專利名稱：一種激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光加工技術(shù)，特別是一種激光加工裝置。
背景技術(shù)：
目前，激光加工設(shè)備在半導(dǎo)體和微電子產(chǎn)業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、船舶工業(yè)、航天工業(yè)等領(lǐng) 域應(yīng)用廣泛。由于激光是通過(guò)聚焦之后進(jìn)行切割、焊接、打孔等加工，因此激光束焦點(diǎn)與被 加工工件表面的相對(duì)位置也顯得異常重要。常規(guī)的激光對(duì)焦方法主要有燒斑法、紅外攝 像法、小孔掃描法等。其中燒斑法最為常用，只需取一張濕紙貼在工件表面即可，簡(jiǎn)單易行。 但是此法只能向人們提供大致的焦點(diǎn)輪廓，且由于材料的橫向熱傳導(dǎo)效應(yīng)，使燒取的焦點(diǎn) 圖樣失真，有時(shí)模糊不清，對(duì)焦不準(zhǔn)確。而且，目前在確定加工初始位置時(shí)，采用精確度不高 的目測(cè)法，不能滿足精加工的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種具有初始位置精確對(duì)焦和定位功能的激光加工
直ο為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種激光加工裝置，包括加工 平臺(tái)、激光器、激光加工頭以及用于調(diào)節(jié)激光器、激光加工頭與加工平臺(tái)相對(duì)位置的驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)，其關(guān)鍵在于，還包括攝像頭和計(jì)算機(jī)，該攝像頭安裝在所述激光加工頭上且與所述計(jì)算 機(jī)相連，所述計(jì)算機(jī)與所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連；所述激光加工頭包括半透半反射鏡，所述激光器 發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)該半透半反射鏡的反射后在被加工工件的表面形成光斑，該光斑圖像透過(guò) 半透半反射鏡進(jìn)入所述攝像頭。本實(shí)用新型通過(guò)增設(shè)攝像頭和計(jì)算機(jī)等部件，使得激光加工裝置不僅可以用于常 規(guī)的激光加工，還具有輔助對(duì)焦和定位的功能，方便了激光加工作業(yè)。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選實(shí)施例，所述攝像頭優(yōu)選采用CCD攝像頭，以獲取高解 析度的光斑圖像。另外，還包括HDMI采集卡，所述攝像頭經(jīng)該HDMI采集卡與所述計(jì)算機(jī)相 連，利用HDMI采集卡采集高清圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于不僅可以激光加工，還具有初始位置精 確對(duì)焦和定位的功能，方便了激光加工作業(yè)。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例激光加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的工作原理圖；圖3是初始位置D的圓心Dl與光斑圖像的圓心D2之間的位置關(guān)系圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1-加工平臺(tái)、2-被加工工件、3-噴嘴、4-套筒、5-聚焦鏡組、6_激光束、7_半透半 反射鏡、8-攝像頭、9-支架、10-激光加工頭、11-激光器、12-HDMI采集卡、13-計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例的激光加工裝置主要由加工平臺(tái)1、激光器11、激光加 工頭10、攝像頭8、HDMI采集卡12和計(jì)算機(jī)13組成，其中激光加工頭10垂直設(shè)于加工平 臺(tái)1的正上方，在該激光加工頭10的旁側(cè)設(shè)置有激光器11，并在其頂部通過(guò)支架9安裝置 有攝像頭8，該攝像頭8通過(guò)HDMI采集卡12與計(jì)算機(jī)13相連，計(jì)算機(jī)13又與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相 連。攝像頭8為C⑶攝像頭。激光器11和攝像頭與激光加工頭10同步聯(lián)動(dòng)，可統(tǒng)一由驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)同步移動(dòng)進(jìn)行對(duì)焦和定位。本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用機(jī)器手，其重復(fù)定位精度 達(dá)0.05mm。也可以在加工平臺(tái)1上設(shè)置絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)絲桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)加工平臺(tái)1 相對(duì)于激光加工頭10移動(dòng)來(lái)進(jìn)行對(duì)焦和定位。激光加工頭10為激光切割頭或激光焊接頭，根據(jù)加工需要選擇。本實(shí)施例激光加 工頭10主要由半透半反射鏡7、噴嘴3、套筒4和聚焦鏡組5組成。激光器11發(fā)出的光束6 經(jīng)過(guò)半透半反射鏡7的反射后在被加工工件的表面形成光斑，該光斑圖像透過(guò)半透半反射 鏡7進(jìn)入攝像頭8。激光加工頭10的其它結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相同。見(jiàn)圖2，本實(shí)施例的工作原理如下(a)、首先進(jìn)行光路系統(tǒng)的校正。先將噴嘴3卸下，然后畫(huà)一個(gè)與激光加工頭10的套筒4直徑相同且中心帶有十字 交叉線的參照?qǐng)A，貼在工作臺(tái)上，移動(dòng)激光加工頭10，保證套筒4與該參照?qǐng)A同軸。再調(diào)出 攝像頭8屏幕的十字線窗口，調(diào)整攝像頭8的偏轉(zhuǎn)，使其十字交叉線與工作臺(tái)上參照?qǐng)A的十 字線相重合。然后打開(kāi)激光器11，在出光狀態(tài)下調(diào)整半透半反射鏡7的偏轉(zhuǎn)角度，使激光 光斑中心與攝像頭8的十字交叉線重合；然后將激光加工頭10末端的噴嘴3裝上，微調(diào)噴 嘴3的前后左右位置，使噴嘴3小孔中心與攝像頭8的十字線交叉點(diǎn)重合。