CN109570749A - 一种提高激光打标系统调试精度的方法 - Google Patents

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胡述旭
鲁力伟
曹洪涛
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Abstract

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种提高激光打标系统调试精度的方法，用于需要进行大幅面高精度加工的激光打标设备。通过将加工面中心与打标区域中心重合、将×字标记和CCD拍照区域中心的十字光标重合，完成打标区域工件中心坐标和拍照区域工件中心坐标的粗标定，然后将粗标定的中心点位坐标与激光加工系统中的十字光标原点进行判定并反馈来回优化，使加工面中心点位于激光加工和图像采集处的中心点，有利于提高工件的边缘位置与中心位置的加工效果一致，也有助于减小镜头畸变对加工精度的负面影响，提高CCD采集图像的精度，并且不依赖工程师的细心调试，提高了调试的效果和效率。

Description

一种提高激光打标系统调试精度的方法
技术领域
本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种提高激光打标系统调试精度的方法。
背景技术
在激光精密加工系统中，基于CCD定位的方式相较于传统的单纯采用机械定位的方式灵活且精度更高。目前，基于CCD定位的激光精密加工系统一般的调试方案都是找到激光的打标点位和CCD的拍照点位后，调整CCD模板，然后一次标定成功后就开始测试补偿和生产，不再对点位进行调整。
该种调试方法可以达到普通的CCD定位精度要求，但是对于大幅面高精度激光精密加工系统来说，有以下不足：
1、大幅面高精度的拍照一般对于CCD视野要求大且精细，但CCD元器件及镜头的成本也会随着高精度和大视野兼顾而攀升，所以选购时一般刚好够用就好，因此CCD视野比所需的拍照范围超出的余量就会较少。这就需要尽可能地将拍照中心点对准需要采集图像的工件的中心，避免采集到的图像不清晰，而传统的找CCD拍照点位方法难以满足要求。
2、大幅面的激光加工对于激光加工系统的打标范围和精度也有较高的要求。一次加工完毕的话，将需要加工的对象置于激光加工范围的正中心，有利于避免边缘处的加工面因为太靠近边缘而出现加工不均匀的情况，而传统的找打标点位的方法在大幅面加工中难以满足要求。
3、另外，传统的点位找寻方法依赖于工程师的细心程度，实际工程测试的结果显示，激光加工系统中的中心点与工件的加工面中心点的间隔值在0.1mm—0.5mm波动，效率低、精度低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种提高激光打标系统调试精度的方法，旨在解决现有激光加工中采集图像精度低、加工不均匀的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种提高激光打标系统调试精度的方法，用于需要进行大幅面高精度加工的激光打标设备，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将工件的加工面中心与打标机的打标区域中心重合，获取打标区域工件中心坐标(X1,Y1)；
步骤2、打标机在加工面上打出“×”字标记；
步骤3、移动机械平台，将”×”字标记和CCD的拍照区域中心的十字光标对准，并获取拍照区域工件中心坐标(X2,Y2)；
步骤4、调整CCD模板，并作CCD标定；
步骤5、CCD相机拍照生成工件的轮廓，并在激光加工系统上得到工件的加工面中心点坐标为(X0,Y0)；
步骤6、在激光加工系统中以或十字光标为原点，判断|X0|是否大于0.005，且|Y0|是否大于0.005；若是，则结束调试开始激光加工；若否，修正打标区域工件中心坐标和拍照区域工件中心坐标分别为(X1’,Y1’)和(X2’,Y2’)并返回步骤4重新调整CCD模板和CCD标定；其中，X1’＝X1-X0，Y1’＝Y1-Y0；X2’＝X2-X0，Y2’＝Y2-Y0。
