本發(fā)明涉及激光打標領域，具體涉及一種對物體三維表面進行激光打標的可控距離指示方法以及應用該方法的可控距離指示裝置。

背景技術：
激光打標機(lasermarkingmachine)是利用激光束在物質(zhì)表面打上永久標記的技術。該技術通過激光器產(chǎn)生激光束，經(jīng)過一系列光學傳導與處理，最終通過光學鏡片進行光束聚焦，然后將聚焦后的高能量光束偏轉(zhuǎn)到待加工物體表面的指定位置。激光打標機可以標記出各種文字、符號和圖案，市場應用前景廣闊。傳統(tǒng)的激光打標機僅在二維平面上進行打標。在打標時，由于激光束非可見，為了判斷打標對象是否位于激光打標區(qū)域(定位)及焦點上(定焦)，一般是用尺子測量打標平面與場鏡之間的距離，或者在檢測板上預先打標以判斷是否在焦點上，這些傳統(tǒng)操作方法需要多次測量，效率非常低。作為一種改進，現(xiàn)有的二維激光打標機增加了紅光指示器進行定位和定焦。利用紅光代替不可見的激光，起到打標位置的預覽和定焦作用。具體可參見專利文獻CN201446774U公開的一種打標機的自動對焦裝置。該方案是在掃描裝置的兩側(cè)分別設置有十字紅光發(fā)射器，兩邊的十字紅光發(fā)射器所發(fā)出的十字紅光的交叉點與激光的焦點重合。在使用時，調(diào)整使得待打標物體上出現(xiàn)一個紅光交叉點，即可保證打標物體位于激光的焦點上。由于二維激光打標機的焦距是不變的，因此這種方法用于常規(guī)的二維平面激光打標機上可極大提高工作效率。隨著技術的發(fā)展，能在三維表面上打標的3D激光打標成為行業(yè)內(nèi)熱門的研發(fā)點。與傳統(tǒng)2D激光打標相比，3D激光打標機采用動態(tài)聚焦座，通過軟件控制和移動動態(tài)聚焦鏡，在激光被聚焦前進行可變擴束，以此改變激光束的焦距來實現(xiàn)對高低不同物體的準確表面聚焦加工。因此3D打標對加工對象的表面平整度要求大幅度降低，可以在非平面上進行激光打標。但是，3D激光打標機的定位和定焦成為新的問題，由于3D激光打標機的焦距是變化的，因此現(xiàn)有的二維激光打標機的對焦系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足要求。在3D激光打標過程中，先對打標物體的打標區(qū)域進行空間建模并存儲在軟件系統(tǒng)中，該空間建模上可設定任意一個打標物體的基準點坐標，該基準點坐標也為激光的對焦點，在實際空間上對應打標物體上的某點作為基準點，也即，只要打標時激光頭可準確定位并對焦在物體的基準點上，后續(xù)電腦可調(diào)焦距完成三維表面其他部位的激光打標。其中的問題是，在打標開始前，需要將打標物件放入打標平臺上，使得物體對應基準點。然而缺少定位的結(jié)構(gòu)，技術人員很難精確放置和調(diào)整打標物件的位置、高度，而且3D曲面打標要求非常高的精度，只要打標物件的位置或高度出現(xiàn)偏差，很有可能就造成整個打標圖案的失真。另外，由于三維打標物體表面的復雜性，對基準點的設定要求靈活可變，因此傳統(tǒng)的固定式對焦系統(tǒng)已經(jīng)無法實現(xiàn)3D激光打標的要求。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種3D激光打標機的可控距離指示方法，通過該方法可在打標空間上自動指示出建模中與基準點相對的初始焦點的高度位置，從而便于加工時安放打標物體的定位。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開的3D激光打標機的可控距離指示方法涉及第一可見光指示器、第二可見光指示器以及控制單元；所述第一可見光指示器可向打標區(qū)域發(fā)出第一可見光束；所述第二可見光指示器的光路上設置有反射裝置，該反射裝置用于反射第二可見光指示器向其發(fā)出的第二可見光束；所述控制單元根據(jù)3D激光打標機對基準點對焦的初始焦距，計算反射裝置的偏轉(zhuǎn)角度，該偏轉(zhuǎn)角度使得第二可見光束在被反射裝置反射后與第一可見光束在打標區(qū)域內(nèi)交匯，該交匯點對應3D激光打標機的初始焦點。優(yōu)選的，所述控制單元根據(jù)三角幾何計算方法，通過3D激光打標機的初始焦距的坐標，獲得反射裝置的偏轉(zhuǎn)角度。