简述激光打标生产线上自动定位系统的应用彭运明

简述激光打标生产线上自动定位系统的应用彭运明

彭运明

（广东国玉科技有限公司广东佛山528312）

摘要：随着科学技术的不断发展，自动化生产技术在工业生产制造领域起到了越来越大的作用。而激光技术由于其光束具备能量较大，加工效率较高，环境污染小等优势，在当前各个行业中广泛使用。由计算机技术和激光技术结合而形成的激光打标技术，兼备计算机技术与激光技术的优点，在自动化发展进程中更加具有潜力。本文便将对激光打标技术在生产线上自动定位系统的应用进行分析，希望能够推动激光打标技术的自动化变革。

关键词：激光打标；自动化；定位系统

激光打标技术是基于激光技术和计算机技术而产生的一种新型生产制造技术。其融合了数控、光电子以及信息技术等多领域多层次的技术，兼具各种技术的优势，在当前的生产加工行业中得到了广泛的使用。在生产加工行业急需自动化变革的今天，如何将激光打标技术和自动化技术共同应用于生产实践中成为了当前亟待解决的重要问题。

一、激光打标技术

在激光技术中，一般都是使用能量来激发晶体棒从而产生具有高聚集性的激光束来完成生产工作。而激光打标则是使用上述产生的激光依照既定的轨迹对所需要加工的零件进行刻画扫描。激光中蕴含的能力在接触到零件之后瞬间转化成极高的热能，而零件的表面也在高温状态下发生融化、升华等物理反应或者是氧化、燃烧等化学反应。参与反应后的材料一般都会发生形态的转变，从而从零件主体上祛除。因此，通过激光打标技术可以在零件上刻画出设计出的图样、形状作为区分不同批次或种类的标志。

激光打标技术一般是由激光发生器、控制系统和光学系统几个部分组成。与传统技术相比，激光打标技术应用了先进的科学技术，因而也具有一些传统技术所不具备的优点，如：激光打标技术能够应用的范围相对而言更加广泛。由于激光所蕴含的能量过于巨大，因此能量释放后所能够刻画的材料种类更多。无论是金属零件还是非金属零件，基本上都可以通过激光打标技术来进行加工；激光打标技术对于零件的加工更为精密。该技术所使用的激光光束直径远小于常规加工工具，因此可以对零件进行更为精密的加工工作；激光打标机器的使用寿命更长。激光打标技术无需使用刀具，激光与被加工零件发生接触时并不会产生碰撞抖动，也不会在机器本身产生较高的温度，因而机器的磨损几乎可以忽略不计；激光打标技术的可操控性高。激光打标技术一般都直接由计算机控制机器进行控制，工作过程基本自动化，无需人工参与。因此，激光打标技术可以将计算机中预存的图样直接刻画在零件表面，还原度也相对较高[1]。

正是由于上述特点，激光打标技术在当前的生产行业中应用越来越广泛，极大程度上提高了产品的生产效率和生产质量，使厂家的生产竞争力大幅度提高，也为整个社会带来了极大的效益。如今，激光技术受到了专家们的广泛关注，数控化、自动化、小型化、组合化以及安全化、可靠化的激光打标技术将会成为未来激光技术发展的总趋势。

二、激光打标生产线上自动定位系统的设计

随着社会对于产品质量以及产品安全的需求逐渐增加，现代产品在生产过程中往往需要添加标记以作为其实名认证。对于普通商品而言，可以通过商标来确认产品的来源，但是对于一些零部件而言，投入使用之后便无法通过商标来判断其厂家，一旦出现问题便无从处理。对此，激光打标技术无疑是最为合适的选择。为了能够让激光打标技术更加方便的应用于常规的商品生产，需要将激光打标技术与传统产品的生产线相结合。

1、激光打标生产线的设计

首先应当确定的是单体激光打标生产线结构，包括用于放置商品的工作台和激光打标技术所需要使用的设备，如控制计算机、控制电源、激光发生器、水冷机等。控制计算机是整个激光打标设备的控制终端，其可以控制整个系统中各个设备的运行状态，并接受反馈采取相应的行为。控制电源则受控制计算机和工作人员的双重控制，如果在激光打标机器运行过程中出现问题，而通过控制计算机无法让其停止运作时，便可以通过对电源进行控制强行切断激光打标机的电源。激光发生器是激光打标机的核心部分，激光通过对晶体棒的激励而产生，由计算机进行控制，调整其光束直径、能量以及具体的移动情况，这样激光投射在零件上便可以在零件表面刻画出相应的图案。而水冷机则可以避免激光打标机器在工作时温度过高发生故障。实际上冷却装置有很多种类，但是由于水的比热容相对较高、污染小、来源广泛，使用水冷机不但能够有较好的冷却效果，更能够降低冷却成本。

