雷射打標機及其打標方法
2023-06-01 22:33:56 1
雷射打標機及其打標方法
【專利摘要】本發明提供了一種雷射打標機，在對工件進行加工前，先通過三維移動平臺帶動探測儀位於三維坐標系中的不同位置點，並使音圈電機移動，以使雷射束分別聚焦於探測儀上。因此，通過記錄不同位置點的坐標信息及音圈電機對應的位移量，便可得到雷射束聚焦於不同位置時，對應音圈電機的位移量的校正表。對工件打標時，將三維移動平臺拆除，並將工件置於承載臺上。控制器根據校正表及雷射束的光斑在三維坐標系中的坐標信息，控制音圈電機移動，以使雷射束聚焦於工件的表面。因此，上述雷射打標機及其打標方法可減小失真，從而有效提高加工精度。此外，本發明還提供一種雷射打標方法。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及雷射應用技術，特別是涉及一種雷射打標機及其打標方法。 雷射打標機及其打標方法
【背景技術】
[0002] 雷射掃描技術的應用範圍越來越廣，其應用行業涉及到光電醫療、雷射加工、雷射 切割、雷射焊接等。在各種雷射掃描技術的應用中，要求雷射束能準確聚焦在視場上的任意 位置，且光點的移動按照確定的關係進行。各種雷射掃描技術中，振鏡式掃描是廣泛採用的 一種掃描方式。振鏡是用於控制雷射束方向的反射鏡。一般在雷射打標機中，在X軸和Y 軸方向上各設置一塊振鏡，通過轉動振鏡達到移動光點的目的。
[0003] 但是，在雷射打標過程中，由于振鏡的線性度不可能達到百分百，且振鏡在不同的 範圍內的線性度可能也不同。因此，振鏡式雷射打標機存在著打標圖形的線性失真或者非 線性失真，從而使得在實際使用過程中，出現加工的尺寸與預定的尺寸不符的情況。特別是 當掃描區域較大時，會嚴重影響雷射打標的加工精度。
【發明內容】
[0004] 基於此，有必要提供一種能有效提1?加工精度的雷射打標機及其打標方法。
[0005] -種雷射打標機，用於在工件表面形成預設圖案，所述雷射打標機包括：
[0006] 底座，其上設有用於承載所述工件的承載臺；
[0007] 雷射器，安裝於所述底座上，所述雷射器用於發出雷射束；
[0008] 調焦裝置，固定於所述底座上，所述調焦裝置包括鏡片組件及用於驅動所述鏡片 組件沿其軸向運動的音圈電機；
[0009] 二維掃描振鏡，固定於所述底座上並與所述調焦裝置相對設置，所述二維掃描振 鏡與所述承載臺相對設置，所述雷射束經所述調焦裝置進入所述二維掃描振鏡，並經所述 二維掃描振鏡反射後可射向所述承載臺；
[0010] 與所述音圈電機及所述二維掃描振鏡通訊連接的控制器，所述控制器用於控制所 述二維掃描振鏡轉動，以使所述雷射束的光斑在所述工件上沿預設路線移動，所述控制器 還用於控制所述音圈電機移動，以使所述雷射束聚焦於所述工件的表面；
[0011] 三維移動平臺，可拆卸地安裝於所述承載臺上；
[0012] 探測儀，安裝於所述三維移動平臺上，所述探測儀用於接收所述雷射束，且所述三 維移動平臺可帶動所述探測儀在預設的三維坐標系中移動；及
[0013] 位移採集器，與所述控制器通訊連接，所述位移採集器用於採集當所述雷射束聚 焦於所述探測儀時，所述音圈電機的位移量；
[0014] 其中，所述控制器還用於獲取所述探測儀在所述三維坐標系中的多個坐標信息及 每個所述坐標信息對應的所述音圈電機的位移量，並將所述音圈電機的位移量與所述探測 儀的坐標信息對應存儲，以形成矯正表，所述控制器還用於根據所述校正表及所述雷射束 的光斑在所述三維坐標系中的坐標，控制所述音圈電機的移動，以使所述雷射束聚焦於所 述工件的表面。
[0015] 在其中一個實施例中，所述三維移動平臺包括兩兩相互垂直的第一移動軸、第二 移動軸及第三移動軸，所述第一移動軸可拆卸地安裝於所述承載臺，所述第二移動軸可滑 動地設於所述第一移動軸上，所述第三移動軸可滑動地設於所述第二移動軸上，所述三維 坐標系分別以所述第一移動軸、所述第二移動軸及所述第三移動軸為X軸、Y軸及Z軸。
[0016] 在其中一個實施例中，所述探測儀為電荷耦合圖像傳感器。
[0017] 在其中一個實施例中，所述電荷耦合圖像傳感器的表面設有濾光片。
[0018] 在其中一個實施例中，所述控制器根據所述校正表所述雷射束的光斑在所述三維 坐標系中的坐標，通過插值法獲取所述音圈電機的所需位移量，以控制所述音圈電機移動。 [0019] 一種雷射打標方法，包括以下步驟：
[0020] 提供如上述優選實施例中任一項所述的雷射打標機；