在尋找初始打標高度時，第一可見光束的方向確定，打標的高度已知，第二可見光束的發(fā)射點確定，即可根據(jù)三角幾何計算方法，計算出反射裝置的偏轉(zhuǎn)角度。優(yōu)選的，所獲得的對應不同初始焦距的反射裝置偏轉(zhuǎn)角度值被存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，以便使用時根據(jù)不同的初始焦距匹配得到對應的偏轉(zhuǎn)角度值。根據(jù)上述方法可以指示出打標高度，但是在實際操作中難免會有安裝誤差、操作誤差以及電路等的影響，為了克服這些誤差導致的可見光不能精確交匯的問題，本發(fā)明還通過插值法補償誤差，對所述反射裝置的偏轉(zhuǎn)角度進行修正，使得兩光束能精確的交匯，提高打標的效率。本發(fā)明的另一目的在于提供應用了上述指示方法的可控距離指示裝置，該指示裝置包括第一可見光指示器、第二可見光指示器以及控制單元；所述第一可見光指示器可向打標區(qū)域發(fā)出第一可見光束；所述第二可見光指示器的光路上設置有反射裝置，該反射裝置用于反射第二可見光指示器向其發(fā)出的第二可見光束，所述第二可見光束在被反射后與第一可見光束在打標區(qū)域內(nèi)交匯，所述控制單元控制反射裝置的偏轉(zhuǎn)角度，使第一可見光束和第二可見光束的交匯點對應3D激光打標機的初始焦點。上述的指示裝置中的反射裝置包括至少一個由電機驅(qū)動偏轉(zhuǎn)的反射鏡片，所述電機由控制單元控制以改變反射鏡片的偏轉(zhuǎn)角度；作為優(yōu)選方案，所述反射裝置包括第一電機驅(qū)動的第一反射鏡片和第二電機驅(qū)動的第二反射鏡片，所述第一反射鏡片和第二反射鏡片在空間上具有夾角，使第二可見光束經(jīng)過第一反射鏡片和第二反射鏡片反射后可實現(xiàn)在一個平面上的任意位置的移動；當反射裝置選擇使用兩個反射鏡片時，反射裝置(即第一反射鏡片和第二反射鏡片)可以為打標頭內(nèi)部的X振鏡和Y振鏡，第二可見光指示器設于3D激光打標機內(nèi)部，此時，第二可見光指示器發(fā)出的第二可見光束與用于打標的激光光路重合，通過一設置于激光光路中的合束單元實現(xiàn)第二可見光束和激光光路的重合，第二可見光指示器位于合束單元的一側(cè)，可向該合束單元發(fā)出第二可見光束，所述第二可見光束經(jīng)過合束單元后與激光的光路重合，并向X振鏡和Y振鏡發(fā)射，直接使用X振鏡和Y振鏡控制第二可見光束的偏轉(zhuǎn)，可以降低裝置的成本，并且紅光和激光合束，可以提高控制的精確度。當上述的反射裝置選擇由第一電機驅(qū)動的第一反射鏡片和由第二電機驅(qū)動的第二反射鏡片組成時，兩光束的優(yōu)選方向為：第一可見光指示器向打標區(qū)域發(fā)出傾斜的第一可見光束，所述反射裝置位于打標區(qū)域的上方，所述第二可見光指示器水平方向向反射裝置發(fā)出第二可見光束，所述第二可見光束經(jīng)過反射裝置反射后向下方的打標區(qū)域反射。本發(fā)明公開的可控距離指示裝置可以為外置于3D激光打標機的獨立模塊，或者3D激光打標機的第二可見光指示器和反射裝置為3D激光打標機的內(nèi)置部件。本發(fā)明公開的可控距離指示裝置的第一可見光束可以有以下兩種方式：第一種方式：所述第一可見光指示器固定設于激光打標機的打標頭上，此時，第一可見光束發(fā)射的方向固定，偏轉(zhuǎn)的角度也是確定的；第二種方式：所述第一可見光指示器的光路上設有用于反射第一可見光束的調(diào)節(jié)裝置，所述調(diào)節(jié)裝置至少包括一個由電機控制的反射鏡片，該反射鏡片的角度可調(diào)整，用于使第一可見光束角度可調(diào)，以保持第一可見光束和第二可見光束的交匯點在打標區(qū)域內(nèi)，優(yōu)選的，所述的調(diào)節(jié)裝置由兩個反射鏡片組成，所述反射鏡片用于反射第一可見光束使得第一可見光束角度可調(diào)，通過調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)第一可見光束的角度，可以解決安裝時產(chǎn)生的誤差導致的光束交匯不精確的問題。