一种面向三维复杂表面激光打标方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种面向三维复杂表面激光打标方法及系统，包括：对所述三维复杂表面进行三角网格的规整划分；利用划分后的网格以及标记线，估计激光打标过程的分阶段初始动作轨迹及动作参量；根据所述分阶段初始动作轨迹确定激光打标过程中的轨迹优化约束，根据所述动作参量建立打标驱动特征；根据激光打标过程中的轨迹优化约束和打标驱动特征，形成优化动作轨迹；基于所述优化动作轨迹转换为动作控制指令，控制所述激光头或者加工件的多轴自由度动作，完成激光打标。本发明专利技术解决了激光打标过程中因设备自身精度制约和外部干扰产生的动作误差，因三维复杂表面的表面高度差持续变动而造成的离焦问题，以及针对动作过程中频繁调试修正造成的低效问题。修正造成的低效问题。修正造成的低效问题。

【技术实现步骤摘要】
一种面向三维复杂表面激光打标方法及系统


[0001]本专利技术涉及激光打标
，具体为一种面向三维复杂表面激光打标方法及系统。

技术介绍

[0002]激光技术在现代高端装备制造领域中居于重要的位置，激光打标技术作为激光技术的一个应用方向，近年来处于持续高速发展之中。
[0003]激光打标技术是通过聚焦形成高能量密度的激光，进而对加工件的表面进行局部照射，通过加工件表层的汽化或者化学反应留下永久性标记。通过令激光与加工件表面产生相对位移，能够形成字符、图案、条码等各种形式的标记。
[0004]激光打标的优势在于：标记清晰、分辨率高、持久性强、可以适用于微小尺寸的加工件表面、标记效率高、成本低。目前，激光打标技术广泛应用于电子部件、集成电路、医疗器械、精密仪器仪表等领域。
[0005]随着激光打标技术的不断推广，逐渐出现了面向加工件的三维表面进行激光打标的需要，特别是针对非规则变化的三维复杂表面激光打标，当前技术尚不成熟，打标过程复杂低效，存在标记偏差大、废品率高等问题。
[0006]具体来说，对于三维表面特别是三维复杂表面的打标，现有技术中需要以X
‑
Y
‑
Z三轴或者更多轴自由度进行激光头或者加工件的动作，需要精确控制每个轴自由度上的动作量和速度，在这一过程中，受到自身精度制约以及外部干扰，非常容易出现动作误差，且每个轴自由度上的误差会累积起来，最终给打标带来更大的偏离；而且动作过程中频繁地调试修正也降低了打标效率；另外，三维复杂表面的表面高度差经常超出保证激光聚焦的焦深范围，导致标记质量下降，甚至出现废品。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中面向三维复杂表面进行激光打标时存在的技术问题，包括因设备自身精度制约和外部干扰产生的动作误差，因三维复杂表面的表面高度差持续变动而造成的离焦问题，以及针对动作过程中频繁调试修正造成的低效问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供了一种面向三维复杂表面激光打标方法，其特征在于，包括：对所述三维复杂表面进行三角网格的规整划分；利用划分后的网格以及标记线，估计激光打标过程的分阶段初始动作轨迹及动作参量；根据所述分阶段初始动作轨迹确定激光打标过程中的轨迹优化约束，根据所述动作参量建立打标驱动特征；根据激光打标过程中的轨迹优化约束和打标驱动特征，形成优化动作轨迹；基于所述优化动作轨迹转换为动作控制指令，控制所述激光头或者加工件的多轴
自由度动作，完成激光打标。
[0008]优选的是，所述对所述三维复杂表面进行三角网格的规整划分，具体包括：获得所述三维复杂表面的三维点集；根据所述三维点集，进行初始网格划分；针对初始网格进行规整细分处理。
[0009]进一步优选的是，所述对所述三维复杂表面进行三角网格的规整划分，还包括：判断经规整细分之后的三角网格的网格内表面高度差是否在激光聚焦焦深的允许范围之内，对超出激光聚焦焦深允许范围的三角网格，进行进一步网格细分。
[0010]优选的是，所述利用划分后的网格以及标记线，估计激光打标过程的分阶段初始动作轨迹及动作参量，具体包括：根据在三维复杂表面上激光打标过程所需要形成的标记线，确定标记线分布的网格；将每个网格内的标记线作为一个动作阶段，将该动作阶段映射为激光头相对于该网格的多个轴自由度运动的初始动作轨迹，从而为激光打标过程建立分阶段的初始动作轨迹；确定每个阶段的初始运动轨迹的动作参量。
[0011]优选的是，所述激光打标过程中的轨迹优化约束具体包括：每个阶段自动作轨迹起始位置启动，经过时间t，动作轨迹终止位置为，且每个轴自由度的转角角加速度和激光头的实际转角角加速度均为0,即
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式1并且，所述打标驱动特征组，表示为：
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式2。
