CN207952926U - 一种基于光轴光线的激光打标机自动对焦装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于光轴光线的激光打标机自动对焦装置，通过追踪激光打标机的经过物镜光轴的细光束在物体上的投影点在面阵探测器像面上的位置，来实现对焦功能。从激光打标机内部发出并经物镜光轴出射的细光束，照射在标刻对象表面并形成投影光斑，一个与物镜有固定位置关系的面阵探测器，对该投影光斑成像并得到该光斑像和预存位置的偏差，通过电动位移装置改变物镜和标刻对象的轴向距离并使此偏差为零，从而实现自动对焦。本实用新型有较高的调焦灵敏度和精度，检测系统安装自由度高，调焦过程中被跟踪的目标点不横向移动，结合电动位移装置实现无需人工判读或干预的自动对焦，能适应多种形态的标刻对象。
Description
技术领域
本实用新型属于激光打标机技术领域，尤其是涉及一种基于光轴光线的激光打标机自动对焦装置。
背景技术
激光打标机是利用激光束在各种不同的物质表面打上永久标记的技术。该技术通过激光器产生激光束，经过一系列光学传导与处理，最终通过光学镜片进行光束聚焦，然后将聚焦后的高能量光束偏转到待加工物体表面的指定位置。激光打标机可以标记出各种文字、符号和图案，市场应用前景广阔。
调焦正确是激光打标机获得清晰标刻图形的前提。现有大多数包括3D激光打标机，一般通过输入标刻对象的厚度、高度等尺寸，然后再通过手工或电动等手段，使激光束会聚在标刻对象表面即准焦，当标刻对象尺寸未知或难以测量时，调焦操作将变得繁琐或困难。
自动对焦则无需事先获知标刻对象尺寸，它能够自动将标刻对象锁定于准焦位置。自动对焦的关键是离焦检测，即如何判断标刻对象是否偏离了准焦位置。在激光打标机上附加激光测距仪并指向标刻区域是一个常见方法，当标刻对象离焦时，激光测距仪能感知距离的变化，但是其有个缺点，由于其测距光束是倾斜照射标刻对象的，随着调焦的进行，测距光束在标刻对象表面的投影光点会横向移动，从而偏离预定的标刻区域，当标刻对象是非平面时，此问题就非常严重。几乎所有倾斜照明标刻对象的离焦检测都有此问题。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于光轴光线的激光打标机自动对焦装置，利用了经物镜光轴出射的细光束，能保证调焦过程中细光束投影光斑不在标刻对象表面横向移动，不仅可以简化光学系统、降低成本，同时有较高的调焦灵敏度和精度。
一种基于光轴光线的激光打标机自动对焦方法，包括以下步骤：
(1)由激光打标机内部产生穿过物镜光轴的细光束，照射在标刻对象表面产生投影光斑；
(2)通过与物镜有固定位置关系的面阵探测器，对上述投影光斑成像；
(3)微处理器系统获取面阵探测器光斑像的当前位置，并与准焦对应的预设位置进行比对；
(4)若上述两位置不吻合，微处理器系统指令电动位移装置，控制标刻对象与物镜之间做靠近或远离的相对运动，缩小位置差，然后转到上述步骤(3)，若上述两位置吻合，转到下述步骤(5)；
(5)微处理器系统指令电动位移装置停止标刻对象与物镜之间的相对运动，自动对焦完成。
步骤(4)中，所述物镜可以固定放置，通过电动位移装置控制标刻对象靠近或远离物镜的相对运动；或者将标刻对象固定放置，通过电动位移装置控制物镜靠近或远离标刻对象的相对运动。
本实用新型提供了一种基于光轴光线的激光打标机自动对焦装置，包括：
激光打标机，用于产生激光或细光束；
物镜，位于激光打标机输出端，用于将平行的激光束聚焦，或者将细光束出射到标刻对象上，产生投影光斑；
面阵探测器，与物镜保持空间相对位置固定，用于对投影光斑成像；
电动位移装置，用于控制标刻对象与物镜之间做靠近或远离的相对运动；
微处理器系统，与面阵探测器和电动位移装置连接，用于读取面阵探测器光斑像的当前位置，根据该光斑像与预留准焦位置的差来驱动电动位移装置补偿离焦。
