CN111716017A - 一种视觉检测装置及激光加工系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种视觉检测装置及激光加工系统，该视觉检测装置包括：工作台，用于放置待加工件；红外光源，用于产生红外照明光束；第一分光镜，设置在红外光源的光路上并可将红外光源产生的红外照明光束反射出去形成第一反射光线；第二分光镜，设置在第一分光镜反射光路上并可将第二分光镜反射的第一反射光束再次形成第二反射光束反射至工作台上的待加工件，并将待加工件反射回来的第三反射光束反射至所述第一分光镜；视觉检测组件，用于接收第二反射镜反射至第一分光镜的第三反射光束以对激光加工过程中工作台上的待加工件的图像进行处理。本发明实现了激光加工系统对待加工件内部的加工状态进行实时检测的同时提高了加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及的是一种视觉检测装置及激光加工系统。
背景技术
目前来说，整套激光加工系统一般包含由激光器+振镜组成的加工系统，以及用于检测加工状态的视觉系统。传统的激光加工系统中，由激光器+振镜组成的加工系统与视觉系统为不同轴设计，激光加工和视觉检测之间需要动作进行切换，这样使得视觉系统无法对加工状态进行实时检测，同时还会延长整体加工时间。另外，传统的激光加工系统只能对待加工件的表面的加工状态进行检测，无法实现对待加工件内部的加工状态进行检测。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种视觉检测装置及激光加工系统，以解决传统的激光加工系统无法对加工状态进行实时检测、整体加工时间长以及无法实现对待加工件内部的加工状态进行检测的问题。
本发明的技术方案如下：
一种视觉检测装置，应用于激光加工系统,该视觉检测装置包括：
工作台，用于放置待加工件；
红外光源，用于产生红外照明光束；
第一分光镜，设置在所述红外光源的光路上并可将所述红外光源产生的红外照明光束反射出去形成第一反射光线；
第二分光镜，设置在所述第一分光镜反射光路上并可将所述第二分光镜反射的第一反射光束再次形成第二反射光束反射至所述工作台上的待加工件，并将所述待加工件反射回来的第三反射光束反射至所述第一分光镜；
视觉检测组件，用于接收所述第二反射镜反射至所述第一分光镜的第三反射光束以对激光加工过程中所述工作台上的待加工件的图像进行处理。
本发明的进一步设置，所述待加工件反射回来的第三反射光束经所述第二分光镜反射至所述第一分光镜后，所述第一分光镜将所述第三反射光束透射至所述视觉检测组件。
本发明的进一步设置，所述第三反射光束为成像光束；所述成像光束为具有所述工作台上的待加工件内部信息的光束。
本发明的进一步设置，所述红外光源设置在所述第一分光镜上方。
本发明的进一步设置，所述第一分光镜与所述第二分光镜平行设置，且所述第二分光镜与所述工作台之间具有反射角；所述第二分光镜将所述第一反射光束形成的第二反射光束全反射至所述工作台上的待加工件。
本发明的进一步设置，所述视觉检测装置还包括辅助光源，所述辅助光源设置在所述工作台一侧。
本发明的进一步设置，所述视觉检测组件包括：
红外远心镜头，用于激光切割宽度的成像；
红外相机，所述红外相机设置在所述红外远心镜头上，用于采集所述红外远心镜头成像的图像；
图像采集卡，所述图像采集卡与所述红外相机电连接，用于收集所述红外相机采集的图像；以及
图像处理设备，所述图像处理设备与所述图像采集卡电连接，用于处理所述图像采集卡收集的图像。
本发明的进一步设置，所述红外远心镜头和所述红外相机位于所述第一分光镜的所述第三反射光束的透射光路上，且所述红外远心镜头和所述红外相机均与所述第一分光镜同轴设置。
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种激光加工系统，包括激光器组件和所述的视觉检测装置，所述激光器组件用于发出激光光束并将激光光束汇聚到所述工作台上的待加工件表面进行切割加工；所述第一分光镜设置在所述待加工件上方并位于激光光路上；其中，所述第一分光镜将激光光束全透射至所述工作台上的待加工件。