本发明的更进一步优选方案是：所述工件的长和宽均大于或等于140mm、小于或等于150mm，并且精度为0.03mm。
本发明的更进一步优选方案是：所述打标区域的长和宽均为160mm。
本发明的更进一步优选方案是：所述拍照区域的长为150mm，宽为255mm。
本发明的更进一步优选方案是：所述CCD相机采用工作距离为410mm、全面幅2900万像素的镜头。
本发明的有益效果在于，通过将加工面中心与打标区域中心重合、将“×”字标记和CCD拍照区域中心的十字光标重合，完成打标区域工件中心坐标和拍照区域工件中心坐标的粗标定，然后将粗标定的工件中心坐标与激光加工系统中的十字光标原点进行判定并反馈来回优化，使加工面中心点位于激光加工和图像采集处的中心点，有利于提高工件的边缘位置与中心位置的加工效果一致，也有助于减小镜头畸变对加工精度的负面影响，提高CCD采集图像的精度，并且不依赖工程师的细心调试，提高了调试的效果和效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的提高激光打标系统调试精度的方法的流程框图；
图2是本发明实施例的提高激光打标系统调试精度的方法的加工示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1所示，本实施例的一种提高激光打标系统调试精度的方法，用于需要进行大幅面高精度加工的激光打标设备，具体包括以下步骤：
步骤1、将工件的加工面中心与打标机的打标区域中心重合，获取打标区域工件中心坐标(X1,Y1)；
步骤2、打标机在加工面上打出“×”字标记；
步骤3、移动机械平台，将”×”字标记和CCD的拍照区域中心的十字光标对准，并获取拍照区域工件中心坐标(X2,Y2)；
步骤4、调整CCD模板，并作CCD标定；
步骤5、CCD相机拍照生成工件的轮廓，并在激光加工系统上得到工件的加工面中心点坐标为(X0,Y0)；
步骤6、在激光加工系统中以或十字光标为原点，判断|X0|是否大于0.005，且|Y0|是否大于0.005；若是，则结束调试开始激光加工；若否，修正打标区域工件中心坐标和拍照区域工件中心坐标分别为(X1’,Y1’)和(X2’,Y2’)并返回步骤4重新调整CCD模板和CCD标定；其中，X1’＝X1-X0，Y1’＝Y1-Y0；X2’＝X2-X0，Y2’＝Y2-Y0。
更佳地，在本实施例中，所述工件1的长为140mm、宽为140mm，并且精度为0.03mm；激光打标设备(图未示)设有打标机和CCD相机，打标机的打标区域2的长为160mm，宽为160mm；CCD相机的拍照区域长为150mm，宽为255mm。
图2中，各标号分别表示为：1、工件；2、打标区域；3、拍照区域；4、加工面中心点；5、打标区域中心点；6、拍照区域中心点。
特别地，坐标(X1,Y1)、(X1’,Y1’)是加工面中心点4在打标区域2处相对于机械平台的坐标；(X2,Y2)、(X2’,Y2’)是加工面中心点4在拍照区域3处相对于机械平台的坐标；坐标(X0,Y0)、(X0',Y0')则是激光加工系统中的加工面中心点4以十字光标(此时即“×”字标记)为原点时的坐标。
具体地，设置激光打标设备的参数。其中，打标速度为1200mm/s，激光重复频率为50kHz，Q释放时间为18微秒；填充间距为0.01mm，激光功率为1.7W。
如步骤2-1所示，粗找打标点位的坐标。工件1位于打标区域2内，将工件1的加工面中心点4与打标区域中心点5基本重合，并获取工件1在机械平台上的打标区域工件中心坐标(X1,Y1)。
如步骤2-2所示，打标机在加工面上打标。打标机在打标区域中心点5的位置打上”×”字标记。
如步骤2-3所示，粗找拍照点位的坐标。工件1位于拍照区域3内，移动平台，将“×”字标记和CCD的拍照区域中心点6处的十字光标对准，获取拍照区域工件中心坐标(X2,Y2)。
