CN106271044B - 激光打标机以及ccd同轴光路定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光打标机以及CCD同轴光路定位方法，激光打标机内设有：激光器、扩束镜、扫描振镜组、以及聚焦镜，激光打标机内还设有：移动的合束镜以及CCD探头，其中，所述合束镜可移动至由激光器发出的激光光路中；当合束镜移动至激光光路时，所述激光器、扩束镜、合束镜、以及扫描振镜组依序设置，扫描振镜组和聚焦镜依序设置，所述合束镜和CCD探头相对设置。本发明由于合束镜可以移动，在定位时合束镜移动到光路中，CCD探头的光路和激光光路二者重合，定位结束后，合束镜移开，进行激光加工；这样做到精确定位和无干扰的加工二者相结合；同时，合束镜只针对CCD探头的CCD辅助照明光进行设计制造，因而镀膜要求大幅降低，可大幅节约了成本。

Description

激光打标机以及CCD同轴光路定位方法

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种激光打标机以及CCD同轴光路定位方法。

背景技术

激光打标机作为一种先进的精细加工设备，在越来越多的地方得到了应用。激光打标机的聚焦光斑小于0.01mm，激光打标机本身的重复定位精度小于0.01mm。为了得到精确的加工效果，消除不同工件工差导致的位置偏差，高精度的激光打标机装设有CCD(电荷耦合器件，charge coupled device)相机进行辅助定位，CCD相机抓拍待加工区域的位置后，反馈给激光打标机，然后激光打标机对待加工区域进行精确加工。流程如下：1、工件到位；2、CCD相机开始抓拍，反馈数据到打标机；3、打标机处理反馈的数据后，控制激光进行精确加工。

现在常用的CCD同轴方法是在激光传输光路中增加一片合束镜片，把合束镜片之后的激光光路和CCD光路合到一起。增加的合束镜片固定在激光光路中，合束镜片可以选择增透激光且全反射CCD的CCD辅助照明光，也可以选择全反射激光增透CCD的CCD辅助照明光。此方法的优点是定位准确，缺点是对于合束镜片要求特别高，合束镜片的膜层需要特别设计，相应的合束镜片的造价比较高。另外，由于合束镜片无法做到对激光百分百的透射或者反射，存在激光线条重影的风险，不适用于定位加工对激光特别敏感的材料。

发明内容

本发明提供一种激光打标机，其内设有：激光器、扩束镜、扫描振镜组、以及聚焦镜，激光打标机内还设有：移动的合束镜以及CCD探头，其中，所述合束镜可移动至由激光器发出的激光光路中；当合束镜移动至激光光路时，所述激光器、扩束镜、合束镜、以及扫描振镜组依序设置，扫描振镜组和聚焦镜依序设置，所述合束镜和CCD探头相对设置。

本发明又提供一种激光打标机，其内设有：激光器、扩束镜、扫描振镜组、以及聚焦镜，激光打标机内还设有：移动的合束镜以及CCD探头，其中，所述合束镜可移动至由激光器发出的激光光路中；当合束镜移动至激光光路时，所述激光器、扩束镜、以及扫描振镜组依序设置，所述扫描振镜组、聚焦镜和合束镜依序设置，所述合束镜和CCD探头相对设置。

本发明又提供一种激光打标机的CCD同轴光路定位方法，包括如下步骤：

第一步：待加工工件到位，合束镜移动至激光光路中；

第二步：CCD辅助照明光照亮工件，CCD辅助照明光在工件发生反射，反射光束依序经聚焦镜、扫描镜组和合束镜传输；

第三步：CCD辅助照明光的反射光经合束镜反射后传输至CCD探头；

第四步：CCD探头对反射光进行定位抓拍，反馈数据到激光打标机；

第五步：合束镜移动到激光光路之外；

第六步：激光打标机处理反馈的数据后，激光打标机控制激光器对工件进行加工。

本发明又提供一种激光打标机的CCD同轴光路定位方法，包括如下步骤：

第一步：待加工工件到位，合束镜移动至激光光路中；

第二步：CCD辅助照明光照亮工件，CCD辅助照明光在工件发生反射，反射光束传输至合束镜内；

第三步：CCD辅助照明光的反射光经合束镜反射后传输至CCD探头；

第四步：CCD探头对反射光进行定位抓拍，反馈数据到激光打标机；

第五步：合束镜移动到激光光路之外；

第六步：激光打标机处理反馈的数据后，激光打标机控制激光器对工件进行加工。

本发明由于合束镜可以移动，在定位时合束镜移动到光路中，CCD探头的光路和激光光路二者重合，定位结束后，合束镜移开，进行激光加工；这样做到精确定位和无干扰的加工二者相结合；同时，合束镜只针对CCD探头的CCD辅助照明光进行设计制造，因而镀膜要求大幅降低，可大幅节约了成本。

