[发明专利]实现激光扫描加工监测和加工定位的装置及方法、激光加工设备

说明书

为解决传统定位测量装置相机观测范围较小和成像质量不高的问题，本发明提供了一种实现激光扫描加工监测和加工定位的装置及方法、激光加工设备。实现激光扫描加工监测和加工定位的装置包括反射镜、CCD相机和环形照明光源；反射镜设置在激光加工设备中场镜的出光口，用于将从场镜出射的激光束反射至工件上；CCD相机设置在反射镜的上方；环形照明光源设置在反射镜的反射光路上，环形照明光源中部通孔用于激光束通过；环形照明光源光线波长与激光束波长不相等；反射镜为半透半反的镜片，对激光束有99％以上的平均反射率，对环形照明光源发出的照明光线有90％以上的平均透过率。利用CCD相机直接成像，避免了传统方案中引入远心场镜造成的像差，成像质量更高。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，涉及一种实现激光扫描加工监测和加工定位的装置及方法、激光加工设备。

背景技术

由于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的优点，因而在薄壁件、具有精细微结构零件的加工方面应用越来越广泛，逐渐替代了原有机械加工技术，成为一种重要的精细微结构加工技术。激光加工过程中，工件的定位精度及特征检测精度是激光加工设备的重要技术指标，也是决定最终工件加工质量的重要因素。

激光加工监测和加工定位，主要有同轴法定位测量和旁轴法定位测量两种。

传统的同轴法定位测量装置，其激光光束与相机镜头部分同轴，由于扫描振镜入光口径、扫描振镜镜片尺寸以及CCD镜头与观测面镜头距离远等因素的限制，使得相机的观测范围较小；同时，由于远心场镜会引来光学像差，对相机成像质量存在影响。

传统的旁轴法定位测量装置，相机镜头与观测面成一定夹角，所形成的图像存在畸变，成像精度不高。

发明内容

为了解决传统定位测量装置相机观测范围较小和成像质量不高的技术问题，本发明提供了一种实现激光扫描加工监测和加工定位的装置及方法、激光加工设备。

本发明的技术方案是：

实现激光扫描加工监测和加工定位的装置，其特殊之处在于：包括反射镜、CCD相机和环形照明光源；

反射镜设置在激光加工设备中场镜的出光口，用于将从所述场镜出射的激光束反射至工件上；CCD相机设置在反射镜的上方；环形照明光源设置在反射镜的反射光路上，环形照明光源的中部通孔用于激光束通过；环形照明光源的光线波长与激光束的波长不相等；

所述反射镜为半透半反的镜片，对激光束有99％以上的平均反射率，对环形照明光源发出的照明光线有90％以上的平均透过率。

进一步地，所述反射镜为大幅面反射镜，可涵盖从振镜和场镜出射的激光束的扫描范围。

进一步地，为提高成像质量，所述环形照明光源的轴线与所述相机轴线平行。

进一步地，环形照明光源的光照强度可调，使装置可适应多种加工工况，利于工件基准的识别。

本发明同时提供了一种基于上述实现激光扫描加工实时监测和加工定位的装置进行激光加工实时监测的方法，其特殊之处在于，包括步骤：

1)利用反射镜将场镜的出射光束反射至被加工工件上，进行激光加工；

2)利用环形照明光源照亮被加工工件；

3)CCD相机实时拍摄被加工工件表面图像；

4)从被加工工件表面图像中提取已加工特征尺寸，并将提取的已加工特征尺寸与设计值比较，若偏差在阈值范围内，则以当前工艺参数继续进行激光加工；若偏差不在阈值范围内，则返回用于调节工艺参数的偏差值。

本发明还提供了一种基于上述实现激光扫描加工实时监测和加工定位的装置进行加工定位的方法，其特殊之处在于，包括步骤：