一种激光加工设备的激光光斑扫描精度检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光加工设备的激光光斑扫描精度检测方法及装置，其中检测方法包括：在作业面设置平移台；在平移台上安装CCD相机；激光衰减倍率及聚焦调节；标定振镜坐标与CCD相机坐标；标定振镜坐标与平移台坐标；根据加工图纸数据，结合CCD相机视场大小规划激光扫描路径、平移台移动顺序；进行激光扫描并输出CCD相机采集到的图像；获得当前视场下的实际光斑扫描轨迹；待激光扫描完成当前视场范围对应的图纸后，根据规范的路径移动相机到下一位置；重复扫描分析直至整幅图纸均被激光扫描完毕；比对光斑扫描轨迹和图纸数据，得到扫描精度。本发明专利技术在图纸实施加工前直接针对待加工图纸进行激光扫描精度检测，可提高产品质量、生产效率，降低生产成本。

A method and device for measuring scanning accuracy of laser spot in laser processing equipment

【技术实现步骤摘要】
一种激光加工设备的激光光斑扫描精度检测方法及装置
本专利技术属于激光精密加工
，特别涉及一种激光加工设备的激光光斑扫描精度检测方法及装置。
技术介绍
激光标刻、切割、表面处理等激光加工技术因其非接触、无刀具损耗、适应材料广泛等优点正在蓬勃发展。随着技术进步和工业应用的深入，待加工工件越来精密，加工图纸越来越复杂，对激光精密加工提出了更高的要求。要求激光光束质量更加优异，从而获得更小且截面光斑分布更符合要求的聚焦光斑；要求控制系统更加精密，使靶面光斑运行轨迹更加符合输入数据；引入机器视觉系统，对更加复杂的工件和待加工区域进行定位、匹配等等。在控制光斑运行轨迹方面，使用振镜扫描是常规措施，其响应速度快、指向精度高、控制方式灵活。实现作业面激光光斑的精密扫描，目前的主要措施是进行振镜校准，可对振镜扫描畸变和场镜畸变进行复合校准，这是围绕精密加工对设备输入端进行优化的必要措施。对于输出端，也就是作业面实际的光斑运行轨迹是否与输入数据匹配，目前尚缺乏有效的检测评估方法和装置。加工设备制造和工业生产应用中，通常采用打样试验的方式进行检验，借助光学成像显微镜检验加工图案是否符合输入图纸，这种方法具有以下缺点：一方面，对于复杂图案，该检验方式难以得到全幅面的加工轨迹匹配精度数据；另一方面，打样测试的靶材不可复用，且无法从根本上再现光斑加工扫描过程，增加分析解决问题的难度；此外，校准和打样测试在设备全寿命周期内可能重复进行多次，不可避免会造成材料浪费，不利于大批量工业生产情况下的成本控制。专利技术内容本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种激光加工设备的激光光斑扫描精度检测方法及装置，在图纸实施加工前检查加工精度，提升产品质量，降低生产成本，提高生产效率。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种激光加工设备的激光光斑扫描精度检测方法，其特点是包括以下步骤：步骤1，在激光加工设备作业面设置一二维电动平移台，该平移台能够沿作业面的横向和纵向两个方向移动；在平移台上安装一去除镜头的CCD相机；其中，CCD相机的光敏面对准激光加工头输出的激光束；分别将激光加工头中的激光器和振镜、平移台、CCD相机电连接至电脑；步骤2，启动激光器并观察CCD相机采集到的光斑图像，优化调节激光器输出激光的衰减倍率以使得在CCD相机采集到的图像中可清晰观察到光斑，且没有出现大面积饱和现象；步骤3，调整激光加工头与作业面之间的距离，以使得CCD相机采集到的图像中的光斑最小；步骤4，标定振镜坐标与CCD相机采集到的图像坐标之间的几何关系；步骤5，标定振镜坐标与平移台坐标之间的几何关系；步骤6，电脑根据生成的激光加工设备加工图纸数据，结合CCD相机视场大小规划激光扫描路径和先后顺序；步骤7，根据加工图纸大小和已经规划的振镜扫描路径和先后顺序，结合CCD相机视场大小和视场拼接顺序，确定平移台的移动顺序；步骤8，进行激光扫描，同步输出CCD相机采集到的图像；步骤9，分析步骤8中图像以得到光斑中心坐标，结合当前平移台坐标，连续计算并记录当前光斑在所在位置坐标，获得CCD相机当前视场下的实际光斑扫描轨迹；步骤10，待激光扫描完成当前CCD相机视场范围对应的图纸后，根据规范的路径移动CCD相机到下一位置；步骤11，重复步骤8～10，直至整幅激光加工设备加工图纸均被激光扫描完毕；步骤12，通过数据分析，比对实际获得的光斑扫描轨迹和激光加工设备加工图纸中的理论光斑扫描轨迹，计算偏差，得到光斑扫描精度。作为一种优选方式，在步骤1和步骤2之间还包括：控制激光照射到振镜坐标为(0，0)的位置，该位置同时作为激光加工设备的坐标原点，平移台运行的坐标原点，以及检测结果中光斑扫描完整轨迹曲线的坐标原点；根据振镜原点处激光光斑位置调整平移台初始位置，当光斑位于CCD相机采集到的图像中心时，平移台调整到位，到位时的位置为平移台原点；所述步骤6中，调整激光加工设备加工图纸数据，使得激光加工设备加工图纸中心与振镜扫描区域的中心位置重合。作为一种优选方式，调整平移台位置以使得实际激光光斑位于CCD相机采集到的图像中心的方法包括：移动平移台到位后，获取CCD相机采集的图像，经图像处理后得到光斑在图像中的像素坐标，结合已知的像素尺寸，进一步得到光斑在当前平移台坐标下距离CCD相机中心的偏差，根据该偏差量进一步调整平移台位置，多次调整直至光斑位于CCD相机采集的图像中心，实际激光光斑则位于CCD相机中心。进一步地，所述步骤1中还包括，启动电脑中的检测程序，以检查激光器、振镜、平移台、CCD相机几个部件与电脑之间的连接、控制关系是否正常。进一步地，所述步骤1中还包括，用保护罩盖住CCD相机；所述步骤2中，启动激光器时取下保护罩。进一步地，所述步骤2中，在启动激光器之前，将激光器的输出功率调到最小，并在激光器和振镜之间设置衰减器；衰减器用于调节激光器输出激光的衰减倍率。