[0021] 所述三維移動平臺帶動所述探測儀在所述三維坐標系中移動，以使所述探測儀依 次位於多個位置點；
[0022] 所述二維掃描振鏡轉動且所述音圈電機移動，以使所述雷射束依次聚焦於位於所 述多個位置點的所述探測儀上，所述位移採集器依次採集所述音圈電機的位移量；
[0023] 所述控制器獲取所述多個位置點的坐標信息及每個所述位置點對應的所述音圈 電機的位移量並對應存儲，以形成校正表；
[0024] 拆卸所述三維移動平臺，並將所述工件置於所述承載臺上；
[0025] 所述控制器控制所述二維掃描振鏡轉動，以使所述雷射束的光斑在所述工件上沿 預設路線移動，所述控制器還根據所述校正表及所述雷射束的光斑在所述三維坐標系中的 坐標信息，控制所述音圈電機移動，以使所述雷射束聚焦於所述工件的表面。
[0026] 在其中一個實施例中，所述控制器還根據所述校正表及所述雷射束的光斑在所述 三維坐標系中的坐標信息，控制所述音圈電機移動，以使所述雷射束聚焦於所述工件的表 面的步驟具體為：
[0027] 所述控制器根據所述校正表所述雷射束的光斑在所述三維坐標系中的坐標，通過 插值法獲取所述音圈電機的所需位移量，以控制所述音圈電機移動。
[0028] 在其中一個實施例中，所述所述三維移動平臺帶動所述探測儀在所述三維坐標系 中移動，以使所述探測儀依次位於多個位置點的步驟為：
[0029] 以所述三維坐標系的原點為起點，依次帶動所述探測儀沿X軸方向及Y軸方向移 動；
[0030] 帶動所述探測儀沿Z方向移動預設距離，再依次帶動所述探測儀沿X軸方向及Y 軸方向移動並依次類推。
[0031] 在其中一個實施例中，所述預設距離為1毫米。
[0032] 在其中一個實施例中，所述所述控制器獲取所述多個位置點的坐標信息及每個所 述位置點對應的所述音圈電機的位移量並對應存儲，以形成校正表的步驟為：
[0033] 將Z軸坐標相同的所述位置點的坐標信息及其對應的所述音圈電機的位移量存 儲於一個表中，以得到多個校正表。
[0034] 上述雷射打標機及其打標方法，在對工件進行加工前，先通過三維移動平臺帶動 探測儀位於三維坐標系中的不同位置點，並使音圈電機移動，以使雷射束分別聚焦於探測 儀上。因此，通過記錄不同位置點的坐標信息及音圈電機對應的位移量，便可得到雷射束聚 焦於不同位置時，對應音圈電機的位移量的校正表。對工件打標時，將三維移動平臺拆除， 並將工件置於承載臺上。控制器根據校正表及雷射束的光斑在三維坐標系中的坐標信息， 控制音圈電機移動，以使雷射束聚焦於工件的表面。因此，上述雷射打標機及其打標方法可 減小失真，從而有效提1?加工精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發明較佳實施例中雷射打標機的結構示意圖；
[0036] 圖2為一個實施例中雷射打標方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0037] 為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中 給出了本發明的較佳實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所 描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹 全面。
[0038] 需要說明的是，當元件被稱為"固定於"另一個元件，它可以直接在另一個元件上 或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是"連接"另一個元件，它可以是直接連接 到另一個元件或者可能同時存在居中元件。
[0039] 除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的【技術領域】的 技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具 體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語"及/或"包括一個或多個 相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0040] 請參閱圖1，本發明較佳實施例中的雷射打標機100包括底座110、雷射器120、調 焦裝置130、二維掃描振鏡140、控制器150、三維移動平臺160、探測儀170及位移採集器 (圖未示）。其中，雷射打標機100用於在工件表面形成預設圖案。
