CN114160961B - 用于标定激光加工参数的***和方法 - Google Patents

用于标定激光加工参数的***和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114160961B
CN114160961B CN202111530749.3A CN202111530749A CN114160961B CN 114160961 B CN114160961 B CN 114160961B CN 202111530749 A CN202111530749 A CN 202111530749A CN 114160961 B CN114160961 B CN 114160961B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
working platform
module
visible light
height
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111530749.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114160961A (zh
Inventor
钟忠朋
龙风明
张斌
吴子麟
陈哲勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Snapmaker Technologies Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Snapmaker Technologies Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Snapmaker Technologies Co ltd filed Critical Shenzhen Snapmaker Technologies Co ltd
Priority to CN202111530749.3A priority Critical patent/CN114160961B/zh
Publication of CN114160961A publication Critical patent/CN114160961A/zh
Priority to EP22208386.7A priority patent/EP4198448A1/en
Priority to US17/992,956 priority patent/US20230191536A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN114160961B publication Critical patent/CN114160961B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/042—Calibration or calibration artifacts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0608—Height gauges

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了用于标定激光加工参数的***和方法。该方法包括步骤：将激光模组相对于工作平台定位在第一高度，并通过摄像头模块拍摄可见光发射器投射在工作平台的第一光点的图像，来获取在第一高度时第一光点在摄像头模块的透镜的像平面上的第一位置数据；将激光模组相对于工作平台定位在不同于第一高度的第二高度，通过摄像头模块拍摄可见光发射器投射在工作平台的第二光点的图像，来获取在第二高度时第二光点在像平面上的第二位置数据；和通过相似三角形原理得到关于从激光模组到工作平台上放置的待加工材料表面的实际距离hx的换算关系式，并将第一和第二位置数据代入换算关系式。

Description

用于标定激光加工参数的***和方法
技术领域
本发明涉及激光加工领域，具体涉及用于标定激光加工参数的***和方法。
背景技术
激光加工技术，特别是激光切割技术主要用于工业应用。在工业应用中，往往需要采用摄像头拍摄图像来获取激光切割参数。所以，如何准确获取激光切割参数，对于激光切割的精度具有极其关键和重要的作用。
近年来，消费级或桌面级激光切割设备的发展，越来越得到市场的认可和关注。消费级或桌面级激光切割设备由于其应用场景的限制，往往需要小型化、便携化和操作简易化。但是，目前，大多数激光切割设备的激光切割参数的获取方式较为复杂且需要人工过度干预或介入，并且精度较低，使得特别是消费级或桌面级激光切割设备的应用受到了限制。
CN112513562A公开了及一种用于确定用于激光加工***(100)的加工头(101)与工件之间(1)的距离的测量装置，加工头(101)设置用于借助激光束(10)加工工件(1)。测量设备包括一个光学相干断层仪(120)，光学相干断层仪设置用于测量加工头(101)和工件(1)之间的距离，其中，由测量光源在光学相干断层仪(120)中产生并从工件(1)反射的测量光(13)与具有两个或更多的参考级的参考臂(200，300)中反射的测量光干涉。两个或更多的参考级包括第一参考级(210)，第一参考级设置成，在第一参考级(210)中反射的测量经过第一光学路径长度，以及第二参考级(220)，第二参考级设置成，在第二参考级(220)中反射的测量光经过与第一光学路径长度不同的第二光学路径长度，其中，从工件(1)反射的测量光与第一参考级(210)的反射测量光以及与第二参考级(220)的反射测量光干涉。
US20180150047A1公开了一种用于校准计算机数控机器的方法，包括捕获计算机数控机器的至少一部分的一个或多个图像。可以利用位于包含材料床的外壳内的至少一个相机捕获一个或多个图像。可以创建映射关系，其将一个或多个图像中的像素映射到计算机数字控制的机器内的位置。映射关系的创建可以包括补偿一个或多个图像相对于计算机数控机器的一个或多个物理参数和/或位于材料床上的材料的差异。还提供了相关的***和/或制品，包括计算机程序产品。基于映射关系,将一个或多个图像中的像素坐标映射到计算机数字控制机中的位置坐标；将与像素坐标对应的指令转换为在位置处执行的命令,至少基于在一个或多个图像中的像素坐标的像素坐标的映射到计算机数字控制机中的位置坐标；并将命令作为计算机数字控制机器的运动计划的一部分。
CN108846819A揭示了一种激光切割参数获取方法，所述方法包括：为激光切割设备对切割材料的激光切割，通过进行环境光线感测来触发所述激光切割设备进行所述环境光线过滤；获取所述环境光线过滤下的拍摄图像，所述拍摄图像中包含所述切割材料和用于辅助测量所述切割材料厚度的采集点；根据所述采集点在所述拍摄图像上的位置信息计算所述切割材料的厚度；从预设的激光切割参数中获取与所述切割材料的厚度对应的激光切割参数,所述激光切割参数用于执行所述激光切割设备对所述切割材料的激光切割。采用本方法能够准确的激光切割参数对切割材料进行精确切割。通过进行环境光线感测触发激光切割设备对环境光线进行过滤，能够有效地防止拍摄图像中存在杂光的问题，使得激光切割设备能够从拍摄图像中获取采集点准确的位置信息，以根据采集点准确的位置信息获得准确的激光切割参数对切割材料进行精确切割。
本领域中需要开发一种可自动化标定和获取激光切割参数的技术，使得设备具有操作简易性，同时保证激光切割参数的准确性，继而保证激光切割精度。
本领域中需要改进的技术，以减轻或克服上述技术缺陷，以及获得其它的有益技术效果。
本发明说明书的此背景技术部分中所包括的信息，包括本文中所引用的任何参考文献及其任何描述或讨论，仅出于技术参考的目的而被包括在内，并且不被认为是将限制本发明范围的主题。
发明内容
鉴于以上所述以及其它更多的构思而提出了本发明。
根据本发明的一方面的构思，旨在提供一种用于标定激光加工设备的方法，所述激光加工设备包括用于激光加工的激光模组和用于放置待加工材料的工作平台，以及安装在所述激光模组上的可见光发射器和摄像头模块，所述方法包括以下步骤：S1：将所述激光模组相对于所述工作平台定位在第一高度，并通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器投射在所述工作平台的第一光点的图像，来获取在所述第一高度时所述第一光点在所述摄像头模块的透镜的像平面上的第一位置数据；S2：将所述激光模组相对于所述工作平台定位在不同于所述第一高度的第二高度，通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器投射在所述工作平台的第二光点的图像，来获取在所述第二高度时所述第二光点在所述像平面上的第二位置数据；和S3：通过相似三角形原理得到关于从所述激光模组到所述工作平台上放置的待加工材料表面的实际距离hx的换算关系式，并将至少所述第一和第二位置数据代入所述换算关系式中。