进一步地，所述步骤3中还包括，继续调整激光器输出激光的衰减倍率，以使得CCD相机采集到的图像中光斑区域没有出现大面积饱和现象。坐标标定较佳方案是，所述步骤4中，振镜复位，激光光斑位于加工设备加工区域原点，调整光斑对准CCD相机的视场中心后，停止移动平移台，利用振镜沿横向(x轴)和纵向(y轴)在CCD相机视场内偏转激光，分别记录对应振镜偏转量下的光斑在CCD相机采集图像中的坐标，根据CCD相机采集图像的像素尺寸计算光斑在CCD相机坐标系下的实际物理坐标，根据振镜坐标和CCD相机坐标数据，标定振镜扫描坐标轴与CCD相机采集到的图像坐标轴之间的几何关系；所述步骤5中，利用振镜沿横向(x轴)和纵向(y轴)偏转激光，同时沿横向(x轴)和纵向(y轴)移动平移台以逐步调整CCD相机的中心，直至光斑处于CCD相机采集图像的中心；调整过程中光斑偏差的计算方法包括滤波、二值化、光斑轮廓提取、轮廓中心坐标计算；根据CCD相机采集图像的像素尺寸计算实际坐标偏差，得到平移台坐标和对应的振镜坐标数据后，标定振镜扫描坐标轴与平移台坐标轴之间的转换关系。扫描测试较佳方案是，所述步骤8中，进行激光扫描时，降低振镜扫描和跳转速度，使之满足光斑图像采集和分析速度，得到更加丰富的检测数据；根据CCD相机输出图像调整CCD相机曝光时间，使光斑和背景间的对比度达到最大；所述步骤9中，根据光斑图像灰度值分布调整轮廓提取计算参数，以获得稳定的光斑中心计算结果；图像光斑位置计算包括滤波、二值化、光斑轮廓提取、轮廓中心坐标计算；根据提取的光斑中心坐标序列和测试过程中的CCD视场拼接顺序，结合输入图纸和轨迹测量结果的坐标原点重合以及振镜坐标与CCD相机以及平移台坐标的标定关系条件，解算加工设备的实际激光扫描轨迹；所述步骤12中，比对实际获得的光斑扫描轨迹和激光加工设备加工图纸中的理论光斑扫描轨迹两幅曲线图的重合度，计算最大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光加工设备的激光光斑扫描精度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，在激光加工设备作业面(8)设置一二维电动平移台(9)，该平移台(9)能够沿作业面(8)的横向和纵向两个方向移动；在平移台(9)上安装一去除镜头的CCD相机(10)；其中，CCD相机(10)的光敏面对准激光加工头(1)输出的激光束(11)；分别将激光加工头(1)中的激光器(2)和振镜(3)、平移台(9)、CCD相机(10)电连接至电脑(6)；/n步骤2，启动激光器(2)并观察CCD相机(10)采集到的光斑图像，优化调节激光器(2)输出激光的衰减倍率以使得在CCD相机(10)采集到的图像中可清晰观察到光斑，且没有出现大面积饱和现象；/n步骤3，调整激光加工头(1)与作业面(8)之间的距离，以使得CCD相机(10)采集到的图像中的光斑最小；/n步骤4，标定振镜(3)坐标与CCD相机(10)采集到的图像坐标之间的几何关系；/n步骤5，标定振镜(3)坐标与平移台(9)坐标之间的几何关系；/n步骤6，电脑(6)根据生成的激光加工设备加工图纸数据，结合CCD相机(10)视场大小规划激光扫描路径和先后顺序；/n步骤7，根据加工图纸大小和已经规划的振镜(3)扫描路径和先后顺序，结合CCD相机(10)视场大小和视场拼接顺序，确定平移台(9)的移动顺序；/n步骤8，进行激光扫描，同步输出CCD相机(10)采集到的图像；/n步骤9，分析步骤8中图像以得到光斑中心坐标，结合当前平移台(9)坐标，连续计算并记录当前光斑在所在位置坐标，获得CCD相机(10)当前视场下的实际光斑扫描轨迹；/n步骤10，待激光扫描完成当前CCD相机(10)视场范围对应的图纸后，根据规范的路径移动CCD相机(10)到下一位置；/n步骤11，重复步骤8～10，直至整幅激光加工设备加工图纸均被激光扫描完毕；/n步骤12，通过数据分析，比对实际获得的光斑扫描轨迹和激光加工设备加工图纸中的理论光斑扫描轨迹，计算偏差，得到光斑扫描精度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种激光加工设备的激光光斑扫描精度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在激光加工设备作业面(8)设置一二维电动平移台(9)，该平移台(9)能够沿作业面(8)的横向和纵向两个方向移动；在平移台(9)上安装一去除镜头的CCD相机(10)；其中，CCD相机(10)的光敏面对准激光加工头(1)输出的激光束(11)；分别将激光加工头(1)中的激光器(2)和振镜(3)、平移台(9)、CCD相机(10)电连接至电脑(6)；
步骤2，启动激光器(2)并观察CCD相机(10)采集到的光斑图像，优化调节激光器(2)输出激光的衰减倍率以使得在CCD相机(10)采集到的图像中可清晰观察到光斑，且没有出现大面积饱和现象；
步骤3，调整激光加工头(1)与作业面(8)之间的距离，以使得CCD相机(10)采集到的图像中的光斑最小；
步骤4，标定振镜(3)坐标与CCD相机(10)采集到的图像坐标之间的几何关系；
步骤5，标定振镜(3)坐标与平移台(9)坐标之间的几何关系；
步骤6，电脑(6)根据生成的激光加工设备加工图纸数据，结合CCD相机(10)视场大小规划激光扫描路径和先后顺序；
步骤7，根据加工图纸大小和已经规划的振镜(3)扫描路径和先后顺序，结合CCD相机(10)视场大小和视场拼接顺序，确定平移台(9)的移动顺序；
步骤8，进行激光扫描，同步输出CCD相机(10)采集到的图像；
步骤9，分析步骤8中图像以得到光斑中心坐标，结合当前平移台(9)坐标，连续计算并记录当前光斑在所在位置坐标，获得CCD相机(10)当前视场下的实际光斑扫描轨迹；
步骤10，待激光扫描完成当前CCD相机(10)视场范围对应的图纸后，根据规范的路径移动CCD相机(10)到下一位置；
步骤11，重复步骤8～10，直至整幅激光加工设备加工图纸均被激光扫描完毕；
步骤12，通过数据分析，比对实际获得的光斑扫描轨迹和激光加工设备加工图纸中的理论光斑扫描轨迹，计算偏差，得到光斑扫描精度。


