本發(fā)明屬于激光打標技術領域，具體涉及一種激光打標機、調節(jié)激光打標機掃描頭與打標物距離的方法及打標機自動對焦方法。

背景技術：

激光打標機是綜合了激光技術和計算機技術的光、機電一體化設備。激光打標技術目前在國內外工業(yè)上的應用正被人們逐漸重視，各種新型的打標設備層出不窮，它以其獨特的優(yōu)點正在取代傳統(tǒng)的標記方法，可在各種機械零部件、電子元器件、集成電路模塊、儀器、儀表等多種物體表面上，打印出標記。

其工作原理為激光器產生激光，經過聚焦鏡片聚焦后，再照射到打標物體的表面，只有當打標物體位于焦距位置時才具有較為理想的打標效果。現(xiàn)有技術都是人工手動對打標機進行調整以及對焦，手動調節(jié)降低了打標機的工作效率，調節(jié)的誤差較大，這降低了打標的精度和速度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種激光打標機、調節(jié)激光打標機掃描頭與打標物距離的方法及打標機自動對焦方法，解決現(xiàn)有技術中，需手動對激光打標機進行調整而降低了打標精度和速度的問題。所采用的方案為：

方案一：一種激光打標機，包括用于放置打標物的打標機臺，位于打標機臺上的機架，設置在機架上并可沿機架上下移動的托臺，托臺上設置有激光打標組件，激光打標組件包括依次安裝的激光器、光路組件和掃描頭，光路組件包括若干凹透鏡和/或凸透鏡，位于激光器和掃描頭之間，用于調節(jié)入射激光的光束焦距，打標激光自激光器出射，經過光路組件，入射至掃描頭，掃描頭包括若干反射透鏡，用于改變打標激光的方向，使打標激光朝向打標機臺射出；還包括控制器和設置在機架上用于驅動托臺沿機架上下移動的第一驅動組件，第一驅動組件包括若干驅動電機，驅動電機直接或間接連接托臺，所述控制器控制驅動電機驅動托臺沿機架上下移動；還包括設置在托臺或者激光打標組件上的測距組件，測距組件包括激光指示器和激光傳感器；測距組件、控制器和第一驅動組件依次相連；激光指示器用于向打標物表面發(fā)射指示激光，激光傳感器用于接收經打標物表面漫反射指示激光的反饋激光，指示激光與反饋激光不重合；激光傳感器向控制器發(fā)送感應信號，控制器用于根據(jù)感應信號計算指示激光與反饋激光的夾角并進一度計算出打標物表面到掃描頭的距離；控制器向第一驅動組件發(fā)送控制信號，第一驅動組件的驅動電機根據(jù)控制信號驅動激光打標組件移動，使激光打標組件的掃描頭與打標物表面的距離匹配激光打標機的打標焦距。

方案二：激光打標機，包括底座和底座上用于放置打標物的打標機臺，打標機臺可上下移動，位于打標機臺上方的機架，設置在機架上的托臺，托臺上設置有激光打標組件，激光打標組件包括依次安裝的激光器、光路組件和掃描頭，光路組件包括若干凹透鏡和/或凸透鏡，位于激光器和掃描頭之間，用于調節(jié)入射激光的光束焦距，打標激光自激光器出射，經過光路組件，入射至掃描頭，掃描頭包括若干反射透鏡，用于改變打標激光的方向，使打標激光朝向打標機臺射出；還包括控制器和用于驅動打標機臺上下移動的第二驅動組件，第二驅動組件包括若干驅動電機，驅動電機直接或間接連接打標機臺，所述控制器控制驅動電機驅動打標機臺上下移動；還包括設置在托臺或者激光打標組件上的測距組件，測距組件包括激光指示器和激光傳感器；測距組件、控制器和第二驅動組件依次相連；激光指示器用于向打標物表面發(fā)射指示激光，激光傳感器用于接收經打標物表面漫反射指示激光的反饋激光，指示激光與反饋激光不重合；激光傳感器向控制器發(fā)送感應信號，控制器用于根據(jù)感應信號計算指示激光與反饋激光的夾角并進一度計算出打標物表面到掃描頭的距離；控制器向第二驅動組件發(fā)送控制信號，第二驅動組件的驅動電機根據(jù)控制信號驅動激光打標組件移動，使激光打標組件的掃描頭與打標物表面的距離匹配激光打標機的打標焦距。

