CN109704557B - 一种高精度石英玻璃激光切割定位方法 - Google Patents
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Abstract
一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，涉及石英玻璃切割技术领域；包括如下步骤：步骤一、调整位移台上石英玻璃的竖直方向高度，实现石英玻璃的上表面位于相机的焦距处；步骤二、在石英玻璃的上表面标记中心，将相机的基准原点与石英玻璃的中心对准；步骤三、将石英玻璃平移至切割头下方；切割头进行切割试刀；步骤四、依次对切割试刀划痕进行观察，选取最佳切割划痕；步骤五、测量切割头与相机的相对位置；本发明实现了全自动高效能的激光切割，提高了石英玻璃的切割精度，保证了切割质量，提升了切割工件的产成率。
Description
技术领域
本发明涉及一种石英玻璃切割技术领域，特别是一种高精度石英玻璃激光切割定位方法。
背景技术
石英属于典型的硬脆性材料，具有高可靠性的特点，在航空、航天、航海及地面领域的各种战略/战术武器导航、制导与控制系统中具有广泛的应用。石英挠性加速度计、石英振梁加速度计等均采用精密石英结构作为其关键的敏感单元。石英玻璃是一种典型的惯性传感器用石英器件，具有形状复杂、精度要求高的特点，通常采用超声落料或喷砂等机械磨削的方法进行加工，加工断面粗糙度大，加工效率低。
近年来，随着民用/军用市场的逐步开放，国内外对石英器件的需求不断增大，提高石英玻璃的产成率、产品质量以及生产效率是当前需要解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，实现了全自动高效能的激光切割，提高了石英玻璃的切割精度，保证了切割质量，提升了切割工件的产成率。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，包括如下步骤：
步骤一、在位移台上水平固定安装夹紧工装；将石英玻璃放置在工装上表面；夹紧工装夹紧石英玻璃；将位移台移动到相机下方，调整石英玻璃竖直方向高度，实现石英玻璃的上表面位于相机的焦距处；
步骤二、建立位移台坐标系oxyz；在石英玻璃的上表面标记中心，将相机的基准原点与石英玻璃的中心对准；
步骤三、选取石英玻璃的上表面任意一点为定位点，记录石英玻璃定位点在相机视场中的位置；将石英玻璃平移至切割头下方；切割头进行切割试刀；
步骤四、将切割试刀后的石英玻璃的定位点平移至相机视场内的记录位置；等步长移动石英玻璃；依次对切割试刀划痕进行观察，选取最佳切割划痕；
步骤五、测量切割头与相机的相对位置。
在上述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，所述的步骤一中，当石英玻璃的上表面位于相机的焦距时，石英玻璃的上表面与相机的竖直方向距离为20-30mm。
在上述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，所述的步骤二中，位移台坐标系oxyz的建立方法为；以位移台中心为坐标原点o；x轴方向指向位移台长度方向；y轴方向指向位移台宽度方向；z轴方向为竖直向下。
在上述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，所述的步骤二中，将相机的基准原点与石英玻璃的中心对准的方法为：采用步进移动，将石英玻璃中心向相机的基准原点位置移动；每一步依次沿x方向移动石英玻璃△X距离，沿y方向移动石英玻璃△Y距离；直至相机的基准原点与石英玻璃的中心的水平距离小于等于阈值，移动结束。
在上述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，所述的步骤二中，△X为10μm；△Y为10μm；相机的基准原点与石英玻璃的中心水平距离阈值为100μm。
在上述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，所述的步骤三中，切割头进行切割试刀的具体方法为：第一刀：以定位点为起始点，沿x方向切长度为100mm的直线；z向深度为dμm；第二刀：以第一刀起始点沿y轴平移7-12μm为起始点；沿x方向切长度为100mm的直线；z向深度为d+kμm；第三刀：以第二刀起始点沿y轴平移7-12μm为起始点；沿x方向切长度为100mm的直线；z向深度为d+2kμm；依次类推，……，直至第n刀：以第n-1刀起始点沿y轴平移7-12μm为起始点；沿x方向切长度为100mm的直线；z向深度为d+(n-1)kμm；n为正整数；d为正数；k为正数。