[0041] 底座110起製成作用，一般由金屬製成。底座110上設有用於承載工件的承載臺 112。承載臺112的表面為平面，可使工件保持穩定。
[0042] 雷射器120安裝於底座110上。雷射器120用於發出雷射束。。雷射器120可以 為半導體雷射器、氣體雷射器等。
[0043] 調焦裝置130固定於底座110上。調焦裝置130包括鏡片組件及用於驅動鏡片組 件軸向運動的音圈電機（圖未不）。音圈電機驅動鏡片組移動，從而調整雷射束的聚焦位 置。
[0044] 二維掃描振鏡140固定於底座110上並與調焦裝置130相對設置。二維掃描振鏡 140與承載臺112相對設置，雷射束經調焦裝置130進入二維掃描振鏡140,並經二維掃描 振鏡140反射後可射向承載臺112。二維掃描振鏡140包括分別設於兩個垂直方向的反射 鏡，通過轉動反射鏡，可使雷射束的光斑沿預設的路線移動。
[0045] 控制器150與音圈電機及二維掃描振鏡140通訊連接的，控制器150用於控制二 維掃描振鏡140轉動，以使雷射束的光斑在工件上沿預設路線移動。控制器150還用於控 制音圈電機移動，以使雷射束聚焦於工件的表面。具體在本實施例中，控制器150與音圈電 機及二維掃描振鏡140通過取電器連接。可以理解，驅動器的驅動作用也可集成於控制器 150 中。
[0046] 三維移動平臺160可拆卸地安裝於承載臺112上。在對待加工的工件進行打標時， 需先將三維移動平臺160從承載臺112上拆除，並再將工件置於承載臺112上。
[0047] 探測儀170安裝於三維移動平臺160上，探測儀170用於接收雷射束，且三維移動 平臺160可帶動探測儀170在預設的三維坐標系中移動。探測儀170位於三維坐標系中不 同位置點時，通過轉動二維掃描振鏡140,便可使雷射束射向探測儀170。
[0048] 具體在本實施例中，探測儀170為電荷耦合圖像傳感器。進一步的，電荷耦合圖像 傳感器的表面設有濾光片（圖未示）。濾光片可對電荷耦合圖像傳感器起到保護作用，防止 雷射功率較大時燒壞電荷耦合圖像傳感器。
[0049] 在本實施例中，三維移動平臺160包括兩兩相互垂直的第一移動軸161、第二移動 軸163及第三移動軸165。第一移動軸161可拆卸地安裝於承載臺112,第二移動軸163可 滑動地設於第一移動軸161上，第三移動軸165可滑動地設於第二移動軸163上。三維坐 標系分別以第一移動軸161、第二移動軸163及第三移動軸165為X軸、Y軸及Z軸。
[0050] 可以理解，在其他實施例中，三維移動平臺160可以為機械爪等其他結構，能使探 測儀170在三維坐標系中自由移動即可。
[0051] 位移採集器用於採集當雷射束聚焦於探測儀170時，音圈電機的位移量。具體的， 三維移動平臺160帶動探測儀170在三維坐標系中移動，可使探測儀170三維坐標系中不 同位置點。由於雷射束的聚焦面為以二維掃描振鏡140為中心的球面。因此，探測儀170 在不同位置點時，雷射束的焦點可能不在探測儀170上。通過控制音圈電機驅使鏡片組件 移動，可改變雷射束焦點的位置，直至雷射束聚焦於探測儀170上。位移採集器分別採集探 測儀170在不同位置點時，可使雷射束聚焦於探測儀170上的音圈電機的位移量。
[0052] 其中，控制器150還用於獲取探測儀170在三維坐標系中的多個坐標信息及每個 坐標信息對應的音圈電機的位移量，並將音圈電機的位移量與探測儀170的坐標信息對應 存儲，以形成矯正表。
[0053] 具體在本實施例中，獲得校正表的過程如下：
[0054] 以三維坐標系中的原點為起點，音圈電機驅使鏡片組件移動，直使雷射束聚焦於 探測儀170上，記錄此時音圈電機的移動量;通過三維移動平臺160使探測儀170運 動到三維坐標系中（1，〇,〇)的位置，音圈電機驅使鏡片組件移動，直使雷射束聚焦於探測 儀170上，記錄此時音圈電機的移動量;以此類推，記錄二維平面上所有位置坐標所 對應的音圈電機的移動量d (x，y>cl)，獲得第一張校正表：
[0055] 表 1
[0056]
[0057]
【權利要求】
