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  本发明涉及激光打标领域，具体涉及一种对物体三维表明上进行激光打标的可控距离指示方法和应用该方法的可控距离指示装置。

  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。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做定位和定焦。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。随技术的发展，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没办法满足要求。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别的部位的激光打标。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，有很大的可能性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没办法实现3D激光打标的要求。

  本发明的目的是提供一种3D激光打标机的可控距离指示方法，通过该方法可在打标空间上自动指示出建模中与基准点相对的初始焦点的高度位置，从而便于加工时安放打标物体的定位。为实现上述目的，本发明公开的3D激光打标机的可控距离指示方法涉及第一可见光指示器、第二可见光指示器和控制单元；所述第一可见光指示器可向打标区域发出第一可见光束；所述第二可见光指示器的光路上设置有反射装置，该反射装置用于反射第二可见光指示器向其发出的第二可见光束；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，计算反射装置的偏转角度，该偏转角度使得第二可见光束在被反射装置反射后与第一可见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。优选的，所述控制单元根据三角几何计算方式，通过3D激光打标机的初始焦距的坐标，获得反射装置的偏转角度。在寻找初始打标高度时，第一可见光束的方向确定，打标的高度已知，第二可见光束的发射点确定，即可根据三角几何计算方式，计算出反射装置的偏转角度。优选的，所获得的对应不同初始焦距的反射装置偏转角度值被存储在数据库内，以便使用时根据不同的初始焦距匹配得到对应的偏转角度值。根据上述办法能够指示出打标高度，但是在真实的操作中难免会有安装误差、操作误差以及电路等的影响，为客服这些误差导致的可见光不能精确交汇的问题，本发明还通过插值法补偿误差，对所述反射装置的偏转角度进行修正，使得两光束能精确的交汇，提高打标的效率。本发明的另一目的是提供应用了上述指示方法的可控距离指示装置，该指示装置包含第一可见光指示器、第二可见光指示器和控制单元；所述第一可见光指示器可向打标区域发出第一可见光束；所述第二可见光指示器的光路上设置有反射装置，该反射装置用于反射第二可见光指示器向其发出的第二可见光束，所述第二可见光束在被反射后与第一可见光束在打标区域内交汇，所述控制单元控制反射装置的偏转角度，使第一可见光束和第二可见光束的交汇点对应3D激光打标机的初始焦点。上述的指示装置中的反射装置包含至少一个由电机驱动偏转的反射镜片，所述电机由控制单元控制以改变反射镜片的偏转角度；作为优选方案，所述反射装置包含第一电机驱动的第一反射镜片和第二电机驱动的第二反射镜片，所述第一反射镜片和第二反射镜片在空间上具有夹角，使第二可见光束经过第一反射镜片和第二反射镜片反射后可实现在一个平面上的任意位置的移动；当反射装置选择使用两个反射镜片时，反射装置(即第一反射镜片和第二反射镜片)可以为打标头内部的X振镜和Y振镜，第二可见光指示器设于3D激光打标机内部，此时，第二可见光指示器发出的第二可见光束与用于打标的激光光路重合，通过一设置于激光光路中的合束单元实现第二可见光束和激光光路的重合，第二可见光指示器位于合束单元的一侧，可向该合束单元发出第二可见光束，所述第二可见光束经过合束单元后与激光的光路重合，并向X振镜和Y振镜发射，直接用X振镜和Y振镜控制第二可见光束的偏转，能够更好的降低装置的成本，并且红光和激光合束，能大大的提升控制的精确度。