带红外测距闭环校验的激光打标焦距自动补偿装置及控制方法与流程

本发明涉及激光打标焦距调节，具体涉及带红外测距闭环校验的激光打标焦距自动补偿装置及控制方法。

背景技术：

1、激光打标依靠激光焦点在工件表面形成标识，广泛应用于半导体均热片、pcb 薄片、五金冲压件等产品的字符、二维码、logo 镭射加工。打标清晰度、雕刻深浅、完整度高度依赖激光镜头与工件表面的垂直焦距，焦距偏离标准值会直接造成批量生产不良。而冲压、锻压成型的金属、薄片类工件普遍存在厚度公差，常规单件厚度波动范围可达±0.02~0.1mm，给稳定焦距控制带来天然难题。

2、现有技术中公开一个公告号为cn112091413a的专利，该方案包括激光器、光路组件、扫描头、控制系统以及打标机台；该方法包括以下步骤：导入校正图形，所述校正图形为方格，所述方格内设置有多个均匀分布的细线；设置细线的线宽数值；设定打标的位置；将打标物放置于打标台相应的打标位置上，并校准打标物的打标位置；计算机系统通过控制光路组件和振镜组，使激光器发出的打标激光，在打标物上打出方格以及方格内多个均匀分布且线宽不同的细线；根据多个细线的线宽分布，确定z轴焦距的调整趋势，计算机系统通过控制光路组件和振镜组调整打标后线宽最小的细线在方格内的位置；本发明使用方便，能有效对打标激光的焦距进行校正。

3、包括上述专利在内的现有装置随着使用，也逐渐暴露出了该技术的不足之处，主要表现在以下方面：

4、第一，现有自动调焦设备，仅执行单次测距运算后直接驱动镜头位移、启动打标，无复测校验流程，工装定位间隙、红外测距瞬时偶然误差、工件放置偏移等因素，都会造成单次测距数值失真，镜头位移后实际焦距仍存在微量偏差，无法彻底消除焦距偏移带来的打标不良，调焦精度难以满足高精度批量加工需求。

5、第二，产线多型号工件混线生产场景下，传统设备未搭载标准化参数数据库，不同产品对应的标准焦距无系统存储。生产时操作工只能对照纸质参数表手动录入焦距数值，极易选错参数，一旦参数匹配错误会直接导致整批工件打标失效报废；且整套设备缺少工单扫码、产量自动统计、加工数据存储功能，生产记录完全依靠人工台账手写，品质问题溯源困难。

6、第三，传统设备采用固定式镜头安装结构，生产前依靠人工一次性锁死镜头升降高度，仅适配单一标准厚度工件，当同批次工件受加工公差影响出现厚薄变化时，镜头与工件的实际距离偏离最优焦距：工件偏厚会造成焦点过深，出现烧蚀、产品报废；工件偏薄则焦点悬空，产生字体虚边、雕刻深浅不均、局部漏雕等缺陷，批量生产中厚度波动无法自动补偿，品质管控难度大，不良品产出率居高不下。

7、综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

8、

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明解决了传统技术中的工件厚度±0.02-0.1mm波动会偏移焦距，造成打标不良；换型需人工手动调焦，效率低且依赖操作工经验；多规格混产无工单参数存储，易选错焦距批量报废；简易测距方案仅单次开环调焦，无复测校验，调焦精度不足，无法满足自动化高精度生产要求的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

3、带红外测距闭环校验的激光打标焦距自动补偿装置，包括打标工装放置平台，所述打标工装放置平台的上方升降设有激光打标器，所述激光打标器的下表面设有红外测距单元，所述红外测距单元与激光打标镜头沿水平方向错位式设置。

4、作为一种优化的方案，所述打标工装放置平台的一侧竖直设有立柱升降装置，所述激光打标器固定于所述立柱升降装置的升降端上。

5、作为一种优化的方案，所述立柱升降装置包括滚珠丝杆升降模组，所述滚珠丝杆升降模组的上端部连接有伺服电机。

6、作为一种优化的方案，所述打标工装放置平台的上表面固定有产品打标工装，所述产品打标工装的上表面开设有产品仿形型腔。

7、作为一种优化的方案，所述打标工装放置平台的上表面均布有若干个匹配不同产品打标工装的定位销孔。

8、作为一种优化的方案，所述激光打标器、红外测距单元以及立柱升降装置共同电连接有屏幕显示单元与控制单元。

9、本发明同时还公开产品带红外测距闭环校验的激光打标焦距自动补偿的控制方法，包括以下步骤：

10、s1：产品标准焦距建档校准：将标准打标测试卡放置在打标工装放置平台，人工微调激光打标镜头高度，直至打标效果最优；红外测距单元测量当前与标准打标测试卡的测距值，记为基准标准焦距t1；

11、s2：工单扫码调取参数：使用扫码枪扫描生产工单二维码，扫码模块将工单信息传输至控制单元，自动调取工单绑定产品对应的标准焦距t1、公差δ，参数自动同步至屏幕显示单元；