根据本发明的一实施例，所述步骤S1包括：将所述激光模组移动至在z轴方向上距离所述工作平台为h1的第一高度，并通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器发射的可见光投射在所述工作平台上的第一光点位置O1，来获取在所述像平面上对应于所述第一光点位置O1的像点O1’到所述摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s1’；所述步骤S2包括：在不改变所述激光模组的x轴和y轴坐标参数的情况下，移动所述激光模组至在z轴方向上距离所述工作平台为h2的第二高度，通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器发射的可见光投射在所述工作平台上的第二光点位置O2，来获取在所述像平面上对应于所述第二光点位置O2的像点O2’到所述摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s2’；所述步骤S3包括：将所述第一高度h1、第二高度h2、间距s1’和间距s2’的数据代入通过相似三角形原理得到的关于所述实际距离hx的所述换算关系式中。
根据本发明的另一实施例，所述可见光发射器和摄像头模块均固定在所述激光模组上。
根据本发明的另一实施例，所述可见光发射器和摄像头模块处于同一高度水平。
根据本发明的另一实施例，所述方法还包括在标定之后获取激光加工参数的步骤：
S4：在所述激光加工设备的工作平台上放置待加工材料，在离所述工作平台的第一高度h1下通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器投射在所述工作平台的光点的像，来获取所述可见光发射器投射在所述待加工材料上的光点在像平面上成像的像点到所述摄像头透镜中心垂直线的间距sx’；
S5：利用所述换算关系式计算所述实际距离hx。
根据本发明的另一实施例，所述步骤S5还包括：通过以下算式得到所述待加工材料的厚度T：T＝h1-hx。
根据本发明的另一实施例，所述方法还包括标定验证步骤S6：将已知厚度的验证材料放置在所述加工平台上用于厚度测量，将摄像头获取的测量厚度与所述已知厚度进行比对，当(测量厚度-已知厚度)/已知厚度的比值在预设阈值内时，标定验证通过；否则，标定验证不通过。
根据本发明的另一实施例，所述方法还包括测距零点获取步骤S7：将所述激光模组相对于所述工作平台移动至贴靠所述工作平台的平面，并记录此时的z轴高度坐标值。
根据本发明的另一实施例，所述方法还包括步骤S8：测量和/或存储各种不同材料的材质的经验偏差值δ，由此，所述待加工材料的厚度T＝h1-hx+δ。
根据本发明的另一实施例，所述实际距离hx通过以下算式得到：
hx＝(h3*s1’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])/(h3*sx’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])*h1。
根据本发明的另一实施例，所述步骤S1-S8中的一者或多者是由所述激光加工设备自动化执行的。
根据本发明的另一实施例，所述方法还包括在所述摄像头模块拍摄之前将所述摄像头模块的相机曝光值调低至设定值的步骤。
本发明的另一方面还提供了一种激光加工设备的自动化控制***，所述激光加工设备包括用于激光加工的激光模组和用于安置待加工材料的工作平台，以及安装在所述激光模组上的可见光发射器和摄像头模块，所述自动化控制***包括处理器和存储器，和配置成驱动所述激光模组和所述工作平台可在x、y、z轴三个方向上彼此相对移动的直线驱动模组，所述处理器被编程以自动化执行以下步骤：
步骤S1：驱动所述直线驱动模组将所述激光模组相对于所述工作平台定位在第一高度，并通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器投射在所述工作平台的第一光点的图像，来获取在所述第一高度时所述第一光点在所述摄像头模块的透镜的像平面上的第一位置数据；步骤S2：驱动所述直线驱动模组将所述激光模组相对于所述工作平台定位在不同于所述第一高度的第二高度，通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器投射在所述工作平台的第二光点的图像，来获取在所述第二高度时所述第二光点在所述像平面上的第二位置数据；和步骤S3：将通过相似三角形原理得到的关于从所述激光模组到所述工作平台上放置的待加工材料表面的实际距离hx的换算关系式存储在所述存储器中。
根据本发明的一实施例，所述步骤S1包括：将所述激光模组定位在z轴方向上距离所述工作平台为h1的第一高度，并通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器发射的可见光投射在所述工作平台上的第一光点位置O1，来获取在所述像平面上对应于所述第一光点位置O1的像点O1’到所述摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s1’；所述步骤S2包括：在不改变所述激光模组的x轴和y轴坐标参数的情况下，移动所述激光模组至在z轴方向上距离所述工作平台为h2的第二高度，通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器发射的可见光投射在所述工作平台上的第二光点位置O2，来获取在所述像平面上对应于所述第二光点位置O2的像点O2’到所述摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s2’；所述步骤S3包括：将所述第一高度h1、第二高度h2、间距s1’和间距s2’的数据代入通过相似三角形原理得到的关于所述实际距离hx的所述换算关系式中。
根据本发明的另一实施例，所述可见光发射器和摄像头模块均固定在所述激光模组上，并且所述可见光发射器和摄像头模块处于同一高度水平。
根据本发明的另一实施例，所述处理器被编程以在标定之后进一步自动化执行获取激光加工参数的步骤：S4：在所述激光加工设备的工作平台上放置待加工材料，在离所述工作平台的第一高度h1下通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器投射在所述工作平台的光点的像，来获取所述可见光发射器投射在所述待加工材料上的光点在像平面上成像的像点到所述摄像头透镜中心垂直线的间距sx’；S5：利用所述换算关系式计算所述实际距离hx，并通过以下算式得到所述待加工材料的厚度T：T＝h1-hx。
根据本发明的另一实施例，所述自动化控制***配置成进一步执行标定验证步骤S6：将已知厚度的验证材料放置在所述加工平台上用于厚度测量，将摄像头获取的测量厚度与所述已知厚度进行比对，当(测量厚度-已知厚度)/已知厚度的比值在预设阈值内时，标定验证通过；否则，标定验证不通过。
根据本发明的另一实施例，所述处理器被编程以进一步自动化执行测距零点获取步骤S7：将所述激光模组相对于所述工作平台移动至贴靠所述工作平台的平面，并记录此时的z轴高度坐标值。
根据本发明的另一实施例，所述自动化控制***配置成进一步执行步骤S8：测量和/或存储各种不同材料的材质的经验偏差值δ，由此，所述待加工材料的厚度T＝h1-hx+δ。
根据本发明的另一实施例，所述实际距离hx通过以下算式得到：hx＝(h3*s1’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])/(h3*sx’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])*h1。
根据本发明的另一实施例，所述自动化控制***还包括用于感测环境亮度的传感器，当所述传感器感测到的环境亮度不满足预定亮度阈值，所述自动化控制***控制所述直线驱动模组驱动所述激光模组移动到满足所述预定亮度阈值的位置。
