CN105598579A - 基于两个同轴ccd进行视觉定位的激光加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工装置及方法。其中，该装置包括用于放置待加工工件的加工平台、照明光源、高透反射镜、第一CCD模组、控制计算机、激光器、振镜以及设置于振镜的入光侧且与振镜同轴的第二CCD模组。控制计算机分别与激光器、第一CCD模组、第二CCD模组、振镜电性连接。激光器发射的激光经第二CCD模组、振镜、高透反射镜照射至待加工工件。待加工工件反射的光线经高透反射镜分为第一光路和第二光路，第一光路经高透反射镜入射到第一CCD模组，第二光路经高透反射镜、振镜入射到第二CCD模组。第一CCD模组与第二CCD模组的结合既扩大了视觉定位幅面，提升了定位精度，同时解决了振镜漂移造成的重复精度问题。

Description

基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工装置及方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工装置及方法。

背景技术

激光加工已经成为现代制造的重要加工方法，特别是在精密加工、微加工领域，包括切割、标刻、喷印、钻孔、雕刻、扫描等。激光加工已经广泛应用在微电子、液晶、分离膜、测量、汽车、航空、纳米材料、航天等领域。

随着科学技术的发展，现代精密制造对激光加工的形位精度、柔性适应性、智能化和效率要求越来越高。低要求的激光加工***没有视觉定位功能，高要求的激光加工***通常带有视觉***，包括旁轴CCD***及同轴CCD***等。

旁轴CCD***的视觉光路与激光光路在结构上是分支的，加工时需要硬性分为拍摄、定位、移动振镜三个动作，因此会造成微小加工件的振动、位移和加工偏差，同时加工速度慢、影响加工精度。

视觉幅面小的同轴CCD***存在图像有畸变和色差等问题，因此限制了其应用范围和定位精度。视觉幅面大的同轴CCD***通常存在无法克服振镜自身的漂移造成的定位偏差，使用时需对频繁对视觉***和振镜***进行校正，影响使用效率及方便性。

有鉴于此，实有必要提供一种提升定位精度且能克服振镜漂移造成的定位偏差的激光加工方法以解决现有技术的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工装置及方法，其通过视觉幅面大的同轴CCD模组进行精确定位以提升图像质量和定位精度，同时，通过视觉幅面小的同轴CCD模组实时检测振镜是否出现偏移且出现偏移后及时进行校正以克服振镜漂移造成的缺陷。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工装置，包括用于放置待加工工件的加工平台、设置于加工平台上方的照明光源、高透反射镜、第一CCD模组、控制计算机、激光器、振镜以及设置于振镜的入光侧且与振镜同轴的第二CCD模组。控制计算机分别与激光器、第一CCD模组、第二CCD模组、振镜电性连接。激光器发射的激光经第二CCD模组、振镜、高透反射镜照射至待加工工件。待加工工件反射的光线经高透反射镜分为第一光路和第二光路，第一光路经高透反射镜入射到第一CCD模组，第二光路经高透反射镜、振镜入射到第二CCD模组。

优选地，激光器与第二CCD模组之间设有用于对激光器发出的激光进行同轴扩束的扩束镜。

优选地，振镜的出光侧设置有用于对激光进行聚焦的场镜。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工方法，包括如下步骤：