附图说明

图1为现有激光打标机的结构示意图；

图2为本发明激光打标机第一实施例的结构示意图；

图3为本发明激光打标机第二实施例的结构示意图；

图4为本发明CCD坐标和激光打标机的坐标之间的映射关系的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1为现有一般激光打标机的原理示意图，激光打标机内设有：激光器11、扩束镜12、扫描振镜组13、以及聚焦镜14，其中，扩束镜12、扫描振镜组13、以及聚焦镜14依序设置在激光光束的路径上；扫描振镜组13包括X轴扫描振镜131和Y轴扫描振镜132。

激光器11发出的激光光束经A方向传输至扩束镜12，经扩束镜12向B方向传输激光光束至X轴扫描振镜131，再经C方向传输激光光束至Y轴扫描振镜132，最后向D方向传输至聚焦镜14，激光光束经聚焦镜14聚焦后向E方向作用在工件100上。

图2为本发明激光打标机第一实施例的结构示意图，激光打标机内设有：激光器21、扩束镜22、扫描振镜组23、聚焦镜24、移动的合束镜25、以及CCD探头26，其中，扫描振镜组23包括X轴扫描振镜231和Y轴扫描振镜232；合束镜25可移动至由激光器21发出的激光光路中，当合束镜25移动至激光光路时，激光器21、扩束镜22、合束镜25、以及扫描振镜组23依序设置，扫描振镜组23和聚焦镜24依序设置，合束镜25和CCD探头26相对设置。

合束镜：也叫合光镜。合束镜的作用用于指示光路。因为1064nm激光是看不见的，而在实际打标过程中，我们常常需要知道激光聚焦点在哪个位置，从而确定打标的位置对不对。通过合束镜，我们利用二极管发射出的看得见的650nm的红光在合束镜的作用下，与1064nm的激光合为一束光，这样650nm红光所指的位置就是1064nm激光所在位置，从而达到利用650nm红光指示1064nm激光的目的。

本激光打标机的同轴光路定位方法，在进行定位时，合束镜25移动到光路中，采用CCD辅助照明光对工件100进行照射并在工件100上产生反射光，反射光经合束镜25反射至CCD探头26内，并将反射数据反馈至激光打标机内；定位结束后，合束镜25移动到激光光路之外，激光器21开始出光加工，具体包括如下步骤：

