[发明专利]一种激光焦面与加工基准的快速找准方法及找准系统

说明书

本发明提供一种激光焦面与加工基准的快速找准方法及找准系统，解决现有激光焦点确定方法精度较低以及不适用于实际激光加工过程的问题。该系统包括激光加工单元、共轴视觉观测单元和找准基板；激光加工单元包括依次设置的激光器、激光旋转模块和聚焦镜；激光旋转模块用于增大激光损伤效果；共轴视觉观测单元包括图像采集相机和镜筒透镜，且共轴视觉观测单元的视场中心与激光加工头的轴线重合，其焦面能够自动调节；找准基板设置在激光加工面上，且共轴视觉观测单元的焦面与找准基板的上表面重合。该系统结构简单、成本较低，可快速精确地找准激光焦点空间位置，可快速实现同一工件不同加工基准，不同工件加工基准的快速确定。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种激光焦面与加工基准的快速找准方法及找准系统。

背景技术

激光加工技术具有无接触应力、加工精度高、易于实现自动化控制等优点，在薄壁件、精细微结构加工等方面的应用越来越广泛，逐渐替代原有机械加工技术成为一种重要的加工技术，然而由于激光焦点存在一定焦深，其定位精度对激光加工效果有较大的影响。

中国发明专利“CN201510205630.7”公开了一种自动获取激光焦点的方法，该方法中，先在X/Y/Z坐标处形成N个加工图形；再通过软件控制系统控制X/Y/Z运动控制系统和相机视觉系统获取N个加工图形，并利用图像算法对N个加工图形的线宽值进行分析；最后对比不同Z轴坐标的加工图形之间的线宽值和同一Z轴坐标的加工图形的线宽值及其线宽值差异，即可确定激光设备的激光焦点。由于激光具有一定焦深，该方法可粗略获得激光焦点的位置，获取的激光焦点位置精度较低。

中国发明专利“CN201610670751.3”公开了一种激光加工中的焦点位置确定设备、方法及装置，该方法较为复杂，并且判断方法不是基于实际的激光加工光束，不能准确的反应实际的激光焦点位置，所以激光焦点的测量精度有限，且由于方法和装置较为复杂，不适用于实际的激光加工过程。

在实际多工位加工时，由于激光焦点不是实体点，基准点需多次寻找，尤其在复杂曲面上、其基准坐标难以计算，极大地降低了激光加工的精度和效率，所以亟需一种高精度激光焦点以及加工基准的高效找准方法。

发明内容

本发明的目的是解决现有激光焦点确定方法精度较低以及不适用于实际激光加工过程的问题，提供一种激光焦面与加工基准的快速找准方法及找准系统。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。

一种激光焦面与加工基准的快速找准方法，包括以下步骤：

步骤一、在激光加工系统中设置共轴视觉观测单元，且共轴视觉观测单元的视场中心与激光加工头的轴线重合，所述共轴视觉观测单元包括图像采集相机和镜筒透镜；

步骤二、在激光加工面上放置一找准基板；

步骤三、调节镜筒透镜的位置，使共轴视觉观测单元的焦面与找准基板的上表面重合；

步骤四、激光器工作，发出激光束，激光束通过激光旋转模块增大激光损伤效果，并通过聚焦镜在找准基板上形成激光损伤斑点；

步骤五、调低激光器的激光功率，减小可实现基底材料损伤的焦深范围，直至激光损伤斑点的有效焦深降低至微米级；

步骤六、调整聚焦镜的位置，直至找准基板上能够观测到清晰的激光损伤斑点，激光焦点找准完成，固定聚焦镜与找准基板的位置；

步骤七、共轴视觉观测单元对找准基板进行观测，判断是否以清晰的成像面观测到找准基板上的激光损伤斑点；若不是，再次调节镜筒透镜的位置，直至共轴视觉观测单元以清晰的成像面识别到找准基板上的激光损伤斑点；此时，激光焦面、找准基板的上表面和共轴视觉观测单元的焦面重合；

步骤八、激光加工时，通过步骤七获取的共轴视觉观测单元的焦面来确定下次激光加工的激光焦面，保证多次加工的基准面一致。