待加工工件置于加工平台上，待加工工件设有起始位置点，待加工工件或加工平台固定设置有标识点。

照明光源发出照明光束照射待加工工件。

第一CCD模组通过高透反射镜采集待加工工件的第一图像信息并将第一图像信息发送至控制计算机。

控制计算机获取振镜的振镜原点位置信息以及第一图像信息中与起始位置点对应的起始加工位置信息。

控制计算机根据振镜原点位置信息、起始加工位置信息以及预设坐标系生成控制命令并通过控制命令控制振镜致使振镜的振镜原点与起始位置点重合。

激光器发出的激光经振镜形成加工光束照射至待加工工件以通过加工光束实现对待加工工件的加工操作。

第二CCD模组通过高透反射镜采集待加工工件的第二图像信息并将第二图像信息发送至控制计算机，加工光束的光轴与第二CCD模组采集第二图像信息的光轴同轴。

控制计算机根据第二图像信息中的标识点的标识点位置信息和预设标准点位置信息判断振镜是否出现漂移。

若振镜出现偏移，控制计算机根据标识点位置信息、预设标准点位置信息以及预设坐标系生成控制命令并通过控制命令调整振镜。

优选地，扩束镜对激光器发出的激光进行同轴扩束后传输至振镜。

优选地，场镜对振镜输出的激光进行聚焦处理后，激光穿过高透反射镜照射至待加工工件。

与现有技术相比，本发明通过视觉幅面大的同轴CCD模组进行定位提升了定位精度，同时，通过视觉幅面小的同轴CCD模组实时检测振镜是否出现偏移且出现偏移后及时进行校正克服了振镜漂移造成的缺陷，从而提升了加工速度和拓宽了应用范围。

附图说明

图1为本发明基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工装置一种实施例的框架结构示意图。

图2为本发明基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工方法一种实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。

图1展示了本发明基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工装置的一种实施例。在本实施例中，该基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工装置包括用于放置待加工工件的加工平台1、设置加工平台1上方的照明光源2、高透反射镜3、第一CCD模组4、控制计算机5、激光器7、振镜6以及设置于振镜6的入光侧且与振镜6同轴的第二CCD模组10。其中，第二CCD模组10包括高透反射镜9。控制计算机5分别与激光器7、第一CCD模组4、第二CCD模组10、振镜6电性连接。待加工工件设有起始位置点。待加工工件或加工平台1固定设置有标识点。

照明光源2发出照明光束照射待加工工件，照明光束的光线在待加工工件的表面发生反射经高透反射镜3入射至第一CCD模组4，第一CCD模组4采集待加工工件的第一图像信息并将第一图像信息发送至控制计算机5，照明光束的光轴与第一CCD模组4采集第一图像信息的光轴同轴。控制计算机5接收到该第一图像信息后，获取振镜6的振镜原点位置信息以及第一图像信息中与起始位置点对应的起始加工位置信息。控制计算机5根据振镜原点位置信息、起始加工位置信息以及预设坐标系生成控制命令并通过控制命令控制振镜6致使振镜6的振镜原点与起始位置点重合。本实施例的第一CCD模组4采集的是待加工工件的表面反射且经高透反射镜3传输的全部光线，因此，第一CCD模组4的视觉幅面大，因此，第一CCD模组4获取的第一图像信息比较清晰，因此基于第一图像信息进行定位的定位精度高。

激光器7发出的激光经高透反射镜9、振镜6形成加工光束照射至待加工工件以通过加工光束实现对待加工工件的加工操作。第二CCD模组10通过高透反射镜3采集待加工工件的第二图像信息并将第二图像信息发送至控制计算机5，加工光束的光轴与第二CCD模组10采集第二图像信息的光轴同轴。控制计算机5根据第二图像信息中的标识点的标识点位置信息和预设标准点位置信息判断振镜6是否出现漂移。若振镜6出现偏移，控制计算机5根据标识点位置信息、预设标准点位置信息以及预设坐标系生成控制命令并通过控制命令调整振镜6。本实施例的第二CCD模组10设置于振镜6的入光侧且与振镜6同轴。第二CCD模组10与振镜6同轴且通过第二CCD模组10和振镜6的是同一个光束，因此，第二CCD模组10可以精确且及时的检测到振镜是否出现漂移。

在其他的实施例中，激光器7与第二CCD模组10之间设有用于对激光器7发出的激光进行同轴扩束的扩束镜8。本实施例采用扩束镜8对激光进行同轴扩束，改善了光束传播的发散角，使得光路准直。

在其他的实施例中，振镜6的出光侧设置有用于对激光进行聚焦的场镜11。本实施例通过场镜11对激光进行聚焦操作，致使在待加工工件在形成的光斑更小，满足更多的精密度更高的精密加工的需求。

图2展示了本发明基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工方法的一种实施例。在本实施例中，该基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工方法包括如下步骤：