1. 一種雷射打標機，用於在工件表面形成預設圖案，其特徵在於，所述雷射打標機包 括： 底座，其上設有用於承載所述工件的承載臺； 雷射器，安裝於所述底座上，所述雷射器用於發出雷射束； 調焦裝置，固定於所述底座上，所述調焦裝置包括鏡片組件及用於驅動所述鏡片組件 沿其軸向運動的音圈電機； 二維掃描振鏡，固定於所述底座上並與所述調焦裝置相對設置，所述二維掃描振鏡與 所述承載臺相對設置，所述雷射束經所述調焦裝置進入所述二維掃描振鏡，並經所述二維 掃描振鏡反射後可射向所述承載臺； 與所述音圈電機及所述二維掃描振鏡通訊連接的控制器，所述控制器用於控制所述二 維掃描振鏡轉動，以使所述雷射束的光斑在所述工件上沿預設路線移動，所述控制器還用 於控制所述音圈電機移動，以使所述雷射束聚焦於所述工件的表面； 三維移動平臺，可拆卸地安裝於所述承載臺上； 探測儀，安裝於所述三維移動平臺上，所述探測儀用於接收所述雷射束，且所述三維移 動平臺可帶動所述探測儀在預設的三維坐標系中移動；及 位移採集器，與所述控制器通訊連接，所述位移採集器用於採集當所述雷射束聚焦於 所述探測儀時，所述音圈電機的位移量； 其中，所述控制器還用於獲取所述探測儀在所述三維坐標系中的多個坐標信息及每個 所述坐標信息對應的所述音圈電機的位移量，並將所述音圈電機的位移量與所述探測儀的 坐標信息對應存儲，以形成矯正表，所述控制器還用於根據所述校正表及所述雷射束的光 斑在所述三維坐標系中的坐標，控制所述音圈電機的移動，以使所述雷射束聚焦於所述工 件的表面。
2. 根據權利要求1所述的雷射打標機，其特徵在於，所述三維移動平臺包括兩兩相互 垂直的第一移動軸、第二移動軸及第三移動軸，所述第一移動軸可拆卸地安裝於所述承載 臺，所述第二移動軸可滑動地設於所述第一移動軸上，所述第三移動軸可滑動地設於所述 第二移動軸上，所述三維坐標系分別以所述第一移動軸、所述第二移動軸及所述第三移動 軸為X軸、Y軸及Z軸。
3. 根據權利要求1所述的雷射打標機，其特徵在於，所述探測儀為電荷耦合圖像傳感 器。
4. 根據權利要求3所述的雷射打標機，其特徵在於，所述電荷耦合圖像傳感器的表面 設有濾光片。
5. 根據權利要求1所述的雷射打標機，其特徵在於，所述控制器根據所述校正表所述 雷射束的光斑在所述三維坐標系中的坐標，通過插值法獲取所述音圈電機的所需位移量， 以控制所述首圈電機移動。
6. -種雷射打標方法，其特徵在於，包括以下步驟： 提供如上述權利要求1?5任一項所述的雷射打標機； 所述三維移動平臺帶動所述探測儀在所述三維坐標系中移動，以使所述探測儀依次位 於多個位置點； 所述二維掃描振鏡轉動且所述音圈電機移動，以使所述雷射束依次聚焦於位於所述多 個位置點的所述探測儀上，所述位移採集器依次採集所述音圈電機的位移量； 所述控制器獲取所述多個位置點的坐標信息及每個所述位置點對應的所述音圈電機 的位移量並對應存儲，以形成校正表； 拆卸所述三維移動平臺，並將所述工件置於所述承載臺上； 所述控制器控制所述二維掃描振鏡轉動，以使所述雷射束的光斑在所述工件上沿預設 路線移動，所述控制器還根據所述校正表及所述雷射束的光斑在所述三維坐標系中的坐標 信息，控制所述音圈電機移動，以使所述雷射束聚焦於所述工件的表面。
7. 根據權利要求6所述的雷射打標方法，其特徵在於，所述控制器還根據所述校正表 及所述雷射束的光斑在所述三維坐標系中的坐標信息，控制所述音圈電機移動，以使所述 雷射束聚焦於所述工件的表面的步驟具體為： 所述控制器根據所述校正表所述雷射束的光斑在所述三維坐標系中的坐標，通過插值 法獲取所述音圈電機的所需位移量，以控制所述音圈電機移動。
8. 根據權利要求6所述的雷射打標方法，其特徵在於，所述所述三維移動平臺帶動所 述探測儀在所述三維坐標系中移動，以使所述探測儀依次位於多個位置點的步驟為： 以所述三維坐標系的原點為起點，依次帶動所述探測儀沿X軸方向及Y軸方向移動； 帶動所述探測儀沿Z方向移動預設距離，再依次帶動所述探測儀沿X軸方向及Y軸方 向移動並依次類推。
9. 根據權利要求8所述的雷射打標方法，其特徵在於，所述預設距離為1毫米。
10. 根據權利要求8所述的雷射打標方法，其特徵在於，所述所述控制器獲取所述多個 位置點的坐標信息及每個所述位置點對應的所述音圈電機的位移量並對應存儲，以形成校 正表的步驟為： 將Z軸坐標相同的所述位置點的坐標信息及其對應的所述音圈電機的位移量存儲於 一個表中，以得到多個校正表。
【文檔編號】B41J2/435GK104097402SQ201410323139
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】舒遠, 李玉廷, 王光能, 閆靜, 米野, 丁兵, 高雲峰 申請人:深圳市大族雷射科技股份有限公司, 深圳市大族電機科技有限公司