CN110076451A - 激光加工装置及激光焦距补偿方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光加工装置及激光焦距补偿方法。在本申请中，首先利用激光器发出激光束，通过振镜组对激光束进行偏振并反射至场镜。然后，再通过数据处理设备根据激光束形成的待打标点的坐标值以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值，根据焦距补偿值得到场镜的偏移量，并发送包含该偏移量的控制信号至控制设备。最后，控制设备根据接收到的控制信号控制场镜以偏移量进行偏移。如此，通过预先建立焦距补偿模型，在进行打标时，根据打标点的坐标值以及该焦距补偿模型得到偏移量，从而对场镜进行控制，避免了由于焦点受场镜聚焦的影响而不在同一水平面影响标刻效果的问题。

Description

激光加工装置及激光焦距补偿方法

技术领域

本发明涉及激光标刻技术领域，具体而言，涉及一种激光加工装置及激光焦距补偿方法。

背景技术

目前，激光焊接、激光打标及激光切割等工艺技术普遍应用于制造行业，尤其是新兴新能源行业更是广泛采用激光焊接技术。目前激光技术在电池行业的主流应用主要包括电池内极耳焊接、外表面焊接、封口焊接、极柱焊接、汇流板焊接以及软连接焊接等。

相对于传统方式，振镜式激光焊接机以高速移动的振镜扫描片代替二维工作台，再配合强大图形处理功能的软件，实现了程序控制的瞬间多点焊接，有效提高了生产效率和灵活性。但是，现有的振镜式激光在实际生产中也存在一些问题，主要体现在由于受焦距影响极大，振镜激光焊接范围内中心区域与边缘位置激光所产生的焦点受场镜聚焦的影响，可能出现不在同一水平面的现象，从而导致场镜范围内部分区域的焊接缺陷。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于，提供一种激光加工装置及激光焦距补偿方法以改善上述问题。

本申请实施例提供一种激光加工装置，所述激光加工装置包括激光器、振镜组、场镜、数据处理设备以及控制设备，所述振镜组和场镜顺序设置于所述激光器的光路上，所述控制设备分别与所述数据处理设备和所述场镜连接；

所述振镜组用于对所述激光器发出的激光束进行偏转并反射至所述场镜；

所述数据处理设备用于根据所述激光束形成的待打标点的坐标值以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值，根据所述焦距补偿值得到所述场镜的偏移量，并发送包含所述偏移量的控制信号至所述控制设备；

所述控制设备用于根据接收到的控制信号控制所述场镜以所述偏移量移动。

可选地，所述数据处理设备用于通过以下方式建立所述焦距补偿模型：

将所述场镜的中心点的第一焦距值、所述场镜的各边缘点的第二焦距的平均焦距值以及各所述边缘点到所述中心点的间距的平均间距值作为参数，并按以下公式构建所述焦距补偿模型：

K＝(F2-F1)/L1

其中，F2为所述平均焦距值，F1为所述第一焦距值，L1为所述平均间距值。

可选地，所述数据处理设备用于通过以下方式得到焦距补偿值；

根据所述激光束形成的待打标点的坐标值以及所述场镜的中心点的坐标值，得到所述待打标点与所述中心点之间的距离；

根据所述待打标点与所述中心点之间的距离以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值。

可选地，所述焦距补偿值根据所述距离和所述焦距补偿模型通过以下公式计算得到：

其中，α为焦距补偿值，K为所述焦距补偿模型，x为所述待打标点的横坐标，y为所述待打标点的纵坐标，x’为所述中心点的横坐标，y’为所述中心点的纵坐标，为所述待打标点到所述中心点的距离。

可选地，所述振镜组包括X轴扫描镜以及Y轴扫描镜，所述X轴扫描镜和所述Y轴扫描镜顺序设置于所述激光器的光路上；

所述X轴扫描镜用于对所述激光器发出的激光束进行X轴方向上的偏转，并反射至所述Y轴扫描镜；

所述Y轴扫描镜用于对接收到的激光束进行Y轴方向上的偏转，并反射至所述场镜。

可选地，所述振镜组还包括偏转机构，所述偏转机构分别与所述数据处理设备及所述X轴扫描镜和所述Y轴扫描镜连接，用于在所述数据处理设备的控制下控制所述X轴扫描镜和所述Y轴扫描镜进行偏转。

