本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，特別涉及一種動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)控制系統(tǒng)和控制方法。

背景技術(shù)：

市場上旋轉(zhuǎn)打標(biāo)控制系統(tǒng)的普遍做法是激光打標(biāo)與旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)不同時工作，即激光打標(biāo)時旋轉(zhuǎn)軸是停止的，或者旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動時激光不打標(biāo)，這稱之為靜止旋轉(zhuǎn)打標(biāo)。由此帶來兩大缺陷包括：1、因為圖形多次被分割而造成的旋轉(zhuǎn)打標(biāo)效率低下；2、因為本質(zhì)上存在偏焦及圖形拼接造成的打標(biāo)效果不理想。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，提供一種動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)控制系統(tǒng)和控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)激光打標(biāo)與旋轉(zhuǎn)軸同時工作，從而解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)打標(biāo)效率低下和打標(biāo)效果不理想的問題。

為了解決以上提出的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括：

上位機(jī)將控制信息傳輸給運(yùn)動控制卡；

運(yùn)動控制卡根據(jù)所述控制信息，將運(yùn)動信號輸出給振鏡組件和旋轉(zhuǎn)軸；運(yùn)動控制卡還將控制信號輸出給光纖激光器，控制其出光和關(guān)光；

光纖激光器根據(jù)所述控制信號發(fā)出激光，并將所述激光輸出給振鏡組件；

振鏡組件根據(jù)所述運(yùn)動信號，控制其采用的反射鏡片的旋轉(zhuǎn)；還將接收到的激光通過聚焦鏡頭作用在工件上；

旋轉(zhuǎn)軸根據(jù)所述運(yùn)動信號，控制工件的旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)激光對工件進(jìn)行圓周打標(biāo)。

所述旋轉(zhuǎn)軸包括伺服電機(jī)、安裝座、聯(lián)軸器與三爪卡盤，其中伺服電機(jī)和三爪卡盤安裝在安裝座上，伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與三爪卡盤相連，三爪卡盤用于夾持工件。

一種動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)控制方法，所述控制方法的具體步驟包括如下：

步驟s1：對振鏡組件進(jìn)行校正；

步驟s2：調(diào)節(jié)振鏡組件和光纖激光器的高度，使得光纖激光器發(fā)出的激光通過振鏡組件能夠聚焦在工件表面；

步驟s3：在上位機(jī)上繪制或向其導(dǎo)入待打標(biāo)圖形；

步驟s4：設(shè)置打標(biāo)參數(shù)，所述打標(biāo)參數(shù)包括激光出光的速度、激光的單點能量強(qiáng)度以及頻率；

步驟s5：開始進(jìn)行打標(biāo)操作；

步驟s6：上位機(jī)通過判斷待打標(biāo)圖形的形狀，規(guī)劃運(yùn)動軌跡，并將所述運(yùn)動軌跡發(fā)送給運(yùn)動控制卡；

步驟s7：運(yùn)動控制卡根據(jù)所述運(yùn)動軌跡，控制振鏡組件和旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動，并控制光纖激光器發(fā)出激光；

步驟s8：所述激光通過振鏡組件作用在工件上對其進(jìn)行打標(biāo)，同時旋轉(zhuǎn)軸帶動工件旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)；

步驟s9：判斷是否需要更換待打標(biāo)圖形，若需要，則返回步驟s3；若不需要，則返回步驟s5，繼續(xù)進(jìn)行打標(biāo)操作；

步驟s10：待打標(biāo)完成后，關(guān)閉激光。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明中的打標(biāo)控制系統(tǒng)通過帶動反射鏡片的x軸和y軸方向的旋轉(zhuǎn)，同時旋轉(zhuǎn)軸能帶動工件旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了激光打標(biāo)與旋轉(zhuǎn)軸同時工作，即實現(xiàn)了激光的旋轉(zhuǎn)打標(biāo)，其結(jié)構(gòu)簡單、功能可靠也易于實現(xiàn)，此外其旋轉(zhuǎn) 打標(biāo)效率高，圖形的打標(biāo)效果也較理想。

2、本發(fā)明中的打標(biāo)控制方法采用振鏡x軸電機(jī)來補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)軸未按預(yù)期完成的運(yùn)動量，實現(xiàn)邊旋轉(zhuǎn)邊打標(biāo)的動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)功能，其方法簡單、可靠，解決了現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)打標(biāo)效率低下和打標(biāo)效果不理想的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)控制系統(tǒng)的原理圖。

圖2為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)控制方法的流程圖。

圖4為本發(fā)明中上位機(jī)軌跡規(guī)劃示意圖。

圖5為現(xiàn)有技術(shù)中靜止旋轉(zhuǎn)打標(biāo)的工作原理說明圖。

圖6為本發(fā)明中動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)的工作原理圖。

圖7為現(xiàn)有技術(shù)中靜止旋轉(zhuǎn)打標(biāo)的打標(biāo)軌跡說明圖。

圖8為本發(fā)明中動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)的打標(biāo)軌跡說明圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于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(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。

