CN111774720A - 一种激光进行金属材料深加工的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料加工技术领域，公开了一种激光进行金属材料深加工的方法，通过图像识别确定金属材料的位置信息和尺寸信息，并测算出工件的偏移值，控制机床移动到激光头零点进行加工；启动激光机将移动到预设位置的金属材料表面进行去除表面氧化层的刻蚀处理和初步热处理；确定金属材料加工参数以及相应形状，并采用铣削机切割出金属材料所需形状的最大轮廓；基于确定的金属材料的加工参数以及相应形状，利用定位***进行金属材料加工位置定位；并进行金属材料加工。本发明可以作用多种金属或复合材料，使用范围广泛，同时精确定位加工，不会导致过度加工，也不会产生过多的粉尘；工艺参数可实时调整，能够适用多种场景。

Description

一种激光进行金属材料深加工的方法
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，尤其涉及一种激光进行金属材料深加工的方法。
背景技术
目前：在工业领域应用中，使用金属材料作为设备、产品的外壳以及内部的机构件比较常见。在加工的工序中经常会在不锈钢、铝合金外壳上加工出一定深度的需求。通过深度加工进入到下一道工序的定位、镶嵌，满足产品的外形设计要求，起到美化产品布局的作用。现在普遍采用抛磨加工，使得板材表面光洁，无锈迹，油污，而对于深度加工则主要采用化学腐蚀或大型数控加工设备的方法进行，上述方法设备功率较大；产生较大的粉尘，后续处理较复杂；磨料使用量以及成本较高；噪声较大；容易出现过度加工。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
现有金属材料加工方法设备功率较大；产生较大的粉尘，后续处理较复杂；磨料使用量以及成本较高；噪声较大；容易出现过度加工。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种激光进行金属材料深加工的方法。
本发明是这样实现的，一种激光进行金属材料深加工的方法，所述激光进行金属材料深加工的方法包括：
步骤一，将待加工的金属材料置于加工机床上，利用CCD相机采集装夹在机床上的金属材料的图像信息，并对图像信息进行识别处理，确定金属材料的位置信息和尺寸信息；
步骤二，将CCD相机获取的图像信息传送给工控机，工控机通过设定的工件产品参数模板进行对比，并测算出工件的偏移值；
步骤三，将工控机处理所得的偏移值反馈给数控***并控制机床移动到激光头零点进行加工；
步骤四，启动激光机将移动到预设位置的金属材料表面进行去除表面氧化层的刻蚀处理，去掉表面氧化层；
步骤五，刻蚀处理完毕后将金属材料自然冷却，冷却1小时后对金属材料进行初步热处理。
步骤六，确定金属材料加工参数以及相应形状，并采用铣削机切割出金属材料所需形状的最大轮廓；
步骤七，基于确定的金属材料的加工参数以及相应形状，利用定位***对切割后的金属材料的加工位置进行定位，并进行金属材料加工。
进一步，步骤一中，确定金属材料的位置信息的具体方法包括：
S11，通过CCD相机采集包含加工机床上定位参照物的图像；
S12，对步骤S11中采集的图像进行预处理，并通过图像识别，识别出所述图像中的定位参照物；
S13，根据事先存储的定位参照物的参数信息，确定所述定位参照物的位置坐标信息；
S14，根据采集存储的定位参照物的图像信息，确定金属材料相对于零点坐标的方向和角度。
进一步，步骤一中，确定金属材料的尺寸信息的具体方法包括：
S21，获取CCD相机采集图像内测量工具与金属材料的图像信息，所述测量工具固定在加工机床边沿；
S22，根据所述图像信息得到所述测量工具的第一边界框及所述金属材料的第二边界框；
S23，计算所述第一边界框内第一预设区域的像素点数量，得到第一数量；
S24，计算所述第二边界框内第二预设区域的像素点数量，得到第二数量；
S25，根据所述第一预设区域内所述测量工具的刻度信息、所述第一数量和所述第二数量，计算所述金属材料的尺寸信息。
进一步，步骤五中，所述金属材料热处理方法包括：
(1)对金属材料进行干燥；
(2)采用激光火焰喷射加热器将干燥后的金属材料瞬间加热至750-800摄氏度，并保温15分钟；
(3)采用真空加热炉将金属材料加热到900-950摄氏度，并保温3小时；
(4)冷却即可。
进一步，步骤(3)中，所述真空加热炉内真空度为20-25KPa。