第一步：待加工工件100到位，合束镜25移动至激光光路中；

第二步：CCD辅助照明光照亮工件，CCD辅助照明光在工件100发生反射，反射光束依序经聚焦镜24、扫描镜组23和合束镜25传输；

第三步：CCD辅助照明光的反射光经合束镜25反射后传输至CCD探头26；

第四步：CCD探头26对反射光进行定位抓拍，反馈数据到激光打标机；

第五步：合束镜25移动到激光光路之外；

第六步：激光打标机处理反馈的数据后，激光打标机控制激光器21对工件100进行加工。

其中，第二步包括如下步骤：

步骤A1：反射光束经聚焦镜24传输至Y轴扫描振镜232；

步骤A2：反射光束经Y轴扫描振镜232改变该反射光束的传输方向并在传输至X轴扫描振镜231；

步骤A3：反射光束经X轴扫描振镜231传输至合束镜25。

其中，第六步包括如下步骤：

步骤B1：激光器21往A方向发出激光光束至扩束镜21，激光光束经扩束镜21扩束至扫描振镜组23；

步骤B2：经扫描振镜组23在B方向和C方向指示激光光路方向并传输至聚焦镜24，经聚焦镜24聚焦至工件100；

步骤B3：激光对工件100进行激光加工。

其中，步骤B2包括如下步骤：

步骤B21：激光光束经扩束镜21在B方向扩束至X轴扫描振镜231；

步骤B22：激光光束经X轴扫描振镜231改变激光光束的传输方向并在C方向传输激光光束至Y轴扫描振镜232；

步骤B23：激光光束在D方向经Y轴扫描振镜232传输至聚焦镜24，经聚焦镜24聚焦至工件100。

图3为本发明激光打标机第二实施例的结构示意图，与上述第一实施例区别的是：合束镜35位于聚焦镜和工件之间。

在第二实施例中，激光打标机内设有：激光器31、扩束镜32、扫描振镜组33、聚焦镜34、移动的合束镜35、以及CCD探头36，其中，扫描振镜组33包括X轴扫描振镜331和Y轴扫描振镜332；合束镜35可移动至由激光器31发出的激光光路中，当合束镜35移动至激光光路时，激光器31、扩束镜32、以及扫描振镜组33依序设置，扫描振镜组33、聚焦镜34和合束镜35依序设置，合束镜35和CCD探头36相对设置。本激光打标机的同轴光路定位方法，包括如下步骤：

第一步：待加工工件100到位，合束镜35移动至激光光路中；

第二步：CCD辅助照明光照亮工件，CCD辅助照明光在工件100发生反射，反射光束传输至合束镜35内；

第三步：CCD辅助照明光的反射光经合束镜25反射后传输至CCD探头36；

第四步：CCD探头36对反射光进行定位抓拍，反馈数据到激光打标机；

第五步：合束镜35移动到激光光路之外；

第六步：激光打标机处理反馈的数据后，激光打标机控制激光器31对工件100进行加工。

其中，第六步包括如下步骤：

步骤B1：激光器31往A方向发出激光光束至扩束镜32，激光光束经扩束镜32扩束至扫描振镜组33；

步骤B2：经扫描振镜组33在B方向和C方向指示激光光路方向并传输至聚焦镜34，经聚焦镜34聚焦至工件100；

步骤B3：激光对工件100进行激光加工。

其中，步骤B2包括如下步骤：

步骤B21：激光光束经扩束镜32在B方向扩束至X轴扫描振镜231；

步骤B22：激光光束经X轴扫描振镜231改变激光光束的传输方向并在C方向传输激光光束至Y轴扫描振镜232；

步骤B23：激光光束在D方向经Y轴扫描振镜232传输至聚焦镜34，经聚焦镜34聚焦至工件100。

通过上述方法，实现激光打标时CCD无干扰同轴光路定位。

激光打标机的CCD同轴光路定位，其原理简述如下：激光打标机的焦平面为CCD探头的物平面，首先确定CCD坐标和激光打标机的坐标之间的映射关系(如图4所示)；然后CCD探头CCD抓定位轮廓获取X、Y方向的像素偏差，映射打标偏差值(△x,△y)，轮廓摆放姿态获取角度偏差θ；CCD软件将定位得到的模板偏差数据(△x,△y,θ),发送给激光器打标软件，打标软件然后对打标图行进行整体偏移，再以该标记点为旋转中心对打标图形进行角度补偿，最后再激光打标。

激光打标的CCD定位的具体操作方法如下：

1、采用三点标定方法，对CCD坐标系与激光打标坐标系进行标定，建立两个坐标***的映射关系。三点标定方法：激光器出光打三个十字叉，十字叉的交点作为标记点(三个十字叉的交点连线为一三角形)，由此已知三点可确定激光器坐标系，CCD模板工具捕捉该三点得到三个视觉坐标***下的点坐标，从而得到偏差数据(△x,△y,θ)，根据数学映射关系建立激光打标坐标系与CCD视觉坐标***的数学转换关系模型，实现CCD定位补偿数据的计算功能。

2、CCD抓定位轮廓获取X、Y方向的像素偏差，映射打标偏差值，轮廓摆放姿态获取角度偏差；CCD软件将定位得到的模板偏差数据(△x,△y,θ),发送给激光器打标软件，打标软件然后对打标图行进行整体偏移，再以该标记点为旋转中心对打标图形进行角度补偿，最后再激光打标。

具体CCD捕捉定位需要的模板根据目标物体拍照效果定制，选取模板特征原则为：轮廓清晰，特征具有唯一性、易识别等特异性。

本发明由于合束镜可以移动，在定位时合束镜移动到光路中，CCD探头的光路和激光光路二者重合，定位结束后，合束镜移开，进行激光加工；这样做到精确定位和无干扰的加工二者相结合。同时，合束镜只针对CCD探头的CCD辅助照明光进行设计制造，因而镀膜要求大幅降低，可大幅节约了成本；例如，对于10.6um波长的合束镜，成本可以节约80％；另外，不同波长的激光打标机可以使用同一种合束镜，对于批量生产的备货很有意义。

