实现激光出光以及对产品和产品冶具3进行打标；

所述视觉系统，用于对固定标记点a以及校正标记点b的特征进行定位；

所述产品冶具，用于固定产品，以及被标记有固定标记点a以及校正标记点b。

其中，视觉系统2有着精准的定位效果，在对产品进行定位时能精准的定位，在使用时能增加精准度，预防振镜出现偏移的情况。

其中，光路系统1内包括各种光学器件，能够将光进行吸收储存，然后在进行发射，能起到补偿光的效果，增加装置的稳定使用性。

其中，视觉系统2是对产品打标特征进行定位，同时抓取Mark点(固定标记点以及校正标记点)，辅助补偿激光光路系统2精度，mark点是电路板设计中PCB应用于自动贴片机上的位置识别点，mark点的选用直接影响到自动贴片机的贴片效率。

并且，电机系统4上表面通过滑板滑动连接有限位板501，限位板501一侧靠近顶端处固定焊接有限位座504，限位板501另一侧固定焊接有支撑板502，支撑板502一侧滑动套接有滑动板503，滑动板503背面卡接有卡块201，卡块201一侧卡接有视觉系统2，视觉系统2底端朝向限位座504定位在产品治具3上表面，滑动板503与卡块呈L型结构。

其中，产品治具3相邻面之间固定焊接有产品卡座301，卡座301两侧均固定焊接有固定板302，固定板302上表面卡接有卡板303，卡板303两侧均卡接在固定板302上表面。

其中，光路系统1底端镶嵌有基板101，基板101一侧固定焊接在限位板501另一侧，基板501位于支撑板502一侧，光路系统1的设置能实现激光出光及振镜摆动打标，光路系统1主要进行光吸收，然后将光进行光发射，提供光点定位，增加定位精准。

进一步地，根据权利要求5所述的一种激光光路系统，还包括电机系统；

所述电机系统，包括X轴直线电机、Y轴直线电机和Z轴直线电机；X轴直线电机、Y轴直线电机和Z轴直线电机；

X轴直线电机，用于带动产品冶具沿X轴方向移动；

Y轴直线电机，用于带动产品冶具沿Y轴方向移动；

Z轴直线电机，用于带动产品冶具沿竖直方向移动。

如图3所示，X轴直线电机的动子与Y轴直线电机的定子固定，Y轴直线电机的动子与Z轴直线电机的定子垂直固定。

这样X轴直线电机、Y轴直线电机和Z轴直线电机能够带动产品冶具3沿空间之间坐标系的三个方向移动。

其中，电机系统4为装置提供动力，能精准的控制装置中的移动，确保装置能精准的定位到所需的定位处，电机系统4能带动产品移动及旋转，实现产品多工位多姿态打标。

其中，电机系统4内部包括超级电容和控制器，控制器主要用于控制电机系统4的运作，超级电容用于储能，超级电容储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，使得充放电数次数大大的增加。

控制器可以是包括至少一个处理器在内的电路，还可以是包括至少一个单片机在内的电路，也可以为多种电路或者芯片的组合形式，只要可以实现相应功能即可。可以理解的是，对于本领域技术人员来说，还可以为常见的由CPU、MCU、晶振、电阻器、电容器、放大器、比较器、三极管、MOS管等常见电子元器件，以任意一种组合方式组合且电连接的电路以纯粹硬件方式实现其相应的功能。