然后调整CCD模板，对打标区域2和拍照区域3进行局部标定，标定后激光与CCD坐标映射相同。CCD相机拍照生成工件1的加工面的轮廓。
如步骤2-4所示，拍照定位后，激光打标设备中的激光加工系统得到工件的加工面中心点4，在CCD坐标系中的坐标为(X0,Y0)。随后，在激光加工系统中以十字光标为原点，判断|X0|是否大于0.005，且|Y0|是否大于0.005。若都是，则结束调试开始激光加工。若否，则进行下述步骤。
如步骤2-5所示，补偿打标点位的位置。将打标区域工件中心坐标(X1,Y1)修正为(X1’,Y1’)，其中，X1’＝X1-X0，Y1’＝Y1-Y0。这种调试方法可以使得最终生成的加工面中心点4大幅接近于激光加工的中心点位坐标，有利于提高工件边缘与中心位置的加工效果的一致性。
如步骤2-6所示，补偿拍照点位的位置。将拍照区域工件中心坐标(X2,Y2)修正为(X2’,Y2’)，其中，X2’＝X2-X0，Y2’＝Y2-Y0。采用该种调试方法优化的CCD拍照点位更接近于视野的中心点，有助于减少镜头畸变对于精度的负面影响，可以提高CCD采集图像的精度。
修正后重新调整CCD模板并重新对打标区域和拍照区域进行局部标定，此时拍照生成的加工面中心点坐标为(X0’,Y0’)，较接近于软件的中心零点，判断直到测试的结果是X0’和Y0’的绝对值小于0.005，即加工面中心点4与打标区域中心点5和拍照区域中心点6重合。
例如，在CCD与打标机激光不同轴的情形下，打标区域工件中心坐标为(70,70)，拍照区域工件中心坐标为(75,75)，然后标定得到工件1相对于十字光标的加工面中心点坐标为(0.5,0.6)，说明工件1偏右上方。补偿后打标区域工件中心坐标为(69.5,69.4)，拍照区域工件中心坐标为(74.5,74.4)，补偿的同时工件1向坐下角微调移动，这样本来偏右上方的加工面中心点4就离打标区域中心点5和拍照区域中心点6更近了。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种提高激光打标系统调试精度的方法，用于需要进行大幅面高精度加工的激光打标设备，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将工件的加工面中心与打标机的打标区域中心重合，获取打标区域工件中心坐标(X1,Y1)；
步骤2、打标机在加工面上打出“×”字标记；
步骤3、移动机械平台，将”×”字标记和CCD的拍照区域中心的十字光标对准，并获取拍照区域工件中心坐标(X2,Y2)；
步骤4、调整CCD模板，并作CCD标定；
步骤5、CCD相机拍照生成工件的轮廓，并在激光加工系统上得到工件的加工面中心点坐标为(X0,Y0)；
步骤6、在激光加工系统中以十字光标为原点，判断|X0|是否大于0.005，且|Y0|是否大于0.005；若是，则结束调试开始激光加工；若否，修正打标区域工件中心坐标和拍照区域工件中心坐标分别为(X1’,Y1’)和(X2’,Y2’)并返回步骤4重新调整CCD模板和CCD标定；其中，X1’＝X1-X0，Y1’＝Y1-Y0；X2’＝X2-X0，Y2’＝Y2-Y0。
2.根据权利要求1所述的提高激光打标系统调试精度的方法，其特征在于，所述工件的长和宽均大于或等于140mm、小于或等于150mm，并且精度为0.03mm。
3.根据权利要求2所述的提高激光打标系统调试精度的方法，其特征在于，所述打标区域的长和宽均为160mm。
4.根据权利要求2所述的提高激光打标系统调试精度的方法，其特征在于，所述拍照区域的长为150mm，宽为255mm。
5.根据权利要求4所述的提高激光打标系统调试精度的方法，其特征在于，所述CCD相机采用工作距离为410mm、全面幅2900万像素的镜头。
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