当上述的反射装置选择由第一电机驱动的第一反射镜片和由第二电机驱动的第二反射镜片组成时，两光束的优选方向为：第一可见光指示器向打标区域发出倾斜的第一可见光束，所述反射装置位于打标区域的上方，所述第二可见光指示器水平方向向反射装置发出第二可见光束，所述第二可见光束经过反射装置反射后向下方的打标区域反射。本发明公开的可控距离指示装置能为外置于3D激光打标机的独立模块，或者3D激光打标机的第二可见光指示器和反射装置为3D激光打标机的内置部件。本发明公开的可控距离指示装置的第一可见光束可以有以下两种方式：第一种方式：所述第一可见光指示器固定设于激光打标机的打标头上，此时，第一可见光束发射的方向固定，偏转的角度也是确定的；第二种方式：所述第一可见光指示器的光路上设有用于反射第一可见光束的调节装置，所述调节装置至少包括一个由电机控制的反射镜片，该反射镜片的角度可调整，用于使第一可见光束角度可调，以保持第一可见光束和第二可见光束的交汇点在打标区域内，优选的，所述的调节装置由两个反射镜片组成，所述反射镜片用于反射第一可见光束使得第一可见光束角度可调，通过调节装置调节第一可见光束的角度，能解决安装时产生的误差导致的光束交汇不精确的问题。由于在使用时，光线交汇点的左右位置会随着第二可见光角度变化而变化，存在一种情况，交汇点会逐渐移出打标区域中心位置，使得打标不再方便。而第一可见光指示器的光束可变，可以使得交汇点重新调回打标区域中心位置，从而增加打标的方便和准确度。本发明通过一固定可见光束和一可调可见光束的交汇实现指示激光打标的高度，打标时再将打标物件需打标处对应可见光的交汇处，即可进行打标，通过本发明的可控距离指示装置和办法能够提高3D打标的对焦效率，并且相对于手动调节更精确；本发明还设置有调节固定可见光束偏转角度的调节装置，能解决安装误差、操作不到位以及电路等引起的光束不交汇问题，确保两可见光束的交汇；当反射装置选择两个反射镜片时，可以直接用激光打标头内的X振镜和Y振镜，并能省去相应的电机，此结构结构相对比较简单、成本低。附图说明图1为本发明的可控距离指示装置的工作原理示例1；图2为本发明的可控距离指示装置的工作原理示例2；图3为本发明的可控距离指示装置的工作原理示例3；图4为本发明的可控距离指示装置的工作原理示例4；图5为应用本发明可控距离指示装置的激光打标机的整体示意图；图6为应用本发明实施例一的激光打标机从侧面看的部分结构示意图；图7为应用本发明实施例一的激光打标机从另一侧面看的部分结构示意图；图8为本发明实施例一的激光打标机部分结构示意图；图9为本发明可控距离指示装置实施例一的原理解析图；图10为本发明实施例一的激光打标机显示偏差值的结构示意图；图11为本发明可控距离指示装置实施例二的原理解析图；图12为本发明可控距离指示装置实施例三的原理解析图；图13为本发明可控距离指示装置实施例四方案一的原理解析图；图14为本发明可控距离指示装置实施例四方案二的原理解析图；图15为图14的分析示意图。具体实施方式本发明提供了一种应用于3D激光打标机领域的可控距离指示方法，这种方法应用在3D激光打标机(激光打标机的焦距可变的)上，在打标前，可以十分便捷地确定激光打标机初始焦距的空间高度，便于操作人员进行人工定焦。该方法涉及第一可见光指示器、第二可见光指示器和控制单元；所述第一可见光指示器可向打标区域发出第一可见光束；所述第二可见光指示器的光路上设置有反射装置，该反射装置用于反射第二可见光指示器向其发出的第二可见光束；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，计算反射装置的偏转角度，该偏转角度使得第二可见光束在被反射装置反射后与第一可见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。