CN114054971B - 一种自动实时gv值检测及补偿的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自动实时GV值检测及补偿的方法和系统，方法包括：构建旋转角度与GV值关系曲线，所述旋转角度与入射到标记点的激光能量相对应；在激光标记的同时获取标记点的图像，并基于获取的图像得到标记点的实际GV值；在标记点的实际GV值超出预设范围时，依据构建好的旋转角度与GV值关系曲线确定需要旋转的角度，并通过调整旋转角度来使入射到标记点的激光能量与实际GV值相适配。本发明通过构建旋转角度与GV值关系曲线来建立一个与GV值呈函数关系且可控的参数变量，通过改变这个参数变量的值使得实际的GV值控制在标准范围内，从而解决因GV值变化造成大批量产品报废的问题。

Description

一种自动实时GV值检测及补偿的方法和系统
技术领域
本发明涉及激光标记及检测技术领域，尤其涉及一种自动实时GV值检测及补偿的方法和系统。
背景技术
随着科技的发展，激光打标机已成为雕刻打标加工中常见的设备，其是利用激光束在工件表面上聚焦灼烧来实现打标加工，因其速度快精度高而深受业内青睐。但在自动加工的过程中由于激光器功率衰减，元器件老化等其他不可控因素造成标记点的GV值发生变化，这种变化未被及时发现或处理容易导致产品加工批量报废，严重影响了生产加工效率及产品良率。
经检索，公开号JP5589318B2的日本专利于2014年9月17日公开的一种激光打标方法，该方法通过改变脉冲持续时间来改变脉冲光的峰值功率，进而在不改变处理速度的情况下改变标记图案的灰度级。公开号EP3088200B1的欧洲专利于2021年11月3日公开的一种激光打标方法，该方法根据标记点的灰度值计算标记点的输出功率，并以计算出的输出功率输出激光。公开号CN112872603A的中国专利于2021年6月1日公开的一种壳体的制备方法，该方法通过目标图案的灰度值来设定激光雕刻的激光能量，并依据设定的激光能量进行激光雕刻加工。可见，前述专利仅公开了可以利用标记图案的灰度值与激光能量的关系进行激光打标，如利用该关系来改变标记图案的灰度值，或者利用该关系获取与灰度值对应的激光打标功率等，其均为考虑激光打标过程中标记点的实时GV值对打标效果的影响，未解决因实时GV值改变导致的产品批量报废问题。
目前还未发现有用来规避自动加工中因GV值变化造成大批量产品报废的相关技术。因此，提供一种实时GV值检测及补偿的方法去有效的规避以上风险势在必行。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种自动实时GV值检测及补偿的方法和系统，用以解决上述至少一个技术问题。
根据本发明说明书的一方面，提供一种自动实时GV值检测及补偿的方法，包括：
构建旋转角度与GV值关系曲线，所述旋转角度与入射到标记点的激光能量相对应；
在激光标记的同时获取标记点的图像，并基于获取的图像得到标记点的实际GV值；
在标记点的实际GV值超出预设范围时，依据构建好的旋转角度与GV值关系曲线确定需要旋转的角度，并通过调整旋转角度来使入射到标记点的激光能量与实际GV值相适配。
上述技术方案中，通过构建旋转角度与GV值关系曲线来建立一个与GV值呈函数关系且可控的参数变量，在激光标记同时获取标记点的实际GV值，并在实际GV值超出预设范围时，通过构建的旋转角度与GV值关系曲线来确定该可控参数变量的值，通过改变这个参数变量的值使得实际的GV值控制在标准范围内，从而解决因GV值变化造成大批量产品报废的问题。
作为进一步的技术方案，所述方法进一步包括：在激光标记光路上构建光偏振态调节组件，所述光偏振态调节组件具有可调节的角度，且在调节所述光偏振态调节组件的角度发生变化时，透过所述光偏振态调节组件入射到标记点的光的强度及方向也发生变化。
该技术方案利用激光标记光路上的光偏振态调节组件来调节出射激光的光强，使经由光偏振态调节组件入射到标记点的激光能量随着角度的变化而变化，通过调节角度这个可控变量实现对入射到标记点的激光能量的调节，使得调节后的激光能量能够在标记时提供满足产品质量要求的标记点GV值，避免了因GV值变化所导致的产品报废问题。
