CN103157909A

CN103157909A - 激光加工误差校正方法及处理器

Info

Publication number: CN103157909A
Application number: CN2011104449139A
Authority: CN
Inventors: 吕绍铨; 李闵凯; 刘松河
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: TWI438050B; TW201325792A; CN103157909B

Abstract

一种激光加工误差校正方法及处理器，该方法包括：执行一视觉误差检验程序，还包括：对具有一标准图像的一标准试片取像以产生一取样图像；以及比对该标准图像与该取样图像以记录两者各个对应点之间的视觉误差值，以产生视觉取像位置补偿表；执行一激光/视觉光程误差检验程序，还包括：以视觉取像位置补偿表与一测试图像对一工件进行激光试加工；对该工件取像以产生一工件图像；以及比对该工件图像与该测试图像以记录两者对应点之间的激光/视觉光程误差值，将视觉取像位置补偿表与激光/视觉光程误差值进行运算，以产生激光加工位置补偿表。

Description

激光加工误差校正方法及处理器

技术领域

本发明涉及激光加工误差校正技术。

背景技术

激光加工是一种常见的加工手段，其以激光光束于一工件的特定位置产生各种加工或微加工，包括记号的刻印、工件的焊接、切割或表面处理。

图1为已知激光加工装置100的结构图。该激光加工装置100包括一激光源110，用以产生一激光光束112。分光镜130用以将激光光束112穿透至激光扫描头(scan head)140上，而激光扫描头140会进一步将激光光束112导引至平台150上的一工件152。扫描头140为一振镜系统，其主要是由两反射镜142及144以及一聚焦镜170所组成。其中，该反射镜142及144用以将激光光束反射至该聚焦镜上，而该聚焦镜170则进一步将该激光光束聚焦在一平面上。该聚焦镜170同时亦供可见光通过，目的在使工件152的影像得以经由聚焦镜170以及分光镜130可反射可见光而被视觉检测器160侦得而让激光光束通过。值得注意的是，由于振镜系统在进行影像扫描时因激光扫描头140组装不精准，或因为反射镜或聚焦镜本身的各种光学失真等原因，使得视觉检测器160取得的视觉影像可能因畸变而与实际影像有所不同，其间的误差即为“视觉畸变误差”(后文将依此定义做说明)。此外，由于激光与可见光位于的光谱波段不同，因此，在经聚焦镜170聚焦后，会使得激光光束加工的位置与视觉检测器160所看到的位置有所不同，其间的误差则称为激光/视觉光程误差(后文将依此定义做说明)。

本发明目标利用同轴视觉影像技术来分离畸变误差与激光/视觉光程误差，达到快速校正的目的。

发明内容

本发明提供一种激光加工误差校正方法，包括：执行一视觉畸变误差检验程序，还包括：在一加工平台上放置的一标准试片，其具有一标准图像；对该标准试片取像以产生一取样图像；以及比对该标准图像与该取样图像以记录两者各个对应点之间的视觉误差值，以产生视觉取像位置补偿表；执行一激光/视觉光程误差检验程序，还包括：以一测试图像对一工件进行激光试加工；对该工件取像以产生一工件图像；以及比对该工件图像与该测试图像以记录两者对应点之间的激光/视觉光程误差值，将视觉取像位置补偿表与激光/视觉光程误差值进行运算，以产生激光加工位置补偿表。

本发明还提供一种激光加工误差校正处理器，位于一激光加工装置，其中该激光加工装置包括至少一视觉检测器以及一激光扫描头，该激光加工误差校正处理器包括：一视觉误差检验单元，用以通过该视觉检测器对该一标准试片取像以产生一取样图像；并比对该标准图像与该取样图像以记录两者各个对应点之间的视觉误差值，以产生视觉取像位置补偿表；以及一激光加工校正单元，用以通过该激光扫描头而以一测试图像对一工件进行激光试加工；通过该视觉检测器对该工件取像以产生一工件图像；并比对该工件图像与该测试图像以记录两者对应点之间的激光/视觉光程误差值，将视觉取像位置补偿表与激光/视觉光程误差值进行运算，以产生激光加工位置补偿表。