进一步，步骤六中，所述金属材料的切割方法包括：
1)调整铣削机功率，汇集切割头内激光光束到金属材料表面，并吹3MPa的辅助气体，且在金属材料下表面提供小于大气压力的负压，按照800mm/min的速度移动切割头；
2)当激光切割轨迹到达拐角处，激光切割功率保持不变，切割头的移动速度输出为0，停留一端时间；
3)当暂停延时结束后，切割头的移动速度调节至步骤1)中的数值，直至切割头移出拐角；
4)移出拐角后，提升激光切割机功率为500W，且在金属材料下表面提供小于大气压力的负压，按照1500mm/min的速度移动切割头。
进一步，步骤2)中，所述切割头停留时间为0.5s。
进一步，步骤七中，所述切割后的金属材料的加工位置的定位方法包括：
第一，建立待加工金属材料所在的二维平面坐标系；
第二，获取激光设备当前所处的位置信息、待加工设备的ID、规格尺寸信息以及预设的加工位置信息；
第三，根据所述坐标系和所述待加工金属材料的规格尺寸对定位装置进行校调；
第四，利用定位装置获取待加工金属材料的图像信息；
第五，基于待加工金属材料的平面坐标系、所述定位装置的图像信息、预设的加工位置信息以及激光设备的当前位置信息控制激光设备移动至指定位置。
进一步，第五步中，所述基于待加工金属材料的平面坐标系、所述定位装置的图像信息、预设的加工位置信息以及激光设备的当前位置信息控制激光设备移动至指定位置包括：
(5.1)对待加工金属材料的平面坐标系、所述定位装置的图像信息、预设的加工位置信息以及激光设备的当前位置信息进行处理，确定待加工金属材料与激光设备准确的位置关系，同时也计算出激光设备位置的调整参数；
(5.2)根据计算得到的激光设备位置调整参数调整激光设备的姿态；
(5.3)重复步骤(5.2)，直至激光设备达到预订位置。
进一步，步骤七中，所述金属材料加工方法包括：
首先，确定激光加工参数，确定金属材料加工层数，制定每个加工层对应的加工方案；
其次，根据设置的加工方案，于金属材料加工区域进行逐层激光加工。
进一步，所述金属材料加工方法还包括：在加工过程中，动态调整激光焦距，保持光斑于每个加工位置保持聚焦，焦斑均匀一致。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明通过对CCD相机采集的金属材料图像进行识别，可以精确确定金属材料的位置和尺寸信息，能够对金属材料进行精确定位，保证激光加工的精度，避免发生加工位置的偏移。
本发明可以作用于多种金属或复合材料，使用范围广泛，同时精确定位加工，不会导致过度加工，也不会产生过多的粉尘；工艺参数可实时调整，能够适用多种场景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的激光进行金属材料深加工的方法流程图。
图2是本发明实施例提供的金属材料热处理方法流程图。
图3是本发明实施例提供的金属材料切割方法流程图。
图4是本发明实施例提供的金属材料加工位置确定方法流程图。
图5是本发明实施例提供的金属材料加工方法流程图。
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，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种激光进行金属材料深加工的方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的激光进行金属材料深加工的方法包括：
S101，将待加工的金属材料置于加工机床上，利用CCD相机采集装夹在机床上的金属材料的图像信息，并对图像信息进行识别处理，确定金属材料的位置信息和尺寸信息；
S102，将CCD相机获取的图像信息传送给工控机，工控机通过设定的工件产品参数模板进行对比，并测算出工件的偏移值；
S103，将工控机处理所得的偏移值反馈给数控***并控制机床移动到激光头零点进行加工；
S104，启动激光机将移动到预设位置的金属材料表面进行去除表面氧化层的刻蚀处理，去掉表面氧化层；
S105，刻蚀处理完毕后将金属材料自然冷却，冷却1小时后对金属材料进行初步热处理；
S106，确定金属材料加工参数以及相应形状，并采用铣削机切割出金属材料所需形状的最大轮廓；
S107，基于确定的金属材料的加工参数以及相应形状，利用定位***对切割后的金属材料的加工位置进行定位，并进行金属材料加工。
如图2所示，步骤S105中，本发明实施例提供的金属材料热处理方法包括：
S201，对金属材料进行干燥；