由于在使用時，光線交匯點的左右位置會隨著第二可見光角度變化而變化，存在一種情況，交匯點會逐漸移出打標區(qū)域中心位置，使得打標不再方便。而第一可見光指示器的光束可變，可以使得交匯點重新調(diào)回打標區(qū)域中心位置，從而增加打標的方便和準確度。本發(fā)明通過一固定可見光束和一可調(diào)可見光束的交匯實現(xiàn)指示激光打標的高度，打標時再將打標物件需打標處對應可見光的交匯處，即可進行打標，通過本發(fā)明的可控距離指示裝置和方法可以提高3D打標的對焦效率，并且相對于手動調(diào)節(jié)更精確；本發(fā)明還設置有調(diào)節(jié)固定可見光束偏轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)裝置，可以解決安裝誤差、操作不到位以及電路等引起的光束不交匯問題，確保兩可見光束的交匯；當反射裝置選擇兩個反射鏡片時，可以直接使用激光打標頭內(nèi)的X振鏡和Y振鏡，并且可以省去相應的電機，此結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、成本低。附圖說明圖1為本發(fā)明的可控距離指示裝置的工作原理示例1；圖2為本發(fā)明的可控距離指示裝置的工作原理示例2；圖3為本發(fā)明的可控距離指示裝置的工作原理示例3；圖4為本發(fā)明的可控距離指示裝置的工作原理示例4；圖5為應用本發(fā)明可控距離指示裝置的激光打標機的整體示意圖；圖6為應用本發(fā)明實施例一的激光打標機從側(cè)面看的部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為應用本發(fā)明實施例一的激光打標機從另一側(cè)面看的部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實施例一的激光打標機部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明可控距離指示裝置實施例一的原理解析圖；圖10為本發(fā)明實施例一的激光打標機顯示偏差值的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為本發(fā)明可控距離指示裝置實施例二的原理解析圖；圖12為本發(fā)明可控距離指示裝置實施例三的原理解析圖；圖13為本發(fā)明可控距離指示裝置實施例四方案一的原理解析圖；圖14為本發(fā)明可控距離指示裝置實施例四方案二的原理解析圖；圖15為圖14的分析示意圖。具體實施方式本發(fā)明提供了一種應用于3D激光打標機領域的可控距離指示方法，這種方法應用在3D激光打標機(激光打標機的焦距可變的)上，在打標前，可以非常方便地確定激光打標機初始焦距的空間高度，便于操作人員進行人工定焦。該方法涉及第一可見光指示器、第二可見光指示器以及控制單元；所述第一可見光指示器可向打標區(qū)域發(fā)出第一可見光束；所述第二可見光指示器的光路上設置有反射裝置，該反射裝置用于反射第二可見光指示器向其發(fā)出的第二可見光束；所述控制單元根據(jù)3D激光打標機對基準點對焦的初始焦距，計算反射裝置的偏轉(zhuǎn)角度，該偏轉(zhuǎn)角度使得第二可見光束在被反射裝置反射后與第一可見光束在打標區(qū)域內(nèi)交匯，該交匯點對應3D激光打標機的初始焦點。上述第二可見光束的偏轉(zhuǎn)角度可通過控制單元的內(nèi)建數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)：在使用之前，通過三角幾何計算法(在三維模型中已知初始焦距的空間坐標、第一可見光束的方向、第二可見光束的方向以及反射裝置的位置，通過三角幾何方法可以計算出第一可見光束和第二可見光束交匯在初始焦距時的反射裝置的偏轉(zhuǎn)角度)對各個打標高度段對應的偏轉(zhuǎn)角度進行測量計算，并將打標高度段和第二可見光束的偏轉(zhuǎn)角度建成一個數(shù)據(jù)庫，再將此數(shù)據(jù)庫導入到控制單元內(nèi)，在使用的時候根據(jù)所需打標高度調(diào)用數(shù)據(jù)庫并進行匹配，即可得出需打標高度對應的第二可見光束的偏轉(zhuǎn)角度，通過第一可見光束和第二可見光束指示出打標高度。