本发明的进一步设置，所述激光器组件包括激光器和设置在所述激光器下方的激光聚焦镜，所述激光聚焦镜用于将所述激光器发出的激光光束进行汇聚以在所述工作台上的待加工件表面形成光斑，所述光斑用于对待加工件内部进行切割。
本发明所提供的一种视觉检测装置及激光加工系统，所述视觉检测装置应用于激光加工系统,所述视觉检测装置包括：工作台，用于放置待加工件；红外光源，用于产生红外照明光束；第一分光镜，设置在所述红外光源的光路上并可将所述红外光源产生的红外照明光束反射出去形成第一反射光线；第二分光镜，设置在所述第一分光镜反射光路上并可将所述第二分光镜反射的第一反射光束再次形成第二反射光束反射至所述工作台上的待加工件，并将所述待加工件反射回来的第三反射光束反射至所述第一分光镜；视觉检测组件，用于接收所述第二反射镜反射至所述第一分光镜的第三反射光束以对激光加工过程中所述工作台上的待加工件的图像进行处理。本发明实现了激光加工系统对待加工件内部的加工状态进行实时检测的同时提高了加工效率。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明中激光加工系统的结构示意图。
附图中各标记：1、激光器；2、激光聚焦镜；3、第一分光镜；4、第二分光镜；5、待加工件；6、红外光源；7、红外远心镜头；8、红外相机；9、图像采集卡；10、图像处理设备。
具体实施方式
本发明提供一种视觉检测装置及激光加工系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”与“所述”可泛指单一个或复数个。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请同时参阅图1，本发明提供了一种激光加工系统的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供了一种激光加工系统，该激光加工系统包括激光器组件和视觉检测装置，所述激光器组件用于发出激光光束并将激光光束汇聚到待加工件5表面进行切割加工。具体地，所述激光器组件包括激光器1和设置在所述激光器1下方的激光聚焦镜2，所述激光器1用于发出激光光束，所述激光聚焦镜2用于将所述激光器1发出的激光光束进行汇聚以在所述待加工件5表面形成光斑，所述光斑用于对所述待加工件5内部进行切割，在一些实现方式中，所述待加工件5可以是晶圆。
在一个实施例的进一步地实施方式中，所述视觉检测装置包括工作台(图中未标出)、红外光源6、视觉检测组件、第一分光镜3以及第二分光镜4。具体地，所述待加工件5放置在所述工作台上，所述红外光源6能够产生红外照明光束，所述红外光源6设置在所述第一分光镜4上方并位于所述第一分光镜4的所述红外照明光束的反射光路上。其中，所述第一分光镜3设置在所述红外光源6的光路上并可将所述红外光源6产生的红外照明光束反射出去形成第一反射光线，所述第二分光镜4设置在所述第一分光镜3反射光路上并可将所述第二分光镜4反射的第一反射光束再次形成第二反射光束至所述工作台上的待加工件5，并将所述待加工件5反射回来的第三反射光束反射至所述第一分光镜3。所述视觉检测组件能够接收所述第二反射镜反射至所述第一分光镜3的第三反射光束，以对激光加工过程中所述工作台上的待加工件5的图像进行处理。
进一步地，所述第二分光镜4设置在所述待加工件5上方并位于激光光路上，能够将激光光束透射至所述工作台上的待加工件5的表面，并将第三反射光束反射至所述视觉检测组件。其中，所述待加工件5反射回来的第三反射光束经所述第二分光镜4反射至所述第一分光镜3后，所述第一分光镜3将所述第三反射光束透射至所述视觉检测组件。其中，所述成像光束为具有所述待加工件5内部信息的光束。另外，所述第二分光镜4能够对激光光束全透射，以将激光光束全透射至所述待加工件5的表面，并将所述第一反射光束形成的第二反射光束全反射至所述工作台上的待加工件5，以将所述第一反射光束(红外照明光束)反射至所述待加工件5表面，所述第一分光镜3对红外照明光束半透射半反射，能够将红外照明光束形成第一反射光束反射至所述第二分光镜4，并将第三反射光束(成像光束)透射至所述视觉检测组件。