12、s3：产品装夹定位：将对应型号的产品打标工装利用定位销与打标工装放置平台的定位销孔进行固定，产品放入产品仿形型腔完成定位；

13、s4：首次测距+一次伺服位移补偿：点击打标启动按钮后，控制单元触发红外测距单元向下测距，测得激光打标镜头到产品上表面实际距离t2；控制单元计算偏差值：δ1=t1−t2；

14、δ1＞0：产品偏厚，激光打标镜头需要向上抬升δ1；

15、δ1＜0：产品偏薄，激光打标镜头需要向下下降δ1；

16、控制单元输出脉冲指令，伺服电机驱动滚珠丝杆升降模组带动激光打标器精准移动δ1位移；

17、s5：二次复测闭环校验：镜头位移完成后，红外测距单元立刻二次复测，获取复测距离t3；计算二次偏差δ2=t1−t3；

18、若δ2＜合格公差阈值δ：判定焦距达标，控制单元下发信号启动激光打标程序；

19、若δ2≥合格公差阈值δ：判定调焦不合格，系统返回s4重新测距、二次微调升降激光打标器，循环闭环修正直至δ2满足公差要求，杜绝单次测距误差导致调焦失效；

20、s6：打标、循环换料与产量统计：打标完成后取下成品，放入下一待加工产品，重复s4-s5自动调焦打标；控制单元实时累计有效打标数量，数据实时在屏幕显示单元刷新；工单生产数量达标后，系统提示工单结束，自动汇总产量数据。

21、作为一种优化的方案，所述步骤s1，录入当前产品型号、工装编号、合格公差阈值δ，将标准焦距t1、合格公差阈值δ、产品型号绑定存入存储单元，完成产品参数建档；多款产品依次建档，形成产品参数数据库。

22、作为一种优化的方案，所述步骤s2，核对屏幕产品、工装信息与工单一致后进入上料工序；信息不一致系统弹窗报警，禁止启动设备。

23、作为一种优化的方案，所述屏幕显示单元与控制单元设置参数权限分级管理：屏幕设置管理员与操作工分级密码，仅管理员可修改 t1、δ 基准参数，操作工仅能扫码开工，防止人为误改参数。

24、作为一种优化的方案，所述屏幕显示单元与控制单元设置数据溯源存储：每一件产品打标时自动存储工单编号、实测t2与t3、调焦位移数据，可后续调取生产记录追溯不良原因。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、本发明创新采用红外双次测距闭环校验结构，红外测距单元与激光镜头同步升降、光路错位布置，以红外实测值作为基准焦距，规避激光与红外光路错位换算误差；依靠伺服滚珠丝杆模组实现微米级升降补偿，可适配工件±0.02~0.1mm厚度波动。设备先单次测距计算镜头偏移量并完成位移补偿，随即二次复测校验焦距，若偏差超出设定公差则自动循环重调，消除工装间隙、测距偶然误差、工件摆放偏移带来的焦距偏差，统一同批次产品镭雕深浅、清晰度，彻底改善字体虚边、深浅不均、漏雕、烧蚀报废等问题，产品不良率可下降90%以上，全程无需人工手动调焦，满足高精度批量打标生产需求。

27、工单扫码联动参数库，多规格混产防错，显著提升产线稼动率；设备支持提前录入各型号产品标准焦距、公差阈值、工装编号并存储为参数数据库，换产时仅需扫描工单二维码，系统自动匹配调取对应加工参数，屏幕同步展示工单信息，工单与工装参数不匹配时设备弹窗锁机，杜绝人工查表手动输参引发的整批报废。搭配台面定位销孔快速更换专用工装，无需重复校准镜头，单款产品换产调试时长由十余分钟缩短至1分钟以内，整体产线生产效率提升40%以上，适配多型号工件混线自动化生产场景；

28、智能化数据管控，分级权限+全流程溯源，降低生产管理风险；设备搭载分级密码权限管理体系，仅管理员拥有基准焦距、公差参数修改权限，操作工仅可执行扫码、上下料操作，避免人为误改参数造成批量不良；生产过程中自动存储工单编号、两次测距数据、镜头调焦位移等全流程信息，人机交互屏幕实时可视化展示产量、不良数据，替代传统人工手写台账。闭环校验机制可实时识别焦距异常，提前规避批量报废，出现品质缺陷时可调取完整加工记录精准溯源，实现生产全流程数字化管控。

29、简化人工操作，降低技能门槛，节约人力培训成本；整套焦距测量、自动补偿、闭环校验流程全部自动化运行，操作工仅需完成工单扫码、工装装夹、产品上下料基础操作，无需掌握肉眼判别打标效果、手摇丝杆微调焦距的专业技能，新员工可快速独立上岗作业，大幅缩短操作人员技能培训周期，减少人工操作带来的品质波动与人力培训投入。