CN203046465U - 保证激光打标位置精度的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种保证激光打标位置精度的装置，涉及激光打标机技术领域，包括安装于激光打标机的打标组件下方用于放置工件的工作台，所述工作台由动力装置驱动可相对于所述打标组件的场镜做垂直直线运动；还包括：安装于所述工作台上方用于检测所述工件上表面到所述场镜下表面的距离的位移传感器，定义所述工件上表面到所述场镜下表面的距离为打标距离；根据所述位移传感器的检测信号控制所述动力装置动作使打标距离在设定范围内的控制单元。本实用新型保证激光打标位置精度的装置提高了激光打标机的打标位置精度，且结构简单，生产成本低，使用寿命长，适合于在激光打标机行业推广应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光打标机技术领域，特别涉及一种保证激光打标位置精度的装置。
背景技术
激光打标机是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记。激光打标技术与其它的标记技术相比具有速度快，字迹清晰，防伪功能强，图形和文字不易变更和污染小等优点。由于激光打标技术的以上优点，激光打标机被广泛应用于电子元器件、集成电路（IC）、电工电器、手机通讯、五金制品、工具配件、精密器械、眼镜钟表、首饰饰品、汽车配件、塑胶按键、建材、PVC管材等行业。
激光打标机包括激光器和与激光器相连接的打标组件，打标组件包括扫描振镜和场镜，扫描振镜用来控制激光光束的路径，场镜对激光光束进行聚焦来实现打标功能。
激光打标时，对场镜来说，大多数激光束都有一定的入射角。如图1所示，激光束8经过振镜1的X振镜11和Y振镜12的镜片反射后，由场镜2聚焦进行打标，激光束8与场镜法线7之间形成的夹角γ称为偏转角。通常情况下，场镜最大偏转角不允许超过12.5°（一般是不超过10°）。当激光束8与工件平面6不垂直时，打标的水平位置会随着工件平面6高度的变化而发生偏移。工件平面6的高度变化越大，打标的水平位置偏移量也越大。由此可见，工件平面6距离场镜2的高度精度会影响打标的位置精度。
在很多打标行业，对打标位置精度的要求都很高，有的甚至精确到微米。由于激光打标会出现偏移现象，从而降低了激光打标的位置精度，导致激光打标机不能满足高位置精度的要求，进而缩小了激光打标机的应用范围。针对以上不足，有些激光打标机通过调整激光器和打标组件的位置来保证打标精度，但这种方式会使得激光器和打标组件产生震动，震动不仅会产生误差，还会损伤激光器内的精密部件，严重的降低了激光打标机的使用寿命。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种保证激光打标位置精度的装置，此保证激光打标位置精度的装置可提高激光打标机的位置精度，操作简便，不会产生误差，且使用寿命长。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种保证激光打标位置精度的装置，包括安装于激光打标机的打标组件下方用于放置工件的工作台，所述工作台由动力装置驱动可相对于所述打标组件的场镜做垂直直线运动；还包括：安装于所述工作台上方用于检测所述工件上表面到所述场镜下表面的距离的位移传感器，定义所述工件上表面到所述场镜下表面的距离为打标距离；根据所述位移传感器的检测信号控制所述动力装置动作使打标距离在设定范围内的控制单元。
其中，所述位移传感器的探测头下表面与所述场镜下表面高度一致。
其中，所述位移传感器安装于所述打标组件上。
其中，所述动力装置为电缸。
