CN115178859A - 一种带有视觉定位机构的激光打标机 - Google Patents

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Abstract

一种带有视觉定位机构的激光打标机，包括激光打标机构、旁轴视觉定位机构、安装立柱和升降架，激光打标机构和旁轴视觉定位机构设置于升降架上，且激光打标机构、旁轴视觉定位机构和升降架始终同步移动，升降架升降式设置于安装立柱上；其特征在于，所述安装立柱上设有带动升降架升降式移动的焦距调节机构，升降架上设有调节旁轴视觉定位机构的XYZ手动精密滑台；与现有技术相比，在腰型孔的作用下，可实现旁轴视觉定位机构的光路中合束镜的大小和根据目标产品的外形大小灵活定制，去实现一次性得到整个目标产品的图像，通过旁轴视觉定位机构一次性得到整个目标产品的图像，然后通过算法给出精确坐标，效率更高，无机械移动，精度更高。

Description

一种带有视觉定位机构的激光打标机
技术领域
本发明涉及激光打标技术领域，具体涉及一种带有视觉定位机构的激光打标机。
背景技术
激光打标在工业视觉检测行业中被广泛使用，主要是用于缺陷产品的标记和剔除，激光打标在对产品进行标记的过程中，为了提高标记位置的精度，引入了视觉定位技术，目前常用的是同轴视觉定位。
在现有技术激光打标的同轴视觉定位中，其实现方式是在振镜的前面加装合束镜和反射镜，然后通过工业CCD和镜头得到待打标产品的图像，但是由于振镜镜片的大小受限导致同轴视觉的视野有限，所以当产品的外形尺寸很大时，同轴视觉不能一次性得到整个产品的图像，需要机械去移动位置，这样就会降低效率，而且机械移动也会有位置误差产生。
中国专利号CN202210499489.6，公开了一种物镜视野内高速缩微打标装置及其方法，包括激光器、振镜、场镜、第一管镜、第一分光模块、物镜以及打标样本；激光器的光路出口与振镜的光路入口同轴相对，振镜的光路出口与场镜的光路入口同轴相对，场镜与第一管镜共焦安装，第一管镜的光路出口与物镜的光路入口同轴相对，第一分光模块置于第一管镜与物镜之间，第一分光模块用于使激光光束透过，物镜用于将平行的光束聚焦为激光打标焦点，激光打标焦点照射在打标样本上进行蚀刻。
上述公开的这种打标装置通过振镜的转动即可实现打标点的移动，而当产品尺寸较大时，振镜的转动难以实现对打标点位置的合理选择。
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种调节灵活，便于维修，定位精准的带有视觉定位机构的激光打标机。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种带有视觉定位机构的激光打标机，包括激光打标机构、旁轴视觉定位机构、安装立柱和升降架，激光打标机构和旁轴视觉定位机构设置于升降架上，且激光打标机构、旁轴视觉定位机构和升降架始终同步移动，升降架升降式设置于安装立柱上；其特征在于，所述安装立柱上设有带动升降架升降式移动的焦距调节机构，升降架上设有调节旁轴视觉定位机构的XYZ手动精密滑台；所述升降架上设置朝下设置的分光镜，激光打标机构位于分光镜顶部，旁轴视觉定位机构设置于分光镜一侧，且激光打标机构和旁轴视觉定位机构的光路相连通。
作为本发明的一种优选方案，所述激光打标机构包括依次连接的激光组件、扫描振镜和场镜，激光组件固定连接于升降架顶部，场镜连接于扫描振镜底部，且场镜与分光镜顶部相连通。
作为本发明的一种优选方案，所述激光组件内设有位于同一光路上的光束准直镜和扩束镜，扫描振镜包括用于传递光束的光学扫描头、电子驱动放大器和光学反射镜片，光学反射镜片传递光束至场镜。
作为本发明的一种优选方案，所述旁轴视觉定位机构包括工业相机和连接于工业相机上的工业镜头，工业镜头朝向分光镜设置，分光镜内设有倾斜设置的分光镜片，工业相机的光路在分光镜片的反射作用下竖直向下照射。
作为本发明的一种优选方案，所述升降架包括背板、底部支撑板和顶部支撑板，背板与焦距调节机构相连，底部支撑板和顶部支撑板分别水平连接于背板的上下两端，且激光打标机构固定连接于顶部支撑板上，XYZ手动精密滑台连接于底部支撑板上，底部支撑板上形成有调节XYZ手动精密滑台位置的腰型孔，腰型孔沿旁轴视觉定位机构的光路方向设置。
作为本发明的一种优选方案，所述焦距调节机构包括竖直设置的丝杆和直线导轨，直线导轨设置于丝杆两侧，且直线导轨固定连接于安装立柱上，丝杆上下两端分别设有与安装立柱相连接的上部固定板和下部固定板，上部固定板上设有带动丝杆转动的手动旋钮。
作为本发明的一种优选方案，所述丝杆上设有与丝杆螺纹连接的升降块，升降块两侧同时卡接于两根直线导轨上，且升降块与升降架固定连接。
