[发明专利]一种激光加工初始位置的对焦定位方法及激光加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工技术，特别是一种激光加工中初始位置的对焦定位方法及激光加工装置。

背景技术

目前，激光加工设备在半导体和微电子产业、汽车工业、船舶工业、航天工业等领域应用广泛。由于激光是通过聚焦之后进行切割、焊接、打孔等加工，因此激光束焦点与被加工工件表面的相对位置也显得异常重要。常规的激光对焦方法主要有：烧斑法、红外摄像法、小孔扫描法等。其中烧斑法最为常用，只需取一张湿纸贴在工件表面即可，简单易行。但是此法只能向人们提供大致的焦点轮廓，且由于材料的横向热传导效应，使烧取的焦点图样失真，有时模糊不清，对焦不准确。而且，目前在确定加工初始位置时，采用精确度不高的目测法，不能满足精加工的要求。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种对焦和定位精确度高的激光加工初始位置的对焦定位方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种激光加工初始位置的对焦定位方法，包括如下步骤：

(a)将被加工工件放在加工平台上，打开激光器，激光器发出的光束经激光加工头的光路系统投射在被加工工件的表面，形成光斑；

(b)沿着与加工平台表面相垂直的方向移动激光加工头，并用与该激光加工头同步运动的摄像头实时采集光斑图像，并传输至计算机处理，计算机将获取的光斑图像的属性进行比较，确定位于焦平面的光斑图像，并以此为依据调节激光加工头在加工平台表面垂直方向的位置；

(c)沿着与加工平台表面相平行的方向移动激光加工头至被加工工件的加工初始点D附近，摄像头采集加工初始点D的图像D1和在激光器出光状态下的光斑图像D2，分别获取D1和D2的中心，并以此次为依据调节激光加工头在加工平台表面平行方向的位置。

本发明利用位于焦平面的光斑图像的属性(如亮度、清晰度、面积)与其它位置的光斑图像的属性不同的原理，先沿着与加工平台表面相垂直的方向移动激光加工头，同时用摄像头实时采集光斑图像，再通过计算机对比光斑图像的属性来找出位于焦平面的光斑图像，然后根据该光斑图像所对应的激光加工头在加工平台表面垂直方向的移动距离，移动激光加工头，对焦工作完成，精确度高可以达到0.05mm。对焦完成后，通过计算机确定加工初始点的中心与光斑中心之间的位置关系，根据该位置关系沿加工平台表面平行方向移动激光加工头，从而获得加工初始位置的精确定位，定位精确度高可以达到0.05mm。

在上述方法的步骤(b)中，计算机获取的光斑图像的属性优选为亮度、清晰度和面积中的一种或多种。位于焦平面的光斑图像的亮度最大、清晰度最高、面积最小。

作为上述方法的优选实施例，在步骤(a)之前还设有光路系统校正步骤：先将所述激光加工头的喷嘴卸下，然后在所述加工平台上画一个中心带有十字交叉线的参照圆，移动激光加工头，使激光加工头的套筒与该参照圆同轴，再调整所述摄像头，使摄像头的十字交叉线与该参照圆的十字交叉线相重合；然后打开激光器，调整所述激光加工头的反射镜的偏转角度，使光斑中心与摄像头的十字交叉线重合；最后将所述喷嘴装上，微调喷嘴的位置，使喷嘴小孔中心与摄像头的十字交叉线交叉点重合。该光路系统校正方法具有快速准确的优点。

作为上述方法的另一优选实施例，所述激光加工头的光路系统包括半透半反射镜，所述激光器发出的光束经过该半透半反射镜的反射后在被加工工件的表面形成光斑，该光斑图像透过半透半反射镜进入所述摄像头。

本发明的另一目的在于提供一种激光加工装置，包括加工平台、激光器、激光加工头以及用于调节激光器、激光加工头与加工平台相对位置的驱动机构，还包括摄像头和计算机，该摄像头安装在所述激光加工头上且与所述计算机相连，所述计算机与所述驱动机构相连；所述激光加工头包括半透半反射镜，所述激光器发出的光束经过该半透半反射镜的反射后在被加工工件的表面形成光斑，该光斑图像透过半透半反射镜进入所述摄像头。

通过增设摄像头和计算机等部件，使得激光加工装置不仅可以用于常规的激光加工，还具有辅助对焦和定位的功能，方便了激光加工作业。

上述装置中，所述摄像头优选采用CCD摄像头，以获取高解析度的光斑图像。另外，还包括HDMI采集卡，所述摄像头经该HDMI采集卡与所述计算机相连，利用HDMI采集卡采集高清图像。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的方法对加工初始位置的对焦和定位精确性高，能满足精加工要求，而且可以快速准确地校正光路系统；本发明的激光装置不仅可以激光加工，还具有辅助对焦和定位的功能，方便了激光加工作业。

附图说明

图1是本发明实施例激光加工装置的结构示意图；