參閱圖1所示，本發(fā)明提供的一種動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括：

上位機(jī)是用戶的操作界面，用戶畫好待打標(biāo)圖形或?qū)氪驑?biāo)圖形后，上位機(jī)會自動規(guī)劃待打標(biāo)圖形的打標(biāo)軌跡，并以usb通信的方式將控制信 息傳輸給運(yùn)動控制卡。

運(yùn)動控制卡采用fpga和dsp芯片，根據(jù)接收到上位機(jī)的控制信息即打標(biāo)軌跡后，控制振鏡組件和旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動，即將運(yùn)動信號輸出給振鏡組件和旋轉(zhuǎn)軸；還將控制信號輸出給光纖激光器，控制其出光和關(guān)光。

光纖激光器根據(jù)所述控制信號發(fā)出1064nm波長的激光，并將激光輸出給振鏡組件，實現(xiàn)對工件表面進(jìn)行打標(biāo)。

振鏡組件包含兩軸高性能伺服電機(jī)即振鏡x軸電機(jī)和振鏡y軸電機(jī)，接收運(yùn)動控制卡的運(yùn)動信號后，分別控制其采用的兩塊反射鏡片即第一反射鏡片和第二反射鏡片的旋轉(zhuǎn)，構(gòu)建笛卡爾坐標(biāo)系；還將接收到的激光通過聚焦鏡頭控制激光出光的位置，即控制激光作用在工件上的位置。

旋轉(zhuǎn)軸采用伺服系統(tǒng)，根據(jù)接收到的運(yùn)動信號控制工件的旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)激光對工件進(jìn)行圓周打標(biāo)。

如附圖2所示，本實施例中的旋轉(zhuǎn)軸包括伺服電機(jī)、安裝座、聯(lián)軸器與三爪卡盤，其中伺服電機(jī)和三爪卡盤安裝在安裝座上，伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與三爪卡盤相連，三爪卡盤用于夾持工件。伺服電機(jī)工作，通過三爪卡盤帶動工件旋轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)。

上述中，通過上位機(jī)規(guī)劃激光打標(biāo)的軌跡，以運(yùn)動控制卡為核心，控制旋轉(zhuǎn)軸和振鏡組件運(yùn)動，并控制光纖激光器的出光和關(guān)光，實現(xiàn)激光打標(biāo)與旋轉(zhuǎn)軸同時運(yùn)行的動態(tài)打標(biāo)，大大提高了打標(biāo)效率，并且顯著提升了旋轉(zhuǎn)打標(biāo)效果。

如附圖3所示，本發(fā)明還提供一種動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)控制方法，具體步驟包括如下：

步驟s1：因為工件打標(biāo)要求的精度高，所以首先需要對振鏡組件做校正。通過將實際打標(biāo)box與上位機(jī)內(nèi)存儲的標(biāo)準(zhǔn)圖形尺寸進(jìn)行對比，調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，使二者能精確吻合。

本步驟中的校正過程只需做一次，以后的打標(biāo)都會自動調(diào)用該校正參 數(shù)。

步驟s2：調(diào)節(jié)振鏡組件和光纖激光器的高度，使得光纖激光器發(fā)出的激光通過振鏡組件能夠聚焦在工件表面。

步驟s3：在上位機(jī)上繪制或向其導(dǎo)入待打標(biāo)圖形。其中，上位機(jī)可以支持現(xiàn)場繪制圖形和自動導(dǎo)入圖形或圖片功能。

步驟s4：設(shè)置打標(biāo)參數(shù)，由于工件的材質(zhì)各異，且打標(biāo)效果需求不同，所以需要通過調(diào)節(jié)打標(biāo)參數(shù)來調(diào)整激光出光的速度、激光的單點能量強(qiáng)度以及頻率，還有其他如激光器通斷出光的延時等。通過調(diào)節(jié)打標(biāo)參數(shù)，直至調(diào)節(jié)到能打出滿意效果的參數(shù)為止。

步驟s5：開始進(jìn)行打標(biāo)操作，由用戶使用腳踏開關(guān)操作，或者在電腦上用鼠標(biāo)操作。

步驟s6：上位機(jī)通過判斷待打標(biāo)圖形的形狀，規(guī)劃運(yùn)動軌跡，并將所述運(yùn)動軌跡發(fā)送給運(yùn)動控制卡。

步驟s7：運(yùn)動控制卡在收到上位機(jī)的運(yùn)動軌跡后，控制振鏡組件和旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動，并控制光纖激光器發(fā)出激光。

步驟s8：所述激光通過振鏡組件作用在工件上對其進(jìn)行打標(biāo)，同時旋轉(zhuǎn)軸帶動工件旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)。

步驟s9：判斷是否需要更換待打標(biāo)圖形，若需要，則返回步驟s3；若不需要，則返回步驟s5，繼續(xù)進(jìn)行打標(biāo)。

步驟s10：待打標(biāo)完成后，關(guān)閉激光。

下面通過具體實例來詳細(xì)闡述上述打標(biāo)控制方法：

如附圖4所示，如要在工件上打標(biāo)一個“text”，上位機(jī)會對待打標(biāo)圖形作出規(guī)劃。如圖要打標(biāo)線段cd，上位機(jī)根據(jù)x軸方向的打標(biāo)長度、y軸方向的打標(biāo)長度、打標(biāo)速度v，自動計算出每次打標(biāo)長度m，其中m會隨打標(biāo)速度v不同而變化。上位機(jī)每10us給運(yùn)動控制卡發(fā)送打標(biāo)長度m在x軸 方向的投影和在y軸方向的投影，運(yùn)動控制卡根據(jù)這些參數(shù)計算各運(yùn)動軸所需的脈沖數(shù)。