步骤S1，待加工工件置于加工平台上，待加工工件设有起始位置点，待加工工件或加工平台固定设置有标识点。

步骤S2，照明光源发出照明光束照射待加工工件。

步骤S3，第一CCD模组通过高透反射镜采集待加工工件的第一图像信息并将第一图像信息发送至控制计算机。

步骤S4，控制计算机获取振镜的振镜原点位置信息以及第一图像信息中与起始位置点对应的起始加工位置信息。

步骤S5，控制计算机根据振镜原点位置信息、起始加工位置信息以及预设坐标系生成控制命令并通过控制命令控制振镜致使振镜的振镜原点与起始位置点重合。

步骤S6，激光器发出的激光经扩束镜进行同轴扩束后传输至振镜。

步骤S7，场镜对振镜输出的激光进行聚焦处理后形成加工光束经高透反射镜照射至待加工工件以通过加工光束实现对待加工工件的加工操作。

步骤S8，第二CCD模组通过高透反射镜采集待加工工件的第二图像信息并将第二图像信息发送至控制计算机，加工光束的光轴与第二CCD模组采集第二图像信息的光轴同轴。

步骤S9，控制计算机根据第二图像信息中的标识点的标识点位置信息和预设标准点位置信息判断振镜是否出现漂移。若振镜出现偏移，执行步骤S10，若振镜未出现偏移，执行步骤S7。

步骤S10，控制计算机根据标识点位置信息、预设标准点位置信息以及预设坐标系生成控制命令并通过控制命令调整振镜，执行步骤S1。

以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其只作为范例，本发明并不限制与以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改或替代也都在本发明的范畴之中，因此，在不脱离本发明的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工装置，其特征在于，包括用于放置待加工工件的加工平台、设置于加工平台上方的照明光源、高透反射镜、第一CCD模组、控制计算机、激光器、振镜以及设置于所述振镜的入光侧且与所述振镜同轴的第二CCD模组；所述控制计算机分别与所述激光器、所述第一CCD模组、所述第二CCD模组、所述振镜电性连接；所述激光器发射的激光经所述第二CCD模组、所述振镜、所述高透反射镜照射至所述待加工工件；所述待加工工件反射的光线经所述高透反射镜分为第一光路和第二光路，所述第一光路经所述高透反射镜入射到所述第一CCD模组，所述第二光路经所述高透反射镜、所述振镜入射到所述第二CCD模组。

2.根据权利要求1所述的基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工装置，其特征在于，所述激光器与所述第二CCD模组之间设有用于对所述激光器发出的激光进行同轴扩束的扩束镜。

3.根据权利要求1所述的基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工装置，其特征在于，所述振镜的出光侧设置有用于对激光进行聚焦的场镜。

4.一种基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

待加工工件置于加工平台上，所述待加工工件设有起始位置点，所述待加工工件或所述加工平台固定设置有标识点；

照明光源发出照明光束照射所述待加工工件；

第一CCD模组通过高透反射镜采集所述待加工工件的第一图像信息并将所述第一图像信息发送至控制计算机；

控制计算机获取振镜的振镜原点位置信息以及所述第一图像信息中与所述起始位置点对应的起始加工位置信息；

控制计算机根据所述振镜原点位置信息、所述起始加工位置信息以及预设坐标系生成控制命令并通过所述控制命令控制所述振镜致使所述振镜的振镜原点与所述起始位置点重合；

激光器发出的激光经振镜形成加工光束照射至所述待加工工件以通过所述加工光束实现对所述待加工工件的加工操作；

第二CCD模组通过所述高透反射镜采集所述待加工工件的第二图像信息并将所述第二图像信息发送至所述控制计算机，所述加工光束的光轴与所述第二CCD模组采集第二图像信息的光轴同轴；

控制计算机根据所述第二图像信息中的所述标识点的标识点位置信息和预设标准点位置信息判断所述振镜是否出现漂移；

若所述振镜出现偏移，控制计算机根据所述标识点位置信息、所述预设标准点位置信息以及预设坐标系生成控制命令并通过所述控制命令调整所述振镜。

5.根据权利要求4所述的基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工方法，其特征在于，扩束镜对所述激光器发出的激光进行同轴扩束后传输至所述振镜。

6.根据权利要求4所述的基于两个同轴CCD进行视觉定位的激光加工方法，其特征在于，场镜对所述振镜输出的激光进行聚焦处理后，激光穿过所述高透反射镜照射至所述待加工工件。