接下来需要进行设计的则是激光打标传动生产线。相对于单体激光打标生产线结构，传动生产线则是将其与传送结构相结合，形成一个能够自动运行的传送打标装置。该装置除了单体激光打标结构之外，还需要配置传送装置、支护装置以及装配装置。传送装置可以有调节的输送物料、零件，是自动化生产的基础。支护装置为物料零件的装载运行提供了平台，让打标工作能够正常进行。而装配装置则分为上料和下料两个部分，将物料放置在传送带上或将已经处理好的物料从传送带上取下。对于激光打标生产线而言，虽然其具有诸多优点，但是并不适合处理重量较大的零件。也正因如此，对于传送装置的动力源来说并没有过多的要求。

2、激光打标自动定位系统的设计

在使用激光对零件表面进行刻画时，一般都需要激光的焦点随时都处于零件的表面，只有这样才能够在较低功率消耗的条件下较好的完成标刻任务。但是随着核心技术不断更新换代，当前的激光打标机更要求激光焦点可以随着零件表面的凹凸情况来实时调整自己的高度，对零件表面进行全自动捕捉，达到标刻图案平整的目的。为此，我们便需要对激光打标自动定位系统进行设计。

为了能够让激光打标机器能够自动识别追踪零件表面的位置，首先需要完成的就是实时测定激光腔体与零件表面之间的距离。如果要令激光打标生产线达到自动化的目的，实时测定激光腔体与零件表面的距离会对此造成极大的影响。由于激光打标采用的是非接触标刻技术，因此在进行测距工作时也需要尽量考虑使用非接触式测距方法。当前较常使用的非接触测距方法主要有超声波测距法、红外测距法、激光测距法以及无线电测距法。相较于其他方法而言，超声波测距法所使用的仪器设备更为简单，成本低廉。而且对于激光打标技术而言，其生成的激光束容易对光感测距法的精准度造成一定的影响，因此经过分析之后应当选取超声波测距法来进行测距工作。

在使用超声波测距法时，需要采用超声波传感器作为超声波的发射器与接收器。超声波在空气中传播的速度为340m/s，在超声波发射之后需要先运动至零件表面之后发生反射，再运动相同距离之后回到接收器上。因此设激光腔体到零件表面的距离为s，超声波发射至接受需要的时间为t，则

在接收器接受到信号之后，经过计算机控制端的运算便可以得出此时激光腔体与零件表面的距离，并进行实时调整[2]。工作人员可以现在计算机中设定零件预设保留的厚度，或标刻完成之后激光腔体与零件表面应当保持的距离。在激光腔体运动的过程中，如果计算机所得到的数据表明距离值小于预设值，则证明零件表面为凸起状态，此时激光打标机应处于开启状态，将多余部分祛除；若计算机所得到的数据表明距离值等于预设值，则证明零件表面已达到规定状态，此时激光腔体则应该处于关闭状态，避免零件表面的进一步磨损。

除了超声波传感器之外，还应该加设温度传感器、湿度传感器等以确定机器是否正常运行。

三、结论

随着生产生活的不断进步，生产行业对于激光打标机的要求也越来越高，尤其是在自动化生产成为主流趋势的今天，激光打标技术更是面临着更多的机遇和挑战。本文对激光打标生产线与以超声波传感器为基础的自动定位系统进行设计，希望能够为我国激光打标自动化发展贡献一份力量。

参考文献：

[1]塑盖高速激光打标生产线的研制，[J]，姚华平，林伟坚，辛其扎，周玉梅，林开群，朱立学，机电产品开发与创新，Development&InnovationofMachinery&ElectricalProducts，2013-26（1）

[2]VB编程在激光打标设备中的应用，[J]，王路暐，中国设备工程，ChinaPlantEngineering，2017-23