整個(gè)光路系統(tǒng) 校準(zhǔn)完畢。(b)、然后，進(jìn)行激光加工裝置的對(duì)焦工作。將被加工工件2放在加工平臺(tái)1上，打開(kāi)激光器11的指示光源(紅光)，激光器 11發(fā)出的光束6經(jīng)激光加工頭10的光路系統(tǒng)投射在被加工工件2的表面，形成紅色點(diǎn)狀 光斑，光斑的形狀可以是圓形、正方形或正多邊形，易于換算即可；此時(shí)，機(jī)械手帶動(dòng)激光加 工頭10上下移動(dòng)，光斑圖像通過(guò)攝像頭8、HDMI采集卡12實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)13中，計(jì)算機(jī) 13進(jìn)行光斑圖像的屬性的對(duì)比來(lái)確定焦平面。具體過(guò)程為由于位于焦平面的光斑圖像的 面積最小、亮度最大和清晰度最高，因此，通過(guò)對(duì)比面積、亮度和清晰度中的一項(xiàng)或多項(xiàng)即 可找出位于焦平面的光斑圖像。本實(shí)施例以清晰度為例，見(jiàn)圖2，當(dāng)激光束的焦點(diǎn)落在位置 B或者C處時(shí)，光斑圖像的清晰度最低，通過(guò)上下移動(dòng)激光加工頭10，激光束的焦點(diǎn)落在B 與C之間的某處，計(jì)算機(jī)13對(duì)這之間的光斑圖像的清晰度進(jìn)行比較，找出清晰最高的光斑 圖像，即A位置的光斑圖像，也即是焦平面所在的位置，然后，計(jì)算機(jī)13根據(jù)該光斑圖像所 對(duì)應(yīng)的激光加工頭10的移動(dòng)距離，控制激光加工頭10向上或者向下移動(dòng)，使激光束正好落 在A處，即激光器11發(fā)出的激光束通過(guò)半透半反射鏡7的反射，并由聚焦鏡組5聚焦后，從 噴嘴3出來(lái)后的激光焦點(diǎn)正好落在被加工工件2上，此時(shí)對(duì)焦工作完成。(c)、最后，進(jìn)行初始位置的定位工作。[0022]將對(duì)焦后的激光加工頭10沿著加工平臺(tái)1表面相平行的方向，移動(dòng)至被加工工件 2的加工初始點(diǎn)D附近，通過(guò)攝像頭8預(yù)先采集加工初始點(diǎn)D的圖像Dl存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)13 中，然后經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理、去除噪聲和干擾后，再通過(guò)圓心定位算法獲取圖像Dl的圓心；打 開(kāi)激光器11的指示光源，通過(guò)攝像頭8采集該位置的光斑圖像D2，然后經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理、去 除噪聲和干擾后，再通過(guò)圓心定位算法獲取圖像D2的圓心，由于是預(yù)定位，D2的圓心與Dl 的圓心不重合(見(jiàn)圖3)，通過(guò)計(jì)算獲取D2的圓心與Dl的圓心之間的位置信息，根據(jù)該位置 信息控制激光加工頭10前后左右移動(dòng)。此種方法操作簡(jiǎn)單，且定位精度可以達(dá)到0. 05mm。此時(shí)整個(gè)對(duì)焦定位工作完成，然后調(diào)節(jié)激光器11至加工光源，即可進(jìn)行激光加 工。以上僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，并不以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍；在不 違反本實(shí)用新型構(gòu)思的基礎(chǔ)上所作的任何替換與改進(jìn)，均屬本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種激光加工裝置，包括加工平臺(tái)、激光器、激光加工頭以及用于調(diào)節(jié)激光器、激光加工頭與加工平臺(tái)相對(duì)位置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于還包括攝像頭和計(jì)算機(jī)，該攝像頭安裝在所述激光加工頭上且與所述計(jì)算機(jī)相連，所述計(jì)算機(jī)與所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連；所述激光加工頭包括半透半反射鏡，所述激光器發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)該半透半反射鏡的反射后在被加工工件的表面形成光斑，該光斑圖像透過(guò)半透半反射鏡進(jìn)入所述攝像頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于所述攝像頭為CCD攝像頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光加工裝置，其特征在于還包括HDMI采集卡，所述攝像 頭經(jīng)該HDMI采集卡與所述計(jì)算機(jī)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一的所述激光加工裝置，其特征在于所述激光加工頭為激 光切割頭或激光焊接頭。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種激光加工裝置，包括加工平臺(tái)、激光器、激光加工頭以及用于調(diào)節(jié)激光器、激光加工頭與加工平臺(tái)相對(duì)位置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其關(guān)鍵在于，還包括攝像頭和計(jì)算機(jī)，該攝像頭安裝在所述激光加工頭上且與所述計(jì)算機(jī)相連，所述計(jì)算機(jī)與所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連；所述激光加工頭包括半透半反射鏡，所述激光器發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)該半透半反射鏡的反射后在被加工工件的表面形成光斑，該光斑圖像透過(guò)半透半反射鏡進(jìn)入所述攝像頭。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型不僅可以激光加工，還具有初始位置精確對(duì)焦和定位的功能，方便了激光加工作業(yè)。
文檔編號(hào)B23K26/00GK201693290SQ201020174119
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者劉祥城, 劉薇, 彭昌吻, 戴炬, 梁奕志, 焦俊科, 白小波 申請(qǐng)人:廣州中國(guó)科學(xué)院工業(yè)技術(shù)研究院