本发明还提供了一种激光加工设备，包括用于激光加工的激光模组和用于安置待加工材料的工作平台，以及安装在激光模组上的可见光发射器和摄像头模块，以及上述自动化控制***。
激光加工设备可以是桌面级或消费级激光加工设备，例如激光切割设备。
根据另一实施例，激光加工设备的自动化控制***包括感测环境亮度的传感器。
根据另一实施例，激光加工设备的激光模组包括高功率激光执行头。
通过本发明的标定技术，不仅可降低激光加工设备如3D打印机的机械/装配误差，而且还可减轻周围环境本身带来的误差，例如由于反光/表面纹理/周围环境光造成的测量误差。自动化的标定步骤还可方便操作者使用，增加可靠性，且简化操作流程。这些都是本发明能够带来的有益技术优势。
本发明的更多实施例还能够实现其它未一一列出的有利技术效果，这些其它的技术效果在下文中可能有部分描述，并且对于本领域的技术人员而言在阅读了本发明后是可以预期和理解的。
附图说明
通过参考下文的描述连同附图，这些实施例的上述特征和优点及其他特征和优点以及实现它们的方式将更显而易见，并且可以更好地理解本发明的实施例，在附图中：
图1示意性显示了根据本发明的一实施例的用于标定激光加工设备的激光模组及固定于其上的可见光发射器和摄像头模块。
图2示意性显示了根据本发明的一实施例的标定激光加工设备的所采用的相似三角形原理和部分装置；
图3示意性显示了根据本发明的一实施例的标定激光加工设备的一部分示例性的流程。
具体实施方式
在以下对附图和具体实施方式的描述中，将阐述本发明的一个或多个实施例的细节。从这些描述、附图以及权利要求中，可以清楚本发明的其它特征、目的和优点。
应当理解，所图示和描述的实施例在应用中不限于在以下描述中阐明或在附图中图示的构件的构造和布置的细节。所图示的实施例可以是其它的实施例，并且能够以各种方式来实施或执行。各示例通过对所公开的实施例进行解释而非限制的方式来提供。实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明公开的范围或实质的情况下，可以对本发明的各实施例作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分而图示或描述的特征，可以与另一实施例一起使用，以仍然产生另外的实施例。因此，本发明公开涵盖属于所附权利要求及其等同要素范围内的这样的修改和变型。
同样，可以理解，本文中所使用的词组和用语是出于描述的目的，而不应当被认为是限制性的。本文中的“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用，旨在开放式地包括其后列出的项及其等同项以及附加的项。
在本申请中，术语“切割”通常可以指改变材料的外观、性质和/或形态。切割可以包括例如激光切穿(lasercutting)、雕刻、燃烧、烧蚀(laserablation)等。“雕刻”，当在本申请中使用时，表示三维自动化设备改变材料的外观但没有切穿它的过程。例如，对于激光切割加工机，它可以表示从表面除去一些材料，或者通过施加电磁辐射使材料变色，等等。
在本申请中，术语“加工”包括上述“切割”在内的涉及用激光进行加工、处理等的工艺，例如包含使用激光进行3D打印的工艺步骤。
在本申请中，术语“激光”包括使用光子来对基板或材料造成一些变化或改变的任何电磁辐射或聚焦或相干能源(在作为切割工具的情况下)。激光可以是任何所需的波长，包括例如微波、激光、红外激光、可见激光、UV激光、X射线激光、伽马射线激光等。
在本申请中，术语“可见光”包括处于任何肉眼可识别且可被摄像机拍摄的波长范围内的光线。
此外，如本文所用，除非另有说明，否则，术语“材料”是三维自动化设备的平台上的可被激光加工的材料或者物体。如果三维自动化设备是激光切割机，则材料是放置在三维自动化设备的平台上待切割的物体或工件，例如原材料等。
如本文所用，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
下面将参考本发明的具体实施例对本发明进行更详细描述。
本发明的测量技术中应用了“相似三角形”原理。“相似三角形”指的是对应角相等、对应边成比例的两个三角形叫做相似三角形。平行于三角形一边的直线截三角形的另外两边或另外两边的(正线/反向)延长线所在的直线，截得的三角形与原三角形相似。相似三角形与原三角形的对应角是相等的，并且对应的边是成比例的，具有相等的比率。
本发明的标定/测量技术中，还可能用到欧氏几何中有关平行线的原理和性质。由平行线得到角的关系是平行线的性质，包括：①两直线平行，同位角相等；②两直线平行，内错角相等；③两直线平行，同旁内角互补。
下面结合附图所示进一步阐述本发明。
在成批量产的例如适用于三维制造的激光切割机中，其上的可见光发射器、摄像头及其之间的相对位置与夹角，通常难以保持良好的一致性。如果不能够保持良好的一致性，则会影响激光切割机的测量和加工的精确性。因此，需要对此进行标定。
就此而言，为了提高量产的良品率和可靠性，根据本发明的一方面提供了激光加工设备如激光切割机的加工参数的标定步骤。这样，例如，对于激光切割机的不同的激光头，就可通过此标定获取例如摄像头、可见光发射器的相对位置及夹角等实际参数，并进而可以计算出待加工材料的厚度。
如图1所示，在激光加工设备的激光模组中，例如在小型3D打印设备的高功率激光执行头中，加入可见光发射器，例如图1所示的650nm波长的可见光激光发射器。如图1-2所示，将摄像头模组和可见光发射器均集成/定位在激光模组上并且处于同一水平高度。这样，例如，可见光发射器与摄像头模组、可见光在平台上的光点就构成相似三角形-当然还会用到其它的相似三角形(例如图2所示)，这样，就可通过标定流程得出摄像头像平面上像素点坐标与实际距离/尺寸之间的换算关系式。
在之后的操作过程中，对于在量程范围内的任意厚度的工件/材料，在通过摄像头取得可见光光点在待加工材料表面的成像点在像平面上的坐标数据信息后，就能通过标定流程得到的算式，计算出激光模组到待加工材料的实际距离，以及待加工材料的厚度。这样，在获得上述实际数据后，就可以用于后续的加工参数的调整/校准，例如完成对激光头的焦距的补偿。
根据一个示例，激光切割机可以具有外壳，该外壳起到衰减、过滤激光和防护的作用，可防止高功率激光对用户的损害。该外壳还可包括顶板、侧板、底部支撑板和一个或多个开口。该开口可以是门或者窗口，可以用于用户放置或取出材料、观察加工工艺过程，等等。激光切割机具有至少一个可移动的激光执行头，在本申请中，也称为激光模组。该激光执行头可以发射用于改变材料形态、结构的激光，且具有吹散由激光产生的热量的风冷机构。在本申请中，该激光执行头还可包括摄像头模块、可见光发射器等，摄像头模块、可见光发射器可以可拆卸方式或固定连接方式装配到激光执行头上。该激光执行头可以借助于直线驱动模组相对于工作平台沿着x方向、y方向和z方向线性运动。
激光模组和工作平台能够在直角坐标系的x、y、z轴方向上相对于彼此移动，其中，x轴和y轴所在的xy平面平行于工作平台的平面，z轴垂直于xy平面。本申请中称的“高度”、“厚度”指的是在z轴方向上的尺寸。
激光切割机可具有工作平台，工作平台用于放置待加工材料。工作平台应当提供尽可能平的工作平面。工作平台限定了激光模组的运动范围，也就是说，激光模组的最大运动面积大体等于工作平台的面积。当将材料放置在工作平台上并且不超过工作平台范围时，激光模组可以对整个材料进行加工。工作平台一般可以是正方形、长方形等规则形状。由于工作平台的平整度对加工精度具有重要影响，在加工之前，需要对平台平面进行调节。
激光切割机可具有代表x轴、y轴和z轴方向驱动的直线模组。每个直线模组都带有对应的一个或多个电机或致动器来驱动，使得每个直线模组可以在相应的坐标轴方向上驱动，在标定和加工期间起到控制激光切割机的激光模组在x轴、y轴和z轴方向上的移动路径的作用。
当激光切割机处于开机状态下，摄像头模块首先对工作平台拍照，获取工作平台照片，并显示在显示器中。用户将选定的加工图片拖入所获取的工作平台照片范围内，定位在选定的位置。用户可以对加工图片进行缩放、位置挪动、复制、粘贴、删除等操作。待用户确定好加工图片在获取的工作平台照片中的位置后，确认并生成文件，导入到控制***的例如加工控制单元中。激光切割机开始自动获取加工数据，加工数据可包括例如加工材料的厚度、加工材料的图片、表面形态以及周围环境等等。此外，摄像头模块还可以用于监控加工情况，录制视频，等等。