其中，所述控制单元包括中央控制模块，所述中央控制模块连接有输出执行模块、用于设定打标位置精度值的参数设定模块和用于连接所述位移传感器的数据采样模块；所述输出执行模块连接所述动力装置。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型所述的保证激光打标位置精度的装置包括安装于激光打标机的打标组件下方用于放置工件的工作台，工作台由动力装置驱动可相对于打标组件的场镜做垂直直线运动；还包括：安装于工作台上方用于检测工件上表面到场镜下表面的距离的位移传感器，定义工件上表面到场镜下表面的距离为打标距离；根据位移传感器的检测信号控制动力装置动作使打标距离在设定范围内的控制单元。由于放置工件的工作台可相对于场镜做直线运动，在工作台的上方安装有可检测工件上表面到场镜下表面的距离的位移传感器，如图1所示，在打标机工作时，首先在控制单元中输入位置精度L,控制单元根据公式L=H*tanγ（γ为最大偏转角）得出打标距离偏移量H，进而得到打标距离的设定范围f±H（f为场镜的焦距），也可以人工计算得到f±H直接输入控制单元，然后，位移传感器将检测到的打标距离传输给控制单元，控制单元经过运算可得出实际的打标距离是否在设定的打标距离范围内：如果打标距离过小，则控制工作台向下运动至合适的距离；如果打标距离过大，则控制工作台向上运动至合适的距离，从而保证打标距离在规定的范围内，进而保证了激光打标机的打标位置精度；且本实用新型是通过移动工作台来调整工件与场镜之间的打标距离，不需要移动激光器和打标组件，故不会对激光器和打标组件造成震动，也就不会产生误差，也不会损伤精密部件，进而延长了打标机的使用寿命；由上述的技术方案可知，本实用新型结构简单，故成本低，且由控制单元自动控制，不受人为因素影响，精度高，适合在激光打标机上推广应用，从而扩大激光打标机的应用范围。
综上所述，本实用新型保证激光打标位置精度的装置解决了现有技术中激光打标机打标位置精度低的技术问题。本实用新型保证激光打标位置精度的装置提高了激光打标机的打标位置精度，且结构简单，生产成本低，使用寿命长，适合于在激光打标机行业推广应用。
附图说明
图1是激光打标位置偏移现象原理图；
图2是本实用新型保证激光打标位置精度的装置的结构示意图；
图3是本实用新型保证激光打标位置精度的装置的工作流程框图；
图4是本实用新型保证激光打标位置精度的装置的控制单元的结构框图；
图中：1、振镜，11、X振镜，12、Y振镜，2、场镜，3、工作台，4、位移传感器，5、动力装置，6、工件平面，7、场镜法线，8、激光束。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。
如图2所示，一种保证激光打标位置精度的装置，包括安装于激光打标机的打标组件下方用于放置工件的工作台3，工作台3位于打标组件的下方，打标组件包括振镜1和场镜2，工作台3由动力装置5驱动可相对场镜2做垂直直线运动，在振镜1上安装有用于检测工件上表面到场镜2下表面的距离的位移传感器4，定义工件上表面到场镜2下表面的距离为打标距离；保证激光打标位置精度的装置还包括控制单元，控制单元接收位移传感器4传输的工件上表面到场镜2下表面的距离信号。由于放置工件的工作台3可相对于场镜2做直线运动，且在振镜1上安装有可检测工件上表面到场镜2下表面的距离的位移传感器4，如图1所示，在打标机工作时，首先在控制单元中输入位置精度L,控制单元根据公式L=H*tanγ（γ为最大偏转角）得出打标距离偏移量H，进而得到打标距离的设定范围f±H（f为场镜的焦距），也可以人工计算得到f±H直接输入控制单元，然后，位移传感器4将检测到的打标距离传输给控制单元，控制单元经过运算可得出实际的打标距离是否在设定的打标距离范围内：如果打标距离过小，则控制工作台3向下运动至合适的距离；如果打标距离过大，则控制工作台3向上运动至合适的距离，从而保证打标距离在规定的范围内，进而保证了激光打标机的打标位置精度；且本实用新型是通过移动工作台3来调整工件与场镜2之间的打标距离，不需要移动激光器和打标组件，故不会对激光器和打标组件造成震动，也就不会产生误差，也不会损伤精密部件，进而延长了打标机的使用寿命；由上述的技术方案可知，本实用新型结构简单，故成本低，且由控制单元自动控制，不受人为因素影响，精度高，适合在激光打标机上推广应用，从而扩大激光打标机的应用范围。
位移传感器4的探测头下表面与场镜2的下表面高度一致，可保证位移传感器4检测到的打标距离更为直接，简化了控制单元的内部程序，保证了激光打标机的打标位置精度。位移传感器4也可以安装在激光打标机的机架或打标组件的其它位置，可以是振镜的上方或下方，则打标距离为其测量值减去或者加上位移传感器的探测头下表面至振镜下表面的距离。