在上述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，所述的步骤三中，2≤n≤10；0＜d≤0.5μm；k为2-5μm。
在上述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，所述的步骤四中，等步长移动石英玻璃的具体方法为：沿y方向等步长移动石英玻璃；步长长度为7-12μm。
在上述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，所述的步骤四中，最佳切割划痕的选取方法为：该切割划痕沿x方向呈清晰点状连接的直线。
在上述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，所述的步骤五中，测量切割头与相机的相对位置的具体方法为：
将石英玻璃平移至切割头下方，切割头在石英玻璃上表面任意位置切割十字丝；将石英玻璃平移至相机下方，调整石英玻璃直至十字丝与相机的十字基准线重合；测量石英玻璃从切割十字丝的位置到与十字基准线重合位置的平移和偏转量，即为切割头与相机的相对位置。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明利用CCD相机或CMOS相机，自动识别石英玻璃的轮廓，确定石英玻璃中心，通过识别校正石英玻璃的圆心和相机基准原点之间的位置关系，来进行误差补偿，取代了传统的切十字丝补偿方法，提高了工件定位误差补偿精度，提升了误差补偿效率；
(2)本发明设计了工件抽检功能，保证了切割工件的合格率；
(3)本发明利用选取最佳激光焦距的工件试刀功能以及高精度的位移台控制，结合激光切割工艺，提高了石英玻璃的精度，保证了石英玻璃的质量；
(4)本发明采用机器人上下料，传送带式料盘实现了全自动高效能的石英玻璃激光切割，全面提高工件切割效率；可显著减少调试的时间，提高产成率。
附图说明
图1为本发明切割定位流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，实现了全自动高效能的激光切割，提高了石英玻璃的切割精度，保证了切割质量，提升了切割工件的产成率。
如图1所示为切割定位流程示意图，由图可知，一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，包括如下步骤：
步骤一、在位移台上水平固定安装夹紧工装；将石英玻璃放置在工装上表面；夹紧工装夹紧石英玻璃；将位移台移动到相机下方，调整石英玻璃竖直方向高度，实现石英玻璃的上表面位于相机的焦距处；当石英玻璃的上表面位于相机的焦距时，石英玻璃的上表面与相机的竖直方向距离为20-30mm。所述相机为CCD相机或CMOS相机。
步骤二、建立位移台坐标系oxyz；位移台坐标系oxyz的建立方法为；以位移台中心为坐标原点o；x轴方向指向位移台长度方向；y轴方向指向位移台宽度方向；z轴方向为竖直向下。在石英玻璃的上表面标记中心，将相机的基准原点与石英玻璃的中心对准；将相机的基准原点与石英玻璃的中心对准的方法为：采用步进移动，将石英玻璃中心向相机的基准原点位置移动；每一步依次沿x方向移动石英玻璃△X距离，沿y方向移动石英玻璃△Y距离；直至相机的基准原点与石英玻璃的中心的水平距离小于等于阈值，移动结束。其中，△X为10μm；△Y为10μm；相机的基准原点与石英玻璃的中心水平距离阈值为100μm。
步骤三、选取石英玻璃的上表面任意一点为定位点，记录石英玻璃定位点在相机视场中的位置；将石英玻璃平移至切割头下方；切割头进行切割试刀；切割头进行切割试刀的具体方法为：第一刀：以定位点为起始点，沿x方向切长度为100mm的直线；z向深度为dμm；第二刀：以第一刀起始点沿y轴平移7-12μm为起始点；沿x方向切长度为100mm的直线；z向深度为d+kμm；第三刀：以第二刀起始点沿y轴平移7-12μm为起始点；沿x方向切长度为100mm的直线；z向深度为d+2kμm；依次类推，……，直至第n刀：以第n-1刀起始点沿y轴平移7-12μm为起始点；沿x方向切长度为100mm的直线；z向深度为d+(n-1)kμm；n为正整数；d为正数；k为正数。2≤n≤10；0＜d≤0.5μm；k为2-5μm。