作为进一步的技术方案，所述光偏振态调节组件包括沿激光标记光路依次设置的活动偏振镜和固定偏振镜，且所述活动偏振镜能够相对于固定偏振镜旋转。
该技术方案利用偏振光的不对称原理，通过控制活动偏振镜的角度来改变透过固定偏振镜的光的偏振态，从而使得经由光偏振态调节组件入射到产品表面的光波特性发生变化，而光波特性发生变化导致了光束在产品表面加工的效果也发生了变化，即标记点的GV值发生了变化，因此，通过调整活动偏振镜相对于固定偏振镜的旋转角度，即可改变标记点的GV值，同理，当标记点的GV值发生变化时，也可通过调整活动偏振镜相对于固定偏振镜的旋转角度来补偿GV值的变化量。
作为进一步的技术方案，构建旋转角度与GV值关系曲线进一步包括：设定活动偏振镜的旋转起点及单次旋转角度；顺时针或逆时针旋转活动偏振镜，每旋转一单次旋转角度，记录下活动偏振镜的实际角度与对应的标记点GV值；根据记录的多组活动偏振镜的实际角度与对应的标记点GV值，构建旋转角度与GV值关系曲线。
该技术方案利用标记点的GV值与入射到标记点的激光能量有关的原理，将标记点GV值的变化与入射到标记点的激光能量的变化相对应，而入射到标记点的激光能量的变化与入射到标记点的光强的变化相对应，而入射到标记点的光强的变化与活动偏振镜相对于固定偏振镜的角度变化相对应，最终构建了旋转角度与GV值关系曲线，将标记点的GV值与可控的角度变量建立联系，通过调整角度变量来补偿GV值的变化量，对因激光器功率衰减、元器件老化等其他不可控因素造成的GV值变化进行补偿。
作为进一步的技术方案，当所述活动偏振镜旋转到与固定偏振镜的偏振方向平行时，透过所述光偏振态调节组件的光的强度最大；当所述活动偏振镜旋转到与固定偏振镜的偏振方向垂直时，透过所述光偏振态调节组件的光的强度最小。
该技术方案中，激光器的光通过活动偏振镜后变成了一个方向的偏振光（通过旋转角度可以该改变偏振光的方向），这个偏振光会紧接着透过固定偏振镜，而由于偏振镜只允许平行于偏振化方向的振动通过，同时过滤掉垂直于该方向振动的光，因此，在活动偏振镜与固定偏振镜的偏振方向完全平行时，透过固定偏振镜的光达到最强，而垂直时则为最小。
作为进一步的技术方案，所述方法进一步包括：在标记点的实际GV值超出预设范围时，计算实际GV值与标准GV值的差值，基于所述差值和构建好的旋转角度与GV值关系曲线确定补偿该差值所需的旋转角度，将活动偏振镜转动所述旋转角度，使入射到标记点的激光能量与实际GV值相适配。
该技术方案中，针对不同设备或产品首先确定一个标准GV值，基于该标准GV值确定可接受的GV值预设范围，在自动加工过程中，实时获取产品标记点的GV值，并计算该GV值是否在预设范围内，若不在，则将该GV值与标准GV值的差值代入构建的旋转角度与GV值关系曲线，得到活动偏振镜需要旋转的角度，使活动偏振镜执行相应的角度旋转，改变入射到标记点的激光能量，即可将超出预设范围的GV值补偿在正常范围内，
根据本发明说明书的一方面，提供一种自动实时GV值检测及补偿的系统，包括发射组件、标记组件、成像组件、控制组件和光偏振态调节组件，所述发射组件、光偏振态调节组件和标记组件设置在激光标记光路上，所述成像组件设置在GV值检测光路上，所述发射组件、标记组件、成像组件和光偏振态调节组件分别与控制组件相连；所述发射组件用于激光发射；所述标记组件用于对产品进行标记；所述成像组件用于在标记的同时获取标记点图像并发送至控制组件；所述控制组件用于根据标记点图像解析出标记点的实际GV值，并在实际GV值超过预设范围时，依据构建好的旋转角度与GV值关系曲线确定需调整的旋转角度并输出旋转角度指令给光偏振态调节组件；所述光偏振态调节组件用于根据旋转角度指令进行角度旋转，使透过光偏振态旋转组件入射到标记点的激光能量与实际GV值相适配。
上述技术方案中，控制组件控制发射组件和标记组件实现激光在产品表面的标记加工，同时控制成像组件在激光标记的同时获取标记点的图像，并基于获取的图像得到标记点的实际GV值，在实际GV值超出预设范围时，输出旋转角度给光偏振态调节组件，并控制光偏振态调节组件调节入射到标记点的激光能量，来补偿实际GV值的变化量，使最终标记出的产品符合加工质量要求，解决因GV值变化导致大批量产品报废的问题。
