一种基于CCD成像的激光加工和定焦装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及激光加工技术领域，尤其公开了一种基于CCD成像的激光加工和定焦装置和方法。本装置包括激光器、扩束系统、扫描振镜、分光系统、聚焦镜及调焦系统。激光器自带有指示红光。分光系统用于将指示红光在工件表面的反射光反射进调焦系统。调焦系统用于判断焦点位置并控制聚焦镜位置实现调焦。本发明专利技术利用激光器自带的指示红光，通过一个角度可调的分光系统实现了加工状态与调焦状态的快速切换；通过直接调节聚焦镜位置改变成像清晰度，进而实现对焦。不仅对加工光路影响小、结构简单，而且易于操作，定焦精度高；可实现现场定焦，大大提高了加工效率。

A laser processing and focusing device and method based on CCD imaging

The invention relates to the field of laser processing, in particular a laser processing and focusing device and method based on CCD imaging. The device includes laser, beam expanding system, scanning vibrating mirror, light splitting system, focusing mirror and focusing system. The laser has its own indication of red light. The light splitting system is used to reflect the reflected light of the red light on the workpiece surface into the focusing system. The focusing system is used to determine the position of the focus and to control the focus of the focus mirror. The present invention realizes the fast switch between the processing state and the focusing state by using the red light indicative of the laser and the light splitting system with an angle adjustable. By adjusting the position of the focusing mirror directly, the imaging definition is changed, and then the focusing is realized. It not only has small influence on the processing light path, simple structure, but also easy to operate, and has high precision of fixed focus; it can realize the spot focusing and greatly improves the processing efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种基于CCD成像的激光加工和定焦装置和方法
本申请涉及激光加工
，尤其涉及一种基于CCD成像的激光加工和定焦装置和方法。
技术介绍
