三头激光打标机定位误差补偿系统的研究和开发

发布时间：2020-06-04 03:03

【摘要】：激光打标技术是在激光热处理、激光焊接、激光切割等技术之后发展起来的一门新型加工技术,能够轻松解决传统加工技术很是棘手甚至无法解决的问题,在众多加工制造行业中扮演着极其重要的角色,而激光打标机作为激光打标技术的典型应用,在各个领域中的使用越来越广泛。随着激光设备向高精度、高自动化水平发展,其工作要求也越来也高,要求具有高精度的定位和控制方式,这对于提高激光加工设备自动化程度、推动激光行业的发展具有重要意义。本文的设计、研发和实验工作在广东正业科技股份有限公司的支持下展开,具体完成的工作任务如下:(1)通过对传统打标机结构的研究和面向目前需求的分析,进行相应的方案设计,使用SolidWorks三维软件,建立激光打标模组、线性传动机构、基座、流水定位平台等各部件的设计模型,并确定各零部件尺寸,完成相关配件的选型等;将各零部件装配成为三头激光打标机整体,生产样机并且将其调试到位,为后续误差补偿系统的开发和研究工作提供平台。(2)确定打标机各个部件的接触和约束类型,对影响整机分析的关键部件进行单元简化处理,即借助link10杆单元模拟滚珠轴承点接触位置,使用COMBIN14弹簧单元简化直线滚动导轨接触部位,进而计算打标机的主要受力情况,进行网格划分等,完成仿真分析的前处理阶段。(3)以运动方向为研究重点,进行静力学分析,添加热载荷进行稳态热-结构耦合分析,提取打标机总体变形和各个方向的变形情况,通过得到的总位云图、x y z方向位移云图、应力图,发现在稳态热-结构耦合下,运动方向所受应力、变形较大;对整机进行模态分析,得出整机在各阶下的固有频率,通过对比输出频率,可知打标机整机不会发生共振。该过程主要通过分析检查设计质量,并且确定影响整机变形的主要因素,为整机在运动方向的总误差计算提供数据支持。(4)分析运动方向对定位精度造成影响的主要因素,在有效行程内等距取点,提取各点位在稳态热-结构耦合分析下的x方向和y方向的变形量;通过实验获取相应点位的原始设备误差,并将两者进行参数叠加,近似获得各设定点位的总定位误差。以提升系统精度为出发点,提出采用加权拉格朗日二次插值算法,对计算总误差值进行拟合,并且可根据拟合出的曲线,获取全行程内任意位置的补偿值。最后,通过设计多组试验,检测补偿效果,在该激光打标机上开发的误差补偿系统,能够将机器在x方向和y轴方向的定位精度稳定在±0.03mm,均在±0.06mm的设计要求范围内。该补偿方法较传统补偿方法相比,具有使用方便、补偿精确稳定和具有可移植性等优势。
【图文】：

激光打标机,振镜扫描

标是利用激光能量密度高的特性，聚焦材料表面，使其发生或通过光辐射产生化学反应，使材料表面的颜色变化，从而由激光打标工作原理可看出它的优点：效率高、零污染、控制传统的机械、电化学等标记方法有明显区别[36]。传统的打标的趋势，激光打标终将成为加工领域的常规加工方式，新的[37]。激光打标机是激光加工领域十分重要的一项应用，使激化、精确化、自动化，并将应用领域延伸推广，在国民经济用。光打标方式的不同，可分为点阵法、掩膜法、扫描法[38]。振最广泛的打标形式。因为激光打标机通过软件控制，所以其辨率高；不退色，标记耐磨，不消失；对环境友好，不产生发生机械形变[39]。本文也采用了振镜式扫描法开展系列研究扫描式激光打标机。

架构图,打标机,整机,架构

激光打标机整体规划和设计要求在工业生产领域，，激光打标得到广泛普及和灵活应用，可追溯性标识的永久标其典型应用，例如生成字符、字母、数字、字符串、矩阵码、条形码等[40]。本研究面向 PCB 二维码打标的激光打标机，通过三台激光器配合进行激光打标，优点是：打标效率高、打标精度高、自动化程度高且操作方便。.1 整体功能模块组成三头激光打标机的机械结构部分主要由基座、线性传动机构、流水定位平台和打标模组等组成，线性传动机构和流水定位平台通过螺栓固定在基座支架上，打标模组固定在线性传动机构上从而实现二维移动；控制系统主要由误差补偿、视觉定位模块、运动控制模块、传感和通讯模块等组成。其组成如图 2-2 所
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN249

【参考文献】