作为进一步的技术方案，所述光偏振态调节组件由活动偏振镜和固定偏振镜构成，且所述活动偏振镜能够相对于固定偏振镜旋转预设角度。该技术方案为调节入射到标记点的激光能量大小的可控变量提供了实现手段，利用偏振光的不对称原理，通过控制活动偏振镜的角度改变透过固定偏振镜的光波偏振态，进而改变入射到标记点的激光能量，实现通过偏振光旋转角度的变化来改变激光能量、进而通过激光能量的改变来补偿GV值变化的目的。
作为进一步的技术方案，所述活动偏振镜连接有驱动组件；所述驱动组件与控制组件相连，用于在控制组件的控制下驱动活动偏振镜旋转预设角度。该技术方案通过控制组件和驱动组件的配合实现活动偏振镜的自动旋转，所述驱动组件可通过步进电机或其他能够驱动活动偏振镜旋转特定角度的驱动设备来实现。
作为进一步的技术方案，所述系统还包括折返组件，用于将发射的激光导引到标记组件，及将标记点反射的光导引至成像组件。该技术方案通过折返组件实现发射组件、标记组件、成像组件和光偏振态调节组件的紧密布置，实现整体设备的高集成化，减小设备占用体积。进一步来说，控制组件可以与其他组件一起集成，也可单独设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明提供一种方法，该方法通过构建旋转角度与GV值关系曲线来建立一个与GV值呈函数关系且可控的参数变量，在激光标记同时获取标记点的实际GV值，并在实际GV值超出预设范围时，通过构建的旋转角度与GV值关系曲线来确定该可控参数变量的值，通过改变这个参数变量的值使得实际的GV值控制在标准范围内，从而解决因GV值变化造成大批量产品报废的问题。
（2）本发明提供一种系统，该系统通过控制组件控制发射组件和标记组件实现激光在产品表面的标记加工，同时控制成像组件在激光标记的同时获取标记点的图像，并基于获取的图像得到标记点的实际GV值，在实际GV值超出预设范围时，输出旋转角度给光偏振态调节组件，并控制光偏振态调节组件调节入射到标记点的激光能量，来补偿实际GV值的变化量，使最终标记出的产品符合加工质量要求，解决因GV值变化导致大批量产品报废的问题。
（3）本发明利用偏振光的不对称原理，通过两个偏振镜实现了激光能量的可控调整，并将两个偏振镜之间的相对旋转角度与标记点GV值之间建立关联，通过旋转角度的变化来改变入射到标记点的激光能量、进而补偿标记点GV值的变化量，解决了因激光器功率衰减、元器件老化等其他不可控因素造成标记点GV值变化问题，进一步解决了因标记点GV变化导致的大批量产品报废问题。
（4）本发明在激光标记的同时同步检测标记点的GV值，并通过建立与GV值关联的可控变量对GV值的实时变化进行补偿，实现了自动化加工过程中标记点GV值的在线实时检测及调整，提高了加工效率，同时保证了加工质量。
附图说明
图1为根据本发明实施例的一种自动实时GV值检测及补偿的方法所采用的系统示意图。
图2为根据本发明实施例的一种自动实时GV值检测及补偿的方法流程图。
图3为根据本发明实施例的偏振光旋转角度调节示意图。
图4为根据本发明实施例的旋转角度与GV值关系曲线示意图。
图5为根据本发明实施例的一种自动实时GV值检测及补偿的系统的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种自动实时GV值检测及补偿的方法，所述方法采用一套可同步实现激光标记加工及GV值检测的系统实现，如图1所示，所述系统包括激光器、标记头、成像系统和光偏振态调节组件（未图示）。
如图2所示，所述方法具体包括：
S1，GV值关联关系构建：构建旋转角度与GV值关系曲线，所述旋转角度与入射到标记点的激光能量相对应。
如图3所示，所述光偏振态调节组件由活动偏振镜和固定偏振镜组成，活动偏振镜设为偏振镜P1，固定偏振镜设为偏振镜P2，激光器发射的激光依次经过偏振镜P1、偏振镜P2、标记头后入射到产品表面。
具体而言，构建旋转角度与GV值关系曲线包括：设定活动偏振镜的旋转起点及单次旋转角度；顺时针或逆时针旋转活动偏振镜，每旋转一单次旋转角度，记录下活动偏振镜的实际角度与对应的标记点GV值；根据记录的多组活动偏振镜的实际角度与对应的标记点GV值，构建旋转角度与GV值关系曲线。在构建时，假定入射到活动偏振镜上的激光能量不变，只通过改变活动偏振镜相对于固定偏振镜的旋转角度，来改变入射到标记点的激光能量，并记录此时对应的标记点GV值。