本装置中，细光束经物镜出射，照明标刻对象产生投影光斑，面阵探测器对该投影光斑成像，微处理器系统能根据该光斑像驱动电动位移装置补偿离焦，从而实现自动对焦目标。
该装置中，面阵探测器与物镜保持空间固定关系，电动位移装置既可配置为承载物镜也可配置为承载标刻对象。
作为优选，所述物镜的光轴与激光打标机输出的细光束重合。保证调焦过程中细光束投影光斑不在标刻对象表面横向移动，使得在对曲面对象及复杂表面对象标刻时也不会偏离预定的标刻区域。
作为优选，所述面阵探测器固定在激光打标机的外壳上，使得整个装置的结构更加紧凑，面阵探测器与物镜之间的位置相对固定。
作为优选，所述标刻对象固定在所述电动位移装置上，电动位移装置控制标刻对象靠近或远离物镜。
作为优选，所述激光打标机固定在所述电动位移装置上，电动位移装置控制物镜靠近或远离标刻对象。
作为优选，所述微处理器系统是一个基于嵌入式芯片如MCU、DSP或ARM等的系统或PC机。它能读取面阵探测器的图像信息并处理得到当前光斑位置。微处理器系统预先保留有一个与准焦对应的位置信息，该准焦位置能保证标刻出清晰的图形。微处理器系统会将当前光斑位置与预留准焦位置进行比对。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型将绝大多数激光打标机标配的指示红光巧妙用于自动对焦，可简化光学系统、降低成本。当然在没有的情况下需额外配置，或使用穿越光轴的经适度衰减的标刻激光本身。
2、本实用新型由于利用了经物镜光轴出射的细光束，因此能保证调焦过程中细光束投影光斑不在标刻对象表面横向移动，这对曲面对象及复杂表面对象的标刻是非常重要的。
3、本实用新型对面阵探测器的安装要求不高，只要能让标刻对象表面的细光束投影光斑进入探测器视场，且安装后探测器保持与物镜的相对位置不变即可。
4、本实用新型自动对焦过程中的位移驱动，既可以作用在物镜，也可以作用在标刻对象，只要此两者能作相对运动就行，从而给不同的使用目标或场合带来便利。
5、本实用新型有较高的调焦灵敏度和精度，能完全满足激光打标机的亚毫米对焦要求。
6、本实用新型尤其适合尺寸未知或难以测量的标刻对象。
附图说明
图1是本实用新型的实施例示意图；
图2是本实用新型的另一种实施例示意图。
图中：1.物镜，2.标刻对象，3.电动位移装置，4.微处理器系统，5.面阵探测器，6.细光束。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例的激光打标机为立式结构，包括物镜1、标刻对象2、电动位移装置3、微处理器系统4、面阵探测器5和细光束6。物镜1位于激光打标机的输出端，标刻对象2能跟随电动位移装置3作竖直上下运动。面阵探测器5与物镜1有固定的位置关系，本实施例中，面阵探测器5与物镜1均保持静止。激光打标机内部可以产生细光束6，经物镜1的光轴出射，照明标刻对象2，并在标刻对象2上产生投影光斑。
本实施例的激光打标机自动对焦方法步骤如下：
步骤1，由激光打标机内部产生穿过物镜1光轴的细光束6，照射在标刻对象2表面产生投影光斑。
步骤2，面阵探测器5对上述投影光斑成像。
步骤3，微处理器系统4获取面阵探测器5光斑像的当前位置，并与准焦对应的预设位置进行比对。微处理器系统4预先保留有一个与准焦对应的位置信息，该准焦位置能保证标刻出清晰的图形。
步骤4，微处理器系统4还控制着电动位移装置3，它根据上述位置的比对结果决定电动位移装置3是否驱动及驱动方向。电动位移装置3将不断竖直运动以修正上述位置差，直到该位置差为零，此时标刻对象2也相应停止运动，意味自动对焦完成。
步骤5，激光打标机可以对基于上述光轴光线投影光斑位置附近的区域进行标刻作业，可标刻区域的大小取决于该区域的面形分布，以区域内都能标刻清晰为准。