可选地，所述控制设备包括伺服电机以及电机轴，所述伺服电机与所述数据处理设备连接，所述场镜设置在所述电机轴的一端；

所述伺服电机用于根据接收到的控制信号控制所述电机轴；

所述电机轴在所述伺服电机的控制下带动所述场镜移动所述偏移量。

本申请另一实施例提供一种激光焦距补偿方法，用于校正激光加工装置的焦距误差，所述激光加工装置包括激光器、振镜组、场镜、数据处理设备以及控制设备，所述振镜组和场镜顺序设置于所述激光器的光路上，所述控制设备分别与所述数据处理设备和所述场镜连接，所述激光焦距补偿方法包括：

所述激光器发出激光束；

所述振镜组对所述激光束进行偏转并反射至所述场镜；

所述数据处理设备根据所述激光束形成的待打标点的坐标值以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值，根据所述焦距补偿值得到所述场镜的偏移量，并发送包含所述偏移量的控制信号至所述控制设备；

所述控制设备根据接收到的控制信号控制所述场镜以所述偏移量移动。

可选地，所述方法还包括：

将所述场镜的中心点的第一焦距值、所述场镜的各边缘点的第二焦距的平均焦距值以及各所述边缘点到所述中心点的间距的平均间距值作为参数，并按以下公式构建所述焦距补偿模型：

K＝(F2-F1)/L1

其中，F2为所述平均焦距值，F1为所述第一焦距值，L1为所述平均间距值。

可选地，所述数据处理设备根据所述激光束形成的待打标点的坐标值以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值的步骤，包括：

根据所述激光束形成的待打标点的坐标值以及所述场镜的中心点的坐标值，得到所述待打标点与所述中心点之间的距离；

根据所述待打标点与所述中心点之间的距离以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值。

本申请实施例提供的激光加工装置及激光焦距补偿方法，利用激光器发出激光束，并通过振镜组对激光束进行偏振并反射至场镜。然后，再通过数据处理设备根据激光束形成的待打标点的坐标值以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值，根据焦距补偿值得到场镜的偏移量，并发送包含该偏移量的控制信号至控制设备。最后，控制设备根据接收到的控制信号控制场镜以偏移量进行偏移。如此，通过预先建立焦距补偿模型的方式，在进行打标时，根据打标点的坐标值以及该焦距补偿模型得到偏移量，从而对场镜进行控制，避免了由于焦点受场镜聚焦的影响而不在同一水平面而影响标刻效果的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的激光加工装置的结构图。

图2为本申请实施例提供的激光加工装置的示意性结构框图。

图3为本申请实施例提供的场镜聚焦的示意图。

图4为本申请实施例提供的激光焦距补偿方法的流程图。

图5为图4中步骤S120的子步骤的流程图。

图标：1-激光加工装置；10-激光器；20-振镜组；21-X轴扫描镜；22-Y轴扫描镜；23-第一偏振部件；24-第二偏振部件；30-场镜；40-数据处理设备；50-控制设备；60-待加工工面。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

激光发生器产生激光并入射至振镜镜片，配合控制软件形成预设的打标图案路径，振镜镜片反射激光至聚焦透镜，聚焦能量至焦距面完成激光雕刻。激光在经过聚焦后的光束，穿插过焦距点以后，由于激光的特性，光束并不会就此终结或者变相，会产生交叉后继续散射。所以激光焦距面过高或者过低都会错失正确的焦距面，只有在正确的焦距面上，激光光斑最小、能力最强。而由于场镜为凸透镜，从边缘点到中心点其焦距存在差异，若不能实时动态调整聚焦透镜，可能导致激光光束并不能作用于正确的焦距面，导致某些焊接区域出现焊接缺陷。

基于上述研究，本申请提供一种激光焦距补偿方案，可通过预先建立焦距补偿模型的方式，在进行打标时，根据打标点的坐标值以及该预先建立的焦距补偿模型得到偏移量，从而对场镜进行控制，避免由于焦点受场镜聚焦的影响而不在同一水平面，进而影响标刻效果的缺陷。

请结合参阅图1和图2，本申请实施例提供一种激光加工装置1，该激光加工装置1包括激光器10、振镜组20、场镜30、数据处理设备40以及控制设备50。振镜组20和场镜30顺序设置于激光器10的光路(图1中箭头所示)上，控制设备50分别与数据处理设备40和场镜30连接。