[0012]本专利技术还提供了一种面向三维复杂表面激光打标系统，其特征在于，包括：激光打标设备，包括用于固持加工件的夹具、发生并聚焦形成激光束的激光头、以及驱动单元；所述驱动单元用于驱动激光头或夹具，使激光头相对于该加工件的三维复杂表面能够以多个轴自由度运动；驱动优化控制单元，包括表面网格划分子单元、动作估计子单元、驱动特征建模子单元、动作轨迹优化子单元以及动作控制指令输出子单元；其中，表面网格划分子单元，用于对所述三维复杂表面进行三角网格的规整划分；动作估计子单元利用划分后的网格以及标记线，估计激光打标过程的分阶段初始动作轨迹及动作参量；驱动特征建模子单元根据所述分阶段初始动作轨迹，确定激光打标过程中的轨迹优化约束，根据所述动作参量建立打标驱动特征；动作轨迹优化子单元根据激光打标过程中的轨迹优化约束和打标驱动特征，形成优化动作轨迹；动作控制指令输出子单元基于所述优化动作轨迹转换为动作控制指令，控制所述
激光头或者加工件的多轴自由度动作，完成激光打标。
[0013]优选的是，所述表面网格划分子单元对所述三维复杂表面进行三角网格的规整划分，具体包括：获得所述三维复杂表面的三维点集；根据所述三维点集，进行初始网格划分；针对初始网格进行规整细分处理。
[0014]进一步优选的是，所述表面网格划分子单元对所述三维复杂表面进行三角网格的规整划分，还包括：判断经规整细分之后的三角网格的网格内表面高度差是否在激光聚焦焦深的允许范围之内，对超出激光聚焦焦深允许范围的三角网格，进行进一步网格细分。
[0015]优选的是，所述动作估计子单元利用划分后的网格以及标记线，估计激光打标过程的分阶段初始动作轨迹及动作参量，具体包括：根据在三维复杂表面上激光打标过程所需要形成的标记线，确定标记线分布的网格；将每个网格内的标记线作为一个动作阶段，将该动作阶段映射为激光头相对于该网格的多个轴自由度运动的初始动作轨迹，从而为激光打标过程建立分阶段的初始动作轨迹；确定每个阶段的初始运动轨迹的动作参量。
[0016]优选的是，所述激光打标过程中的轨迹优化约束具体包括：每个阶段自动作轨迹起始位置启动，经过时间t，动作轨迹终止位置为，且每个轴自由度的转角角加速度和激光头的实际转角角加速度均为0,即 式1并且，所述打标驱动特征组，表示为： 式2。
[0017]本专利技术具有下述有益效果：本专利技术通过针对加工件的三维复杂表面执行三角网格规整划分，将激光打标过程的动作轨迹分阶段，从而保证了每个阶段动作的相对稳定和易于控制，提高了打标效率，并且克服了三维复杂表面的表面高度差持续变动而造成的离焦问题；本专利技术通过满足轨迹优化约束下的驱动特征建模和求解，获得优化动作轨迹，抑制了设备自身精度制约和外部干扰产生的动作误差，从而保障了激光打标的精确度，提升了产品质量和正品率。
附图说明
[0018]图1为本专利技术所述面向三维复杂表面激光打标方法的总体流程图；图2为本专利技术所述对所述三维复杂表面进行三角网格规整划分的流程图；图3为本专利技术所述估计分阶段初始动作轨迹及动作参量的流程图；图4为本专利技术所述确定轨迹优化约束并建立打标驱动特征的流程图；图5为本专利技术所述面向三维复杂表面激光打标系统的结构图；图6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向三维复杂表面激光打标方法，其特征在于，包括：对所述三维复杂表面进行三角网格的规整划分；利用划分后的网格以及标记线，估计激光打标过程的分阶段初始动作轨迹及动作参量；根据所述分阶段初始动作轨迹确定激光打标过程中的轨迹优化约束，根据所述动作参量建立打标驱动特征；根据激光打标过程中的轨迹优化约束和打标驱动特征，形成优化动作轨迹；基于所述优化动作轨迹转换为动作控制指令，控制激光头或者加工件的多轴自由度动作，完成激光打标。2.根据权利要求1所述的面向三维复杂表面激光打标方法，其特征在于，所述对所述三维复杂表面进行三角网格的规整划分，具体包括：获得所述三维复杂表面的三维点集；根据所述三维点集，进行初始网格划分；针对初始网格进行规整细分处理。3.根据权利要求2所述的面向三维复杂表面激光打标方法，其特征在于，所述对所述三维复杂表面进行三角网格的规整划分，还包括：判断经规整细分之后的三角网格的网格内表面高度差是否在激光聚焦焦深的允许范围之内，对超出激光聚焦焦深允许范围的三角网格，进行进一步网格细分。4.根据权利要求1所述的面向三维复杂表面激光打标方法，其特征在于，所述利用划分后的网格以及标记线，估计激光打标过程的分阶段初始动作轨迹及动作参量，具体包括：根据在三维复杂表面上激光打标过程所需要形成的标记线，确定标记线分布的网格；将每个网格内的标记线作为一个动作阶段，将该动作阶段映射为激光头相对于该网格的多个轴自由度运动的初始动作轨迹，从而为激光打标过程建立分阶段的初始动作轨迹；确定每个阶段的初始运动轨迹的动作参量。5.根据权利要求1所述的面向三维复杂表面激光打标方法，其特征在于，所述激光打标过程中的轨迹优化约束具体包括：每个阶段自动作轨迹起始位置启动，经过时间t，动作轨迹终止位置为，且每个轴自由度的转角角加速度和激光头的实际转角角加速度均为0，即 式1并且，所述打标驱动特征组，表示为： 式2。6.一种面向三维复杂表面激光打标系统，其特征在于，包括：激光打标设备，包括用于固持加工件的夹具、发生并聚焦形成激光束的激光头、以及驱动单元；所述驱动单元用于驱动激光头或夹具，使激光头相对于该加工件的三维复杂表面能够以多个轴自由度运动；驱动优化控...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳世伟，陈华，
申请(专利权)人：北京金橙子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：