附图说明

图1为已知激光加工装置100的结构图。

图2为依据本发明一实施例的激光加工误差校正方法流程图。

图3为一实施例中标准试片、标准图像及取样图像的示意图。

图4为一实施例中测试图像及工件图像的示意图。

图5为依据本发明一实施例的激光加工误差校正处理器示意图。

【主要元件符号说明】

100～激光加工装置；

110～激光源；

112～激光光束；

130～分光镜；

140～激光扫描头；

150～平台；

152～工件；

142、144～反射镜；

170～聚焦镜；

160～视觉检测器；

300～激光加工装置；

310～标准试片；

310’～工件

350～加工平台；

360～视觉检测器；

352～标准图像；

352’～取样图像；

353’～工作图像；

P1、P2、P1′、P2′、P1”、P2”～标记点；

500～激光加工误差校正处理器；

502～视觉误差检验单元；

504～激光加工校正单元；

506～激光加工位置计算单元；

508～扫描头控制器

540～激光扫描头；

560～视觉检测器。

具体实施方式

下文为介绍本发明的最佳实施例。各实施例用以说明本发明的原理，但非用以限制本发明。本发明的范围当以后附的权利要求项为准。

以下说明激光加工误差校正方法

图2为依据本发明一实施例的激光加工误差校正方法流程图。本发明的激光加工误差校正方法用于激光扫描头结合同轴视觉检测器的激光加工平台，举例而言，可应用于如图1的电射加工装置100。本发明的方法在流程上可简化为“视觉畸变误差检验程序(S210)”、“激光/视觉光程误差检验程序(S220)”与“激光加工位置补偿表计算”，下文将以一最佳实施例并配合相关图示说明各个程序的详细步骤。

本发明的方法在执行视觉畸变误差检验程序S210时，还包括执行下列步骤：在步骤S212中，在一加工平台上放置的一标准试片，其中该标准试片具有一标准图像(举例而言，其上有多个标记)；在步骤S214中，对该标准试片取像以产生一取样图像；以及在步骤S216中，比对该标准图像与该取样图像以记录两者各个对应点间的视觉误差值，步骤S218，则针对步骤S216的视觉误差值进行运算，产生视觉取像位置补偿表。图3为一实施例中标准试片上标准图像及取样图像的示意图。在此实施例中，标准试片310放置于一激光加工装置300的一加工平台350上(步骤S212)，其实际的图像即称为标准图像352。其中，该标准图像352可预先记录或存储于激光加工装置的处理单元(图未示)。在一实施例中，标准图像352具有多个标记，例如图中所示的标记点P1～P9。视觉检测器360会对该标准试片310(或标准图像352)进行取像(步骤S214)。然而，如前文所述，由于激光扫描器组装定位以及聚焦镜的失真问题，造成视觉检测器360经过激光加工装置300撷取到的影像(即本文所简称的“取样图像”)将会与实际的标准图像352有所不同。在图3的实施例中，标准图像352中各标记点的虚框(例如虚框3522)为视觉检测器360在每一次进行影像检测时所能撷取到的影像范围，而此实施例中，每次撷取的影像范围中包括至少一标记点(例如虚框3522中的标记点P1)，其中，取样图像352’中的各个标记点P1’～P9’分别对应至标准图像352的各个标记点P1～P9，但各标记点皆可能偏离其原有位置，因此，将偏离中心点的标记点P1’～P9’分别校正至中心点，再存入电射加工装置100。此外，假设视觉畸变误差皆由激光扫描定位时的不精确所造成，则标准图像352中两标记点皆可能偏离原位置，导致两标记点间的距离被放大或缩小、相对方向被旋转。因此，在其他实施例中，标记点不限于一个，通过在一影像范围中设定两个或两个以上的标记点，该影像范围被缩放的比例、偏移的位置、以及旋转的角度即可被轻易识别，而上述两标记点在标准图像352及取样图像352’间的各种变化(包括距离比例、偏移位置以及角度)皆各该影像范围中各个对应标记点之间的“视觉畸变误差值”，而步骤S216目的即在纪录各个对应点之间的视觉误差值，经由步骤S218运算产生视觉取像位置补偿表后将偏离的影像区域中心位置与标记点对正，再存入电射加工装置100。在一实施例中，集合标准图像及取样图像两者所有对应点的视觉误差值运算即可建立一“视觉取像位置补偿表”。

