[發(fā)明專利]激光端面織構(gòu)機的自動對焦暨實時微調(diào)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610749031.6
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN106334872B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顏彬;暢皓皓;李伯奎;裴旭;蔣素琴;許兆美;陳前亮
• 申請（專利權(quán)）人: 淮陰工學(xué)院
• 主分類號: B23K26/046
• 分類號: B23K26/046;B23K26/042
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標(biāo)事務(wù)所32110
• 代理人: 韓曉斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光端面織構(gòu)機的自動對焦暨實時微調(diào)方法。

背景技術(shù)

激光在對零件表面進行處理時，具有定位精確高、無接觸、加工迅速、效率高等特點。在激光織構(gòu)加工時，雖然光源中激光的方向性是最好的、光強度和光功率密度也是最高，但其也存在一定的發(fā)散角，不能滿足許多加工中對激光功率密度的要求，所以必須對激光進行聚焦處理，以提高功率密度，達到加工要求。對于功率要求不高（2kW以下）的激光加工系統(tǒng)中，多數(shù)采用透鏡進行聚焦。所以使用激光加工時都需要對激光加工系統(tǒng)進行對焦處理，而傳統(tǒng)的對焦方法是通過手動進行一點一點移動主軸，通過肉眼辨別最佳的加工距離，以達到對焦的目的。而這種方式對焦速度慢，效率低，很難滿足快速加工和高效加工的要求。

在自動對焦系統(tǒng)，通過CCD圖像傳感器對圖像進行捕捉處理，并由中央處理器CPU控制機床的主軸運動，實現(xiàn)激光加工中的自動對焦，如蘇州天弘激光股份有限公司開發(fā)的一種帶有CCD自動對焦系統(tǒng)的激光切割機（201120137508.8），就是采用CCD采集一幀圖像，然后進行清晰度評價計算，并控制升降臺留于最佳位置上，最終得到激光頭的最佳高度位置，但是此裝置對焦精度不高，很難實現(xiàn)快速正確自動對焦，其次此裝置對焦過程中速度較為緩慢。

對于自動對焦時，初始點的確定或固定點的加工對于激光這個高精度加工設(shè)備而言是至關(guān)重要的。在目前設(shè)計中也有通過使用攝像頭實時采集光斑圖像，再通過計算機對比光斑圖像的屬性來找出位于焦平面的光斑圖像，如廣州中國科學(xué)院工業(yè)技術(shù)研究院開發(fā)的一種激光加工初始位置的對焦定位方法及激光加工裝置（201010159047.4），但是此種方法只能確定原本在工件上確定的點，而不可實現(xiàn)快速自由選取加工的初始點。

隨著對激光加工的質(zhì)量要求的提高，在激光加工中實現(xiàn)實時監(jiān)控已經(jīng)成為激光加工中保證質(zhì)量的新的發(fā)展方向，如中科中涵激光設(shè)備(福建)股份有限公司設(shè)計的實時監(jiān)測焦點位置的裝置（201120329882.8）實現(xiàn)對激光加工中的實時監(jiān)控。其設(shè)計的裝置采用CCD 探測器非同軸監(jiān)視，實時監(jiān)測焦點的位置，但此裝置無法避免由于系統(tǒng)的誤差或加工時產(chǎn)生的誤差，對加工零件的精度有一定的影響。

傳統(tǒng)的激光加工時對焦系統(tǒng)在對焦采集時聚焦路線和激光加工時的激光束不能相交一點，對焦系統(tǒng)在對焦完成后，需要使機床主軸運動一定距離，使其激光加工點運動到對焦點，才能完成加工；或采用對焦系統(tǒng)的路線等效為激光加工的路線如珠海市銘語自動化設(shè)備有限公司設(shè)計的一種自動對焦激光加工裝置（201020544140.2），這樣設(shè)計的裝置必定會產(chǎn)生一定誤差，對加工的精確加工帶來不同程度的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種激光端面織構(gòu)機的自動對焦暨實時微調(diào)方法，在零件端面進行激光織構(gòu)時快速自動對焦和實時微調(diào)，更適合于激光織構(gòu)的高速、高效加工，也進一步提高加工的精度。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：采用在激光端面織構(gòu)機內(nèi)安裝自動對焦暨實時微調(diào)控制器實現(xiàn)自動對焦暨實時微調(diào)，所述的自動對焦暨實時微調(diào)控制器由光柵尺、傳感位移檢測器、CCD成像探測器和中央處理器CPU構(gòu)成；其特征是該自動對焦暨實時微調(diào)方法的步驟如下：CCD成像探測器對所需加工點進行定位，聚光路線經(jīng)傳感位移檢測器采集和分析后得出在光柵尺上的位置距離信號，將信號傳遞給中央控制器CPU計算和處理，并對機床發(fā)出移動機床主軸指令；同時機床對傳感位移檢測器發(fā)出反饋信息，再次測量和調(diào)整，直到加工零件聚焦位置達到允許范圍內(nèi)，停止對焦，工件達到最佳加工狀態(tài)；在縮小誤差進行對焦微調(diào)時，采用CCD成像探測器對試加工的工件進行采樣和分析，并通過改變光柵尺上對焦基準(zhǔn)點位置方式來減小誤差。

進一步地，在加工開始前，首先由CCD成像探測器對所加工的零件表面進行拍攝，其拍攝的分辨率為固定值，且拍攝加工表面100cm²，將拍攝的視頻在顯示器上顯示，用戶在顯示器上選取需加工的表面初始點；在選取之后激光頭運動一定距離，使得激光頭偏差距離達到很小，為下步對焦微量的調(diào)整提供保障。

進一步地，采用傳感位移檢測器在光柵尺上進行捕捉，并設(shè)光柵尺中點為對焦基準(zhǔn)點，將光柵尺上的捕捉點與對焦基準(zhǔn)點進行對比，并產(chǎn)生距離信號，同時將信號輸入CPU進行算法分析處理，并向主軸發(fā)出運動控制指令使主軸運動。