本發(fā)明涉及激光打標(biāo)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種集成了激光振鏡掃描雕刻、紅光預(yù)覽、機(jī)器視覺(jué)定位、運(yùn)動(dòng)控制的激光打標(biāo)機(jī)，以及這種激光打標(biāo)機(jī)自動(dòng)化打標(biāo)的方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)的快速發(fā)展，數(shù)控激光加工技術(shù)以其柔韌性和靈活性在非金屬加工領(lǐng)域逐步取代了傳統(tǒng)加工手段。隨著近代電子產(chǎn)品加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)不同種類(lèi)產(chǎn)品加工的快速切換，加工速度，精度外觀一致性和自動(dòng)化集成要求越來(lái)越高。一種多角度視覺(jué)定位的激光打標(biāo)機(jī)能很好滿足這種需求。

已公開(kāi)的專利申請(qǐng)“帶檢測(cè)的激光打標(biāo)機(jī)”(申請(qǐng)?zhí)枺?01410190865.9)公布了一種裝有“vision檢測(cè)組件”的激光打標(biāo)機(jī)，可以在打標(biāo)前檢測(cè)打標(biāo)的位置。其主要缺點(diǎn)是自動(dòng)化程度相對(duì)較低，不能實(shí)現(xiàn)智能定位，打標(biāo)的精度也不夠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高激光打標(biāo)機(jī)的自動(dòng)化程度以及激光打標(biāo)的精度，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案。

一種多角度視覺(jué)定位的激光打標(biāo)機(jī)包括激光振鏡掃描光路模塊、紅光預(yù)覽模塊、激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊、z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊和θ1多角度旋 轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊。

θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊安裝在z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊上。

激光振鏡掃描光路模塊包括激光器和合束鏡，激光器發(fā)出的激光光束和紅光預(yù)覽模塊發(fā)出的紅光光束在經(jīng)過(guò)合束鏡后光束路徑相同，并照射至待加工產(chǎn)品的表面。

激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊檢測(cè)和對(duì)比產(chǎn)品待加工位的視覺(jué)特征點(diǎn)，輔助z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊與θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊記憶和調(diào)整產(chǎn)品待加工位的θ1角度和z軸坐標(biāo)。

激光振鏡掃描光路模塊還包括擴(kuò)束鏡、合束鏡片、45°反射鏡片、x掃描振鏡、y掃描振鏡、聚焦鏡、透反鏡。

激光光束從激光器中發(fā)出，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡、合束鏡后到達(dá)45°反射鏡，然后經(jīng)x掃描振鏡和y掃描振鏡的偏擺到達(dá)聚焦鏡，聚焦后照射到透反鏡上，經(jīng)反射后到達(dá)產(chǎn)品的待加工位表面，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行激光打標(biāo)。

紅光預(yù)覽模塊還包括紅光筆和紅光筆固定座。

激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊主要由工業(yè)相機(jī)構(gòu)成。

z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊主要由z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)構(gòu)成。

θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊包括θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和產(chǎn)品固定夾具。

產(chǎn)品固定夾具裝配在θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，可360度自由旋轉(zhuǎn)。

產(chǎn)品固定夾具用于固定待加工產(chǎn)品。

激光打標(biāo)的方法為：

步驟s1：將待加工產(chǎn)品安裝在θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊上；

步驟s2：開(kāi)啟紅光預(yù)覽模塊和激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊，紅光預(yù)覽模塊產(chǎn)生的紅光光束照射到待加工產(chǎn)品的表面，激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊抓 取待加工產(chǎn)品表面的視覺(jué)特征，系統(tǒng)自動(dòng)比對(duì)紅光出光中心、工業(yè)相機(jī)視野中心、產(chǎn)品激光打標(biāo)位置三者是否重合，若重合執(zhí)行步驟s4，否則執(zhí)行步驟s3；

步驟s3：當(dāng)紅光出光中心、工業(yè)相機(jī)視野中心、產(chǎn)品激光打標(biāo)位置這三者有偏差時(shí)，可以調(diào)整激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊和激光振鏡掃描光路模塊，直到這三者重合；

步驟s4：在人工的配合下，激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊、z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊、θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊根據(jù)紅光預(yù)覽模塊指示的激光出光中心進(jìn)行產(chǎn)品待加工位定位學(xué)習(xí)，形成加工文檔；

步驟s5：關(guān)停紅光預(yù)覽模塊，啟動(dòng)激光振鏡掃描光路模塊，對(duì)待加工產(chǎn)品進(jìn)行激光打標(biāo)。

步驟s5進(jìn)一步包括：

步驟s51：進(jìn)行人工上下料；

步驟s52：判斷加工文檔是否啟用定位，若是執(zhí)行步驟s53，否則執(zhí)行步驟s55；

步驟s53：z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊和θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊根據(jù)加工文檔中的視覺(jué)定位信息調(diào)整待加工產(chǎn)品的z軸坐標(biāo)和θ1角度并執(zhí)行步驟s54；