本发明的方法在执行上述视觉畸变误差检验程序S210后，执行激光/视觉光程误差检验程序S220时，还包括执行下列步骤：在步骤S222中，以S210产生的视觉取像位置补偿表与一测试图像对一工件进行激光试加工；在步骤S224中，对该工件取像以产生一工件图像；在步骤S226中，比对该工件图像与该测试图像以记录两者对应点之间的激光/视觉光程误差值，步骤S230将视觉取像位置补偿表与激光/视觉光程误差值进行运算，产生激光加工位置补偿表。图4为一实施例中测试图像及工件图像的示意图。值得注意的是，此处“试加工”与正式的“加工”有所不同，其目的仅在检验出因为激光与可见光间的光程差所造成的“激光/视觉光程误差”。在图4的实施例中，测试图像为取样图像经校正后存储或记录在激光加工装置的处理单元中的一个图像，为方便说明，此实施例采用如同前述步骤S214中的“取样图像352”经视觉取像位置补偿表校正后存在电射加工装置100的图像做为测试图像353；然而，由于在其他实施例使用其他任何图像也可达到相同效果，故本发明中的“测试图像”可为各种形式的图案，本领域技术人员可参照后文内容理解此原理。类似步骤S214，步骤S224可通过激光加工装置300中的视觉检测器360对试加工完成后的工件310’进行取像，进而产生一工件图像353’。值得注意的是，由于激光与可见光的光程差之故，工件图像353’与测试图像353仍或多或少存在差异，此即为“激光/视觉光程误差”所致，而步骤S226目的即在通过比对工件图像353’与测试图样353而找出两者之间的差异值，步骤S230将视觉取像位置补偿表与激光/视觉光程误差值进行运算，产生激光加工位置补偿表。在图4的实施例中，测试图像353中标记点的虚框(例如虚框3522)为试加工于工件上后被视觉检测器360撷取到的影像范围，而此实施例中，每次撷取的影像范围中包括一个标记点(例如虚框3522中的标记点P1)，其中，工件图像353’中的各个标记点P1”～P9”分别对应至测试图像353的各个标记点P1’～P9’分别取像后存入电射加工装置100。更明确地说，假设激光/视觉光程误差由激光与可见光之间的光程误差所造成的，则测试图像353中标记点间的位置有可能在试加工后的工件图像353’有所不同；此外，由于激光扫描台定位组装与或聚焦镜的关系，工件图像353’的各个标记点间的距离可能被放大或缩小，而相对方向可能被旋转。在一实施例中，通过在一影像范围中设定两个或两个以上标记点，则该影像范围被缩放的比例值与旋转角度即可被计算出来。此影像区的激光/视觉光程误差即可被计算出来。值得注意的是，本发明步骤S222中的“激光试加工”可采用多种方法，举例而言，可采用“激光刻印法”，当工件由多层材料所构成时(各层材料可相同或相异)，此“激光刻印法”会以激光将工件上特定标记点所在位置的最上层材料予以刻蚀去除，其速度较快。本发明亦提供另一种新的“激光刻印法”，此方法与前述方法相反，其会保留该特定标记点的最上层材料，并将该标记点以外所有最上层材料予以蚀刻去除，其速度较慢，但可提高精确度。通过此一方法，可进一步提升视觉检测器360辨识影像的效率。

最后，本发明的方法经由执行步骤S230将视觉取像位置补偿表与激光/视觉光程误差值进行运算，产生激光加工位置补偿表，得到正确的“激光加工位置”。此时，激光加工机(300)因为激光与可见光的光程误差以被消除，所以，只需将激光加工位置补偿表输入至激光加工装置(例如图3的激光加工装置300)即可进行正式加工。本领域技术人员从本文应可了解到，在经过前述步骤S210～S230后，即便激光加工机在进行激光扫描时并未搭配使用视觉检测器，但因为已由前述步骤预先取得正确的“加工位置”，故仍可让激光扫描头达到理想的加工结果。值得注意的是，虽然前述实施例中诸如标准图像、取样图像、测试图像或工件图像皆以具有阵列排列的标记点的图案为例，然而，此仅为方便说明，其他实施例中也可采用任何可被视觉检测器(360)识别的各种图形，并包括各种数量的标记点数量(至少一个)。

以下说明激光加工误差校正处理器

除了前述的激光加工误差校正方法，本发明还提供一激光加工误差校正处理器。图5为依据本发明一实施例的激光加工误差校正处理器示意图。而该激光加工误差校正处理器至少包括一视觉检测器560以及一激光扫描头540。该激光加工误差校正处理器还包括一视觉误差检验单元502、激光加工校正单元504以及一激光加工位置计算单元506。该视觉误差检验单元502可通过该视觉检测器560对该一标准试片取像以产生一取样图像；并比对该标准图像与该取样图像以记录两者各个对应点之间的视觉误差值。该激光加工校正单元504可通过该激光扫描头540而以前述步骤S214中的“取样图像352”’经视觉取像位置补偿表校正后存在电射加工装置100的测试图像353，扫描头控制器508控制激光及一激光扫描头540，对一工件进行激光试加工，之后，通过该视觉检测器560对该工件取像以产生一工件图像，并比对该工件图像与该测试图像以记录两者对应点之间的激光/视觉光程误差值。该激光加工位置计算单元506可计算一加工位置点，通过加工校正单元504补偿加工计算单元的位置点，使计算单元计算出的位置点与激光加工的位置点相同。由于激光加工误差校正处理器500用以执行前述激光加工误差校正方法，而该方法的相关实施例已详述于前文，故本文不再对该激光加工误差校正处理器500的细节另行赘述。