本发明具体而言如下：首先，待加工工件到位，合束镜片到位；其次，CCD探头进行定位抓拍，反馈数据到激光打标机；最后，激光打标机处理反馈的数据后，控制激光对工件进行精确加工，实现激光打标时CCD无干扰同轴光路定位。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种激光打标机的CCD同轴光路定位方法，其特征在于，激光打标机设有：激光器、扩束镜、扫描振镜组、聚焦镜、移动的合束镜以及CCD探头，其中，所述合束镜可移动至由激光器发出的激光光路中；包括如下步骤：

第一步：待加工工件到位，合束镜移动至激光光路中，所述激光器、扩束镜、合束镜、以及扫描振镜组依序设置，扫描振镜组和聚焦镜依序设置，所述合束镜和CCD探头相对设置；

第二步：CCD辅助照明光照亮工件，CCD辅助照明光在工件发生反射，反射光束依序经聚焦镜、扫描振镜组和合束镜传输；

第三步：CCD辅助照明光的反射光经合束镜反射后传输至CCD探头；

第四步：CCD探头对反射光进行定位抓拍，反馈数据到激光打标机；

第五步：合束镜移动到激光光路之外；

第六步：激光打标机处理反馈的数据后，激光打标机控制激光器对工件进行加工。

2.根据权利要求1所述的激光打标机的CCD同轴光路定位方法，其特征在于：所述第二步包括如下步骤：

步骤A1：反射光束经聚焦镜传输至Y轴扫描振镜；

步骤A2：反射光束经Y轴扫描振镜改变该反射光束的传输方向并在传输至X轴扫描振镜；

步骤A3：反射光束经X轴扫描振镜传输至合束镜。

3.根据权利要求2所述的激光打标机的CCD同轴光路定位方法，其特征在于：所述第六步包括如下步骤：

步骤B1：激光器发出激光光束至扩束镜，激光光束经扩束镜扩束至扫描振镜组；

步骤B2：经扫描振镜组指示激光光路方向并传输至聚焦镜，经聚焦镜聚焦至工件；

步骤B3：激光对工件进行激光加工。

4.根据权利要求3所述的激光打标机的CCD同轴光路定位方法，其特征在于：所述步骤B2包括如下步骤：

步骤B21：激光光束经扩束镜扩束至X轴扫描振镜；

步骤B22：激光光束经X轴扫描振镜改变激光光束的传输方向并传输激光光束至Y轴扫描振镜；

步骤B23：激光光束经Y轴扫描振镜传输至聚焦镜，经聚焦镜聚焦至工件。

5.一种激光打标机的CCD同轴光路定位方法，其特征在于，激光打标机设有：激光器、扩束镜、扫描振镜组、聚焦镜、移动的合束镜以及CCD探头，其中，所述合束镜可移动至由激光器发出的激光光路中；包括如下步骤：

第一步：待加工工件到位，合束镜移动至激光光路中，所述激光器、扩束镜、以及扫描振镜组依序设置，所述扫描振镜组、聚焦镜和合束镜依序设置，所述合束镜和CCD探头相对设置；

第二步：CCD辅助照明光照亮工件，CCD辅助照明光在工件发生反射，反射光束传输至合束镜内；

第三步：CCD辅助照明光的反射光经合束镜反射后传输至CCD探头；

第四步：CCD探头对反射光进行定位抓拍，反馈数据到激光打标机；

第五步：合束镜移动到激光光路之外；

第六步：激光打标机处理反馈的数据后，激光打标机控制激光器对工件进行加工。

6.根据权利要求5所述的激光打标机的CCD同轴光路定位方法，其特征在于：所述第六步包括如下步骤：

步骤B1：激光器发出激光光束至扩束镜，激光光束经扩束镜扩束至扫描振镜组；

步骤B2：经扫描振镜组指示激光光路方向并传输至聚焦镜，经聚焦镜聚焦至工件；

步骤B3：激光对工件进行激光加工。

7.根据权利要求6所述的激光打标机的CCD同轴光路定位方法，其特征在于：所述步骤B2包括如下步骤：

步骤B21：激光光束经扩束镜在扩束至X轴扫描振镜；

步骤B22：激光光束经X轴扫描振镜改变激光光束的传输方向并传输激光光束至Y轴扫描振镜；

步骤B23：激光光束经Y轴扫描振镜传输至聚焦镜，经聚焦镜聚焦至工件。