[發(fā)明專利]一種激光焦面與加工基準(zhǔn)的快速找準(zhǔn)方法及找準(zhǔn)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010328124.8
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111408835B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李明;李晨晨
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: B23K26/046
• 分類號: B23K26/046;B23K26/06
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

本發(fā)明提供一種激光焦面與加工基準(zhǔn)的快速找準(zhǔn)方法及找準(zhǔn)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有激光焦點確定方法精度較低以及不適用于實際激光加工過程的問題。該系統(tǒng)包括激光加工單元、共軸視覺觀測單元和找準(zhǔn)基板；激光加工單元包括依次設(shè)置的激光器、激光旋轉(zhuǎn)模塊和聚焦鏡；激光旋轉(zhuǎn)模塊用于增大激光損傷效果；共軸視覺觀測單元包括圖像采集相機(jī)和鏡筒透鏡，且共軸視覺觀測單元的視場中心與激光加工頭的軸線重合，其焦面能夠自動調(diào)節(jié)；找準(zhǔn)基板設(shè)置在激光加工面上，且共軸視覺觀測單元的焦面與找準(zhǔn)基板的上表面重合。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，可快速精確地找準(zhǔn)激光焦點空間位置，可快速實現(xiàn)同一工件不同加工基準(zhǔn)，不同工件加工基準(zhǔn)的快速確定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種激光焦面與加工基準(zhǔn)的快速找準(zhǔn)方法及找準(zhǔn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光加工技術(shù)具有無接觸應(yīng)力、加工精度高、易于實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點，在薄壁件、精細(xì)微結(jié)構(gòu)加工等方面的應(yīng)用越來越廣泛，逐漸替代原有機(jī)械加工技術(shù)成為一種重要的加工技術(shù)，然而由于激光焦點存在一定焦深，其定位精度對激光加工效果有較大的影響。

中國發(fā)明專利“CN201510205630.7”公開了一種自動獲取激光焦點的方法，該方法中，先在X/Y/Z坐標(biāo)處形成N個加工圖形；再通過軟件控制系統(tǒng)控制X/Y/Z運動控制系統(tǒng)和相機(jī)視覺系統(tǒng)獲取N個加工圖形，并利用圖像算法對N個加工圖形的線寬值進(jìn)行分析；最后對比不同Z軸坐標(biāo)的加工圖形之間的線寬值和同一Z軸坐標(biāo)的加工圖形的線寬值及其線寬值差異，即可確定激光設(shè)備的激光焦點。由于激光具有一定焦深，該方法可粗略獲得激光焦點的位置，獲取的激光焦點位置精度較低。

中國發(fā)明專利“CN201610670751.3”公開了一種激光加工中的焦點位置確定設(shè)備、方法及裝置，該方法較為復(fù)雜，并且判斷方法不是基于實際的激光加工光束，不能準(zhǔn)確的反應(yīng)實際的激光焦點位置，所以激光焦點的測量精度有限，且由于方法和裝置較為復(fù)雜，不適用于實際的激光加工過程。

在實際多工位加工時，由于激光焦點不是實體點，基準(zhǔn)點需多次尋找，尤其在復(fù)雜曲面上、其基準(zhǔn)坐標(biāo)難以計算，極大地降低了激光加工的精度和效率，所以亟需一種高精度激光焦點以及加工基準(zhǔn)的高效找準(zhǔn)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有激光焦點確定方法精度較低以及不適用于實際激光加工過程的問題，提供一種激光焦面與加工基準(zhǔn)的快速找準(zhǔn)方法及找準(zhǔn)系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。

一種激光焦面與加工基準(zhǔn)的快速找準(zhǔn)方法，包括以下步驟：

步驟一、在激光加工系統(tǒng)中設(shè)置共軸視覺觀測單元，且共軸視覺觀測單元的視場中心與激光加工頭的軸線重合，所述共軸視覺觀測單元包括圖像采集相機(jī)和鏡筒透鏡；

步驟二、在激光加工面上放置一找準(zhǔn)基板；

步驟三、調(diào)節(jié)鏡筒透鏡的位置，使共軸視覺觀測單元的焦面與找準(zhǔn)基板的上表面重合；

步驟四、激光器工作，發(fā)出激光束，激光束通過激光旋轉(zhuǎn)模塊增大激光損傷效果，并通過聚焦鏡在找準(zhǔn)基板上形成激光損傷斑點；

步驟五、調(diào)低激光器的激光功率，減小可實現(xiàn)基底材料損傷的焦深范圍，直至激光損傷斑點的有效焦深降低至微米級；

步驟六、調(diào)整聚焦鏡的位置，直至找準(zhǔn)基板上能夠觀測到清晰的激光損傷斑點，激光焦點找準(zhǔn)完成，固定聚焦鏡與找準(zhǔn)基板的位置；

步驟七、共軸視覺觀測單元對找準(zhǔn)基板進(jìn)行觀測，判斷是否以清晰的成像面觀測到找準(zhǔn)基板上的激光損傷斑點；若不是，再次調(diào)節(jié)鏡筒透鏡的位置，直至共軸視覺觀測單元以清晰的成像面識別到找準(zhǔn)基板上的激光損傷斑點；此時，激光焦面、找準(zhǔn)基板的上表面和共軸視覺觀測單元的焦面重合；

步驟八、激光加工時，通過步驟七獲取的共軸視覺觀測單元的焦面來確定下次激光加工的激光焦面，保證多次加工的基準(zhǔn)面一致。