步驟s54：激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊對(duì)待加工產(chǎn)品進(jìn)行加工位定位，若定位成功執(zhí)行步驟s55，否則輸出報(bào)警信息；

步驟s55：激光器出激光打標(biāo)；

步驟s56：判斷所有加工文檔是否運(yùn)行完，若是返回步驟s51，否則工作臺(tái)運(yùn)行下一個(gè)加工文檔并執(zhí)行步驟s52。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)：該多角度視覺(jué)定位的激光打標(biāo)機(jī)，在高良品率的要求下，能快速實(shí)現(xiàn)單個(gè)產(chǎn)品多個(gè)工作面高精度自動(dòng)化加工處理。 它具有模塊化結(jié)構(gòu)、集成度高、產(chǎn)品加工兼容性強(qiáng)、調(diào)節(jié)快速方便，可一次性處理完產(chǎn)品多個(gè)角度的打標(biāo)雕刻工序。在沒(méi)有出激光的情況下完成相機(jī)和產(chǎn)品的對(duì)位調(diào)試以及產(chǎn)品待加工位的定位學(xué)習(xí)，提高了調(diào)試和學(xué)習(xí)的安全性，降低產(chǎn)品在調(diào)試和學(xué)習(xí)過(guò)程中的損耗，具有快速、直接、高效、安全等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的多角度智能定位激光打標(biāo)機(jī)的整體視圖。

圖2為本發(fā)明的多角度智能定位激光打標(biāo)機(jī)的工作原理圖。

圖3為本發(fā)明的紅光預(yù)覽模塊的工作原理圖。

圖4為本發(fā)明的激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊的工作原理圖。

圖5為本發(fā)明的z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)的整體視圖。

圖6為本發(fā)明的θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的整體視圖。

圖7為本發(fā)明的產(chǎn)品固定夾具和待加工產(chǎn)品的整體視圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1—激光振鏡掃描光路模塊、101—激光器、102—擴(kuò)束鏡、103—合束鏡片、104—45°反射鏡片、105—x掃描振鏡、106—y掃描振鏡、107—聚焦鏡、108—透反鏡、109—激光光束、110—合束鏡架、2—紅光預(yù)覽模塊、201—紅光筆、202—紅光筆固定座、203—紅光光束、3—激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊、301—工業(yè)相機(jī)、4—z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊、401—z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)、5—θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊、501—θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、502—產(chǎn)品固定夾具、6—待加工產(chǎn)品、601—第一加工位、602—第二加工位、603—第三加工位、604—第四加工位、7—合束光束。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行全面的描述。但是，本發(fā)明也可以采用其他多種不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。

除非另有定義，本文使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義相同。

參考圖1，一種多角度智能定位激光打標(biāo)機(jī)，包括激光振鏡掃描光路模塊1、紅光預(yù)覽模塊2、激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊3、z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊4、θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊5。

激光振鏡掃描光路模塊1用于激光打標(biāo)；紅光預(yù)覽模塊2在機(jī)臺(tái)的安裝和調(diào)試階段用于判斷激光出光中心，在產(chǎn)品待加工位定位學(xué)習(xí)階段輔助創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的視覺(jué)定位信息；激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊3用于檢測(cè)待加工產(chǎn)品6不同加工位的特征點(diǎn)，配合z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊4和θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊5定位并記憶待加工產(chǎn)品6不同加工位的z軸坐標(biāo)和θ1角度(z軸坐標(biāo)指待加工產(chǎn)品加工位在豎直方向上的坐標(biāo)點(diǎn)，θ1角度指同一待加工產(chǎn)品從一個(gè)加工位切換到另一加工位需旋轉(zhuǎn)的角度)；z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊4和θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊5根據(jù)記憶的待加工位的z軸坐標(biāo)和θ1角度切換待加工產(chǎn)品6的位置。

參考圖2，激光振鏡掃描光路模塊1包括激光器101、擴(kuò)束鏡102、合束鏡片103、45°反射鏡片104、x掃描振鏡105、y掃描振鏡106、聚焦鏡107、透反鏡108。激光光束109從激光器101中發(fā)出，首先經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡102，通過(guò)合束鏡103后到達(dá)45°反射鏡104，然后經(jīng)x掃描振鏡105和y掃描振鏡106的偏擺到達(dá)聚焦鏡107，聚焦后照射到透反鏡108上，經(jīng)反射到達(dá)待加工產(chǎn)品6的表 面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行激光打標(biāo)。