S202，采用激光火焰喷射加热器将干燥后的金属材料瞬间加热至750-800摄氏度，并保温15分钟；
S203，采用真空加热炉将金属材料加热到900-950摄氏度，并保温3小时；
S204，冷却即可。
步骤S203中，本发明实施例提供的真空加热炉内真空度为20-25KPa。
如图3所示，步骤S106中，本发明实施例提供的金属材料切割方法包括：
S301，调整铣削机功率，汇集切割头内激光光束到金属材料表面，并吹3MPa的辅助气体，且在金属材料下表面提供小于大气压力的负压，按照800mm/min的速度移动切割头；
S302，当激光切割轨迹到达拐角处，激光切割功率保持不变，切割头的移动速度输出为0，停留一端时间；
S303，当暂停延时结束后，切割头的移动速度调节至步骤S301中的数值，直至切割头移出拐角；
S304，移出拐角后，提升激光切割机功率为500W，且在金属材料下表面提供小于大气压力的负压，按照1500mm/min的速度移动切割头。
步骤S302中，本发明实施例提供的切割头停留时间为0.5s。
如图4所示，步骤S107中，本发明实施例提供的金属材料加工位置确定方法包括：
S401，建立待加工金属材料所在的二维平面坐标系；
S402，获取激光设备当前所处的位置信息、待加工设备的ID、规格尺寸信息以及预设的加工位置信息，
S403，根据所述坐标系和所述待加工金属材料的规格尺寸对定位装置进行校调；
S404，利用定位装置获取待加工金属材料的图像信息；
S405，基于待加工金属材料的平面坐标系、所述定位装置的图像信息、预设的加工位置信息以及激光设备的当前位置信息控制激光设备移动至指定位置。
步骤S405中，本发明实施例提供的基于待加工金属材料的平面坐标系、所述定位装置的图像信息、预设的加工位置信息以及激光设备的当前位置信息控制激光设备移动至指定位置包括：
(5.1)对待加工金属材料的平面坐标系、所述定位装置的图像信息、预设的加工位置信息以及激光设备的当前位置信息进行处理，确定待加工金属材料与激光设备准确的位置关系，同时也计算出激光设备位置的调整参数；
(5.2)根据计算得到的激光设备位置调整参数调整激光设备的姿态；
(5.3)重复步骤(5.2)，直至激光设备达到预订位置。
如图5所示，步骤S107中，本发明实施例提供的金属材料加工方法包括：
S501，确定激光加工参数，确定金属材料加工层数，制定每个加工层对应的加工方案；
S502，根据设置的加工方案，于金属材料加工区域进行逐层激光加工。
本发明实施例提供的金属材料加工方法还包括：在加工过程中，动态调整激光焦距，保持光斑于每个加工位置保持聚焦，焦斑均匀一致。
步骤S101中，确定金属材料的位置信息的具体方法包括：
S11，通过CCD相机采集包含加工机床上定位参照物的图像；
S12，对步骤S11中采集的图像进行预处理，并通过图像识别，识别出所述图像中的定位参照物；
S13，根据事先存储的定位参照物的参数信息，确定所述定位参照物的位置坐标信息；
S14，根据采集存储的定位参照物的图像信息，确定金属材料相对于零点坐标的方向和角度。
步骤S101中，确定金属材料的尺寸信息的具体方法包括：
S21，获取CCD相机采集图像内测量工具与金属材料的图像信息，所述测量工具固定在加工机床边沿；
S22，根据所述图像信息得到所述测量工具的第一边界框及所述金属材料的第二边界框；
S23，计算所述第一边界框内第一预设区域的像素点数量，得到第一数量；
S24，计算所述第二边界框内第二预设区域的像素点数量，得到第二数量；
S25，根据所述第一预设区域内所述测量工具的刻度信息、所述第一数量和所述第二数量，计算所述金属材料的尺寸信息。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光进行金属材料深加工的方法，其特征在于，所述激光进行金属材料深加工的方法包括：
步骤一，将待加工的金属材料置于加工机床上，利用CCD相机采集装夹在机床上的金属材料的图像信息，并对图像信息进行识别处理，确定金属材料的位置信息和尺寸信息；
步骤二，将CCD相机获取的图像信息传送给工控机，工控机通过设定的工件产品参数模板进行对比，并测算出工件的偏移值；
步骤三，将工控机处理所得的偏移值反馈给数控***并控制机床移动到激光头零点进行加工；
步骤四，启动激光机将移动到预设位置的金属材料表面进行去除表面氧化层的刻蚀处理，去掉表面氧化层；
步骤五，刻蚀处理完毕后将金属材料自然冷却，冷却1小时后对金属材料进行初步热处理；
步骤六，确定金属材料加工参数以及相应形状，并采用铣削机切割出金属材料所需形状的最大轮廓；
