CN113828913A - 高精度定位的激光打标设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高精度定位的激光打标设备，大理石平台上设有两只大理石支撑架，其上设有Y轴运动单元，大理石龙门架连接于Y轴运动单元上的两Y轴运动块上，Y轴驱动机构与Y轴运动块运动驱动连接；大理石龙门架上设有X轴运动单元，X轴运动单元上安装一载板，载板上安装Z轴运动单元，Z轴运动单元上安装激光打标模组；激光打标模组包含纳秒激光器以及布置于其输出光路上的振镜，振镜的前侧和后侧均安装有用于对靶标依次抓取的抓靶相机，一侧安装有用于振镜校正及寻找焦点的高倍相机。龙门式X‑Y‑Z轴将激光打标模组定于产品上方，利用四个抓靶相机依次对靶标进行抓取，得到打标位置，振镜进行加工，实现对曲面样品高精度定位打标。

Description

高精度定位的激光打标设备
技术领域
本发明涉及一种高精度定位的激光打标设备。
背景技术
目前，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。
在进行激光打标之前，需要对产品抓取靶标，进而获取打标位置。而在现有的激光打标机中，抓取靶标的方式往往通过外加治具对产品进行机械式的抓取定位，治具制作复杂，其成本较高。或者，在振镜旁侧或同轴装配单个相机，通过对比图像进行定位，在加工曲面样品时通过单个相机定位难以实现精准匹配，且抓取范围有限，往往造成打标位置与影像显示位置出现偏差，打标精度达不到要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种高精度定位的激光打标设备。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
高精度定位的激光打标设备，特点是：包含机架以及置于其上的大理石平台，大理石平台上设有两只沿Y轴向平行布置的大理石支撑架，大理石支撑架上设有Y轴运动单元，Y轴运动单元包含Y轴直线导轨一、Y轴直线导轨二、Y轴运动块和控制Y轴运动块运动的Y轴驱动机构，Y轴直线导轨一和Y轴直线导轨二平行设置于两大理石支撑架上，Y轴直线导轨一和Y轴直线导轨二上均配置有Y轴运动块，大理石龙门架连接于两Y轴运动块上，Y轴驱动机构与Y轴运动块运动驱动连接，从而控制大理石龙门架沿Y轴向直线运动；
大理石龙门架上设有X轴运动单元，X轴运动单元上安装一载板，载板上安装Z轴运动单元，Z轴运动单元上安装激光打标模组；所述激光打标模组包含纳秒激光器以及布置于其输出光路上的振镜，振镜的前侧和后侧均安装有用于对靶标依次抓取的抓靶相机，且一侧还安装有用于振镜校正及寻找焦点的高倍相机。
进一步地，上述的高精度定位的激光打标设备，其中，振镜的前侧安装有抓靶相机一和抓靶相机二，后侧安装有抓靶相机三和抓靶相机四，呈正方形或长方形四顶点式分布。
进一步地，上述的高精度定位的激光打标设备，其中，所述抓靶相机和高倍相机为CCD相机。
进一步地，上述的高精度定位的激光打标设备，其中，所述Y轴驱动机构为电控驱动单元、气缸驱动单元、丝杆驱动单元或者齿轮齿条驱动单元，电控驱动单元包含磁钢以及与其配对的线圈，磁钢布置于Y轴直线导轨一上，线圈布置于Y轴运动块上。
进一步地，上述的高精度定位的激光打标设备，其中，所述X轴运动单元包括X轴滑轨、X轴运动块、控制X轴运动块运动的X轴驱动机构，X轴滑轨沿X轴向布置于大理石龙门架上，X轴运动块置于X轴滑轨上，X轴驱动机构与X轴运动块驱动连接，从而控制X轴运动块沿X轴向直线运动。
进一步地，上述的高精度定位的激光打标设备，其中，所述X轴驱动机构为电控驱动单元、气缸驱动单元、丝杆驱动单元或者齿轮齿条驱动单元，电控驱动单元包含磁钢以及与其配对的线圈，磁钢布置于X轴滑轨上，线圈布置于X轴运动块上。
进一步地，上述的高精度定位的激光打标设备，其中，所述Z轴运动单元包括Z轴滑轨、Z轴运动块、控制Z轴运动块运动的Z轴驱动机构，Z轴滑轨沿Z轴向布置于载板上，Z轴运动块置于Z轴滑轨上，Z轴驱动机构与Z轴运动块驱动连接，从而控制Z轴运动块沿Z轴向直线运动。
进一步地，上述的高精度定位的激光打标设备，其中，所述Z轴驱动机构为电控驱动单元、气缸驱动单元、丝杆驱动单元或者齿轮齿条驱动单元，电控驱动单元包含磁钢以及与其配对的线圈，磁钢布置于Z轴滑轨上，线圈布置于Z轴运动块上。