激光器10可用于发出激光束，激光束到达振镜组20后，通过振镜组20对激光束进行偏转后反射至场镜30。同时，在本实施例中，数据处理设备40可根据激光束形成的待打标点的坐标值以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值，根据焦距补偿值得到场镜30的偏移量，并发送包含该偏移量的控制信号至控制设备50。

控制设备50在接收到数据处理设备40发出的控制信号后，可控制场镜30以控制信号中的偏移量进行移动。

激光器10发出的激光束在进行整形后，会以平行光束照射至场镜30，本实施例中，场镜30采用的是凸透镜，凸透镜经过光学折射，将平行光光束聚焦到一个焦距点上，形成焦距面。凸透镜的光心点到焦距面的垂直距离就是我们常说的焦距。一般的激光加工装置1配套的场镜30上都会有相应标注，激光器10产生的平行光束在经过场镜30的凝聚和组织后，才会汇集在一起，发挥良好的标刻作用。如按照配置的场镜30的原始焦距进行标刻，在激光束通过场镜30的不同区域汇集在焦距面时，将导致通过场镜30的不同区域汇集的聚焦点的焦距面可能不在同一水平面。例如，如图3中所示，经由场镜30的边缘区域聚焦后的焦点形成的焦距面为通过点A的面或通过点B的面，而经由场镜30的中心区域聚焦后的焦点形成的焦距面为通过点C的面。

通过本实施例提供的上述方式，利用焦距补偿的方式得到偏移量，进而控制场镜30移动，使得由激光器10发出的激光束形成的焦点处于同一水平面，从而在待加工工面60上形成均匀、良好的标刻效果。

目前，现有常用的激光器10包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器等，本实施例中，对于激光器10的具体型号不作限制，可根据实际需求进行选择。数据处理设备40可以是具有数据、图像处理功能的终端设备，利用笔记本电脑、个人电脑、服务器等设备，数据处理设备40中可安装相关的图形处理软件，以便于可对需在加工工面进行标刻的图形进行处理。

本实施例中，在正式进行标刻之前，通过数据处理设备40预先获得焦距补偿模型，可选地，预先通过测试的方式，在场镜30的边缘每间隔预设长度截取一个边缘点，如此可获得多个边缘点。将场镜30的中心点的第一焦距值、场镜30的各边缘点的第二焦距以及场镜30的各边缘点到场镜30的中心点的间距作为参数以建立所述的焦距补偿模型。

本实施例中，为了提高得到的结果的准确性，可以多个第二焦距的平均焦距值、多个间距的平均间距值以及上述的第一焦距值作为构建焦距补偿模型的参数。由于场镜30一般为凸透镜，从场镜30的边缘点开始向中心点延伸的方向上，各个点的焦距可近似看作呈线性变化。故此，在本实施例中，焦距补偿模型则可利用该线性变化关系的斜率来体现，即可将上述的第一焦距值、平均焦距值以及平均间距值作为参数按以下公式建立焦距补偿模型：

K＝(F2-F1)/L1

其中，F2为平均焦距值，F1为第一焦距值，L1为平均间距值。

在预先建立上述焦距补偿模型的基础上，在正式进行打标操作时，激光器10发出激光束，数据处理设备40中的控制软件根据预先设定的打标图形输出当前待打标的点的坐标值，并通过控制设备50控制振镜组20偏转以将激光束反射至场镜30。

请参阅图1，其中，在本实施例中，振镜组20包括X轴扫描镜21以及Y轴扫描镜22，X轴扫描镜21和Y轴扫描镜22顺序设置于激光器10的光路上。

所述X轴扫描镜21可用于对激光器10发出的激光束进行X轴方向上的偏转，并反射至所述Y轴扫描镜22上。Y轴扫描镜22可用于对接收到的激光束进行Y轴方向上的偏转，并反射至场镜30。

数据处理设备40将根据待打标点的坐标值以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值，进而得到场镜30的偏移量。

可选地，在本实施例中，数据处理设备40可根据激光束形成的待打标点的坐标值以及场镜30的中心点的坐标值，得到待打标点与中心点之间的距离。再根据待打标点与中心点之间的距离以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值。