激光切割机的控制***具有处理器以及与之通信耦合的存储器，其中可储存有摄像头(例如摄像头透镜)到工作平台表面的距离与机器z轴读数的映射关系；以及激光切割机的z轴读数与激光模组在工作平台上聚焦时的高度的映射关系。
激光切割机还可以包括传感器，用于感测环境亮度；存储器，用以储存最佳拍摄环境参数，包括但不限于亮度等。在激光模组位于某个位置时，如果传感器感测到亮度不满足设置的预定亮度阈值，激光模组可被自动移动到满足预定亮度阈值的位置，例如，可移动到满足亮度要求的高度h1和h2。
在获取到材料厚度后，可以得到摄像头透镜到材料表面的距离与机器z轴读数的映射关系，以及机器z轴读数与激光模组在材料表面上聚焦时高度的映射关系。
待获取加工数据完毕后，加工数据导入到加工控制单元中开始进行加工。
在摄像头获取参数的过程中，可以在平台上放置一张例如厚度很薄的白纸，便于更加清晰地获取可见光点(图2)。但白纸不是必需的。
摄像头和可见光发射器可位于激光模组上，只要摄像头可以清楚地拍摄到可见光发射器在工作平台上的光。
根据一优选实例，摄像头和可见光发射器均可集成在激光模组上并且处于同一水平高度。通过这样的设置，可以方便地直接得到相应的参数，例如，可见光到工作平台/待加工材料的垂直距离可直接作为激光模组/摄像头到工作平台/待加工材料的垂直距离。并且，计算出的待加工材料高度可直接用于调整焦距，如下文所详述。
在摄像头设在激光模组上的情况下，有利地，激光模组可以相对于工作平台上下左右移动，进而使摄像头可以相应地上下左右移动，从而拍摄到清晰的照片。在激光切割机中还可以并入图像处理单元，用于对摄像头获取的图像进行处理，可以对图像进行相加、相减等，以便得到较为清晰的照片。
一般情况下，摄像头获取工作平台或加工材料上的可见光点的一张照片后便可以获取加工参数。在一些极端情况下，摄像头可以在同一个位置获取多张照片，通过图像处理单元对照片进行处理，继而得到处理后的照片。极端情况可包括，外部照明过亮、过暗等影响拍照的环境。
下面结合附图1-3更详细描述根据本发明一实施例的标定激光加工设备的方法步骤。
参数说明如下：
F-为聚焦透镜的中心点
C-像平面的中心点
f-聚焦透镜的焦距
l-聚焦透镜的所处水平线
P-可见光发射器的位置
P’-点P在像平面的对应点
θ-光束与水平线的夹角
O1-在h1高度下，可见光束在工作平台上的光点
O1’-O1反射回像平面的像点
O2-在h2高度下，可见光束在工作平台上的光点
O2’-O2反射回像平面的像点
h1-第一次拍照时默认的摄像头与工作平台之间的距离
h2-第二次拍照时默认的摄像头与工作平台之间的距离
h3-h1与h2的高度差
hx-激光模组离工作平台上的待加工材料表面的实际距离
sx’-类似于s1’和s2’，在标定后的实际测量时，可见光束投射在工作平台上的待加工材料上的光点在像平面上成像的像点到摄像头透镜中心垂直线的间距
s1-O1到摄像头透镜中心垂直线的间距
s2-O2到摄像头透镜中心垂直线的间距
s3-P到摄像头透镜中心垂直线的间距
s4-O2、O1在水平线上的间距
s1’-像点O1’到摄像头透镜中心垂直线的间距
s2’-像点O2’到摄像头透镜中心垂直线的间距
s3’-P’到摄像头透镜中心垂直线的间距
δ-不同材料的材质的经验偏差值。
如图1-3所示，展示了一个示例性的标定方法的步骤。
将激光模组相对于工作平台定位在第一高度，并通过摄像头模块拍摄可见光发射器投射在工作平台的第一光点的图像，来获取在第一高度时第一光点在摄像头模块的透镜的像平面上的第一位置数据；将激光模组相对于工作平台定位在不同于第一高度的第二高度，通过摄像头模块拍摄可见光发射器投射在工作平台的第二光点的图像，来获取在第二高度时第二光点在像平面上的第二位置数据；和通过相似三角形原理得到关于从激光模组到工作平台上放置的待加工材料表面的实际距离hx的换算关系式，并将第一和第二位置数据代入换算关系式中。
更具体而言，将激光模组保持在h1的高度。发射可见光，摄像头拍照记录可见光与工作平台的交点O1并采样。激光模组在距离工作台h1的高度上，摄像头拍照记录可见光与工作平台的交点O1并采样，例如，摄像头拍摄光发射器发射的可见光在工作台上的照片，来获取在所述像平面上对应于所述第一光点位置O1的像点O1’到所述摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s1’。
将激光模组移动到h2高度，摄像头拍照记录可见光与工作平台的交点O2并采样。例如，在不改变激光模组的x轴和y轴坐标的情况下，将激光模组从h1的高度上进一步移动到距离工作台h2的高度，摄像头拍摄可见光发射器发射的可见光在工作台上的照片，来获取在所述像平面上对应于所述第二光点位置O2的像点O2’到所述摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s2’。
计算得到可见光发射器与透镜中心垂直线的间距。
将所述可见光发射器与透镜中心垂直线上的间距记录并保存在***中。
优选地，在完成上述标定步骤还可包括标定验证步骤：在完成上述步骤后，使用具有已知厚度的标定卡纸进行标定验证，当***检测到的标定卡纸约等于标定卡纸标准厚度时，***提示标定验证通过，参见图3。
还可包括在上述标定步骤前后的测距零点获取步骤：将激光模组相对于工作平台移动至贴靠工作平台的平面，并记录此时的z轴高度坐标值。零点获取步骤可以在标定步骤之前或之后进行。
在标定完成后，***可用于测量待加工材料的厚度：在工作平台上放置待加工材料，摄像头在距离工作平台h1的高度下拍摄可见光在待加工材料上的照片，来获取所述可见光发射器投射在所述待加工材料上的光点在像平面上成像的点到所述摄像头透镜中心垂直线的间距sx’；
计算得到激光模组距离放置在工作平台上的待加工材料表面的距离hx，待加工材料的厚度T＝h1-hx。
由于在实际拍摄过程中，摄像头拍摄效果受到环境光的影响很大，为了准确获取参数，可能需要提高可见光在平台或材料上的可识别性。优选地，在进行材料厚度测量之前，***将摄像头的曝光值调低至设定值，通过强对比度准确获取可见光在平台或材料上的位置。
由于不同材料材质的材料，例如金属、纸、塑料等对测距***的测量精度都有影响，为了提高测距***的测距精度，优选的是，控制***可测量和/或预先储存对各种不同材料所测试的材质的经验偏差值δ。校正后的待加工材料厚度T＝h1-hx+δ。
下面展示如何通过相似三角形等原理演算得到一实施例的标定所需的换算关系式。
换算过程如下：
a为物体(如待加工材料)的已知的实际尺寸，a’为物体在像平面上的尺寸，它可以通过像素单位与成像坐标计算出来。那么，在激光(即，摄像头)相对于待加工材料的固定高度下，像平面的尺寸与实际尺寸之间的换算系数K，由相似三角形可得以下方程式(1)：
K＝a’/a-----(1)
其中，h1为默认已知的参数，结合方程式(1)的计算结果，在同一相似三角形内可得焦距f的方程式(2)：
f＝K*h1-----(2)
假设h1高度下工作平台与聚焦透镜中心垂直线上的交点为O7，可得到方程式(3)：
s1/h1＝s1’/f-----(3)
假设h2高度下工作平台与聚焦透镜中心垂直线上的交点为O6，可得到方程式(4)：
s2/h2＝s2’/f-----(4)
O1-O2在水平线上的间距为s4，可得到方程式(5)：
s4＝s2-s1-----(5)
h1、h2在垂直线上的差值为h3，可得到方程式(6)和方程式(7)：
h3＝h1-h2-----(6)
tanθ＝h3/s4-----(7)
做辅助线，找到点P在像平面的点P’，根据tanθ，可求出点C与点P’之间的距离值CP’，即s3’(如图)，并由此可得到方程式(8)和方程式(9)：
s3’＝f/tanθ-----(8)
s3＝(s1’+s3’)*h1/f-----(9)
如上，完成标定。
通过标定流程，我们求得了s3，s3’，f。对测量范围内的任意厚度的待加工材料，放置在工作平台上的待加工材料表面到摄像头的距离hx可以方程式(10)表达如下：
hx＝f*s3/(s3’+sx’)-----(10)
上述算式简化，将方程式(3)、(4)代入到方程式(5)可得到方程式(11)：
s4＝[(s2’*h2)-(s1’*h1)]/f-----(11)
把(11)代入到(7)可得到方程式(12)：
tanθ＝h3*f/[(s2’*h2)-(s1’*h1)]-----(12)
把方程式(12)代入到(8)可得到方程式(13)：
s3’＝[(s2’*h2)-(s1’*h1)]/h3-----(13)