进一步地，上述的高精度定位的激光打标设备，其中，机架底部的四角位置安装有隔震地脚。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
①激光打标模组的重量直接由整个大理石平台承载，在X-Y-Z三维加工范围内，整个平台的运行稳定性较好；通过移动龙门式X-Y-Z轴将激光打标模组定于产品上方，利用四个抓靶相机依次对靶标进行抓取，得到打标位置，振镜进行加工，加工完成后X-Y-Z轴移载出；进行曲面激光打标时，四相机抓取靶标，抓靶范围大，精度高，速度快，实现对曲面样品高精度定位打标；
②采用大理石平台，大理石支撑架装载Y轴运动单元，大理石龙门架上装载X轴运动单元，大理石吸振性显著优于金属件，保证高速运行时的平稳性及较低的震荡，从而较好满足平台的运动平面度要求；由于大理石加工完后不会有应力释放，非常容易满足平面度的指标；
③龙门式X-Y-Z三维运动设计，稳定支撑，降低设备及外界震动因素对打标精度的影响；影像系统采用CCD相机，体积小，重量轻，具有良好的抗震性和抗冲击性，减小外界震动等因素带来的误差。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1：本发明激光打标设备的轴测示意图；
图2：激光打标模组的轴测示意图；
图3：激光打标模组的仰视示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1～3所示，高精度定位的激光打标设备，包含机架4以及置于其上的大理石平台5，机架4底部的四角位置安装有隔震地脚1，用来减小震动对设备精度的影响；大理石平台5上设有两只沿Y轴向平行布置的大理石支撑架6，大理石支撑架6上设有Y轴运动单元7，Y轴运动单元7包含Y轴直线导轨一、Y轴直线导轨二、Y轴运动块和控制Y轴运动块运动的Y轴驱动机构，Y轴直线导轨一和Y轴直线导轨二平行设置于两大理石支撑架6上，Y轴直线导轨一和Y轴直线导轨二上均配置有Y轴运动块，大理石龙门架8连接于两Y轴运动块上，Y轴驱动机构与Y轴运动块运动驱动连接，从而控制大理石龙门架8沿Y轴向直线运动；其中，Y轴驱动机构为电控驱动单元、气缸驱动单元、丝杆驱动单元或者齿轮齿条驱动单元，电控驱动单元包含磁钢以及与其配对的线圈，磁钢布置于Y轴直线导轨一上，线圈布置于Y轴运动块上；
大理石龙门架8上设有X轴运动单元9，X轴运动单元9上安装一载板，载板上安装Z轴运动单元10，Z轴运动单元10上安装激光打标模组；激光打标模组包含纳秒激光器12以及布置于其输出光路上的振镜13，振镜13的前侧和后侧均安装有用于对靶标依次抓取的抓靶相机，且一侧还安装有用于振镜校正及寻找焦点的高倍相机18，前侧安装的抓靶相机一14和抓靶相机二15与后侧安装的抓靶相机三16和抓靶相机四17呈正四边形或长方形四顶点式分布，抓靶相机和高倍相机18为CCD相机。
其中，X轴运动单元9包括X轴滑轨、X轴运动块、控制X轴运动块运动的X轴驱动机构，X轴滑轨沿X轴向布置于大理石龙门架8上，X轴运动块置于X轴滑轨上，X轴驱动机构与X轴运动块驱动连接，从而控制X轴运动块沿X轴向直线运动。X轴驱动机构为电控驱动单元、气缸驱动单元、丝杆驱动单元或者齿轮齿条驱动单元，电控驱动单元包含磁钢以及与其配对的线圈，磁钢布置于X轴滑轨上，线圈布置于X轴运动块上。
Z轴运动单元10包括Z轴滑轨、Z轴运动块、控制Z轴运动块运动的Z轴驱动机构，Z轴滑轨沿Z轴向布置于载板上，Z轴运动块置于Z轴滑轨上，Z轴驱动机构与Z轴运动块驱动连接，从而控制Z轴运动块沿Z轴向直线运动。Z轴驱动机构为电控驱动单元、气缸驱动单元、丝杆驱动单元或者齿轮齿条驱动单元，电控驱动单元包含磁钢以及与其配对的线圈，磁钢布置于Z轴滑轨上，线圈布置于Z轴运动块上。
Y轴运动单元7、X轴运动单元9以及Z轴运动单元10带动激光打标模组进行Y-X-Z轴三维运动，纳秒激光器12输出激光光束至振镜13实现打标，纳秒激光器12通过支撑架固定块11安装于Z轴运动单元10上，支撑架固定块11一端安装有振镜13和抓靶相机。
抓靶相机一14和抓靶相机二15以及抓靶相机三16和抓靶相机四17对靶标依次进行抓取，获取初靶标相对于振镜13中心的位置进行定位。高倍相机18置于振镜13一侧，用来进行振镜校正和寻找焦点。抓靶相机和高倍相机设为CCD相机，CCD相机与产品保持垂直。