可选地，所述焦距补偿值可根据所述距离和所述焦距补偿模型通过以下公式计算得到：

其中，α为焦距补偿值，K为所述焦距补偿模型，x为所述待打标点的横坐标，y为所述待打标点的纵坐标，x’为所述中心点的横坐标，y’为所述中心点的纵坐标，为所述待打标点到所述中心点的距离。具体实施时，可设定中心点的坐标值为(0,0)，则待打标点与中心点之间的距离可简化为

按上述公式，将当前使用的场镜30的具体参数，包括场镜30的中心点的实际焦距数值、各边缘点到中心点的间距的平均数值以及各边缘点的实际焦距的平均焦距数值代入上述公式中，即可计算出焦距补偿值。通过上述方式获得焦距补偿值后，可将该焦距补偿值作为场镜30的偏移量，数据处理设备40可通过控制设备50控制场镜30以该偏移量进行移动。

在本实施例中，控制设备50包括伺服电机以及电机轴，所述伺服电机与所述数据处理设备40连接，所述场镜30设置在所述电机轴的一端。

伺服电机可用于根据从数据处理设备40接收到的控制信号控制电机轴，电机轴在伺服电机的控制下带动场镜30移动所述偏移量，具体地，控制场镜30在Z轴方向上移动。从而使得通过场镜30的各个区域聚焦的激光点可作用于同一水平面，从而对待标刻物体表面形成作用力均匀、良好的标刻图案。

可选地，在本实施例中，所述振镜组20还包括偏转机构，所述偏转机构分别与所述数据处理设备40及所述X轴扫描镜21和所述Y轴扫描镜22连接，用于在所述数据处理设备40的控制下控制所述X轴扫描镜21和所述Y轴扫描镜22偏转。

具体地，偏转机构可包括第一偏振部件23以及第二偏振部件24，第一偏振部件23分别与数据处理设备40及X轴扫描镜21连接，可用于在数据处理设备40的控制下，控制X轴扫描镜21的反射面偏转，以实现对激光束的反射。第二偏振部件24分别与数据处理设备40及Y轴扫描镜22连接，可用于在数据处理设备40的控制下，控制Y轴扫描镜22的反射面偏转，以使Y轴扫描镜22对激光束进行反射后投射至场镜30。

请参阅图4，本申请另一实施例还提供一种激光焦距补偿方法，该激光焦距补偿方法用于校正上述激光加工装置1的焦距误差，以下将对本实施例提供的激光焦距补偿方法的各个步骤进行详细说明。

步骤S110，所述激光器10发出激光束，所述振镜组20对所述激光束进行偏转并反射至所述场镜30。

步骤S120，所述数据处理设备40根据所述激光束形成的待打标点的坐标值以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值，根据所述焦距补偿值得到所述场镜30的偏移量，并发送包含所述偏移量的控制信号至所述控制设备50。

步骤S130，所述控制设备50根据接收到的控制信号控制所述场镜30以所述偏移量移动。

在本实施例中，上述激光焦距补偿方法还包括预先建立焦距补偿模型的步骤，该步骤可以通过以下过程实现：

将所述场镜30的中心点的第一焦距值、所述场镜30的各边缘点的第二焦距的平均焦距值以及各所述边缘点到所述中心点的间距的平均间距值作为参数，并按以下公式构建所述焦距补偿模型：

K＝(F2-F1)/L1

其中，F2为所述平均焦距值，F1为所述第一焦距值，L1为所述平均间距值。

请参阅图5，在本实施例中，数据处理设备40可以通过以下方式计算得到焦距补偿值：

步骤S121，根据所述激光束形成的待打标点的坐标值以及所述场镜30的中心点的坐标值，得到所述待打标点与所述中心点之间的距离。

步骤S122，根据所述待打标点与所述中心点之间的距离以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述装置中的对应过程，在此不再过多赘述。

综上所述，本申请实施例提供的激光加工装置1及激光焦距补偿方法，利用激光器10发出激光束，并通过振镜组20对激光束进行偏振并反射至场镜30。然后，再通过数据处理设备40根据激光束形成的待打标点的坐标值以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值，根据焦距补偿值得到场镜30的偏移量，并发送包含该偏移量的控制信号至控制设备50。最后，控制设备50根据接收到的控制信号控制场镜30以偏移量进行偏移。如此，通过预先建立焦距补偿模型的方式，在进行打标时，根据打标点的坐标值以及该焦距补偿模型得到偏移量，从而对场镜30进行控制，避免了由于焦点受场镜30聚焦的影响而不在同一水平面而影响标刻效果的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光加工装置，其特征在于，所述激光加工装置包括激光器、振镜组、场镜、数据处理设备以及控制设备，所述振镜组和场镜顺序设置于所述激光器的光路上，所述控制设备分别与所述数据处理设备和所述场镜连接；