2.如权利要求1所述的激光加工设备的激光光斑扫描精度检测方法，其特征在于，
在步骤1和步骤2之间还包括：
控制激光照射到振镜(3)坐标为(0，0)的位置，该位置同时作为激光加工设备的坐标原点，平移台(9)运行的坐标原点，以及检测结果中光斑扫描完整轨迹曲线的坐标原点；
根据振镜(3)原点处激光光斑位置调整平移台(9)初始位置，当光斑位于CCD相机(10)采集到的图像中心时，平移台(9)调整到位，到位时的位置为平移台(9)原点；
所述步骤6中，调整激光加工设备加工图纸数据，使得激光加工设备加工图纸中心与振镜(3)扫描区域的中心位置重合。


3.如权利要求2所述的激光加工设备的激光光斑扫描精度检测方法，其特征在于，调整平移台(9)位置以使得实际激光光斑位于CCD相机(10)采集到的图像中心的方法包括：
移动平移台(9)到位后，获取CCD相机(10)采集的图像，经图像处理后得到光斑在图像中的像素坐标，结合已知的像素尺寸，进一步得到光斑在当前平移台(9)坐标下距离CCD相机(10)中心的偏差，根据该偏差量进一步调整平移台(9)位置，多次调整直至光斑位于CCD相机(10)采集的图像中心，实际激光光斑则位于CCD相机(10)中心。


4.如权利要求1所述的激光加工设备的激光光斑扫描精度检测方法，其特征在于，所述步骤2中，在启动激光器(2)之前，将激光器(2)的输出功率调到最小，并在激光器(2)和振镜(3)之间设置衰减器(5)；衰减器(5)用于调节激光器(2)输出激光的衰减倍率。


5.如权利要求1所述的激光加工设备的激光光斑扫描精度检测方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志武，姜广文，伏思华，雷志辉，
申请(专利权)人：湖南省鹰眼在线电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43