具体应用时，Y轴运动单元7、X轴运动单元9以及Z轴运动单元10从初始位置载入到设定的加工位置即加工产品上方，抓靶相机一14和抓靶相机二15以及抓靶相机三16和抓靶相机四17对靶标依次进行抓取，获取实际位置与理论位置的偏差并进行自动补偿定位，振镜13加工完成后Y轴运动单元7、X轴运动单元9以及Z轴运动单元10驱使运行至初始位置，加工结束。有效解决了传统打标机定位需要外加治具或者采用单相机定位精度不高的问题。
激光打标模组的重量直接由整个大理石平台承载，在X-Y-Z三维加工范围内，整个平台的运行稳定性较好；通过移动龙门式X-Y-Z轴将激光打标模组定于产品上方，利用四个抓靶相机依次对靶标进行抓取，得到打标位置，振镜进行加工，加工完成后X-Y-Z轴移载出；进行曲面激光打标时，四相机抓取靶标，抓靶范围大，精度高，速度快，可以对曲面样品高精度定位打标；
采用大理石平台，大理石支撑架装载Y轴运动单元，大理石龙门架上装载X轴运动单元，大理石吸振性显著优于金属件，保证高速运行时的平稳性及较低的震荡，从而较好满足平台的运动平面度要求；由于大理石加工完后不会有应力释放，非常容易满足平面度的指标。
龙门式X-Y-Z三维运动设计，稳定支撑，降低设备及外界震动因素对打标精度的影响。影像系统采用CCD相机，体积小，重量轻，具有良好的抗震性和抗冲击性，减小外界震动等因素带来的误差。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.高精度定位的激光打标设备，其特征在于：包含机架(4)以及置于其上的大理石平台(5)，大理石平台(5)上设有两只沿Y轴向平行布置的大理石支撑架(6)，大理石支撑架(6)上设有Y轴运动单元(7)，Y轴运动单元(7)包含Y轴直线导轨一、Y轴直线导轨二、Y轴运动块和控制Y轴运动块运动的Y轴驱动机构，Y轴直线导轨一和Y轴直线导轨二平行设置于两大理石支撑架(6)上，Y轴直线导轨一和Y轴直线导轨二上均配置有Y轴运动块，大理石龙门架(8)连接于两Y轴运动块上，Y轴驱动机构与Y轴运动块运动驱动连接，从而控制大理石龙门架(8)沿Y轴向直线运动；
大理石龙门架(8)上设有X轴运动单元(9)，X轴运动单元(9)上安装一载板，载板上安装Z轴运动单元(10)，Z轴运动单元(10)上安装激光打标模组；所述激光打标模组包含纳秒激光器(12)以及布置于其输出光路上的振镜(13)，振镜(13)的前侧和后侧均安装有用于对靶标依次抓取的抓靶相机，且一侧还安装有用于振镜校正及寻找焦点的高倍相机(18)。
2.根据权利要求1所述的高精度定位的激光打标设备，其特征在于：振镜(13)的前侧安装有抓靶相机一(14)和抓靶相机二(15)，后侧安装有抓靶相机三(16)和抓靶相机四(17)，呈正方形或长方形四顶点式分布。
3.根据权利要求1所述的高精度定位的激光打标设备，其特征在于：所述抓靶相机和高倍相机(18)为CCD相机。
4.根据权利要求1所述的高精度定位的激光打标设备，其特征在于：所述Y轴驱动机构为电控驱动单元、气缸驱动单元、丝杆驱动单元或者齿轮齿条驱动单元，电控驱动单元包含磁钢以及与其配对的线圈，磁钢布置于Y轴直线导轨一上，线圈布置于Y轴运动块上。
5.根据权利要求1所述的高精度定位的激光打标设备，其特征在于：所述X轴运动单元(9)包括X轴滑轨、X轴运动块、控制X轴运动块运动的X轴驱动机构，X轴滑轨沿X轴向布置于大理石龙门架(8)上，X轴运动块置于X轴滑轨上，X轴驱动机构与X轴运动块驱动连接，从而控制X轴运动块沿X轴向直线运动。
6.根据权利要求5所述的高精度定位的激光打标设备，其特征在于：所述X轴驱动机构为电控驱动单元、气缸驱动单元、丝杆驱动单元或者齿轮齿条驱动单元，电控驱动单元包含磁钢以及与其配对的线圈，磁钢布置于X轴滑轨上，线圈布置于X轴运动块上。
7.根据权利要求1所述的高精度定位的激光打标设备，其特征在于：所述Z轴运动单元(10)包括Z轴滑轨、Z轴运动块、控制Z轴运动块运动的Z轴驱动机构，Z轴滑轨沿Z轴向布置于载板上，Z轴运动块置于Z轴滑轨上，Z轴驱动机构与Z轴运动块驱动连接，从而控制Z轴运动块沿Z轴向直线运动。
8.根据权利要求7所述的高精度定位的激光打标设备，其特征在于：所述Z轴驱动机构为电控驱动单元、气缸驱动单元、丝杆驱动单元或者齿轮齿条驱动单元，电控驱动单元包含磁钢以及与其配对的线圈，磁钢布置于Z轴滑轨上，线圈布置于Z轴运动块上。
9.根据权利要求1所述的高精度定位的激光打标设备，其特征在于：机架(4)底部的四角位置安装有隔震地脚(1)。
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