步骤四、将切割试刀后的石英玻璃的定位点平移至相机视场内的记录位置；等步长移动石英玻璃；等步长移动石英玻璃的具体方法为：沿y方向等步长移动石英玻璃；步长长度为7-12μm。依次对切割试刀划痕进行观察，选取最佳切割划痕；即该切割划痕沿x方向呈清晰点状连接的直线。
步骤五、测量切割头与相机的相对位置。
测量切割头与相机的相对位置的具体方法为：
将石英玻璃平移至切割头下方，切割头在石英玻璃上表面任意位置切割十字丝；将石英玻璃平移至相机下方，调整石英玻璃直至十字丝与相机的十字基准线重合；测量石英玻璃从切割十字丝的位置到与十字基准线重合位置的平移和偏转量，即为切割头与相机的相对位置。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (6)
1.一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、在位移台上水平固定安装夹紧工装；将石英玻璃放置在工装上表面；夹紧工装夹紧石英玻璃；将位移台移动到相机下方，调整石英玻璃竖直方向高度，实现石英玻璃的上表面位于相机的焦距处；
步骤二、建立位移台坐标系oxyz；在石英玻璃的上表面标记中心，将相机的基准原点与石英玻璃的中心对准；将相机的基准原点与石英玻璃的中心对准的方法为：采用步进移动，将石英玻璃中心向相机的基准原点位置移动；每一步依次沿x方向移动石英玻璃△X距离，沿y方向移动石英玻璃△Y距离；直至相机的基准原点与石英玻璃的中心的水平距离小于等于阈值，移动结束；
△X为10μm；△Y为10μm；相机的基准原点与石英玻璃的中心水平距离阈值为100μm；
步骤三、选取石英玻璃的上表面任意一点为定位点，记录石英玻璃定位点在相机视场中的位置；将石英玻璃平移至切割头下方；切割头进行切割试刀；切割头进行切割试刀的具体方法为：第一刀：以定位点为起始点，沿x方向切长度为100mm的直线；z向深度为dμm；第二刀：以第一刀起始点沿y轴平移7-12μm为起始点；沿x方向切长度为100mm的直线；z向深度为d+kμm；第三刀：以第二刀起始点沿y轴平移7-12μm为起始点；沿x方向切长度为100mm的直线；z向深度为d+2kμm；依次类推，……，直至第n刀：以第n-1刀起始点沿y轴平移7-12μm为起始点；沿x方向切长度为100mm的直线；z向深度为d+(n-1)kμm；n为正整数；d为正数；k为正数；
步骤四、将切割试刀后的石英玻璃的定位点平移至相机视场内的记录位置；等步长移动石英玻璃；依次对切割试刀划痕进行观察，选取最佳切割划痕；
步骤五、测量切割头与相机的相对位置；测量切割头与相机的相对位置的具体方法为：
将石英玻璃平移至切割头下方，切割头在石英玻璃上表面任意位置切割十字丝；将石英玻璃平移至相机下方，调整石英玻璃直至十字丝与相机的十字基准线重合；测量石英玻璃从切割十字丝的位置到与十字基准线重合位置的平移和偏转量，即为切割头与相机的相对位置。
2.根据权利要求1所述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，其特征在于：所述的步骤一中，当石英玻璃的上表面位于相机的焦距时，石英玻璃的上表面与相机的竖直方向距离为20-30mm。
3.根据权利要求2所述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，其特征在于：所述的步骤二中，位移台坐标系oxyz的建立方法为；以位移台中心为坐标原点o；x轴方向指向位移台长度方向；y轴方向指向位移台宽度方向；z轴方向为竖直向下。
4.根据权利要求3所述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，其特征在于：所述的步骤三中，2≤n≤10；0＜d≤0.5μm；k为2-5μm。
5.根据权利要求4所述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，其特征在于：所述的步骤四中，等步长移动石英玻璃的具体方法为：沿y方向等步长移动石英玻璃；步长长度为7-12μm。
6.根据权利要求5所述的一种高精度石英玻璃激光切割定位方法，其特征在于：所述的步骤四中，最佳切割划痕的选取方法为：该切割划痕沿x方向呈清晰点状连接的直线。
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