把(9)代入到(10)可得方程式(14)：
hx/h1＝(s1’+s3’)/(sx’+s3’)-----(14)像平面尺寸与实际高度尺寸之间的比例式
将(13)代入到(14)可得方程式(15)如下：
hx/h1＝(h3*s1’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])/(h3*sx’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])-----(15)
根据上式换算，可得到hx的方程式(16)如下：
hx＝(h3*s1’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])/(h3*sx’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])*h1-----
(16)。
待加工材料的厚度计算
待加工材料厚度计算的一个示例流程如下：
在完成测距***参数标定算后，可以对在测量范围内的任意厚度的待加工材料进行测量。
将待加工材料放入到工作平台的测量区域，激光模组到h1的高度下，发射可见光，摄像头拍下可见光与待加工材料表面的交点。进行待加工材料厚度计算。
h1、h2、h3可以是标定时预先设定的/或默认的参数，s1’、s2’、是通过标定步骤得到的参数，sx’可通过像素单位与成像坐标计算出来。计算距离hx时，将参数sx’代入方程式(16)，即可求出hx值。在得出hx值后，即可通过如上所述的算式(16)得出待加工材料的厚度T：
待加工材料的厚度T＝h1–hx＝h1–(h3*s1’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])/(h3*sx’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])*h1
选择性地，可用材质的经验偏差值δ进行校正。校正后的待加工材料的厚度T＝h1-hx+δ。
基于以上所述可知，通过摄像头和可见光发射器辅助，最后可以得到待加工材料的厚度，并由此可实现对激光加工参数的校准，例如对激光的焦距的补偿。在对焦距补偿后，即可准确地自动对焦。
本发明的标定过程可以不需要人工干预，完全自动化，与市面上的手动校准或半自动校准相比，具有很强的自动化和智能化。
为此，本发明提供了一种激光加工设备的自动化控制***，激光加工设备包括用于激光加工的激光模组和用于安置待加工材料的工作平台，以及安装在激光模组上的可见光发射器和摄像头模块，自动化控制***包括处理器和存储器，和配置成驱动激光模组和工作平台可在x、y、z轴三个方向上彼此相对移动的直线驱动模组，处理器被编程以自动化执行：
步骤S1：将激光模组定位在z轴方向上距离工作平台为h1的第一高度，并通过摄像头模块拍摄可见光发射器发射的可见光投射在工作平台上的第一光点位置O1，来获取在像平面上对应于第一光点位置O1的像点O1’到摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s1’；步骤S2：在不改变激光模组的x轴和y轴坐标参数的情况下，移动激光模组至在z轴方向上距离工作平台为h2的第二高度，通过摄像头模块拍摄可见光发射器发射的可见光投射在工作平台上的第二光点位置O2，来获取在像平面上对应于第二光点位置O2的像点O2’到摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s2’；S3：将通过相似三角形原理得到的关于从激光模组到工作平台上放置的待加工材料表面的实际距离hx的换算关系式存储在存储器中。处理器还可以被编程以自动化执行步骤：将第一高度h1、第二高度h2、间距s1’和间距s2’的数据代入通过相似三角形原理得到的关于实际距离hx的换算关系式中。
自动化控制***可用于控制激光加工设备执行上述方法步骤中的任一个、多个或全部。例如，上述自动化控制***的处理器可被编程以自动化执行如下步骤：
步骤S1：将激光模组定位在z轴方向上距离工作平台为h1的第一高度，并通过摄像头模块拍摄可见光发射器发射的可见光投射在工作平台上的第一光点位置O1，来获取在像平面上对应于第一光点位置O1的像点O1’到摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s1’；
步骤S2：在不改变激光模组的x轴和y轴坐标参数的情况下，移动激光模组至在z轴方向上距离工作平台为h2的第二高度，通过摄像头模块拍摄可见光发射器发射的可见光投射在工作平台上的第二光点位置O2，来获取在像平面上对应于第二光点位置O2的像点O2’到摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s2’；
步骤S3：将第一高度h1、第二高度h2、间距s1’和间距s2’的数据代入通过相似三角形原理得到的关于实际距离hx的换算关系式中。
该自动化控制***的处理器可被编程以在标定之后进一步自动化执行获取激光加工参数的步骤S4：在激光加工设备的工作平台上放置待加工材料，在离工作平台的第一高度h1下通过摄像头模块拍摄可见光发射器投射在工作平台的光点的像，来获取可见光发射器投射在待加工材料上的光点在像平面上成像的像点到摄像头透镜中心垂直线的间距sx’；和步骤S5：利用换算关系式计算实际距离hx，并通过以下算式得到待加工材料的厚度T：T＝h1-hx。
该自动化控制***可配置成进一步手动或者自动执行标定验证步骤S6：将已知厚度的验证材料放置在加工平台上用于厚度测量，将摄像头获取的测量厚度与已知厚度进行比对，当(测量厚度-已知厚度)/已知厚度的比值在预设阈值内时，标定验证通过；否则，标定验证不通过。
该自动化控制***的处理器可被编程以进一步自动化执行测距零点获取步骤S7：将激光模组相对于工作平台移动至贴靠工作平台的平面，并记录此时的z轴高度坐标值。
该自动化控制***可配置成可进一步手动或自动执行步骤S8：测量和/或存储各种不同材料的材质的经验偏差值δ。
上述自动化控制***可用于控制激光加工设备执行上述方法步骤中的任一个、多个或全部，在此不再一一详述。
此外，本发明的自动化控制***还可包括用于感测环境亮度的传感器。当传感器感测到的环境亮度不满足预定亮度阈值，自动化控制***可控制直线驱动模组驱动激光模组移动到满足预定亮度阈值的位置。
出于说明的目的而提出了对本发明的对若干个实施例的前文描述。前文描述并非意图是穷举的，也并非将本发明限于所公开的精确步骤和/或形式，显然，根据上文的教导，可作出许多修改和变型。本发明的范围和所有的等同者旨在由所附权利要求限定。

Claims (22)

1.一种用于标定激光加工设备的方法，所述激光加工设备包括用于激光加工的激光模组和用于放置待加工材料的工作平台，以及安装在所述激光模组上的可见光发射器和摄像头模块，所述方法包括以下步骤：
S1：将所述激光模组相对于所述工作平台定位在第一高度，并通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器投射在所述工作平台的第一光点的图像，来获取在所述第一高度时所述第一光点在所述摄像头模块的透镜的像平面上的第一位置数据；
S2：将所述激光模组相对于所述工作平台定位在不同于所述第一高度的第二高度，通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器投射在所述工作平台的第二光点的图像，来获取在所述第二高度时所述第二光点在所述像平面上的第二位置数据；和
S3：通过相似三角形原理得到关于从所述激光模组到所述工作平台上放置的待加工材料表面的实际距离hx的换算关系式，并将至少所述第一和第二位置数据代入所述换算关系式中；
其中，
所述步骤S1包括：将所述激光模组移动至在z轴方向上距离所述工作平台为h1的第一高度，并通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器发射的可见光投射在所述工作平台上的第一光点位置O1，来获取在所述像平面上对应于所述第一光点位置O1的像点O1’到所述摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s1’；