方案二的優(yōu)選：底座的上表面開設有豎向延伸的滑動腔，打標機臺設置在滑動腔內，滑動腔內設置與打標平臺相連的所述第二驅動組件。

方案一和二的優(yōu)選：激光指示器用于向打標物表面預置的特征點發(fā)射指示激光，激光傳感器用于接收經特征點反射的反饋激光并向控制器發(fā)送感應信號，控制器用于根據(jù)感應信號計算特征點到掃描頭的垂直方向距離并向第一驅動組件或第二驅動組件發(fā)送控制信號，第一驅動組件根據(jù)控制信號驅動激光打標組件或第二驅動組件根據(jù)控制信息驅動打標機臺移動至打標物表面打標起始點位于激光打標組件掃描頭的打標焦距下方。

方案一和二的優(yōu)選：激光指示器在打標物表面打標起始點位于激光打標組件掃描頭的打標焦距下方后，再次向打標物體表面發(fā)射指示激光，激光傳感器用于接收經打標物表面漫反射的反饋激光并向控制器發(fā)送感應信號，控制器用于根據(jù)感應信號計算打標物體表面到掃描頭的垂直距離并向第一驅動組件或第二驅動組件發(fā)送微調信號，第一驅動組件或第二驅動組件用于根據(jù)微調信號進行驅動微調校準。

方案三：調節(jié)掃描頭和打標物體之間距離的方法，激光指示器向打標物表面發(fā)射激光；激光傳感器接收經打標物體表面漫反射的反饋激光并向控制器發(fā)送感應信號；控制器根據(jù)感應信號計算打標物體表面到掃描頭的垂直距離并向第一驅動組件或第二驅動組件發(fā)送控制信號；第一驅動組件根據(jù)控制信號驅動激光打標組件或第二驅動組件根據(jù)控制信息驅動打標機臺移動至打標物表面打標起始點位于激光打標組件掃描頭的打標焦距下方。

方案三的優(yōu)選：激光指示器向打標物體表面預置的特征點發(fā)射激光；激光傳感器接收經特征點反射的激光并向控制器發(fā)送感應信號。

方案三的優(yōu)選：激光指示器再次向打標物體表面發(fā)射指示激光；激光傳感器接收經打標物體表面反射的激光并向控制器發(fā)送感應信號；控制器根據(jù)感應信號計算打標物體表面到掃描頭的垂直距離并向第一驅動組件或第二驅動組件發(fā)送微調信號；第一驅動組件或第二驅動組件根據(jù)微調信號進行驅動微調校準。

方案四：打標機自動對焦方法，所述光路組件包括至少1個固定的凸透鏡和至少1個活動的凹透鏡；還包括沿打標激光光亮方向延伸的導軌，設置在導軌上的支架，凹透鏡固定在支架上，還包括與支架直接或間接連接的擺動電機，擺動電機控制支架沿導軌方向往返滑動，擺動電機與控制器連接；在掃描頭與打標物表面特征參考點的距離匹配激光打標機的打標焦距后，激光指示器再次向打標物體表面發(fā)射指示激光，激光傳感器接收經打標物表面漫反射的反饋激光并向控制器發(fā)送感應信號，控制器再次根據(jù)感應信號計算打標物表面特征參考點到掃描頭的垂直距離，并向擺動電機發(fā)出控制信號，驅動支架及其凹透鏡在導軌上滑動以改變打標機的打標焦距至打標焦距等于打標物表面到掃描頭的垂直距離。

方案四的優(yōu)選：還包括與控制器連接的控制終端，控制終端內存儲有打標物的數(shù)字模型，在打標激光射在打標物表面除特征參考點以外的點時，控制終端依據(jù)打標物的數(shù)字模型以及特征參考點到掃描頭的垂直距離計算出打標物表面除特征參考點以外的點與掃描頭的實時距離，并向控制器發(fā)出信號，控制器控制擺動電機調節(jié)支架及其凹透鏡在導軌上的滑動位置以再次使打標焦距等于打標物表面除特征參考點以外的點與掃描頭的實時距離。