针对不同的设备或产品可构建不同的旋转角度与GV值关系曲线。如图4所示，图下方的表格显示了本实施例获取的多组旋转角度与GV值，图上方的曲线示意了这些数据的变化趋势。当所述活动偏振镜旋转到与固定偏振镜的偏振方向平行时，透过所述固定偏振镜的光的强度最大；当所述活动偏振镜旋转到与固定偏振镜的偏振方向垂直时，透过所述固定偏振镜的光的强度最小。
S2，GV值在线检测：在激光标记的同时获取标记点的图像，并基于获取的图像得到标记点的实际GV值。在激光标记的同时，产品表面标记点反射的光到达成像组件，由成像组件获取当前标记点的实时图像并发送至控制组件，控制组件基于图像识别得到标记点的实际GV值。
成像组件可设置在反射光路上，产品表面标记点反射的光进入标记头，经由标记头然后入射到成像组件中，确保激光标记和GV值检测的同步进行。
或者，成像组件也可设置在产品上方，通过控制组件同步控制标记头和成像组件启动，来实现激光标记和GV值检测的同步进行。
S3，GV值自动补偿：在标记点的实际GV值超出预设范围时，依据构建好的旋转角度与GV值关系曲线确定需要旋转的角度，并通过调整旋转角度来使入射到标记点的激光能量与实际GV值相适配。
在自动加工过程中，标记头下产品的标记点GV值被实时监测，在标记点的实际GV值超出预设范围时，计算实际GV值与标准GV值的差值，基于所述差值和构建好的旋转角度与GV值关系曲线确定补偿该差值所需的旋转角度，将活动偏振镜转动所述旋转角度，使入射到标记点的激光能量与实际GV值相适配，补偿GV值的变化量。
如图4所示，正常GV值为120时对应的角度为-60°或60°，当GV值下降至100（即差值是20）时，系统会调取50°到60°之间的趋势段，并计算得到此时旋转至55°即可将GV值调整至120。同时，0°左侧的曲线向右移动5°，0°右边的曲线向左移动5°。
进一步来说，调取50°到60°之间的趋势段，其中，50°对应162的GV值，60°对应123的GV值，在这个范围内设定角度为X，GV值为Y，通过构建的关系曲线可以将该趋势段近似看作线性关系，于是有Y=aX+b，将上面两组数据带入得到Y=-3.9X+357，|50<=X<=60|。
这时Y突然下降20，设定Y1为下降后的GV函数，那么就有Y1=Y-20，Y1=-3.9X+357-20；
由于需要把GV值恢复至120，即Y1=120，120=-3.9X+337，因此得到X=55.6°，即计算得到此时需旋转的角度。考虑到实际操作的便利性，在不影响GV补偿有效性的前提下，可执行角度旋转55°来补偿GV值的变化量。
实施例2
如图5所示，本实施例提供一种自动实时GV值检测及补偿的系统，包括发射组件、标记组件、成像组件、控制组件、折返组件和光偏振态调节组件，所述发射组件、光偏振态调节组件和标记组件设置在激光标记光路上，所述成像组件设置在GV值检测光路上，所述发射组件、标记组件、成像组件和光偏振态调节组件分别与控制组件相连。所述折返组件包括至少一个反射镜，用于在激光标记光路和/或GV值检测光路上实现光路的折返。
所述发射组件用于激光发射；所述标记组件用于对产品进行标记；所述成像组件用于在标记的同时获取标记点图像并发送至控制组件；所述控制组件用于根据标记点图像解析出标记点的实际GV值，并在实际GV值超过预设范围时，依据构建好的旋转角度与GV值关系曲线确定需调整的旋转角度并输出旋转角度指令给光偏振态调节组件；所述光偏振态调节组件用于根据旋转角度指令进行角度旋转，使透过光偏振态旋转组件入射到标记点的激光能量与实际GV值相适配；所述折返组件，用于将发射的激光导引到标记组件，及将标记点反射的光导引至成像组件。
所述光偏振态调节组件由活动偏振镜和固定偏振镜构成，且所述活动偏振镜能够相对于固定偏振镜旋转预设角度。本实施例利用偏振光的不对称原理，通过控制活动偏振镜的角度改变透过固定偏振镜的光波偏振态，进而改变入射到标记点的激光能量，实现通过偏振光旋转角度的变化来改变激光能量、进而通过激光能量的改变来补偿GV值变化的目的。
所述活动偏振镜连接有驱动组件；所述驱动组件与控制组件相连，用于在控制组件的控制下驱动活动偏振镜旋转预设角度。所述驱动组件可通过步进电机或其他能够驱动活动偏振镜旋转特定角度的驱动设备来实现。