实施例2
如图2所示，本实施例的激光打标机为卧式结构，包括物镜1、标刻对象2、电动位移装置3、微处理器系统4、面阵探测器5和细光束6。物镜1位于激光打标机的输出端，标刻对象2静止放置，物镜1能跟随电动位移装置3作水平运动。面阵探测器5与物镜1有固定的位置关系，本实施例中，物镜1移动时，面阵探测器5也相应移动。激光打标机内部可以产生细光束6，经物镜1的光轴出射，照明标刻对象2，并在标刻对象2上产生投影光斑。
本实施例的激光打标机自动对焦方法步骤如下：
步骤1，由激光打标机内部产生穿过物镜1光轴的细光束6，照射在标刻对象2表面产生投影光斑。
步骤2，面阵探测器5对上述投影光斑成像。面阵探测器5与物镜1有固定的位置关系，意味着当物镜1移动时，面阵探测器5也相应移动。
步骤3，微处理器系统4获取面阵探测器5光斑像的当前位置，并与准焦对应的预设位置进行比对。微处理器系统4预先保留有一个与准焦对应的位置信息，该准焦位置能保证标刻出清晰的图形。
步骤4，微处理器系统4还控制着电动位移装置3，它根据上述位置的比对结果决定电动位移装置3是否驱动及驱动方向。电动位移装置3将不断带动物镜1做水平运动以修正上述位置差，直到该位置差为零，此时物镜1也相应停止运动，意味自动对焦完成。
步骤5，激光打标机可以对基于上述光轴光线投影光斑位置附近的区域进行标刻作业，可标刻区域的大小取决于该区域的面形分布，以区域内都能标刻清晰为准。
Claims (6)
1.一种基于光轴光线的激光打标机自动对焦装置，其特征在于，包括：
激光打标机，用于产生激光或细光束；
物镜，位于激光打标机输出端，用于将平行的激光束聚焦，或者将细光束出射到标刻对象上，产生投影光斑；
面阵探测器，与物镜保持空间相对位置固定，用于对投影光斑成像；
电动位移装置，用于控制标刻对象与物镜之间做靠近或远离的相对运动；
微处理器系统，与面阵探测器和电动位移装置连接，用于读取面阵探测器光斑像的当前位置，根据该光斑像与预留准焦位置的差来驱动电动位移装置补偿离焦。
2.根据权利要求1所述的基于光轴光线的激光打标机自动对焦装置，其特征在于，所述物镜的光轴与激光打标机输出的细光束重合。
3.根据权利要求1所述的基于光轴光线的激光打标机自动对焦装置，其特征在于，所述面阵探测器固定在激光打标机的外壳上。
4.根据权利要求1所述的基于光轴光线的激光打标机自动对焦装置，其特征在于，所述标刻对象固定在所述电动位移装置上，电动位移装置控制标刻对象靠近或远离物镜。
5.根据权利要求1所述的基于光轴光线的激光打标机自动对焦装置，其特征在于，所述激光打标机固定在所述电动位移装置上，电动位移装置控制物镜靠近或远离标刻对象。
6.根据权利要求1所述的基于光轴光线的激光打标机自动对焦装置，其特征在于，所述微处理器系统是一个基于MCU、DSP或ARM的系统或PC机。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN108262557A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-07-10 | 浙江大学 | 一种基于光轴光线的激光打标机自动对焦方法及对焦装置 |
| CN112532853A (zh) * | 2019-09-17 | 2021-03-19 | 深圳市硕德激光技术有限公司 | 一种自动对焦方法、装置、激光设备及存储介质 |
| CN117754120A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-03-26 | 剑芯光电(苏州)有限公司 | 一种无损探测像差修正装置及其方法 |
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