本發(fā)明的有益效果是：由于本發(fā)明通過激光指示器向打標物體表面發(fā)射激光，激光傳感器用于接收經打標物體表面反射的激光并向控制器發(fā)送感應信號，控制器根據(jù)第一信號計算打標物體表面到測距組件的垂直距離并向驅動組件發(fā)送控制信號，第一驅動組件根據(jù)控制信號驅動激光打標組件移動至打標物體位于激光打標組件的打標焦距上，或者第二驅動組件根據(jù)控制信號驅動打標平臺移動至打標物體位于激光打標組件的打標焦距上。因此，本申請可自動將掃描頭和打標物體之間的距離調整至打標焦距，保證了打標的準確性，提升了打標速度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明激光打標機的結構示意圖

圖2為本發(fā)明激光打標機的側視圖

圖3為本發(fā)明激光打標機工作原理示意圖

圖4為本發(fā)明激光打標機的光路組件的結構示意圖

圖5為圖4中a部放大圖

圖6為本發(fā)明激光打標機的自動對焦原理示意圖

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：

實施例1：

一種激光打標機，如圖1和圖2所示，包括底座1，在底座1上設置有機架2，機架2上開設有豎向延伸的導軌，導軌上設置有托臺3，托臺3可沿導軌滑動。在托臺3上設置有激光打標組件4，激光打標組件4用于產生打標激光，打標激光從掃描頭41射出，再照射到打標平臺11上的打標物體10上。激光打標機托臺3與第一驅動組件相連，第一驅動組件6與控制器相連。第一驅動組件6包括驅動器和絲桿機構，手動操作控制按鈕81，使控制器發(fā)出指令，通過驅動器和絲桿機構的配合驅動托臺3在機架2上沿導軌上下移動，從而調整掃描頭41與打標物體10之間的距離。

在掃描頭41的一側設置有測距組件5，測距組件5內集成有激光指示器和激光傳感器。激光傳感器、控制器和第一驅動組件6依次電連接。其中，激光指示器可選用紅光激光指示器，紅色激光的可識別度高，便于激光感應器的感應。

第一驅動組件包括若干驅動電機，驅動電機直接或間接連接托臺，所述控制器控制驅動電機驅動托臺沿機架上下移動；還包括設置在托臺或者激光打標組件上的測距組件，測距組件包括激光指示器和激光傳感器；測距組件、控制器和第一驅動組件依次相連；激光指示器用于向打標物表面發(fā)射指示激光，激光傳感器用于接收經打標物表面漫反射指示激光的反饋激光，指示激光與反饋激光不重合；激光傳感器向控制器發(fā)送感應信號，控制器用于根據(jù)感應信號計算指示激光與反饋激光的夾角并進一度計算出打標物表面到掃描頭的距離；控制器向第一驅動組件發(fā)送控制信號，第一驅動組件的驅動電機根據(jù)控制信號驅動激光打標組件移動，使激光打標組件的掃描頭與打標物表面的距離匹配激光打標機的打標焦距。激光指示器用于向打標物表面預置的特征點發(fā)射指示激光，激光傳感器用于接收經特征點反射的反饋激光并向控制器發(fā)送感應信號，控制器用于根據(jù)感應信號計算特征點到掃描頭的垂直方向距離并向第一驅動組件發(fā)送控制信號，第一驅動組件根據(jù)控制信號驅動激光打標組件移動至打標物表面打標起始點位于激光打標組件掃描頭的打標焦距下方。：激光指示器在打標物表面打標起始點位于激光打標組件掃描頭的打標焦距下方后，再次向打標物體表面發(fā)射指示激光，激光傳感器用于接收經打標物表面漫反射的反饋激光并向控制器發(fā)送感應信號，控制器用于根據(jù)感應信號計算打標物體表面到掃描頭的垂直距離并向第一驅動組件發(fā)送微調信號，第一驅動組件根據(jù)微調信號進行驅動微調校準。