所述振镜组用于对所述激光器发出的激光束进行偏转并反射至所述场镜；

所述数据处理设备用于根据所述激光束形成的待打标点的坐标值以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值，根据所述焦距补偿值得到所述场镜的偏移量，并发送包含所述偏移量的控制信号至所述控制设备；

所述控制设备用于根据接收到的控制信号控制所述场镜以所述偏移量移动。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述数据处理设备用于通过以下方式建立所述焦距补偿模型：

将所述场镜的中心点的第一焦距值、所述场镜的各边缘点的第二焦距的平均焦距值以及各所述边缘点到所述中心点的间距的平均间距值作为参数，并按以下公式构建所述焦距补偿模型：

K＝(F2-F1)/L1

其中，F2为所述平均焦距值，F1为所述第一焦距值，L1为所述平均间距值。

3.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述数据处理设备用于通过以下方式得到焦距补偿值；

根据所述激光束形成的待打标点的坐标值以及所述场镜的中心点的坐标值，得到所述待打标点与所述中心点之间的距离；

根据所述待打标点与所述中心点之间的距离以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值。

4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，所述焦距补偿值根据所述距离和所述焦距补偿模型通过以下公式计算得到：

其中，α为焦距补偿值，K为所述焦距补偿模型，x为所述待打标点的横坐标，y为所述待打标点的纵坐标，x’为所述中心点的横坐标，y’为所述中心点的纵坐标，为所述待打标点到所述中心点的距离。

5.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述振镜组包括X轴扫描镜以及Y轴扫描镜，所述X轴扫描镜和所述Y轴扫描镜顺序设置于所述激光器的光路上；

所述X轴扫描镜用于对所述激光器发出的激光束进行X轴方向上的偏转，并反射至所述Y轴扫描镜；

所述Y轴扫描镜用于对接收到的激光束进行Y轴方向上的偏转，并反射至所述场镜。

6.根据权利要求5所述的激光加工装置，其特征在于，所述振镜组还包括偏转机构，所述偏转机构分别与所述数据处理设备及所述X轴扫描镜和所述Y轴扫描镜连接，用于在所述数据处理设备的控制下控制所述X轴扫描镜和所述Y轴扫描镜进行偏转。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述控制设备包括伺服电机以及电机轴，所述伺服电机与所述数据处理设备连接，所述场镜设置在所述电机轴的一端；

所述伺服电机用于根据接收到的控制信号控制所述电机轴；

所述电机轴在所述伺服电机的控制下带动所述场镜移动所述偏移量。

8.一种激光焦距补偿方法，用于校正激光加工装置的焦距误差，其特征在于，所述激光加工装置包括激光器、振镜组、场镜、数据处理设备以及控制设备，所述振镜组和场镜顺序设置于所述激光器的光路上，所述控制设备分别与所述数据处理设备和所述场镜连接，所述激光焦距补偿方法包括：

所述激光器发出激光束；

所述振镜组对所述激光束进行偏转并反射至所述场镜；

所述数据处理设备根据所述激光束形成的待打标点的坐标值以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值，根据所述焦距补偿值得到所述场镜的偏移量，并发送包含所述偏移量的控制信号至所述控制设备；

所述控制设备根据接收到的控制信号控制所述场镜以所述偏移量移动。

9.根据权利要求8所述的激光焦距补偿方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述场镜的中心点的第一焦距值、所述场镜的各边缘点的第二焦距的平均焦距值以及各所述边缘点到所述中心点的间距的平均间距值作为参数，并按以下公式构建所述焦距补偿模型：

K＝(F2-F1)/L1

其中，F2为所述平均焦距值，F1为所述第一焦距值，L1为所述平均间距值。

10.根据权利要求8所述的激光焦距补偿方法，其特征在于，所述数据处理设备根据所述激光束形成的待打标点的坐标值以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值的步骤，包括：

根据所述激光束形成的待打标点的坐标值以及所述场镜的中心点的坐标值，得到所述待打标点与所述中心点之间的距离；

根据所述待打标点与所述中心点之间的距离以及预先建立的焦距补偿模型得到焦距补偿值。