作为本发明的一种优选方案，所述手动旋钮与丝杆之间设有用于锁止手动旋钮的锁止旋钮。
作为本发明的一种优选方案，所述XYZ手动精密滑台包括自下而上依次连接的Z轴滑台、Y轴滑台和X轴滑台，Z轴滑台、Y轴滑台和X轴滑台上均设有微动调节头。
作为本发明的一种优选方案，所述分光镜上设有环绕分光镜外圈设置的支撑架，支撑架上设有环绕分光镜设置的条形光源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在腰型孔的作用下，可实现旁轴视觉定位机构的光路中合束镜的大小和根据目标产品的外形大小灵活定制，去实现一次性得到整个目标产品的图像；
2、且在XYZ手动精密滑台的作用下，可实现旁轴视觉定位机构的相机和镜头的位置通过XYZ手动精密滑台去调节更方便，更精准；
3、整个旁轴视觉定位机构位于激光打标机构外部，且旁轴视觉定位机构与激光打标机构互不干涉，便于后期对旁轴视觉定位机构的维修和调试；
4、通过旁轴视觉定位机构一次性得到整个目标产品的图像，然后通过算法给出精确坐标，效率更高，无机械移动，精度更高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的主视图；
图3是本发明的俯视图；
图4是激光打标机构的扫描坐标示意图；
附图标记：分光镜1，场镜2，扫描振镜3，激光组件4，焦距调节机构5，丝杆5-1，直线导轨5-2，锁止旋钮5-3，手动旋钮5-4，上部固定板5-5，下部固定板5-6，升降块5-7，XYZ手动精密滑台6，X轴滑台6-1，Y轴滑台6-2，Z轴滑台6-3，工业相机7，工业镜头8，条形光源9，安装立柱10，升降架11，背板11-1，底部支撑板11-2，顶部支撑板11-3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
如图1-3所示，一种带有视觉定位机构的激光打标机，包括激光打标机构、旁轴视觉定位机构、安装立柱10和升降架11，激光打标机构和旁轴视觉定位机构设置于升降架11上，且激光打标机构、旁轴视觉定位机构和升降架11始终同步移动，升降架11升降式设置于安装立柱10上；所述安装立柱10上设有带动升降架11升降式移动的焦距调节机构5，升降架11上设有调节旁轴视觉定位机构的XYZ手动精密滑台6；所述升降架11上设置朝下设置的分光镜1，激光打标机构位于分光镜1顶部，旁轴视觉定位机构设置于分光镜1一侧，且激光打标机构和旁轴视觉定位机构的光路相连通。
升降架11通过焦距调节机构5在安装立柱10进行竖直方向的升降，从而升降架11的升降同步带动激光打标机构和旁轴视觉定位机构的升降，待打标产品放置于激光打标机下方，从而在升降架11的作用下，调节激光打标机构与待打标产品之间的距离，从而实现对激光打标机构的调焦。
XYZ手动精密滑台6用于调整旁轴视觉定位机构在升降架11上的位置，从而调整旁轴视觉定位机构的观察角度和观察位置，使得在升降架11和XYZ手动精密滑台6的调节作用下，使得调整旁轴视觉定位机构可采集到待测产品的全尺寸图像信息。
激光打标机构包括依次连接的激光组件4、扫描振镜3和场镜2，激光组件4固定连接于升降架11顶部，场镜2连接于扫描振镜3底部，且场镜2与分光镜1顶部相连通。
激光组件4发射光束至扫描振镜3内，光束经扫描振镜3反射后传递至场镜2内，并通过竖直向下传递的方式通过分光镜1向下照射，扫描振镜3由两个倾斜45°的镜片组成，从而在经两个倾斜45°的镜片的反射作用下，激光组件4发射的水平设置的激光经两个倾斜45°的镜片竖直向下传递。
激光组件4内设有位于同一光路上的光束准直镜和扩束镜，从而使激光变成一定直径的平行光束。
扫描振镜3包括用于传递光束的光学扫描头、电子驱动放大器和光学反射镜片，电子驱动放大器与光学反射镜片相连接，在电子驱动放大器的作用下带动光学反射镜片的转动，从而对光束的反射角度和反射位置进行调节，在调节后，能使激光偏转到给定的坐标位置，满足后续场镜2的接收位置需求。
扫描振镜3的扫描轨迹坐标计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 428265DEST_PATH_IMAGE002
其中
Figure 610984DEST_PATH_IMAGE004
为光学反射镜片与空间坐标系Y轴之间的转动角度；
其中
Figure 921880DEST_PATH_IMAGE006
为光学反射镜片与空间坐标系原点之间的水平距离；
其中
Figure 458035DEST_PATH_IMAGE008
为两块光学反射镜片中心处的高度差；
光学反射镜片传递光束至场镜2，经过扫描振镜3反射的激光光束被场镜2聚焦成光斑，聚焦光斑会在产品表面留下标记痕迹。