如圖3、圖4和圖5所示，激光打標組件包括依次安裝的激光器42、光路組件43和掃描頭44，光路組件包括凹透鏡433和凸透鏡434，位于激光器和掃描頭之間，用于調節(jié)入射激光的光束焦距，打標激光自激光器出射，經過光路組件，入射至掃描頭。掃描頭包括若干反射透鏡，用于改變打標激光的方向，使打標激光朝向打標機臺射出。

如圖6所示，在具體對打標物體10進行打標時，激光打標機啟動工作后，激光指示器向打標物體10表面發(fā)射激光，激光在打標物體10表面產生漫反射，激光傳感器用于接收經打標物體10表面反射的激光，從而產生感應并向控制器發(fā)送感應信號，控制器用于根據(jù)感應信號計算打標物體10表面到測距組件的垂直距離?？刂破饔嬎憔嚯x的原理是根據(jù)激光的直線傳播和發(fā)射角度，，控制器計算出打標物體10表面到測距組件的垂直距離后，向第一驅動組件6發(fā)送控制信號，第一驅動組件6用于根據(jù)控制信號驅動托臺3帶動激光打標組件4移動，直至打標物體10位于激光打標組件4的打標焦距上。之后，激光打標機根據(jù)打標圖案在虛擬模型上的位置對打標物體10進行打標。

本實施例中，第一驅動組件6包括驅動器和絲桿機構，在其他實施例中，凡是可通過控制信號驅動激打標組件3在機架2上沿導軌上下移動的第一驅動組件，均落入本實施例的保護范圍。同時，本實施例是測量打標物體10表面到測距組件5的垂直距離。

實施例2：

本實施例相對于實施例的1的差別，主要在于第二驅動組件上。具體來說：

激光打標機，包括底座和底座上用于放置打標物的打標機臺，打標機臺可上下移動，位于打標機臺上方的機架，設置在機架上的托臺，托臺上設置有激光打標組件，激光打標組件包括依次安裝的激光器、光路組件和掃描頭，光路組件包括若干凹透鏡和/或凸透鏡，位于激光器和掃描頭之間，用于調節(jié)入射激光的光束焦距，打標激光自激光器出射，經過光路組件，入射至掃描頭，掃描頭包括若干反射透鏡，用于改變打標激光的方向，使打標激光朝向打標機臺射出；還包括控制器和用于驅動打標機臺上下移動的第二驅動組件，第二驅動組件包括若干驅動電機，驅動電機直接或間接連接打標機臺，所述控制器控制驅動電機驅動打標機臺上下移動；還包括設置在托臺或者激光打標組件上的測距組件，測距組件包括激光指示器和激光傳感器；測距組件、控制器和第二驅動組件依次相連；激光指示器用于向打標物表面發(fā)射指示激光，激光傳感器用于接收經打標物表面漫反射指示激光的反饋激光，指示激光與反饋激光不重合；激光傳感器向控制器發(fā)送感應信號，控制器用于根據(jù)感應信號計算指示激光與反饋激光的夾角并進一度計算出打標物表面到掃描頭的距離；控制器向第二驅動組件發(fā)送控制信號，第二驅動組件的驅動電機根據(jù)控制信號驅動激光打標組件移動，使激光打標組件的掃描頭與打標物表面的距離匹配激光打標機的打標焦距。

底座的上表面開設有豎向延伸的滑動腔，打標機臺設置在滑動腔內，滑動腔內設置與打標平臺相連的所述第二驅動組件。

激光指示器用于向打標物表面預置的特征點發(fā)射指示激光，激光傳感器用于接收經特征點反射的反饋激光并向控制器發(fā)送感應信號，控制器用于根據(jù)感應信號計算特征點到掃描頭的垂直方向距離并向第二驅動組件發(fā)送控制信號，第二驅動組件根據(jù)控制信息驅動打標機臺移動至打標物表面打標起始點位于激光打標組件掃描頭的打標焦距下方。激光指示器在打標物表面打標起始點位于激光打標組件掃描頭的打標焦距下方后，再次向打標物體表面發(fā)射指示激光，激光傳感器用于接收經打標物表面漫反射的反饋激光并向控制器發(fā)送感應信號，控制器用于根據(jù)感應信號計算打標物體表面到掃描頭的垂直距離并向第二驅動組件發(fā)送微調信號，第二驅動組件用于根據(jù)微調信號進行驅動微調校準。