參考圖3，紅光預(yù)覽模塊2包括紅光筆201、紅光筆固定座202。紅光筆201產(chǎn)生的紅光光束203從側(cè)面照射到合束鏡片103上。經(jīng)合束鏡片103反射的紅光光束203和透射的激光光束109重合可形成合束光束7，即紅光光束203與激光光束109經(jīng)過(guò)合束鏡片103以后所走的光束路徑一致。因此紅光光束203可以在不開(kāi)啟激光光束109的情況下指示激光的出光中心。合束鏡架110用于安裝和固定合束鏡片103。

參考圖4，激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊3的核心部件是工業(yè)相機(jī)301。

參考圖5，z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊4的核心部件是z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)401。

參考圖6和圖7，θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊5的核心部件是θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)501，安裝在z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)401上，可以在豎直方向上下移動(dòng)。θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)501裝有產(chǎn)品固定夾具502，并且可以讓產(chǎn)品固定夾具502做360度的旋轉(zhuǎn)。待加工產(chǎn)品6緊固在產(chǎn)品固定夾具502上。在本實(shí)施例中待加工產(chǎn)品6有四個(gè)加工位，即第一加工位601、第二加工位602、第三加工位603、第四加工位604。產(chǎn)品固定夾具502連同緊固在其上的待加工產(chǎn)品6進(jìn)行360度的旋轉(zhuǎn)，可一次性加工完待加工產(chǎn)品6的四個(gè)加工位，且這一過(guò)程是自動(dòng)切換完成的。

參考圖1、圖2和圖3，在機(jī)臺(tái)的安裝和調(diào)試階段，紅光預(yù)覽模塊2用于判斷激光出光中心(激光光束到達(dá)產(chǎn)品待加工部位的中心點(diǎn))，以便調(diào)整工業(yè)相機(jī)301和z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)401的相對(duì)位置，使得激光出光中心、工業(yè)相機(jī)視野中心、產(chǎn)品激光打標(biāo)位置三者重合。在產(chǎn)品待加工位定位學(xué)習(xí)階段，不需要開(kāi)啟激光，紅光預(yù)覽模塊2可配合激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊3、z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊4、θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊5創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的視覺(jué)定位信息(待加工 產(chǎn)品某一加工位的視覺(jué)信息、z軸坐標(biāo)和θ1角度)。在機(jī)器自主激光打標(biāo)時(shí)，可以關(guān)停紅光預(yù)覽模塊2，機(jī)器根據(jù)存儲(chǔ)的視覺(jué)定位信息文檔進(jìn)行自主激光打標(biāo)。

參考圖1、圖2和圖4，激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊3的工業(yè)相機(jī)301安裝在透反鏡108的正上方，待加工產(chǎn)品6表面的光線(包括紅光和環(huán)境光)穿過(guò)透反鏡108進(jìn)入工業(yè)相機(jī)301的鏡頭內(nèi)獲得成像，形成視覺(jué)信息(視覺(jué)特征點(diǎn))。該模塊與其他模塊配合工作的過(guò)程是，通過(guò)z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊4和θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊5將產(chǎn)品各個(gè)加工位切換到激光打標(biāo)區(qū)域和工業(yè)相機(jī)301的視野內(nèi)，工業(yè)相機(jī)301檢測(cè)產(chǎn)品不同加工位的視覺(jué)特征點(diǎn)，設(shè)備自動(dòng)記錄示教產(chǎn)品待加工位的視覺(jué)定位信息，產(chǎn)品激光打標(biāo)時(shí)直接調(diào)用，自動(dòng)定位完成后即可出激光打標(biāo)。

下面將詳述這種多角度視覺(jué)定位的激光打標(biāo)機(jī)進(jìn)行激光打標(biāo)的步驟。

步驟s1：將待加工產(chǎn)品6安裝在θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊5上；

步驟s2：開(kāi)啟紅光預(yù)覽模塊2和激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊3，紅光預(yù)覽模塊2產(chǎn)生的紅光光束照射到待加工產(chǎn)品的表面，激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊3抓取待加工產(chǎn)品6表面的視覺(jué)特征，系統(tǒng)自動(dòng)比對(duì)紅光出光中心、工業(yè)相機(jī)視野中心、產(chǎn)品激光打標(biāo)位置三者是否重合，若重合執(zhí)行步驟s4，否則執(zhí)行步驟s3；

步驟s3：當(dāng)紅光出光中心、工業(yè)相機(jī)視野中心、產(chǎn)品激光打標(biāo)位置這三者有偏差時(shí)，可以調(diào)整激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊3和激光振鏡掃描光路模塊1，直到這三者重合；

步驟s4：在人工的配合下，激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊3、z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊4、θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊5根據(jù)紅光預(yù)覽模塊2指示的激光出 光中心進(jìn)行產(chǎn)品待加工位定位學(xué)習(xí)，形成加工文檔；