如附圖5所示，振鏡x軸電機(jī)控制第一反射鏡片x方向的運(yùn)動，振鏡y軸電機(jī)控制第二反射鏡片y方向的運(yùn)動。靜止旋轉(zhuǎn)打標(biāo)時，旋轉(zhuǎn)軸靜止，振鏡組件在如圖的填充區(qū)域內(nèi)打標(biāo)。其中心線為聚焦鏡頭的聚焦位置，振鏡組件會將如圖所示的α角度弧面近似成平面。由于是弧面，所以這種靜止旋轉(zhuǎn)打標(biāo)的方式難免會有細(xì)微偏焦。如果要讓偏焦的影響變小，就只能使α變小，這樣會大大增加打標(biāo)時間，降低打標(biāo)效率。此外，由于是將不同弧面拼接成整個打標(biāo)圖形，拼接處效果也不理想。

如附圖6所示，本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)軸控制整個系統(tǒng)x軸方向的運(yùn)動，并采用振鏡x軸電機(jī)來補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)軸在x軸方向因響應(yīng)不同步而滯后的運(yùn)動量，不同于靜止旋轉(zhuǎn)打標(biāo)是用振鏡x軸電機(jī)控制x方向的運(yùn)動。

由于振鏡電機(jī)的響應(yīng)性能高，加速度能達(dá)到200g，而伺服旋轉(zhuǎn)軸的加速度不到10g，這樣旋轉(zhuǎn)軸和振鏡y軸電機(jī)的運(yùn)動不同步。為了解決響應(yīng)不同步的問題，本發(fā)明將旋轉(zhuǎn)軸的編碼器反饋信號發(fā)送給運(yùn)動控制卡作負(fù)反饋，控制卡每10us會讀取編碼器反饋信號，并用運(yùn)動控制卡發(fā)送給旋轉(zhuǎn)軸的脈沖數(shù)減去編碼器反饋脈沖數(shù)，得出因響應(yīng)不同步而造成的延遲，振鏡x軸電機(jī)在下一個10us做補(bǔ)償，從而解決了響應(yīng)性能不同的電機(jī)間的同步問題。

以打標(biāo)圖4中的線段cd為例，設(shè)振鏡y軸電機(jī)的脈沖當(dāng)量為p2，旋轉(zhuǎn)軸的脈沖當(dāng)量為p1，打標(biāo)mx需x軸脈沖數(shù)為pul1，脈沖發(fā)生平均頻率為fx，打標(biāo)需y軸脈沖數(shù)為pul2，脈沖發(fā)生平均頻率為fy，每次打標(biāo)m的時間固定為t＝10us。

pul1＝mx×p1

pul2＝my×p2

fx＝pul1÷t

fy＝pul2÷t

由此可知，上位機(jī)通過智能算法，每10us給運(yùn)動控制卡發(fā)送變化的m。運(yùn)動控制卡據(jù)此控制發(fā)送給各軸的脈沖數(shù)以及平均頻率，從而控制各軸的運(yùn)動量和速度。

下面闡述振鏡x軸電機(jī)補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動延時的過程：

設(shè)在上一次10us結(jié)束時刻，振鏡y軸電機(jī)已完成了y方向的運(yùn)動量。此時運(yùn)動控制卡收到編碼器反饋回prun1個脈沖。設(shè)振鏡x軸電機(jī)在下一個10us需補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)為px1，則有：

由于m長度非常小，因此對整體軌跡精度沒有影響。

如圖7所示，如以打標(biāo)“text”中的“e”為例，因為每次打標(biāo)區(qū)非常窄，所以在打標(biāo)“e”時，需將“e”在x方向劃分成許多份，這樣打標(biāo)的“首尾點”數(shù)量大大增加，相比動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)，振鏡x軸電機(jī)和振鏡y軸電機(jī)需做許多冗余的“空跳”和“啟停”，這樣降低了打標(biāo)效率。且因為被劃分成許多份，之后再做圖形拼接，這樣會造成拼接處效果不好。且靜態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)將弧面近似成平面打標(biāo)，存在偏焦情況，也會對打標(biāo)效果帶來不良影響。

如圖8所示，如以打標(biāo)text”中的“e”為例，打標(biāo)軌跡與手寫的軌跡是一樣的，無需切分，非常流暢，對比圖7中的“首尾點”數(shù)量，動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)的“首尾點”數(shù)是很少的，因為動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)的“首尾點”數(shù)是最佳的。此外，動態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)沒有靜態(tài)旋轉(zhuǎn)打標(biāo)所需的圖形拼接和偏焦情況，所以打標(biāo)效果較好。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，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)。