所述步骤S2包括：在不改变所述激光模组的x轴和y轴坐标参数的情况下，移动所述激光模组至在z轴方向上距离所述工作平台为h2的第二高度，通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器发射的可见光投射在所述工作平台上的第二光点位置O2，来获取在所述像平面上对应于所述第二光点位置O2的像点O2’到所述摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s2’；
所述步骤S3包括：将所述第一高度h1、第二高度h2、间距s1’和间距s2’的数据代入通过相似三角形原理得到的关于所述实际距离hx的所述换算关系式中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可见光发射器和摄像头模块均固定在所述激光模组上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可见光发射器和摄像头模块处于同一高度水平。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括在标定之后获取激光加工参数的步骤：
S4：在所述激光加工设备的工作平台上放置待加工材料，在离所述工作平台的第一高度h1下通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器投射在所述工作平台上的待加工材料表面的光点的像，来获取所述可见光发射器投射在所述待加工材料上的光点在像平面上成像的像点到所述摄像头透镜中心垂直线的间距sx’；
S5：利用所述换算关系式计算所述实际距离hx。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述步骤S5还包括：通过以下算式得到所述待加工材料的厚度T：T＝h1-hx。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法还包括标定验证步骤S6：将已知厚度的验证材料放置在所述加工平台上用于厚度测量，将摄像头获取的测量厚度与所述已知厚度进行比对，当(测量厚度-已知厚度)/已知厚度的比值在预设阈值内时，标定验证通过；否则，标定验证不通过。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括测距零点获取步骤S7：将所述激光模组相对于所述工作平台移动至贴靠所述工作平台的平面，并记录此时的z轴高度坐标值。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法还包括步骤S8：测量和/或存储各种不同材料的材质的经验偏差值δ，由此，所述待加工材料的厚度T＝h1-hx+δ。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述实际距离hx通过以下算式得到：
hx＝(h3*s1’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])/(h3*sx’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])*h1。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中,所述方法还包括在所述摄像头模块拍摄之前将所述摄像头模块的相机曝光值调低至设定值的步骤。
11.一种激光加工设备的自动化控制***，所述激光加工设备包括用于激光加工的激光模组和用于安置待加工材料的工作平台，以及安装在所述激光模组上的可见光发射器和摄像头模块，所述自动化控制***包括处理器和存储器，和配置成驱动所述激光模组和所述工作平台可在x、y、z轴三个方向上彼此相对移动的直线驱动模组，所述处理器被编程以自动化执行以下步骤：
S1：驱动所述直线驱动模组将所述激光模组相对于所述工作平台定位在第一高度，并通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器投射在所述工作平台的第一光点的图像，来获取在所述第一高度时所述第一光点在所述摄像头模块的透镜的像平面上的第一位置数据；
S2：驱动所述直线驱动模组将所述激光模组相对于所述工作平台定位在不同于所述第一高度的第二高度，通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器投射在所述工作平台的第二光点的图像，来获取在所述第二高度时所述第二光点在所述像平面上的第二位置数据；和
S3：将通过相似三角形原理得到的关于从所述激光模组到所述工作平台上放置的待加工材料表面的实际距离hx的换算关系式存储在所述存储器中；
其中，
所述步骤S1包括：将所述激光模组定位在z轴方向上距离所述工作平台为h1的第一高度，并通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器发射的可见光投射在所述工作平台上的第一光点位置O1，来获取在所述像平面上对应于所述第一光点位置O1的像点O1’到所述摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s1’；
所述步骤S2包括：在不改变所述激光模组的x轴和y轴坐标参数的情况下，移动所述激光模组至在z轴方向上距离所述工作平台为h2的第二高度，通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器发射的可见光投射在所述工作平台上的第二光点位置O2，来获取在所述像平面上对应于所述第二光点位置O2的像点O2’到所述摄像头模块的透镜中心垂直线的间距s2’；
所述步骤S3包括：将所述第一高度h1、第二高度h2、间距s1’和间距s2’的数据代入通过相似三角形原理得到的关于所述实际距离hx的所述换算关系式中。
12.根据权利要求11所述的自动化控制***，其中，所述可见光发射器和摄像头模块均固定在所述激光模组上，并且所述可见光发射器和摄像头模块处于同一高度水平。
13.根据权利要求11-12中任一项所述的自动化控制***，其中，所述处理器被编程以在标定之后进一步自动化执行获取激光加工参数的步骤：
S4：在所述激光加工设备的工作平台上放置待加工材料，在离所述工作平台的第一高度h1下通过所述摄像头模块拍摄所述可见光发射器投射在所述工作平台的光点的像，来获取所述可见光发射器投射在所述待加工材料上的光点在像平面上成像的像点到所述摄像头透镜中心垂直线的间距sx’；和
S5：利用所述换算关系式计算所述实际距离hx。
14.根据权利要求13所述的自动化控制***，其中，所述步骤S5还包括通过以下算式得到所述待加工材料的厚度T：T＝h1-hx；并且
其中，所述自动化控制***配置成进一步执行标定验证步骤S6：将已知厚度的验证材料放置在所述加工平台上用于厚度测量，将摄像头获取的测量厚度与所述已知厚度进行比对，当(测量厚度-已知厚度)/已知厚度的比值在预设阈值内时，标定验证通过；否则，标定验证不通过。
15.根据权利要求11-12中任一项所述的自动化控制***，其中，所述处理器被编程以进一步自动化执行测距零点获取步骤S7：将所述激光模组相对于所述工作平台移动至贴靠所述工作平台的平面，并记录此时的z轴高度坐标值。
16.根据权利要求13所述的自动化控制***，其中，所述自动化控制***配置成进一步执行步骤S8：测量和/或存储各种不同材料的材质的经验偏差值δ。
17.根据权利要求13所述的自动化控制***，其中，所述实际距离hx通过以下算式得到：
hx＝(h3*s1’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])/(h3*sx’+[(s2’*h2)-(s1’*h1)])*h1。
18.根据权利要求11-12中任一项所述的自动化控制***，所述自动化控制***还包括用于感测环境亮度的传感器，其中，当所述传感器感测到的环境亮度不满足预定亮度阈值，所述自动化控制***控制所述直线驱动模组驱动所述激光模组移动到满足所述预定亮度阈值的位置。
19.一种激光加工设备，所述激光加工设备包括用于激光加工的激光模组和用于安置待加工材料的工作平台，以及安装在所述激光模组上的可见光发射器和摄像头模块，其中，所述激光加工设备还包括根据权利要求11-18中任一项所述的自动化控制***。
20.根据权利要求19所述的激光加工设备，其中，所述激光加工设备是桌面级或消费级激光加工设备。
21.根据权利要求20所述的激光加工设备，其中，所述激光加工设备是激光切割设备。