控制器还可以集成有至少一种类型的可读存储介质，可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。

进一步地，电机系统还包括直驱旋转电机401，

所述直驱旋转电机401固定在Z轴直线电机的动子上，用于带动产品冶具绕直驱旋转电机401的中轴旋转。

直驱旋转电机401带动产品冶具绕轴旋转，用于产品的翻转打标。

进一步地，直驱旋转电机401的输出轴同轴固定有旋转台402，产品冶具垂直于旋转台402圆面固定。

进一步地，产品冶具3包括对称的校正板304；

所述校正板固定于产品冶具的两侧，上表面用于标记固定标记点a以及校正标记点b。

产品治具3一侧均固定焊接有校正板304，校正板304能精准的抓取校正标记点b，产品治具3主要用于固定产品，产品治具3的设置用于使视觉系统更加精准的定位

进一步地，产品冶具的上表面分布设有一个以上的吸嘴305，所述吸嘴305与抽真空装置连通，用于吸附产品。

吸嘴305的作用就是，将产品通过抽真空的方式固定在产品冶具3上，避免卡接等硬固定的方式损坏产品本身。

上述的本实施例中的一种激光光路系统，具体工作方法为，将产品放置在产品冶具3上，产品冶具3上的吸嘴305通过抽真空的方式将产品牢固吸附在产品冶具3上。

然后通过控制X轴直线电机、Y轴直线电机和Z轴直线电机；X轴直线电机、Y轴直线电机和Z轴直线电机以及直驱旋转电机401，来带动产品在空间直角坐标系上移动以及翻转，并在光路系统1的协同作用下，对产品预定的打标位置进行打标，在打标过程中，通过视觉系统2进行标记点和标记线的提取来确定下一步的打标位置。

上述的一种激光光路系统，其结构简单，但是能够满足产品在空间直角坐标系的一定范围内的打标，其节省人力资源，并且通过激光设备加工来保证各产品的一致性。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光光路系统误差自动补偿方法，其特征在于，步骤如下：

通过光路系统在产品冶具的边缘预先打标，产生至少三个不位于同一条直线上的固定标记点，以固定标记点作为产品的固定基准，并记录该固定标记点的坐标；

经过预定作业时间后，再通过光路系统在产品冶具的边缘依照所述坐标进行打标，产生与固定标记点数量相同的校正标记点；

通过视觉系统对固定标记点以及校正标记点进行识别定位；

计算每个固定标记点以及所述每个固定标记点附近的校正标记点的坐标偏差值；

利用所述坐标偏差值对后续产品打标进行补偿。

2.根据权利要求1所述的一种激光光路系统误差自动补偿方法，其特征在于，通过视觉系统对固定标记点以及校正标记点进行识别定位的方法为：

预先建立平面直角坐标系，令所述平面直角坐标系的平面平行于产品的固定基准面；

视觉系统对固定标记点以及校正标记点的特征，进而将平面直角坐标系映射至所述平面直角坐标系；

通过平面直角坐标系上的刻度读取平面直角坐标系的坐标值。

3.根据权利要求1所述的一种激光光路系统误差自动补偿方法，其特征在于，固定标记点的数量为四个，分布于产品冶具的四角。

4.根据权利要求1或2所述的一种激光光路系统误差自动补偿方法，其特征在于，利用所述坐标偏差值对后续打标作业进行补偿的方法为，在对产品进行打标时，在预设打标坐标值的基础上减去或加上坐标偏差值。

5.一种激光光路系统，其特征在于，包括光路系统、视觉系统和产品冶具；

所述光路系统，用于实现激光出光以及对产品和产品冶具进行打标；

所述视觉系统，用于对固定标记点以及校正标记点的特征进行定位；

所述产品冶具，用于固定产品，以及被标记有固定标记点以及校正标记点。

6.根据权利要求5所述的一种激光光路系统，其特征在于，还包括电机系统；

所述电机系统，包括X轴直线电机、Y轴直线电机和Z轴直线电机；X轴直线电机、Y轴直线电机和Z轴直线电机；

X轴直线电机，用于带动产品冶具沿X轴方向移动；

Y轴直线电机，用于带动产品冶具沿Y轴方向移动；

Z轴直线电机，用于带动产品冶具沿竖直方向移动。

7.根据权利要求6所述的一种激光光路系统，其特征在于，电机系统还包括直驱旋转电机，

所述直驱旋转电机固定在Z轴直线电机的动子上，用于带动产品冶具绕直驱旋转电机的中轴旋转。

8.根据权利要求7所述的一种激光光路系统，其特征在于，直驱旋转电机的输出轴同轴固定有旋转台，产品冶具垂直于旋转台圆面固定。

9.根据权利要求5所述的一种激光光路系统，其特征在于，产品冶具包括对称的校正板；

所述校正板固定于产品冶具的两侧，上表面用于标记固定标记点以及校正标记点。

10.根据权利要求8所述的一种激光光路系统，其特征在于，产品冶具的上表面分布设有一个以上的吸嘴，所述吸嘴与抽真空装置连通，用于吸附产品。

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