旁轴视觉定位机构包括工业相机7和连接于工业相机7上的工业镜头8，工业镜头8朝向分光镜1设置，分光镜1内设有倾斜设置的分光镜片，工业相机7的光路在分光镜片的反射作用下竖直向下照射。
分光镜1可以透过自然光反射红光，激光直接通过分光镜1照射于待打标产品上，而工业镜头8的自然光通过倾斜设置的分光镜片反射至待打标产品上，分光镜片呈倾斜的45°设置。
升降架11包括背板11-1、底部支撑板11-2和顶部支撑板11-3，背板11-1与焦距调节机构5相连，底部支撑板11-2和顶部支撑板11-3分别水平连接于背板11-1的上下两端，且激光打标机构固定连接于顶部支撑板11-3上，XYZ手动精密滑台6连接于底部支撑板11-2上，底部支撑板11-2上形成有调节XYZ手动精密滑台6位置的腰型孔，腰型孔沿旁轴视觉定位机构的光路方向设置。
背板11-1竖直设置，底部支撑板11-2和顶部支撑板11-3水平设置，且底部支撑板11-2和顶部支撑板11-3连接于背板11-1同侧，激光打标机构通过螺栓固定连接于顶部支撑板11-3上，顶部支撑板11-3上还形成有与场镜2相对应的通孔，从而便于场镜2与分光镜1相连通，而XYZ手动精密滑台6位于底部支撑板11-2和顶部支撑板11-3，减少外界对XYZ手动精密滑台6的干涉，确保旁轴视觉定位机构在使用过程中具有更好的稳定性。
XYZ手动精密滑台6可通过螺栓固定连接于腰型孔的不同位置上，从而实现XYZ手动精密滑台6与分光镜1之间的间距调整，实现旁轴视觉定位机构的调焦，确保待打标产品刚好位于旁轴视觉定位机构的焦距上。
焦距调节机构5包括竖直设置的丝杆5-1和直线导轨5-2，直线导轨5-2设置于丝杆5-1两侧，且直线导轨5-2固定连接于安装立柱10上，丝杆5-1上下两端分别设有与安装立柱10相连接的上部固定板5-5和下部固定板5-6，上部固定板5-5上设有带动丝杆5-1转动的手动旋钮5-4。
直线导轨5-2通过螺栓固定连接于安装立柱10上，上部固定板5-5和下部固定板5-6内设有与丝杆5-1相对应的轴承，从而实现丝杆5-1与上部固定板5-5和下部固定板5-6转动连接，手动旋钮5-4为水平设置的转盘，且丝杆5-1连接于手动旋钮5-4中部，手动旋钮5-4上还形成有手柄，在手柄的作用下带动手动旋钮5-4的转动，从而实现丝杆5-1的转动。
丝杆5-1上设有与丝杆5-1螺纹连接的升降块5-7，升降块5-7两侧同时卡接于两根直线导轨5-2上，且升降块5-7与升降架11固定连接。
丝杆5-1和升降块5-7组成丝杆滑块结构，在丝杆5-1的转动过程中，带动升降块5-7沿直线导轨5-2的长度方向移动，升降块5-7与升降架11通过螺栓固定连接，从而在升降块5-7的移动过程中同步带动升降架11的移动。
手动旋钮5-4与丝杆5-1之间设有用于锁止手动旋钮5-4的锁止旋钮5-3，锁止旋钮5-3包括固定连接于安装立柱10上的固定座和连接于固定座上的夹紧座，固定座和夹紧座之间设有螺纹轴，螺纹轴与夹紧座螺纹连接，在螺纹轴的转动作用下，调节固定座与夹紧座之间的间距，从而实现对丝杆5-1的夹紧，实现对升降块5-7和升降架11的位置锁紧。
XYZ手动精密滑台6包括自下而上依次连接的Z轴滑台6-3、Y轴滑台6-2和X轴滑台6-1，Z轴滑台6-3、Y轴滑台6-2和X轴滑台6-1上均设有微动调节头，Z轴滑台6-3、Y轴滑台6-2和X轴滑台6-1由三个精密滑台叠加在一起，每个滑台的调节位置都是通过旋转千分微动调节头去实现的，可精确到0.01mm。
分光镜1上设有环绕分光镜1外圈设置的支撑架，支撑架上设有环绕分光镜1设置的条形光源9，支撑架形成中空的框型结构，支撑架底部设有4条条形光源9，分别对应框型结构的4个侧边。
在实际使用过程中，当待打标产品移动到激光打标机构的正下方时，旁轴视觉定位机构会触发拍照得到待测产品的图像信息，然后把图像信息传给上位机，上位机中的算法会根据图像信息得到产品的所有位置的坐标，同时上位机会根据坐标值控制激光打标机构在产品相应坐标位置上用激光做上标记。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