相比于传统机加工，激光加工作为一种非接触式加工，其无"刀具"磨损、无"切削力"作用于工件，具有能量高、加工速度快、热影响区小等优点。因此广泛应用于模具制造、汽车、航空航天、电子电路、动力和能源以及医疗仪器设备制造等行业。一般的激光加工系统中，激光器发出的光束需要经过聚焦镜汇聚于一点(即焦点)后才可用于加工。激光焦点与工作面的距离为离焦量，其决定了工作面激光功率密度的大小。离焦量选择不当，不仅会造成能量利用率低，能源的浪费；还会影响加工的质量。由于不同材料对激光的吸收率不同、不同加工技术所要求的离焦量也不同，因此在实际加工过程中，要对系统的离焦量进行调节。要确定离焦量，首先要确定激光焦点的位置。现有的焦点位置确定方法主要分为两类：一是，用低功率连续激光在焦点附近由低到高在厚纸板或树脂版上烧出一条连续的痕迹，比较划痕的粗细变化来确定激光焦点的位置；二是，用大功率脉冲激光在焦点附近由低到高在钢板上按照一定间隔打出匙孔，比较匙孔的大小来确定激光焦点的位置。以上两种方法的操作复杂，测量精度低，不适用于现场调焦，大大降低了加工效率。特别是对于具有复杂曲面结构的零件或者高温、高辐射的加工环境，需要频繁改变离焦量且无法近距离调焦。中国专利公布号为“CN104128332A”的专利公开了一种具有焦点跟踪功能的激光清洗机，其焦点跟踪系统包括焦点测量单元和反馈显示单元，能够测量并显示清洗头输出的激光焦点与工件之间的距离值。但是该专利技术是根据测得的焦点距离调节激光功率来满足加工需求，无法直观便捷的调焦。中国专利公布号为“CN103056517A”的专利公开了一种三维激光清洗装置，该装置包含一个由滤波器、显微成像透镜、CCD和处理器组成的聚焦位置调节器，可实现激光焦点位置的现场调节。但是该专利技术存在以下缺点：一是，调焦过程中需要将聚焦镜与聚焦位置调节器交换位置，系统结构复杂且容易降低原光路的稳定性；二是，难以保证显微成像透镜与聚焦镜的焦距完全相同，并且调焦时成像光路与加工光路成一定夹角，造成测量上的误差。
技术实现思路
本申请提供了一种激光加工和定焦装置，以解决现有技术中的装置无法直观便捷且准确的调焦，同时实现调焦和加工状态便捷切换。有鉴于此，本专利技术提供了以下的技术方案：一种激光加工和定焦装置，其至少包括：用于发射激光束的激光器；用于对所述激光束进行扩束和准直的扩束系统；用于改变所述激光束的位置的扫描振镜；用于将所述激光束进行汇聚的聚焦镜；所述激光器发射的激光束通过所述扩束系统进行扩束和准直之后，进而通过所述扫描振镜改变方向进入所述聚焦镜7进行聚焦；所述激光器带有指示红光；所述装置还包括用于判断焦点位置并控制所述聚焦镜的位置实现调焦的调焦系统；用于将指示红光在工件表面的反射光反射进调焦系统的分光系统；所述分光系统设置于所述扫描振镜与所述聚焦镜之间；所述分光系统包括分光镜和旋转机构；所述分光镜一端固定在所述旋转机构上；所述指示红光依次通过所述扩束系统、扫描振镜、分光系统、聚焦镜到达工件表面；所述指示红光在工件表面的反射光经过所述分光镜进入所述调焦系统。进一步地，所述调焦系统由滤光片、CCD、处理器和位移控制器组成，所述滤光片和所述CCD的中心同轴设置，与所述激光束所在的主光轴垂直设置，所述CCD与所述处理器电连接，所述处理器与所述位移控制器电连接，所述位移控制器用于调节所述聚焦镜的位置。进一步地，所述分光镜绕所述旋转机构的一端旋转，所述旋转角度为45°。进一步地，所述分光镜通过镀膜对指示红光实现透反，透反比为1:1。进一步地，所述激光器上设有开关一和开关二；所述开关一用于发射和关闭所述指示红光；所述开关二用于发射和关闭所述激光束。进一步地，所述滤光片只允许指示红光通过。进一步地，所述分光系统有调焦状态和加工状态；当所述分光镜旋转至与主光轴成45°角时，为调焦状态；当所述分光镜与主光轴平行时，为加工状态。一种激光加工和定焦方法，其特征在于：包括以下步骤：激光器发射指示红光；所述指示红光通过扩束系统进行扩束和准直；所述指示红光经过扫描振镜改变方向之后进入分光系统；所述指示红光进入聚焦镜进行聚焦；所述指示红光到达工件表面；所述指示红光经过分光镜反射；经过反射后的指示红光进入调焦系统；所述调焦系统调节聚焦镜的位置直至成像边缘和对比度符合限定要求，完成调焦；关闭激光器上的指示红光开关；开启激光器上的激光束开关；激光器发出激光束；进入加工状态。进一步地，在步骤‘激光器发射指示红光’之前，还包括步骤：打开激光器上的指示红光开关。进一步地，所述步骤‘所述调焦系统调节聚焦镜的位置直至成像边缘和对比度符合限定要求，完成调焦’中，还包括步骤：经过反射后的指示红光通过滤光片滤除杂散光；所述指示红光在CCD上成像；处理器对所述成像进行处理并显示；所述处理器向位移控制器发出信号调节聚焦镜的位置，位移控制器调节聚焦镜的位置直至成像边缘和对比度符合限定要求，完成调焦。本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：本专利技术利用激光器自带的指示红光，通过角度可调的分光镜将指示红光在工件表面的反射光成像于CCD上，调节聚焦镜的位置使成像最清晰，此时焦点位于工件表面，完成对焦。