實施例3：

本實施是在實施例1或2的基礎上改進，本實施例說明一種針對立體打標物的激光打標機的方案。

如圖6所示，在具體對打標物體10進行打標時，激光打標機還可以連接外部控制終端。在控制終端內建立打標物體10的虛擬模型，將打標圖案貼覆到虛擬模型的表面。

由于控制終端內存儲有打標物體10的虛擬模型，也存儲有虛擬模型的各項參數(shù)，只要知曉模型上任意一點到測距組件5的距離，即可獲知虛擬模型上其他任意一點到測距組件5的距離。因此，本實施例需要在打標物體10表面預先設定一個特征點，該特征點可以是打標物體10表面任意較易識別的點，可以選打標物體10表面的最高點或者最低點。同時，存儲在虛擬模型內與該特征點相對應點的位置。

如圖6所示，預先設定特征點101為打標物體10表面的最高點，打標物體10放置在打標平臺11上，移動打標物體10至激光指示器所發(fā)射激光照射到特征點101上。激光指示器用于向特征點101發(fā)射激光，激光傳感器用于接收在特征點101反射的激光，控制器8計算出特征點101到測距組件5的垂直距離，則打標物體10上任意一點到測距組件5的垂直距離可知，激光打標機可從打標物體10上的任意一點開始打標，因此設定一個打標初始點102，并向驅動組件發(fā)送控制信號。驅動組件用于根據(jù)控制信號驅動移動，直至打標初始點102位于激光打標組件4的打標焦距上。之后，控制終端的內部程序會控制激光打標機從打標初始點102開始打標。

實施例4：

在實施例1中，第一驅動組件6驅動激光打標組件4移動至打標物體10位于激光打標組件4的打標焦距上時，激光打標組件4所處位置與實際焦距位置會有較大誤差，特別是第一驅動組件6驅動激光打標組件4移動距離較大時，這種誤差會更大，因此本實施例提供一種微調校準的方案。

激光指示器在第一驅動組件6驅動激光打標組件4移動至打標物體10位于激光打標組件4的打標焦距上之后，再次向打標物體表面發(fā)射激光，激光傳感器再次接收經打標物體表面反射的激光并向控制器發(fā)送感應信號，控制器再次計算打標物體表面到測距組件的垂直距離并向第一驅動組件發(fā)送微調信號，第一驅動組件用于根據(jù)微調信號驅動激光打標組件進行微調校準，從而提升位置調整的準確性。

實施例5：

本實施例為在實施例1和2基礎上的改進，具體改進如下。

一種激光打標機，如圖3和圖4所示，包括機架和設置在機架上的激光組件4，激光打標組件4包括用于產生激光的激光器42以及依次設置在激光器42所產生激光的光路上的調焦組件43和掃描頭44。還包括聚鏡控制器7和聚鏡驅動組件61，聚鏡控制器7、聚鏡驅動組件61和光路組件43依次連接。

掃描頭44包括x反射鏡和y反射鏡，x反射鏡用于調整光路在橫向上偏轉，y反射鏡用于調整光路在縱向上偏轉。打標激光從激光器42中射出，經光路組件43聚焦和掃描頭44調整后照射到打標物體10上。

光路組件43包括支撐座431、支架432、凹透鏡433和凸透鏡434(其他實施例中，兩者位置可以互換，應當認為與本方案等同)。支撐座431上設置有沿激光光路延伸的導軌435，支架432設置在導軌435上并可沿導軌435滑動，聚焦鏡片433固定在支架432上，還包括與支架直接或間接連接的擺動電機，擺動電機控制支架沿導軌方向往返滑動，擺動電機與控制器連接；因此支架432在導軌435上滑動時，也帶動聚焦鏡片433移動，聚焦鏡片433在導軌435的位置對應打標激光的焦距，通過聚焦鏡片433在導軌435上的移動而改變打標激光的焦距。