步驟s5：關(guān)停紅光預(yù)覽模塊2，啟動(dòng)激光振鏡掃描光路模塊1，對(duì)待加工產(chǎn)品6進(jìn)行激光打標(biāo)。

步驟s5進(jìn)一步包括：

步驟s51：進(jìn)行人工上下料；

步驟s52：判斷加工文檔是否啟用定位，若是執(zhí)行步驟s53，否則執(zhí)行步驟s55；

步驟s53：z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)模塊4和θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊5根據(jù)加工文檔中的視覺(jué)定位信息調(diào)整待加工產(chǎn)品6的z軸坐標(biāo)和θ1角度并執(zhí)行步驟s54；

步驟s54：激光外同軸機(jī)器視覺(jué)定位模塊3對(duì)待加工產(chǎn)品進(jìn)行加工位定位，若定位成功執(zhí)行步驟s55，否則輸出報(bào)警信息；

步驟s55：激光器101出激光打標(biāo)；

步驟s56：判斷所有加工文檔是否運(yùn)行完，若是返回步驟s51，否則工作臺(tái)運(yùn)行下一個(gè)加工文檔并執(zhí)行步驟s52。

對(duì)上述步驟的一些解釋和說(shuō)明：

首先進(jìn)行的是機(jī)器的調(diào)試，主要是為了確保激光出光中心、工業(yè)相機(jī)視野中心、產(chǎn)品激光打標(biāo)位置三者重合。由于紅光光束203與激光光束109最后的出光中心是一致的，所以在機(jī)器調(diào)試時(shí)我們可以用紅光來(lái)替代激光，如此可以避免激光給人帶來(lái)的意外傷害。開(kāi)啟紅光筆201和工業(yè)相機(jī)301，在產(chǎn)品固定夾具502上安裝一件待加工產(chǎn)品6，控制系統(tǒng)自動(dòng)比對(duì)激光出光中心、工業(yè)相機(jī)視野中心、產(chǎn)品激光打標(biāo)位置三者是否重合。當(dāng)這三者的位置有偏差時(shí)，可以通過(guò)工業(yè)相機(jī)301和激光振鏡掃描光路模塊1來(lái)調(diào)整。

機(jī)器可以通過(guò)一個(gè)學(xué)習(xí)階段來(lái)存儲(chǔ)產(chǎn)品待加工位的視覺(jué)定位信息，即產(chǎn)品待加工位定位學(xué)習(xí)階段。在批量生產(chǎn)時(shí)系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)品待加工位的視覺(jué)定位信息文檔執(zhí)行自動(dòng)化的激光打標(biāo)。這一階段仍然用紅光代替激光。啟用系統(tǒng)的學(xué)習(xí)功能，在人工的輔助下，z軸自動(dòng)調(diào)焦升降臺(tái)401和θ1多角度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)501將產(chǎn)品各個(gè)待加工位切換到激光打標(biāo)區(qū)域和工業(yè)相機(jī)301的視野內(nèi)。系統(tǒng)自動(dòng)記錄工業(yè)相機(jī)301拍攝到的待加工位的視覺(jué)特征點(diǎn)以及相應(yīng)的z軸坐標(biāo)和θ1角度，形成這一待加工位的視覺(jué)定位信息。如此機(jī)器可在不使用激光的情況下完成產(chǎn)品待加工位的定位學(xué)習(xí)，降低了在這一階段產(chǎn)品的損耗，提高了機(jī)器使用的安全性。

完成產(chǎn)品待加工位定位學(xué)習(xí)后就可以對(duì)待加工產(chǎn)品進(jìn)行激光打標(biāo)。在激光打標(biāo)階段，關(guān)停紅光預(yù)覽模塊2，啟動(dòng)激光器101，讓系統(tǒng)執(zhí)行存儲(chǔ)的產(chǎn)品待加工位視覺(jué)定位信息文檔。

本發(fā)明主要有以下的有益效果：

1、該多角度視覺(jué)定位的激光打標(biāo)機(jī)，在高良品率的要求下，能快速實(shí)現(xiàn)單個(gè)產(chǎn)品多個(gè)工作面高精度自動(dòng)化加工處理。它具有模塊化結(jié)構(gòu)、集成度高、產(chǎn)品加工兼容性強(qiáng)、調(diào)節(jié)快速方便，可一次性處理完產(chǎn)品多個(gè)角度的打標(biāo)雕刻工序。

2、該多角度視覺(jué)定位的激光打標(biāo)機(jī)，在沒(méi)有出光的情況下完成相機(jī)和產(chǎn)品的對(duì)位調(diào)試以及產(chǎn)品待加工位的定位學(xué)習(xí)，提高了調(diào)試和學(xué)習(xí)的安全性，降低產(chǎn)品在調(diào)試和學(xué)習(xí)過(guò)程中的損耗，具有快速、直接、高效、安全等優(yōu)點(diǎn)。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。