利用分光镜实现指示光的分束，对加工光路影响小、结构简单；直接调节聚焦镜位置改变成像清晰度，进而实现对焦，易于操作，且精度高；加工状态与调焦状态切换速度快，互不影响，可进行现场对焦，大大提高了加工效率。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种激光加工和定焦装置的结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种激光加工和定焦装置中分光系统结构示意图；图3为本申请实施例提供的一种激光加工和定焦方法的流程结构示意图；图4为本申请实施例提供的一种激光加工和定焦方法的调焦系统调焦过程的流程结构示意图。附图标记说明：其中：1、激光器；2、扩束系统；3、激光束；4、扫描振镜；5、指示红光；6、分光系统；7、聚焦镜；8、调焦系统；9、滤光片；10、CCD；11、处理器；12、位移控制器；13、分光镜；14、旋转机构；15、工件表面。具体实施方式此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。实施例一参见图1，本专利技术实施例提供了一种激光加工和定焦装置，其至少包括：用于发射激光束3的激光器1；用于对所述激光束3进行扩束和准直的扩束系统2；用于改变所述激光束的位置的扫描振镜4；用于将所述激光束3进行汇聚的聚焦镜7；所述激光器发射的激光束3通过所述扩束系统2进行扩束和准直之后，进而通过所述扫描振镜4改变方向进入所述聚焦镜7进行聚焦；所述激光器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光加工和定焦装置，其至少包括：用于发射激光束的激光器；用于对所述激光束进行扩束和准直的扩束系统；用于改变所述激光束的位置的扫描振镜；用于将所述激光束进行汇聚的聚焦镜；所述激光器发射的激光束通过所述扩束系统进行扩束和准直之后，进而通过所述扫描振镜改变方向进入所述聚焦镜进行聚焦；其特征在于：所述激光器带有指示红光；所述装置还包括用于判断焦点位置并控制所述聚焦镜的位置实现调焦的调焦系统；用于将指示红光在工件表面的反射光反射进调焦系统的分光系统；所述分光系统设置于所述扫描振镜与所述聚焦镜之间；所述分光系统包括分光镜和旋转机构；所述分光镜一端固定在所述旋转机构上；所述指示红光依次通过所述扩束系统、扫描振镜、分光系统、聚焦镜到达工件表面；所述指示红光在工件表面的反射光经过所述分光镜进入所述调焦系统。

【技术特征摘要】
1.一种激光加工和定焦装置，其至少包括：用于发射激光束的激光器；用于对所述激光束进行扩束和准直的扩束系统；用于改变所述激光束的位置的扫描振镜；用于将所述激光束进行汇聚的聚焦镜；所述激光器发射的激光束通过所述扩束系统进行扩束和准直之后，进而通过所述扫描振镜改变方向进入所述聚焦镜进行聚焦；其特征在于：所述激光器带有指示红光；所述装置还包括用于判断焦点位置并控制所述聚焦镜的位置实现调焦的调焦系统；用于将指示红光在工件表面的反射光反射进调焦系统的分光系统；所述分光系统设置于所述扫描振镜与所述聚焦镜之间；所述分光系统包括分光镜和旋转机构；所述分光镜一端固定在所述旋转机构上；所述指示红光依次通过所述扩束系统、扫描振镜、分光系统、聚焦镜到达工件表面；所述指示红光在工件表面的反射光经过所述分光镜进入所述调焦系统。2.根据权利要求1所述的一种激光加工和定焦装置，其特征在于：所述调焦系统由滤光片、CCD、处理器和位移控制器组成，所述滤光片和所述CCD的中心同轴设置，与所述激光束所在的主光轴垂直设置，所述CCD与所述处理器电连接，所述处理器与所述位移控制器电连接，所述位移控制器用于调节所述聚焦镜的位置。3.根据权利要求1所述的一种激光加工和定焦装置，其特征在于：所述分光镜绕所述旋转机构的一端旋转，所述旋转角度为45°。4.根据权利要求1所述的一种激光加工和定焦装置，其特征在于：所述分光镜通过镀膜对指示红光实现透反，透反比为1:1。5.根据权利要求2所述的一种激光加工和定焦装置，其特征在于：所述激光器上设有开关一和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明昆，王科，黄继盛，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司临沧供电局，云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南,53