一种3d激光打标机的可控距离指示方法、打标方法、可控距离指示装置及3d激光打标机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光打标领域，具体涉及一种对物体三维表面进行激光打标的可控距 离指示方式、打标方法、应用该方法的可控距离指示装置及3D激光打标机。
【背景技术】
[0002] 激光打标机（lasermarkingmachine)是利用激光束在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。
[0003] 传统的激光打标机仅在二维平面上进行打标。在打标时，由于激光束非可见，为了 判断打标对象是否位于激光打标区域（定位）及焦点上（定焦），一般是用尺子测量打标平 面与场镜之间的距离，或者在检测板上预先打标以判断是否在焦点上，这些传统操作方法 需要多次测量，效率非常低。作为一种改进，现有的二维激光打标机增加了红光指示器进行 定位和定焦。利用红光代替不可见的激光，起到打标位置的预览和定焦作用。具体可参见 专利文献CN201446774U公开的一种打标机的自动对焦装置。该方案是在扫描装置的两侧 分别设置有十字红光发射器，两边的十字红光发射器所发出的十字红光的交叉点与激光的 焦点重合。在使用时，调整使得待打标物体上出现一个红光交叉点，即可保证打标物体位于 激光的焦点上。由于二维激光打标机的焦距是不变的，因此这种方法用于常规的二维平面 激光打标机上可极大提高工作效率。
[0004] 随着技术的发展，能在三维表面上打标的3D激光打标成为行业内热门的研发点。 与传统2D激光打标相比，3D激光打标机采用动态聚焦座，通过软件控制和移动动态聚焦 镜，在激光被聚焦前进行可变扩束，以此改变激光束的焦距来实现对高低不同物体的准确 表面聚焦加工。因此3D打标对加工对象的表面平整度要求大幅度降低，可以在非平面上进 行激光打标。但是，3D激光打标机的定位和定焦成为新的问题，由于3D激光打标机的焦距 是变化的，因此现有的二维激光打标机的对焦系统已经无法满足要求。
[0005] 在3D激光打标过程中，先对打标物体的打标区域进行空间建模并存储在软件系 统中，该空间建模上可设定任意一个打标物体的基准点坐标，该基准点坐标也为激光的对 焦点，在实际空间上对应打标物体上的某点作为基准点，也即，只要打标时激光头可准确定 位并对焦在物体的基准点上，后续电脑可调焦距完成三维表面其他部位的激光打标。其中 的问题是，在打标开始前，需要将打标物件放入打标平台上，使得物体对应基准点。然而缺 少定位的结构，技术人员很难精确放置和调整打标物件的位置、高度，而且3D曲面打标要 求非常高的精度，只要打标物件的位置或高度出现偏差，很有可能就造成整个打标图案的 失真。另外，由于三维打标物体表面的复杂性，对基准点的设定要求灵活可变，因此传统的 固定式对焦系统已经无法实现3D激光打标的要求。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种3D激光打标机的可控距离指示方法，通过该方法可 在空间上自动指示定位出建模中基准点的高度位置，从而便于加工时安放打标物体的定 位。
[0007] 为了实现上述目的，本发明公开了一种3D激光打标机的可控距离指示方法，该方 法涉及可见光指示器、由高速电机驱动的分光单元以及控制单元；所述分光单元可在第一 位置和第二位置之间做往复地移动，所述分光单元反射可见光指示器发出的可见光束，可 见光束在第一位置被反射出基准光束，在第二位置被反射出偏转光束，由于分光单元由高 速电机控制往复移动，使得基准光束和偏转光束可被肉眼看成两束光；
[0008] 所述基准光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射基准光束使之往偏转 光束的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算分光单 元第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束与被反射单元反射后的基准光束在打 标区域内交汇，该交汇点对应3D激光打标机的初始焦点；
[0009] 或者，所述偏转光束的光路上设置有反射单元，所述反射单元反射偏转光束使之 往基准光束的方向偏转；所述控制单元根据3D激光打标机对基准点对焦的初始焦距，计算 分光单元第一位置与第二位置的差值，该差值使得偏转光束在被反射单元反射后与基准光 束在打标区域内交汇，该交汇点对应3D激光打标机的初始焦点。
[0010] 本发明的指示方法使用简单，通过人眼的误差以及高速运转的高速电机将一束可 见光高速来回偏转，在速度够快的时候，一束可见光在人眼看来将会变成两束可见的光束， 再将其中一束再次反射射向另外一束，即可实现将一束可见光束变成两束能相交汇的光 束，本发明的可见光束通过控制单元控制电机偏转实现自动调节偏转，相对于手动的调节 本发明的指示方法更节省时间，并且能够更精确的指示出3D激光打标机打标的焦点所在 的高度。
[0011] 优选的，所述分光单元的第一位置和第二位置为夹角关系，所述控制单元根据三 角几何计算方法，通过3D激光打标机的初始焦点的坐标，获得分光单元的第一位置和第二 位置的偏转角度。
[0012] 优选的，所获得的对应不同初始焦点的偏转角度值被存储在数据库内，在使用时 通过匹配方式获得分光单元的偏转角度值。
[0013] 优选的，通过插值法补偿误差，对所述分光单元的偏转角度进行修正。实际中可能 会由于安装误差、操作误差或者电路影响等因素导致误差，使得基准光束和偏转光束不会 在激光打标的焦点处交汇，此时通过插值法补偿误差，使得本发明的可见光可以精确的指 不出激光打标的焦点，提尚打标的精度。
[0014] 本发明的另一个目的在于提供应用上述指示方法的3D激光打标机的打标方法， 该打标方法的具体步骤如下：
[0015] (1)对拟打标物体表面进行三维建模，形成三维模型；
[0016] (2)选取三维模型上的任一点作为基准点，获得该基准点坐标；
[0017] ⑶根据该基准点坐标，设定基准点在焦点上，获得初始焦距；
[0018] (4)根据该初始焦距，通过三角几何计算方法获得分光单元第一位置和第二位置 的差值；
[0019] (5)该差值使得偏转光束与被反射单元反射的基准光束在打标区域内交汇，该交 汇点对应3D激光打标机的初始焦点；
[0020] 或者，该差值使得偏转光束在被反射单元反射后与基准光束在打标区域内交汇， 该交汇点对应3D激光打标机的初始焦点；
[0021] (6)使打标物体上对应基准点的位置位于所述交汇点的高度上；
[0022] (7)开始打标。
[0023] 优选的，所述分光单元的第一位置和第二位置为夹角关系，所述步骤4中控制单 元根据三角几何计算方法所获得的对应不同初始焦点的偏转角度值被存储在数据库内，在 使用时通过匹配方式获得每次