在激光打標組件4上還設置有測距組件5，測距組件5包括激光指示器和激光傳感器。激光指示器用于向打標物體表面發(fā)射激光，激光在打標物體10表面產生漫反射，激光傳感器用于接收經打標物體10表面反射的激光，從而產生感應并向控制器發(fā)送第一感應信號，聚鏡控制器7用于根據(jù)第一感應信號計算打標物體表面到測距組件5的垂直距離。聚鏡控制器7計算出打標物體表面到測距組件的垂直距離后，向聚鏡驅動組件61發(fā)送控制信號，聚鏡驅動組件61用于根據(jù)控制信號驅動托臺3帶動激光組件4移動，直至打標物體位于激光組件4的打標焦距上。

實施例7：

本實施例為在實施例1和2設備基礎上采用的調節(jié)掃描頭和打標物體之間距離的方法。

一種調節(jié)掃描頭和打標物體之間距離的方法，激光指示器向打標物表面發(fā)射激光；激光傳感器接收經打標物體表面漫反射的反饋激光并向控制器發(fā)送感應信號；控制器根據(jù)感應信號計算打標物體表面到掃描頭的垂直距離并向第一驅動組件或第二驅動組件發(fā)送控制信號；第一驅動組件根據(jù)控制信號驅動激光打標組件或第二驅動組件根據(jù)控制信息驅動打標機臺移動至打標物表面打標起始點位于激光打標組件掃描頭的打標焦距下方。

激光指示器向打標物體表面預置的特征點發(fā)射激光；激光傳感器接收經特征點反射的激光并向控制器發(fā)送感應信號。

激光指示器再次向打標物體表面發(fā)射指示激光；激光傳感器接收經打標物體表面反射的激光并向控制器發(fā)送感應信號；控制器根據(jù)感應信號計算打標物體表面到掃描頭的垂直距離并向第一驅動組件或第二驅動組件發(fā)送微調信號；第一驅動組件或第二驅動組件根據(jù)微調信號進行驅動微調校準。

實施例8：

本實施例為在實施例1和2設備基礎上采用的打標機自動對焦方法。

一種打標機自動對焦方法，所述光路組件包括至少1個固定的凸透鏡和至少1個活動的凹透鏡；還包括沿打標激光光亮方向延伸的導軌，設置在導軌上的支架，凹透鏡固定在支架上，還包括與支架直接或間接連接的擺動電機，擺動電機控制支架沿導軌方向往返滑動，擺動電機與控制器連接；在掃描頭與打標物表面特征參考點的距離匹配激光打標機的打標焦距后，激光指示器再次向打標物體表面發(fā)射指示激光，激光傳感器接收經打標物表面漫反射的反饋激光并向控制器發(fā)送感應信號，控制器再次根據(jù)感應信號計算打標物表面特征參考點到掃描頭的垂直距離，并向擺動電機發(fā)出控制信號，驅動支架及其凹透鏡在導軌上滑動以改變打標機的打標焦距至打標焦距等于打標物表面到掃描頭的垂直距離。

還包括與控制器連接的控制終端，控制終端內存儲有打標物的數(shù)字模型，在打標激光射在打標物表面除特征參考點以外的點時，控制終端依據(jù)打標物的數(shù)字模型以及特征參考點到掃描頭的垂直距離計算出打標物表面除特征參考點以外的點與掃描頭的實時距離，并向控制器發(fā)出信號，控制器控制擺動電機調節(jié)支架及其凹透鏡在導軌上的滑動位置以再次使打標焦距等于打標物表面除特征參考點以外的點與掃描頭的實時距離。

本發(fā)明的總體的有益效果是：由于本發(fā)明通過激光指示器向打標物體表面發(fā)射激光，激光傳感器用于接收經打標物體表面反射的激光并向控制器發(fā)送感應信號，控制器根據(jù)第一信號計算打標物體表面到測距組件的垂直距離并向驅動組件發(fā)送控制信號，第一驅動組件根據(jù)控制信號驅動激光打標組件移動至打標物體位于激光打標組件的打標焦距上，或者第二驅動組件根據(jù)控制信號驅動打標平臺移動至打標物體位于激光打標組件的打標焦距上。因此，本申請可自動將掃描頭和打標物體之間的距離調整至打標焦距，保證了打標的準確性，提升了打標速度。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導，本發(fā)明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對發(fā)明的一些修改和變更也應當落入本發(fā)明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構成任何限制。