本实施例中动力装置5采用电缸，但也可以是其它本领域公知的升降装置，采用电缸，结构简单，成本低，电缸内的动力源可以是伺服电机或者步进电机。由于伺服电机运转平滑，响应快，位置精度控制准确，故为本实施例的优选方案。
如图4所示，控制单元包括中央控制模块，中央控制模块连接有输出执行模块、用于设定打标位置精度值的参数设定模块和用于接收位移传感器4的检测信号的数据采样模块，输出执行模块连接动力装置5，数据采样模块连接位移传感器4。控制单元可采用PC机（工控机）或移动电脑，还可以直接整合到激光打标机的控制系统内，由于控制单元不是本实用新型的发明要点，且上述的三种方式本领域技术人员不需要创造性的劳动就可以实现，故在此不再详述。
上述保证激光打标位置精度的装置的工作原理：
如图1所示，若打标平面即工件平面6从V向下移动至V'，打标距离偏移量为H，则打标点由a移动到a'，水平偏移量为L（即打标位置精度值），则
L=H*tanγ，
其中，γ为打标机的偏转角，
若打标机的最大偏转角为10°，则
L=H*tan10°=0.176H
也就是说，在最大偏转角为10°时，打标的水平偏移量为打标距离偏移量的0.176倍。
本实用新型就是通过限制打标距离的偏移量来达到控制打标机打标位置精度的目的。本实用新型的位移传感器4采用精度为10μm、量程为500mm的位移传感器，则采用本实用新型后激光打标机的打标位置精度能达到
L=0.176*10μm=1.76μm，
在产品的位置精度要求不小于1.76μm时，安装有本实用新型保证激光打标位置精度的装置的激光打标机都能达到。
在实际应用中，打标位置精度值的设定要根据产品的要求来设定，例如，产品的位置精度要求为±0.06mm，则将±0.06做为打标位置精度值的设定值，带入公式
L=H*tan10°
得到
H=±0.34mm，
设定场镜的焦距为f，则合格的打标距离范围即为f±0.34mm，控制单元的数据采样模块将位移传感器4传输过来的信号进行AD转换，转换成打标距离的数字量传给中央控制模块，中央控制模块进行判断位移传感器4检测到的打标距离是否在f±0.34mm的范围内，如果在f±0.34mm的范围内则进行打标工作；如果不在f±0.34mm的范围内，则控制动力装置5驱动工作台3上升或下降，使得打标距离在f±0.34mm的范围内，从而保证激光打标机的打标位置精度。
如图3所示，本实用新型的工作流程如下：
首先在控制单元上设定待打标的产品的打标位置精度值，然后将工件放到工作台3上，按下打标按钮，此时位移传感器4将检测到的打标距离传输给控制单元，控制单元通过运算后确定打标距离是否在要求的范围内，如果在要求的范围内，则发出合格信号，激光打标机开始打标工作；如果不在要求的范围内，则控制动力装置5驱动工作台3上升可下降，直至打标距离符合要求为止，激光打标机进行打标工作。
本实用新型不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.保证激光打标位置精度的装置，包括安装于激光打标机的打标组件下方用于放置工件的工作台，其特征在于，所述工作台由动力装置驱动可相对于所述打标组件的场镜做垂直直线运动；还包括：
安装于所述工作台上方用于检测所述工件上表面到所述场镜下表面的距离的位移传感器，定义所述工件上表面到所述场镜下表面的距离为打标距离；
根据所述位移传感器的检测信号控制所述动力装置动作使打标距离在设定范围内的控制单元。
2.根据权利要求1所述的保证激光打标位置精度的装置，其特征在于，所述位移传感器的探测头下表面与所述场镜下表面高度一致。
3.根据权利要求1或2所述的保证激光打标位置精度的装置，其特征在于，所述位移传感器安装于所述打标组件上。
4.根据权利要求1或2所述的保证激光打标位置精度的装置，其特征在于，所述动力装置为电缸。
5.根据权利要求3所述的保证激光打标位置精度的装置，其特征在于，所述控制单元包括中央控制模块，所述中央控制模块连接有输出执行模块、用于设定打标位置精度值的参数设定模块和用于连接所述位移传感器的数据采样模块；所述输出执行模块连接所述动力装置。
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