尽管本文较多地使用了图中附图标记：分光镜1，场镜2，扫描振镜3，激光组件4，焦距调节机构5，丝杆5-1，直线导轨5-2，锁止旋钮5-3，手动旋钮5-4，上部固定板5-5，下部固定板5-6，升降块5-7，XYZ手动精密滑台6，X轴滑台6-1，Y轴滑台6-2，Z轴滑台6-3，工业相机7，工业镜头8，条形光源9，安装立柱10，升降架11，背板11-1，底部支撑板11-2，顶部支撑板11-3等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种带有视觉定位机构的激光打标机，包括激光打标机构、旁轴视觉定位机构、安装立柱（10）和升降架（11），激光打标机构和旁轴视觉定位机构设置于升降架（11）上，且激光打标机构、旁轴视觉定位机构和升降架（11）始终同步移动，升降架（11）升降式设置于安装立柱（10）上；其特征在于，所述安装立柱（10）上设有带动升降架（11）升降式移动的焦距调节机构（5），升降架（11）上设有调节旁轴视觉定位机构的XYZ手动精密滑台（6）；所述升降架（11）上设置朝下设置的分光镜（1），激光打标机构位于分光镜（1）顶部，旁轴视觉定位机构设置于分光镜（1）一侧，且激光打标机构和旁轴视觉定位机构的光路相连通。
2.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位机构的激光打标机，其特征在于，所述激光打标机构包括依次连接的激光组件（4）、扫描振镜（3）和场镜（2），激光组件（4）固定连接于升降架（11）顶部，场镜（2）连接于扫描振镜（3）底部，且场镜（2）与分光镜（1）顶部相连通。
3.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位机构的激光打标机，其特征在于，所述激光组件（4）内设有位于同一光路上的光束准直镜和扩束镜，扫描振镜（3）包括用于传递光束的光学扫描头、电子驱动放大器和光学反射镜片，光学反射镜片传递光束至场镜（2）。
4.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位机构的激光打标机，其特征在于，所述旁轴视觉定位机构包括工业相机（7）和连接于工业相机（7）上的工业镜头（8），工业镜头（8）朝向分光镜（1）设置，分光镜（1）内设有倾斜设置的分光镜片，工业相机（7）的光路在分光镜片的反射作用下竖直向下照射。
5.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位机构的激光打标机，其特征在于，所述升降架（11）包括背板（11-1）、底部支撑板（11-2）和顶部支撑板（11-3），背板（11-1）与焦距调节机构（5）相连，底部支撑板（11-2）和顶部支撑板（11-3）分别水平连接于背板（11-1）的上下两端，且激光打标机构固定连接于顶部支撑板（11-3）上，XYZ手动精密滑台（6）连接于底部支撑板（11-2）上，底部支撑板（11-2）上形成有调节XYZ手动精密滑台（6）位置的腰型孔，腰型孔沿旁轴视觉定位机构的光路方向设置。
6.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位机构的激光打标机，其特征在于，所述焦距调节机构（5）包括竖直设置的丝杆（5-1）和直线导轨（5-2），直线导轨（5-2）设置于丝杆（5-1）两侧，且直线导轨（5-2）固定连接于安装立柱（10）上，丝杆（5-1）上下两端分别设有与安装立柱（10）相连接的上部固定板（5-5）和下部固定板（5-6），上部固定板（5-5）上设有带动丝杆（5-1）转动的手动旋钮（5-4）。
7.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位机构的激光打标机，其特征在于，所述丝杆（5-1）上设有与丝杆（5-1）螺纹连接的升降块（5-7），升降块（5-7）两侧同时卡接于两根直线导轨（5-2）上，且升降块（5-7）与升降架（11）固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位机构的激光打标机，其特征在于，所述手动旋钮（5-4）与丝杆（5-1）之间设有用于锁止手动旋钮（5-4）的锁止旋钮（5-3）。
9.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位机构的激光打标机，其特征在于，所述XYZ手动精密滑台（6）包括自下而上依次连接的Z轴滑台（6-3）、Y轴滑台（6-2）和X轴滑台（6-1），Z轴滑台（6-3）、Y轴滑台（6-2）和X轴滑台（6-1）上均设有微动调节头。
10.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位机构的激光打标机，其特征在于，所述分光镜（1）上设有环绕分光镜（1）外圈设置的支撑架，支撑架上设有环绕分光镜（1）设置的条形光源（9）。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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