本实施例通过控制组件控制发射组件和标记组件实现激光在产品表面的标记加工，同时控制成像组件在激光标记的同时获取标记点的图像，并基于获取的图像得到标记点的实际GV值，在实际GV值超出预设范围时，输出旋转角度给光偏振态调节组件，并控制光偏振态调节组件调节入射到标记点的激光能量，来补偿实际GV值的变化量，使最终标记出的产品符合加工质量要求，解决因GV值变化导致大批量产品报废的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (9)

1.一种自动实时GV值检测及补偿的方法，其特征在于，包括：
构建旋转角度与GV值关系曲线，所述旋转角度与入射到标记点的激光能量相对应；在激光标记光路上构建光偏振态调节组件，所述光偏振态调节组件具有可调节的角度，且在调节所述光偏振态调节组件的角度发生变化时，透过所述光偏振态调节组件入射到标记点的光的强度及方向也发生变化；
在激光标记的同时获取标记点的图像，并基于获取的图像得到标记点的实际GV值；
在标记点的实际GV值超出预设范围时，依据构建好的旋转角度与GV值关系曲线确定需要旋转的角度，并通过调整旋转角度来使入射到标记点的激光能量与实际GV值相适配。
2.根据权利要求1所述一种自动实时GV值检测及补偿的方法，其特征在于，所述光偏振态调节组件包括沿激光标记光路依次设置的活动偏振镜和固定偏振镜，且所述活动偏振镜能够相对于固定偏振镜旋转。
3.根据权利要求2所述一种自动实时GV值检测及补偿的方法，其特征在于，构建旋转角度与GV值关系曲线进一步包括：设定活动偏振镜的旋转起点及单次旋转角度；顺时针或逆时针旋转活动偏振镜，每旋转一单次旋转角度，记录下活动偏振镜的实际角度与对应的标记点GV值；根据记录的多组活动偏振镜的实际角度与对应的标记点GV值，构建旋转角度与GV值关系曲线。
4.根据权利要求2所述一种自动实时GV值检测及补偿的方法，其特征在于，当所述活动偏振镜旋转到与固定偏振镜的偏振方向平行时，透过所述光偏振态调节组件的光的强度最大；当所述活动偏振镜旋转到与固定偏振镜的偏振方向垂直时，透过所述光偏振态调节组件的光的强度最小。
5.根据权利要求2所述一种自动实时GV值检测及补偿的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在标记点的实际GV值超出预设范围时，计算实际GV值与标准GV值的差值，基于所述差值和构建好的旋转角度与GV值关系曲线确定补偿该差值所需的旋转角度，将活动偏振镜转动所述旋转角度，使入射到标记点的激光能量与实际GV值相适配。
6.一种自动实时GV值检测及补偿的系统，其特征在于，包括发射组件、标记组件、成像组件、控制组件和光偏振态调节组件，所述发射组件、光偏振态调节组件和标记组件设置在激光标记光路上，所述成像组件设置在GV值检测光路上，所述发射组件、标记组件、成像组件和光偏振态调节组件分别与控制组件相连；所述发射组件用于激光发射；所述标记组件用于对产品进行标记；所述成像组件用于在标记的同时获取标记点图像并发送至控制组件；所述控制组件用于根据标记点图像解析出标记点的实际GV值，并在实际GV值超过预设范围时，依据构建好的旋转角度与GV值关系曲线确定需调整的旋转角度并输出旋转角度指令给光偏振态调节组件；所述光偏振态调节组件用于根据旋转角度指令进行角度旋转，使透过光偏振态旋转组件入射到标记点的激光能量与实际GV值相适配。
7.根据权利要求6所述一种自动实时GV值检测及补偿的系统，其特征在于，所述光偏振态调节组件由活动偏振镜和固定偏振镜构成，且所述活动偏振镜能够相对于固定偏振镜旋转预设角度。
8.根据权利要求7所述一种自动实时GV值检测及补偿的系统，其特征在于，所述活动偏振镜连接有驱动组件；所述驱动组件与控制组件相连，用于在控制组件的控制下驱动活动偏振镜旋转预设角度。
9.根据权利要求6所述一种自动实时GV值检测及补偿的系统，其特征在于，所述系统还包括折返组件，用于将发射的激光导引到标记组件，及将标记点反射的光导引至成像组件。
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