具体地实施时，所述激光器1产生激光，并经过所述激光聚焦镜2汇聚后从所述第二分光镜4透射到在所述待加工件5表面形成光斑，通过该光斑对所述工作台上的待加工件5内部进行切割加工。同时，所述红外光源6产生红外照明光束经过第一分光镜3形成第一反射光束并反射至所述第二分光镜4后，再通过所述第二分光镜4形成第二反射光束与激光光束同轴照射到所述工作台上的待加工件5表面，待加工件5反射出具有所述待加工件5内部加工信息的成像光束，该成像光束经所述第二分光镜4反射至所述第一分光镜3，并经所述第一分光镜3透射后进入所述视觉检测组件，所述视觉检测组件对成像光束进行处理以得到成像图片，并对得到的成像图片进行分析处理，以同步检测所述待加工件5内部的激光加工状态。并且，所述红外照明光束具有穿透待加工件5的能力，因而所述红外照明光束可以作用于待加工件5的内部，以反射出具有待加工件5内部信息的成像光束，该成像光束可以成像在所述视觉检测组件，从而可以实现对待加工件5内部加工状态的检测。需要说明的是，本发明能够检测所述待加工件5加工过程中的加工状态，同时也能够检测所述待加工件加工之后的加工状态。
本发明通过在激光加工部分增加了第二分光镜4，并在红外检测部分增加了第一分光镜3，所述第二分光镜4将激光光束全透射至所述待加工件5，并将所述红外照明光束全反射至所述待加工件5，所述第一分光镜3将所述红外照明光束反射至所述第二分光镜4，并将所述成像光束透射至视觉检测组件，因而能够实现检测光路与激光加工光路重合，即能够实现同轴检测，而照明光束和加工光束同轴的设计可以使得加工坐标更加精确，因而可以提高定位精度，另外，照明光束和加工光束的同轴设计，能够免去激光加工系统在加工和检测之间做切换的时间，能够在提高生产效率的同时，节省加工和检测做切换的机构成本。并且，所述红外光束反射出的成像光束具有待加工件5的内部信息，从而能够实现对待加工件5内部加工状态的检测。因此，本发明实现了激光加工系统对待加工件5内部的加工状态进行实时检测的同时提高了加工效率。
在一个实施例的进一步地实施方式中，所述第一分光镜3与所述第二分光镜4平行设置，且所述第二分光镜4与所述工作台之间具有反射角。具体地，所述待加工件5放置在所述工作台上，所述第一分光镜3与该工作台具有一夹角，该夹角即反射角，而所述第二分光镜4与所述第一分光镜3平行设置，当所述红外光源6发出红外照射光束时，该红外照射光束经所述第二分光镜4形成第一反射光束反射至所述第一分光镜3，再经所述第一分光镜3形成第二反射光束反射至所述工作台上的待加工件5。可以理解的是，所述成像光束经所述第一分光镜3反射至第二反光镜5后，再经所述第二分光镜4透射至所述视觉检测组件，因此，成像光束的光路与所述红外照明光束的光路是重合的。在一些实施例中，所述反射角可以设置为45°，当然在所述反射角只需要满足红外照明光束经第一分光镜3反射后可以到照射至工作台上的待加工件5上，而待加工件5上反射的成像光束可以经所述第一分光镜3反射和所述第二分光镜4透射后可以达到视觉检测组件，同时保证第一分光镜3对激光光束进行全透射、对红外照明光束(第一反射光束)进行全反射即可。需要说明的是，所述第二分光镜4和工作台之间的夹角可以根据具体采用的分光镜材料以及分光镜的镀膜情况进行设置。
在一个实施例的进一步地实施方式中，所述视觉检测组件包括红外远心镜头7、红外相机8、图像采集卡9以及图像处理设备10。具体地，所述红外远心镜头7和所述红外相机8位于所述第二分光镜4成像光束的透射光路上，且所述红外远心镜头7和所述红外相机8均与所述第二分光镜4同轴设置，所述红外相机8设置在所述红外远心镜头7上，所述图像采集卡9与所述红外相机8电连接，所述图像处理设备10可以是图像处理计算机，该图像处理计算机安装有图像处理软件，所述图像处理计设备10与所述图像采集卡9电连接。当所述红外照明光束作用于工作台上的待加工件5的内部并反射出具有待加工件5内部信息的成像光束，所述成像光束经第二分光镜4反射至所述第一分光镜3并经所述第一分光镜3透射后穿过所述红外远心镜头7进入所述红外相机8，所述红外远心镜头7对激光切割宽度进行成像，所述红外相机8采集所述红外远心镜头7成像的图像，其后通过所述图像采集卡9将所述红外远心镜头7成像的图像进行收集，最后所述图像处理设备10对图像采集卡9收集的图像数据进行处理分析，以实现同步检测(实时检测)所述待加工件5内部的激光加工状态。