22.根据权利要求19-21中任一项所述的激光加工设备，其中，所述激光加工设备的所述激光模组包括高功率激光执行头。
CN202111530749.3A 2021-12-14 2021-12-14 用于标定激光加工参数的***和方法 Active CN114160961B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111530749.3A CN114160961B (zh) 2021-12-14 2021-12-14 用于标定激光加工参数的***和方法
EP22208386.7A EP4198448A1 (en) 2021-12-14 2022-11-18 System and method for calibrating laser processing parameters
US17/992,956 US20230191536A1 (en) 2021-12-14 2022-11-23 System and method for calibrating laser processing parameters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111530749.3A CN114160961B (zh) 2021-12-14 2021-12-14 用于标定激光加工参数的***和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114160961A CN114160961A (zh) 2022-03-11
CN114160961B true CN114160961B (zh) 2023-10-13

Family

ID=80486602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111530749.3A Active CN114160961B (zh) 2021-12-14 2021-12-14 用于标定激光加工参数的***和方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230191536A1 (zh)
EP (1) EP4198448A1 (zh)
CN (1) CN114160961B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024002370A1 (zh) * 2022-07-01 2024-01-04 深圳市创客工场科技有限公司 一种数控机器的加工方法与装置、数控机器
CN115737272B (zh) * 2022-11-16 2023-09-29 南京博视医疗科技有限公司 一种激光治疗***的标定方法和装置
CN116719173B (zh) * 2023-08-11 2023-10-24 星元极光(苏州)光电科技有限公司 光学设备、激光准直调节方法、***及介质

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5193120A (en) * 1991-02-27 1993-03-09 Mechanical Technology Incorporated Machine vision three dimensional profiling system
JPH0560529A (ja) * 1991-09-05 1993-03-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高さ測定装置
US5673082A (en) * 1995-04-10 1997-09-30 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Light-directed ranging system implementing single camera system for telerobotics applications
JPH10232112A (ja) * 1996-12-16 1998-09-02 Fujitsu Ltd 高さ測定装置及び高さ測定方法
CN101138926A (zh) * 2007-02-28 2008-03-12 浙江省林业科学研究院 一种仿形激光雕刻加工方法及其激光雕刻机
DE102008049821A1 (de) * 2008-10-01 2010-04-08 Volkswagen Ag Abstandssensor und Verfahren zur Ermittlung eines Abstands und/oder von Abstandsschwankungen zwischen einem Bearbeitungslaser und einem Werkstück
CN104227231A (zh) * 2013-06-17 2014-12-24 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 激光加工***
CN104913737A (zh) * 2015-06-30 2015-09-16 长安大学 基于线激光三维测量的零部件质量检验装置及其检测方法
CN205593526U (zh) * 2016-03-31 2016-09-21 京东方科技集团股份有限公司 摄像装置、转动装置、测距装置和测距***
CN106077972A (zh) * 2016-07-12 2016-11-09 潍坊学院 一种实时主动控制雕刻深度实现激光三维立体雕刻的方法与装置
FI20155675A (fi) * 2015-09-22 2017-03-23 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Menetelmä ja laitteisto pinnan korkeuden mittaamiseksi
CN110088563A (zh) * 2019-03-13 2019-08-02 深圳市汇顶科技股份有限公司 图像深度的计算方法、图像处理装置及三维测量***
CN110260823A (zh) * 2019-07-16 2019-09-20 腾讯科技（深圳）有限公司 一种结构光发射控制方法、装置及计算机设备
CN111161358A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种用于结构光深度测量的相机标定方法和装置
CN112513562A (zh) * 2018-07-31 2021-03-16 普雷茨特两合公司 确定激光加工头与工件距离的测量设备、激光加工***和确定激光加工头与工件距离的方法
CN112945142A (zh) * 2021-02-02 2021-06-11 江西应用科技学院 一种基于结构光的物体三维测量***及测量方法
CN214121074U (zh) * 2021-01-29 2021-09-03 山东大学 一种用于汽车板簧尺寸的测量***
CN113365773A (zh) * 2019-01-07 2021-09-07 普雷茨特光电有限公司 用于工件的受控加工的方法和设备
CN113465536A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 皖江工学院 基于摄像头引导的激光云台及其工作方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7538813B2 (en) * 2005-05-11 2009-05-26 Sony Ericsson Mobile Communications Ab Digital cameras with triangulation autofocus systems and related methods
US8938317B2 (en) * 2012-01-10 2015-01-20 Mitsubishi Electronic Research Laboratories, Inc. System and method for calibrating laser cutting machines
TW201446386A (zh) * 2013-06-14 2014-12-16 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 雷射加工系統