通過上述方法可得到初步的打標高度數(shù)據(jù)，但實際中受到加工誤差，安裝水平高低，電路影響等等因素影響，需要調(diào)試人員把升降的行程分成多段，在多段中分別測量實際值△與理論值△'的偏差，然后把數(shù)值輸入軟件系統(tǒng)建立一個數(shù)據(jù)庫，通過軟件算法控制電機修正偏移角度，保證最后兩束可見光匯成一點。以上即是通過插值法來補償偏差，對打標高度進行修正，使得打標點更精確。具體調(diào)整方法是：當反射裝置采用為兩個振鏡的情況時，一個反射振鏡先固定，通過插值法調(diào)整另外一個振鏡，如果還沒有得到精確的值，則使原先運動的振鏡固定，調(diào)整原先固定的振鏡，如此循環(huán)，直至補償?shù)?D打標的初始焦距的高度。在使用本方法實現(xiàn)的打標指示裝置和打標機之前，一般都要先對機器進行校正，調(diào)試人員先對升降行程分為多段，并對每段分別測量實際偏差值△與理論偏差值△'(參見圖10為采用兩個反射裝置時顯示的△),然后把數(shù)值輸入軟件系統(tǒng)形成一個數(shù)據(jù)庫，根據(jù)插值算法計算出每個△對應的第二可見光束的補償角度，使第二可見光束偏轉(zhuǎn)到對應的位置，數(shù)據(jù)庫參見下表所示。區(qū)段測量值理論值軟件算法得出偏轉(zhuǎn)角0-1區(qū)段(X,Y)(X',Y')θ1-2區(qū)段(X1,Y1)(X1',Y1')θ12-3區(qū)段(X2,Y2)(X2',Y2')θ2以此類推...以此類推...以此類推...以此類推...以上指示方法是一個完整的3D激光打標步驟中的一部分，因此本發(fā)明也公開了基于上述距離指示方法的3D激光打標機的打標方法，該方法具體步驟如下所述：(1)對擬打標物體表面建模，形成三維模型；(2)選取三維模型上的任一點作為基準點，獲得該基準點坐標；(3)所述基準點為激光打標的初始焦點，根據(jù)該基準點坐標獲得初始焦距；(4)根據(jù)該初始焦距，通過三角幾何計算方法獲得反射裝置的偏轉(zhuǎn)角度；(5)該偏轉(zhuǎn)角度使得第二可見光束在被反射裝置反射后與第一可見光束在打標區(qū)域內(nèi)交匯，該交匯點對應3D激光打標機的初始焦點；(6)使打標物體上對應基準點的位置位于所述交匯點的高度上；(7)開始打標。上述步驟4中控制單元根據(jù)三角幾何計算方法，獲得對應不同初始焦距的反射裝置偏轉(zhuǎn)角度值，所述偏轉(zhuǎn)角度值被存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，以便使用時根據(jù)不同的初始焦距匹配得到對應的偏轉(zhuǎn)角度值；并且還通過插值法補償誤差，對所述偏轉(zhuǎn)角度進行修正，使得兩可見光更加精準的交匯，提高打標的效率。所述第一可見光束發(fā)射角度是固定的或可調(diào)的；當所述第一可見光束發(fā)射角度為可調(diào)時，其可調(diào)的目的是使得交匯點的位置始終位于打標區(qū)域內(nèi)。為了解釋上述方法的工作原理，以下通過附圖1、附圖2、附圖3和附圖4進行介紹。首先參見附圖1，此原理的反射裝置采用的是一個反射鏡片，整個指示裝置包括可向下發(fā)射第一可見光束111的第一可見光指示器110,橫向發(fā)射第二可見光束121的第二可見光指示器120，第二可見光指示器120經(jīng)過反射裝置控制后，向下反射光線，經(jīng)過反射的第二可見光束121可與第一可見光指示器110發(fā)射的第一可見光束111交匯(圖1中示出了h11和h12兩個高度)，該交匯點的位置可以通過反射裝置調(diào)整，調(diào)整的方式具體參見下述第二種原理的介紹。由于指示裝置只采用一個反射裝置，所以成本較低，但是對于安裝的要求較高，安裝時必須保證從反射裝置反射出的第二可見光束121始終和第一可見光束111處于同一平面上，否則光束無法交匯。為了確保光束可相交，并使得裝置更加科學合理，本發(fā)明又提供第二種原理的指示裝置，此原理的反射裝置由可控的且在空間上具有夾角的第一反射鏡片和第二反射鏡片組成，參見附圖2所示，此原理的可控距離指示裝置包括分別發(fā)射向下的第一可見光束211和第二可見光束221的第一可見光指示器210和第二可見光指示器220，所述第二可見光束221經(jīng)第一反射鏡片...