在一个实施例的进一步地实施方式中，所述激光加工系统还包括振镜(图中未标出)，所述振镜设置在所述激光聚焦镜2下方，所述振镜能够控制激光光束的方向，可以加快激光加工的速度。
在一个实施例的进一步地实施方式中，所述视觉检测装置还包括辅助光源(图中未标出)，所述辅助光源设置在所述工作台一侧，能够使所述红外相机8可以得到更清晰的图像。
综上所述，本发明所述提供的一种视觉检测装置及激光加工系统，所述视觉检测装置应用于激光加工系统,所述视觉检测装置包括：工作台，用于放置待加工件；红外光源，用于产生红外照明光束；第一分光镜，设置在所述红外光源的光路上并可将所述红外光源产生的红外照明光束反射出去形成第一反射光线；第二分光镜，设置在所述第一分光镜反射光路上并可将所述第二分光镜反射的第一反射光束再次形成第二反射光束至所述工作台上的待加工件，并将所述待加工件反射回来的第三反射光束反射至所述第一分光镜；视觉检测组件，用于接收所述第二反射镜反射至所述第一分光镜的第三反射光束以对激光加工过程中所述工作台上的待加工件的图像进行处理。本发明实现了激光加工系统对待加工件内部的加工状态进行实时检测的同时提高了加工效率。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种视觉检测装置，应用于激光加工系统,其特征在于，包括：
工作台，用于放置待加工件；
红外光源，用于产生红外照明光束；
第一分光镜，设置在所述红外光源的光路上并可将所述红外光源产生的红外照明光束反射出去形成第一反射光线；
第二分光镜，设置在所述第一分光镜反射光路上并可将所述第二分光镜反射的第一反射光束再次形成第二反射光束反射至所述工作台上的待加工件，并将所述待加工件反射回来的第三反射光束反射至所述第一分光镜；
视觉检测组件，用于接收所述第二反射镜反射至所述第一分光镜的第三反射光束以对激光加工过程中所述工作台上的待加工件的图像进行处理。
2.根据权利要求1所述的视觉检测装置，其特征在于，所述待加工件反射回来的第三反射光束经所述第二分光镜反射至所述第一分光镜后，所述第一分光镜将所述第三反射光束透射至所述视觉检测组件。
3.根据权利要求2所述的视觉检测装置，其特征在于，所述第三反射光束为成像光束；所述成像光束为具有所述工作台上的待加工件内部信息的光束。
4.根据权利要求1所述的视觉检测装置，其特征在于，所述红外光源设置在所述第一分光镜上方。
5.根据权利要求1所述的视觉检测装置，其特征在于，所述第一分光镜与所述第二分光镜平行设置，且所述第二分光镜与所述工作台之间具有反射角；所述第二分光镜将所述第一反射光束形成的第二反射光束全反射至所述工作台上的待加工件。
6.根据权利要求4所述的视觉检测装置，其特征在于，还包括辅助光源，所述辅助光源设置在所述工作台一侧。
7.根据权利要求2所述的视觉检测装置，其特征在于，所述视觉检测组件包括：
红外远心镜头，用于激光切割宽度的成像；
红外相机，所述红外相机设置在所述红外远心镜头上，用于采集所述红外远心镜头成像的图像；
图像采集卡，所述图像采集卡与所述红外相机电连接，用于收集所述红外相机采集的图像；以及
图像处理设备，所述图像处理设备与所述图像采集卡电连接，用于处理所述图像采集卡收集的图像。
8.根据权利要求7所述的视觉检测装置，其特征在于，所述红外远心镜头和所述红外相机位于所述第一分光镜的所述第三反射光束的透射光路上，且所述红外远心镜头和所述红外相机均与所述第一分光镜同轴设置。
9.一种激光加工系统，其特征在于，包括激光器组件和权利要求1-8任一项所述的视觉检测装置，所述激光器组件用于发出激光光束并将激光光束汇聚到所述工作台上的待加工件表面进行切割加工；所述第一分光镜设置在所述待加工件上方并位于激光光路上；其中，所述第一分光镜将激光光束全透射至所述工作台上的待加工件。
10.根据权利要求9所述激光加工系统，其特征在于，所述激光器组件包括激光器和设置在所述激光器下方的激光聚焦镜，所述激光聚焦镜用于将所述激光器发出的激光光束进行汇聚以在所述工作台上的待加工件表面形成光斑，所述光斑用于对待加工件内部进行切割。
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