本发明虽以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种激光加工误差校正方法，包括：

(一)执行一视觉畸变误差检验程序，还包括：

在一加工平台上放置的一标准试片，其具有一标准图像；

对该标准试片取像以产生一取样图像；以及

比对该标准图像与该取样图像以记录两者各个对应点之间的视觉误差值，以产生视觉取像位置补偿表；

(二)执行一激光/视觉光程误差检验程序，还包括：

以视觉取像位置补偿表与一测试图像对一工件进行激光试加工；

对该工件取像以产生一工件图像；以及

比对该工件图像与该测试图像以记录两者对应点之间的激光/视觉光程误差值；

(三)利用视觉取像位置补偿表与激光/视觉光程误差值计算出激光加工位置补偿表。

2.如权利要求1所述的激光加工误差校正方法，其中，每一次对该标准试片进行取像时所能撷取的范围中包括至少一标记点。

3.如权利要求1所述的激光加工误差校正方法，其中，测试图像为取样图像经校正后存储或记录在激光加工装置的处理单元中的一个图像。

4.如权利要求1所述的激光加工误差校正方法，其中，每一次对以该测试图像试加工所产生的该工件进行取像时所能撷取的范围中包括至少一标记点。

5.如权利要求1所述的激光加工误差校正方法，还包括：预先定义该标准试片中至少一标记点间的角度与距离。

6.如权利要求5所述的激光加工误差校正方法，还包括：通过标准试片的至少一标记点的角度与距离，进一步算出该标准图像与该取样图像中所有对应点间的旋转角度与影像分辨率。

7.如权利要求1所述的激光加工误差校正方法，还包括激光加工位置补偿表输入至激光加工装置，即可进行正式加工。

8.如权利要求1所述的激光加工误差校正方法，还包括将该标准图像与该取样图像中所有对应点之间的视觉误差值纪录成一视觉误差表。

9.如权利要求1所述的激光加工误差校正方法，还包括将该工件图像与该测试图像中所有对应点之间的激光/视觉光程误差值纪录成一加工误差表。

10.如权利要求1所述的激光加工误差校正方法，其中，当该工件由多层材料所构成时，该激光试加工的方法还包括：保留该特定标记点的最上层材料，并将该标记点以外所有最上层材料予以蚀刻去除。

11.如权利要求10所述的激光加工误差校正方法，其中，该激光试加工的方法还包括：或以激光将工件上特定标记点所在位置的最上层材料予以刻蚀去除。

12.一种激光加工误差校正处理器，位于一激光加工装置，其中该激光加工装置包括至少一视觉检测器以及一激光扫描头，该激光加工误差校正处理器包括：

一视觉误差检验单元，用以通过该视觉检测器对该一标准试片取像以产生一取样图像；并比对该标准图像与该取样图像以记录两者各个对应点之间的视觉误差值；以及

一激光加工校正单元，用以通过该激光扫描头而以视觉取像位置补偿表将取样图像校正后，存在电射加工装置的测试图像，对一工件进行激光试加工；通过该视觉检测器对该工件取像以产生一工件图像；并比对该工件图像与该测试图像以记录两者对应点之间的激光/视觉光程误差值，计算出激光加工位置补偿表。

13.如权利要求12所述的激光加工误差校正处理器，其中，该视觉误差检验单元每一次对该标准试片进行取像时所能撷取的范围中包括至少一标记点。

14.如权利要求12所述的激光加工误差校正处理器，其中，该视觉误差检验单元每一次对以该测试图像试加工所产生的该工件进行取像时所能撷取的范围中包括至少一标记点。

15.如权利要求12所述的激光加工误差校正处理器，其中该标准试片中至少一标记点间的角度与距离已预先定义。

16.如权利要求12所述的激光加工误差校正处理器，其中该视觉误差检验单元通过标准试片的至少一标记点的角度与距离，进一步算出该标准图像与该取样图像中所有对应点间的旋转角度与影像分辨率。

17.如权利要求12所述的激光加工误差校正处理器，还包括一扫描头控制器，控制激光及一激光扫描头，对一工件进行激光试加工。

18.如权利要求12所述的激光加工误差校正处理器，其中该视觉误差检验单元还用以将该标准图像与该取样图像中所有对应点之间的视觉误差值纪录成一视觉误差表。

19.如权利要求12所述的激光加工误差校正处理器，其中该激光加工校正单元还用以将该工件图像与该测试图像中所有对应点之间的激光/视觉光程误差值与视觉取像位置补偿表运算产生一激光加工位置补偿表。

20.如权利要求12所述的激光加工误差校正处理器，其中，该工件由多层材料所构成；当该激光加工校正单元进行激光试加工时，一扫描头控制器将保留该特定标记点的最上层材料，并以激光将该标记点以外所有最上层材料予以蚀刻去除。

21.如权利要求20所述的激光加工误差校正处理器，其中，该工件由多层材料所构成；当该激光加工校正单元进行激光试加工时，或以激光将工件上特定标记点所在位置的最上层材料予以刻蚀去除。