所述金属材料的切割方法包括：
1)调整铣削机功率，汇集切割头内激光光束到金属材料表面，并吹3MPa的辅助气体，且在金属材料下表面提供小于大气压力的负压，按照800mm/min的速度移动切割头；
2)当激光切割轨迹到达拐角处，激光切割功率保持不变，切割头的移动速度输出为0，停留一端时间；
3)当暂停延时结束后，切割头的移动速度调节至步骤1)中的数值，直至切割头移出拐角；
4)移出拐角后，提升激光切割机功率为500W，且在金属材料下表面提供小于大气压力的负压，按照1500mm/min的速度移动切割头；
步骤七，基于确定的金属材料的加工参数以及相应形状，利用定位***对切割后的金属材料的加工位置进行定位，并进行金属材料加工。
2.如权利要求1所述激光进行金属材料深加工的方法，其特征在于，步骤一中，确定金属材料的位置信息的具体方法包括：
S11，通过CCD相机采集包含加工机床上定位参照物的图像；
S12，对步骤S11中采集的图像进行预处理，并通过图像识别，识别出所述图像中的定位参照物；
S13，根据事先存储的定位参照物的参数信息，确定所述定位参照物的位置坐标信息；
S14，根据采集存储的定位参照物的图像信息，确定金属材料相对于零点坐标的方向和角度。
3.如权利要求1所述激光进行金属材料深加工的方法，其特征在于，步骤一中，确定金属材料的尺寸信息的具体方法包括：
S21，获取CCD相机采集图像内测量工具与金属材料的图像信息，所述测量工具固定在加工机床边沿；
S22，根据所述图像信息得到所述测量工具的第一边界框及所述金属材料的第二边界框；
S23，计算所述第一边界框内第一预设区域的像素点数量，得到第一数量；
S24，计算所述第二边界框内第二预设区域的像素点数量，得到第二数量；
S25，根据所述第一预设区域内所述测量工具的刻度信息、所述第一数量和所述第二数量，计算所述金属材料的尺寸信息。
4.如权利要求1所述激光进行金属材料深加工的方法，其特征在于，步骤五中，所述金属材料的初步热处理方法包括：
(1)对金属材料进行干燥；
(2)采用激光火焰喷射加热器将干燥后的金属材料瞬间加热至750-800摄氏度，并保温15分钟；
(3)采用真空加热炉将金属材料加热到900-950摄氏度，并保温3小时；
(4)冷却即可。
5.如权利要求3所述激光进行金属材料深加工的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述真空加热炉内真空度为20-25KPa。
6.如权利要求1所述激光进行金属材料深加工的方法，其特征在于，步骤2)中，所述切割头停留时间为0.5s。
7.如权利要求1所述激光进行金属材料深加工的方法，其特征在于，步骤七中，所述切割后的金属材料的加工位置的定位方法包括：
第一，建立待加工金属材料所在的二维平面坐标系；
第二，获取激光设备当前所处的位置信息、待加工设备的ID、规格尺寸信息以及预设的加工位置信息；
第三，根据所述坐标系和所述待加工金属材料的规格尺寸对定位装置进行校调；
第四，利用定位装置获取待加工金属材料的图像信息；
第五，基于待加工金属材料的平面坐标系、所述定位装置的图像信息、预设的加工位置信息以及激光设备的当前位置信息控制激光设备移动至指定位置。
8.如权利要求7所述激光进行金属材料深加工的方法，其特征在于，第五步中，所述基于待加工金属材料的平面坐标系、所述定位装置的图像信息、预设的加工位置信息以及激光设备的当前位置信息控制激光设备移动至指定位置包括：
(5.1)对待加工金属材料的平面坐标系、所述定位装置的图像信息、预设的加工位置信息以及激光设备的当前位置信息进行处理，确定待加工金属材料与激光设备准确的位置关系，同时也计算出激光设备位置的调整参数；
(5.2)根据计算得到的激光设备位置调整参数调整激光设备的姿态；
(5.3)重复步骤(5.2)，直至激光设备达到预订位置。
9.如权利要求1所述激光进行金属材料深加工的方法，其特征在于，步骤七中，所述金属材料加工方法包括：
首先，确定激光加工参数，确定金属材料加工层数，制定每个加工层对应的加工方案；
其次，根据设置的加工方案，于金属材料加工区域进行逐层激光加工。
10.如权利要求9所述激光进行金属材料深加工的方法，其特征在于，所述金属材料加工方法还包括：在加工过程中，动态调整激光焦距，保持光斑于每个加工位置保持聚焦，焦斑均匀一致。
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