上述第二可见光束的偏转角度可经过控制单元的内建数据库实现：在使用之前，通过三角几何计算法(在三维模型中已知初始焦距的空间坐标、第一可见光束的方向、第二可见光束的方向以及反射装置的位置，通过三角几何办法能够计算出第一可见光束和第二可见光束交汇在初始焦距时的反射装置的偏转角度)对各个打标高度段对应的偏转角度做测量计算，并将打标高度段和第二可见光束的偏转角度建成一个数据库，再将此数据库导入到控制单元内，在使用的时候根据所需打标高度调用数据库并进行匹配，即可得出需打标高度对应的第二可见光束的偏转角度，通过第一可见光束和第二可见光束指示出打标高度。通过上述方法可得到初步的打标高度数据，但实际中受到加工误差，安装水平高低，电路影响等等因素影响，需要调试人员把升降的行程分成多段，在多段中分别测量实际值△与理论值△的偏差，然后把数值输入软件系统建立一个数据库，通过软件算法控制电机修正偏移角度，保证最后两束可见光汇成一点。以上即是通过插值法来补偿偏差，对打标高度进行修正，使得打标点更精确。具体调整方法是：当反射装置采用为两个振镜的情况时，一个反射振镜先固定，通过插值法调整另外一个振镜，如果还没有正真获得精确的值，则使原先运动的振镜固定，调整原先固定的振镜，如此循环，直至补偿到3D打标的初始焦距的高度。在使用本方法实现的打标指示装置和打标机之前，一般都要先对机器进行校正，调试人员先对升降行程分为多段，并对每段分别测量实际偏差值△与理论偏差值△(参见图10为采用两个反射装置时显示的△),然后把数值输入软件系统形成一个数据库，根据插值算法计算出每个△对应的第二可见光束的补偿角度，使第二可见光束偏转到对应的位置，数据库参见下表所示。区段测量值理论值软件算法得出偏转角0-1区段(X,Y)(X,Y)θ1-2区段(X1,Y1)(X1,Y1)θ12-3区段(X2,Y2)(X2,Y2)θ2以此类推...以此类推...以此类推...以此类推...以上指示方法是一个完整的3D激光打标步骤中的一部分，因此本发明也公开了基于上述距离指示方法的3D激光打标机的打标方法，该方法具体步骤如下所述：(1)对拟打标物体表面建模，形成三维模型；(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；(3)所述基准点为激光打标的初始焦点，根据该基准点坐标获得初始焦距；(4)根据该初始焦距，通过三角几何计算方式获得反射装置的偏转角度；(5)该偏转角度使得第二可见光束在被反射装置反射后与第一可见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；(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；(7)开始打标。上述步骤4中控制单元根据三角几何计算方式，获得对应不同初始焦距的反射装置偏转角度值，所述偏转角度值被存储在数据库内，以便使用时根据不同的初始焦距匹配得到对应的偏转角度值；并且还通过插值法补偿误差，对所述偏转角度进行修正，使得两可见光更精准的交汇，提高打标的效率。所述第一可见光束发射角度是固定的或可调的；当所述第一可见光束发射角度为可调时，其可调的目的是使得交汇点的位置始终位于打标区域内。为了解释上述方法的工作原理，以下通过附图1、附图2、附图3和附图4进行介绍。首先参见附图1，此原理的反射装置采用的是一个反射镜片，整个指示装置包含可向下发射第一可见光束111的第一可见光指示器110,横向发射第二可见光束121的第二可见光指示器120，第二可见光指示器120经过反射装置控制后，向下反射光线，经过反射的第二可见光束121可与第一可见光指示器110发射的第一可见光束111交汇(图1中示出了h11和h12两个高度)，该交汇点的位置能够最终靠反射装置调整，调整的方式具体参见下述第二种原理的介绍。由于指示装置只采用一个反射装置，所以成本较低，但是对于安装的要求比较高，安装时一定要保证从反射装置反射出的第二可见光束121始终和第一可见光束111处于同一平面上，否则光束无法交汇。为了确认和保证光束可相交，并使得装置更加科学合理，本发明又提供第二种原理的指示装置，此原理的反射装置由可控的且在空间上具有夹角的第一反射镜片和第二反射镜片组成，参见附图2所示，此原理的可控距离指示装置包含分别发射向下的第一可见光束211和第二可见光束221的第一可见光指示器210和第二可见光指示器220，所述第二可见光束221经第一反射镜片...

  激光打标机、调节扫描头与打标物距离的方法及打标机自动对焦方法与制造工艺