WO2018098397A1 (en) 2016-11-25 2018-05-31 Glowforge Inc. Calibration of computer-numerically-controlled machine
CN108846819B (zh) 2018-07-04 2022-05-27 深圳市创客工场科技有限公司 激光切割参数获取方法及装置、电子设备、存储介质
US12007219B2 (en) * 2018-10-02 2024-06-11 Asml Netherlands B.V. Laser triangulation apparatus and calibration method

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5193120A (en) * 1991-02-27 1993-03-09 Mechanical Technology Incorporated Machine vision three dimensional profiling system
JPH0560529A (ja) * 1991-09-05 1993-03-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高さ測定装置
US5673082A (en) * 1995-04-10 1997-09-30 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Light-directed ranging system implementing single camera system for telerobotics applications
JPH10232112A (ja) * 1996-12-16 1998-09-02 Fujitsu Ltd 高さ測定装置及び高さ測定方法
CN101138926A (zh) * 2007-02-28 2008-03-12 浙江省林业科学研究院 一种仿形激光雕刻加工方法及其激光雕刻机
DE102008049821A1 (de) * 2008-10-01 2010-04-08 Volkswagen Ag Abstandssensor und Verfahren zur Ermittlung eines Abstands und/oder von Abstandsschwankungen zwischen einem Bearbeitungslaser und einem Werkstück
CN104227231A (zh) * 2013-06-17 2014-12-24 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 激光加工***
CN104913737A (zh) * 2015-06-30 2015-09-16 长安大学 基于线激光三维测量的零部件质量检验装置及其检测方法
FI20155675A (fi) * 2015-09-22 2017-03-23 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Menetelmä ja laitteisto pinnan korkeuden mittaamiseksi
CN205593526U (zh) * 2016-03-31 2016-09-21 京东方科技集团股份有限公司 摄像装置、转动装置、测距装置和测距***
CN106077972A (zh) * 2016-07-12 2016-11-09 潍坊学院 一种实时主动控制雕刻深度实现激光三维立体雕刻的方法与装置
CN112513562A (zh) * 2018-07-31 2021-03-16 普雷茨特两合公司 确定激光加工头与工件距离的测量设备、激光加工***和确定激光加工头与工件距离的方法
CN113365773A (zh) * 2019-01-07 2021-09-07 普雷茨特光电有限公司 用于工件的受控加工的方法和设备
CN110088563A (zh) * 2019-03-13 2019-08-02 深圳市汇顶科技股份有限公司 图像深度的计算方法、图像处理装置及三维测量***
CN110260823A (zh) * 2019-07-16 2019-09-20 腾讯科技（深圳）有限公司 一种结构光发射控制方法、装置及计算机设备
CN111161358A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种用于结构光深度测量的相机标定方法和装置
CN214121074U (zh) * 2021-01-29 2021-09-03 山东大学 一种用于汽车板簧尺寸的测量***
CN112945142A (zh) * 2021-02-02 2021-06-11 江西应用科技学院 一种基于结构光的物体三维测量***及测量方法
CN113465536A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 皖江工学院 基于摄像头引导的激光云台及其工作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114160961A (zh) 2022-03-11
EP4198448A1 (en) 2023-06-21
US20230191536A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114160961B (zh) 用于标定激光加工参数的***和方法
US11537096B2 (en) Laser cutter engraver material height measurement
JP5385356B2 (ja) レーザ加工機
US7005606B2 (en) Laser machine tool with image sensor for registration of workhead guidance system
KR101698269B1 (ko) 레이저 가공기, 레이저 가공기의 워크 왜곡 보정 방법
CN104416290B (zh) 激光加工装置
US10095046B2 (en) Automated UV calibration, motorized optical target and automatic surface finder for optical alignment and assembly robot
KR102127109B1 (ko) 기판 계측 장치 및 레이저 가공 시스템
CN104551865A (zh) 影像量测***及方法
JP3953988B2 (ja) 検査装置および検査方法
TW201315554A (zh) 雷射加工裝置及雷射加工方法
CN110640303B (zh) 高精度视觉定位***及其定位校准方法
JP2001332611A (ja) キャリア形状測定機
JP3644848B2 (ja) アライメントスコープの位置校正装置及びその方法
JP6725344B2 (ja) プレスブレーキ及び角度検出装置
KR100545362B1 (ko) 자동초점 실물영상 레이저 마킹장치
US20200376593A1 (en) Measurement device and recording medium encoding a program
CN211060829U (zh) 一种跨尺度测量分析仪
CN112388187A (zh) 激光加工装置
CN217005732U (zh) 高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦装置
JP3859245B2 (ja) チャートの中心位置出し方法
KR102310449B1 (ko) 개선된 구조의 다면 비전 검사 시스템 및 검사 방법
JP2010227962A (ja) レーザ加工方法
CN111156896B (zh) 一种用于不同高度零件尺寸测量时的激光辅助标定装置
CN114577148A (zh) 高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant