CN115592272A - 一种智能激光雕刻装置及其控制方法 - Google Patents

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CN115592272A CN202211323200.1A CN202211323200A CN115592272A CN 115592272 A CN115592272 A CN 115592272A CN 202211323200 A CN202211323200 A CN 202211323200A CN 115592272 A CN115592272 A CN 115592272A
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Abstract

本发明公开了一种智能激光雕刻装置及其控制方法,所述激光雕刻装置包括两组相对称设置的支撑块,两组所述支撑块顶部的两端均设置有两组第一轴承座,两组所述第一轴承座之间转动连接有第一螺纹丝杆,所述支撑块上固定安装有第一驱动电机,所述第一驱动电机的输出端与所述第一螺纹丝杆配合连接,所述第一螺纹丝杠上配合连接有第一滑动块,两组所述第一滑动块之间架设有安装块,所述安装块的两端设置有两组第二轴承座,两组所述第二轴承座之间转动连接有第二螺纹丝杆,实现了智能调节雕刻参数的功能,能够避免出现过渡雕刻的现象,降低雕刻成品的不合格率,有利于提高了经济效益。

Description

一种智能激光雕刻装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及激光雕刻技术领域,特别是一种智能激光雕刻装置及其控制方法。
背景技术
随着激光器的不断发展和完善,人类对激光的特性有了充分的认识,并且论证了激光加工材料的可行性,使激光的应用领域越来越广泛。现在激光己广泛地应用于各种材料的加工,这是由于激光的热影响区小、光束方向性好、光束斑点能聚焦到波长级、能进行选择性加工及精密和超精密加工。激光加工就是将激光束照射到加工物体的表面,用以去除或熔化材料以及改变物体表面性能,从而达到加工的目的,激光雕刻机作为典型的光、机、电一体化产品具有加工效率高、加工精度好等特点,可分别实现清扫、勾边、位图三种加工方式。对橡胶板、有机板、塑料板、亚克力板、皮革、织物等非金属材料均能实现加工,已广泛地应用于印刷、模型制造、广告牌制作等行业。然而,现有的激光雕刻机在对薄件板材进行雕刻时,由于热应力分布不均的原因,板材容易在雕刻加工过程中翘起,进而对雕刻精度造成较大影响;并且在板材的雕刻区域中会存在凹陷或凸起等缺陷,这些缺陷的存在会导致雕刻区域出现雕刻深度深浅不一的情况,进而导致雕刻合格率降低,而这些缺陷又存在很大的随机性,目前还缺少这方面的应对方法。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足,提供了一种智能激光雕刻装置及其控制方法。
为达到上述目的本发明采用的技术方案为:
本发明公开了一种智能激光雕刻装置,所述激光雕刻装置包括两组相对称设置的支撑块,两组所述支撑块顶部的两端均设置有两组第一轴承座,两组所述第一轴承座之间转动连接有第一螺纹丝杆,所述支撑块上固定安装有第一驱动电机,所述第一驱动电机的输出端与所述第一螺纹丝杆配合连接,所述第一螺纹丝杠上配合连接有第一滑动块;
两组所述第一滑动块之间架设有安装块,所述安装块的两端设置有两组第二轴承座,两组所述第二轴承座之间转动连接有第二螺纹丝杆,所述安装块上固定安装有第二驱动电机,所述第二驱动电机的输出端与所述第二螺纹丝杆配合连接,所述第二螺纹丝杆上配合连接有第二滑动块;
所述第二滑动块上固定连接有连接板,所述连接板上滑动连接有滑条,所述滑条的两端设置有两组第三轴承座,两组所述第三轴承座之间转动连接有第三螺纹丝杆,所述滑条上固定安装有第三驱动电机,所述第三驱动电机的输出端与所述第三螺纹丝杆配合连接,所述连接板上还设置有第三滑动块,所述第三滑动块与所述第三螺纹丝杆配合连接;
所述滑条上设置有安装架,所述安装架上安装有激光雕刻头,所述滑条上还固定安装有工业摄像机。
进一步的,本发明的一个较佳实施例中,所述连接板的两侧设置有导块,所述滑条的两侧设置有导轨,所述导块能够嵌入所述导轨内,以使得所述滑条能够沿所述连接板上滑动。
进一步的,本发明的一个较佳实施例中,两组所述支撑块之间设置有支撑板,所述支撑板的左右两侧设置有两组压边机构,所述压边机构包括第一安装板与第二安装板,所述第一安装板与第二安装板之间设置有导柱,所述导柱上滑动连接有导套,所述导套上固定连接有调节板,所述调节板上固定连接有活动压条。
进一步的,本发明的一个较佳实施例中,所述第一安装板上固定安装有固定压条,所述第二安装板上固定安装有伸缩气缸,所述伸缩气缸的输出端与伸缩杆的一端配合连接,所述伸缩杆的另一端与所述活动压条固定连接。
进一步的,本发明的一个较佳实施例中,所述活动压条上设置有薄膜压力传感器,所述薄膜压力传感器与所述伸缩气缸通讯连接。
本发明另一方面公开了一种智能激光雕刻装置的控制方法,应用于任一项所述的一种智能激光雕刻装置,包括如下步骤:
获取待雕刻工件的雕刻图纸信息,由所述雕刻图纸信息中提取出加工要素参数值,基于所述加工要素参数值建立预设雕刻三维模型图;
将所述预设雕刻三维模型图分割为多个子雕刻区域,并获取每一个子雕刻区域的预设子雕刻区域三维模型图,并获取所述子雕刻区域的预设雕刻参数值;
获取所述子雕刻区域的实际图像信息,对所述实际图像信息进行预处理,以得到预处理后的图像信息,并基于所述预处理后的图像信息得到所述子雕刻区域的实际雕刻参数值;
基于所述预设雕刻参数值或实际雕刻参数值对每一个子雕刻区域进行雕刻加工;
获取所述子雕刻区域的实时雕刻图像信息,基于所述实时雕刻图像信息建立实时雕刻三维模型图;
在预设时间内将所述实时雕刻三维模型图与预设子雕刻区域三维模型图进行比较,得到偏差率,判断所述偏差率是否大于预设偏差率;
若大于,则基于所述实时雕刻三维模型图生成控制信息,并将所述控制信息传送至控制终端。
进一步的,本发明的一个较佳实施例中,基于所述预处理后的图像信息得到所述子雕刻区域的实际雕刻参数值,具体包括如下步骤:
通过大数据网络获取预设缺陷图像信息,并基于所述预设缺陷图像信息建立缺陷识别数据库;
将所述预处理后的图像信息导入所述缺陷识别数据库中进行识别,判断所述预处理后的图像信息中是否存在预设缺陷;
若存在,则获取所述预设缺陷的特征参数值;其中,所述特征参数值包括凹陷长度、凹陷深度以及凹陷宽度,或凸起长度、凸起高度以及凸起宽度;
判断所述特征参数值是否大于预设特征参数值;
若大于,则基于所述子雕刻区域的预设雕刻参数值与特征参数值得到该子雕刻区域的实际雕刻参数值。
进一步的,本发明的一个较佳实施例中,若大于,则基于所述子雕刻区域的预设雕刻参数值与特征参数值得到该子雕刻区域的实际雕刻参数值,具体包括如下步骤:
基于所述子雕刻区域的预设雕刻参数值与特征参数值建立模拟雕刻三维模型图;
将所述预设子雕刻区域三维模型图与模拟雕刻三维模型图进行比较,得到两者之间的体积差值;
基于所述体积差值得到在雕刻该子雕刻区域时的激光功率修正值;
根据所述激光功率修正值对预设雕刻参数值进行调整,得到实际雕刻参数值,并将所述实际雕刻参数值传送至控制终端。
进一步的,本发明的一个较佳实施例中,若大于,则基于所述实时雕刻三维模型图生成控制信息,具体包括如下步骤:
提取所述预设子雕刻区域三维模型图中的第一轮廓特征,并生成所述第一轮廓特征的各特征点的第一坐标值;
提取所述实时雕刻三维模型图中的第二轮廓特征,并生成所述第二轮廓特征的第二坐标值;
计算所述第一坐标值与第二坐标值之间的差值;
若所述差值为负值,则生成停止雕刻控制信息,并将所述停止雕刻控制信息传送至控制终端。
进一步的,本发明的一个较佳实施例中,还包括如下步骤:
若所述差值为正值,则由大数据网络中获取不同基体融化速率所对应的极限雕刻参数,并基于所述不同基体融化速率所对应的极限雕刻参数建立参数数据库;
在预设时间内获取所述子雕刻区域的实时雕刻图像信息,得到基体实际融化速率;
将所述基体实际融化速率导入所述参数数据库中,得到预设极限雕刻参数;
将所述预设极限雕刻参数作为修正雕刻参数,并将所述修正雕刻参数传送至控制终端。
本发明解决了背景技术中存在的技术缺陷,本发明具备以下有益效果:通过压边机构将待雕刻工件的侧边压紧,避免工件在雕刻过程中出现翘边的现象,提高雕刻精度;通过工业摄像机对各子雕刻区域进行图像检测,提高各子雕刻区域的雕刻质量,消除了原材料随机缺陷的影响,进而提高了雕刻成品的合格率,减少了经济损失;并且实现了智能调节雕刻参数的功能,能够避免出现过渡雕刻的现象,降低雕刻成品的不合格率,有利于提高了经济效益。
附图说明
为了更清楚地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实施例的附图。
图1为激光雕刻装置的第一立体结构示意图;
图2为激光雕刻装置的第二立体结构示意图;
图3为激光雕刻装置的第三立体结构示意图;
图4为第二滑动块安装位置结构示意图;
图5为第三滑动块安装位置结构示意图;
图6为压边机构工作状态结构示意图;
图7为压边机构第一立体结构示意图;
图8为压边机构第二立体结构示意图;
附图标记说明如下:101、支撑块;102、第一轴承座;103、第一螺纹丝杆;104、第一驱动电机;105、第一滑动块;106、安装块;107、第二轴承座;108、第二螺纹丝杆;109、第二驱动电机;201、第二滑动块;202、连接板;203、滑条;204、第三轴承座;205、第三螺纹丝杆;206、第三驱动电机;207、第三滑动块;208、安装架;209、激光雕刻头;301、工业摄像机;302、导块;303、导轨;304、支撑板;305、压边机构;306、第一安装板;307、第二安装板;308、导柱;309、导套;401、调节板;402、活动压条;403、固定压条;404、伸缩气缸;405、伸缩杆;406、雕刻工件。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述,这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成,需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
本发明公开了一种智能激光雕刻装置,如图1、图2、图3所示,所述激光雕刻装置包括两组相对称设置的支撑块101,两组所述支撑块101顶部的两端均设置有两组第一轴承座102,两组所述第一轴承座102之间转动连接有第一螺纹丝杆103,所述支撑块101上固定安装有第一驱动电机104,所述第一驱动电机104的输出端与所述第一螺纹丝杆103配合连接,所述第一螺纹丝杠上配合连接有第一滑动块105。
如图4所示,两组所述第一滑动块105之间架设有安装块106,所述安装块106的两端设置有两组第二轴承座107,两组所述第二轴承座107之间转动连接有第二螺纹丝杆108,所述安装块106上固定安装有第二驱动电机109,所述第二驱动电机109的输出端与所述第二螺纹丝杆108配合连接,所述第二螺纹丝杆108上配合连接有第二滑动块201。
需要说明的是,通过控制第一驱动电机104启动,使得第一驱动电机104带动第一螺纹丝杆103旋转,从而使得第一滑动块105能够在第一螺纹丝杆103上来回滑动,进而使得激光雕刻头209能够沿待雕刻工件406的长度方向移动;同理,通过控制第二驱动电机109启动,使得第二驱动电机109带动第二螺纹丝杆108旋转,从而使得第二滑动块201能够在第二螺纹丝杆108上来回滑动,进而使得激光雕刻头209能够沿待雕刻工件406的宽度方向移动;这样一来,通过控制第一驱动电机104与第二驱动电机109按照设定的程序运行,便能够控制激光雕刻头209按照设定的路径移动,从而对工件完成雕刻,并且采用螺纹丝杆传动结构进行传动,传动效率高,激光雕刻头209移动过程稳定,进一步提高了雕刻精度,保证了雕刻后产品的品质。
如图5所示,所述第二滑动块201上固定连接有连接板202,所述连接板202上滑动连接有滑条203,所述滑条203的两端设置有两组第三轴承座204,两组所述第三轴承座204之间转动连接有第三螺纹丝杆205,所述滑条203上固定安装有第三驱动电机206,所述第三驱动电机206的输出端与所述第三螺纹丝杆205配合连接,所述连接板202上还设置有第三滑动块207,所述第三滑动块207与所述第三螺纹丝杆205配合连接。
需要说明的是,通过控制第三驱动电机206启动,使得第三驱动电机206带动第三螺纹丝杆205转动,从而使得第三螺纹丝杠能够沿第三滑动块207上来回滑动,从而使得滑条203能够在连接板202上下滑动,从而实现调整激光雕刻头209的离焦量(即激光雕刻头209与工件表面之间的距离)的功能,从而实现调整激光束照射到工件上的光斑直径的功能,进而实现调整各子雕刻区域的雕刻面积的功能。举例来说,当对当前的子雕刻区域雕刻完毕后,激光雕刻头209会移动至下一子雕刻区域,而若下一子雕刻区域所需要的雕刻面积需要增大时,此时控制终端会控制第三驱动电机206启动,使得第三驱动电机206带动第三螺纹丝杆205旋转,从而使得滑条203沿着连接板202上移,从而加大激光雕刻头209的离焦量,进而提高光斑作用在工件表面的直径,从而实现调大的雕刻面积的功能;反之,若下一子雕刻区域所需要的雕刻面积需要减少时,通过第三驱动电机206间激光雕刻头209的离焦量减少即可。
所述滑条203上设置有安装架208,所述安装架208上安装有激光雕刻头209,所述滑条203上还固定安装有工业摄像机301。
需要说明的是,激光雕刻头209还与激光控制器相连接,通过激光控制器能够控制激光束的激光功率。
所述连接板202的两侧设置有导块302,所述滑条203的两侧设置有导轨303,所述导块302能够嵌入所述导轨303内,以使得所述滑条203能够沿所述连接板202上滑动。
需要说明的是,通过导块302与导轨303,一方面使得滑条203能够沿连接板202上滑动,进行实现调整离焦量的功能,另一方面导块302与导轨303起到了导向的作用,能够避免滑条203在移动的过程中发生位置偏移的情况,提高了装置的稳定性。
如图6、图7、图8所示,两组所述支撑块101之间设置有支撑板304,所述支撑板304的左右两侧设置有两组压边机构305,所述压边机构305包括第一安装板306与第二安装板307,所述第一安装板306与第二安装板307之间设置有导柱308,所述导柱308上滑动连接有导套309,所述导套309上固定连接有调节板401,所述调节板401上固定连接有活动压条402。
所述第一安装板306上固定安装有固定压条403,所述第二安装板307上固定安装有伸缩气缸404,所述伸缩气缸404的输出端与伸缩杆405的一端配合连接,所述伸缩杆405的另一端与所述活动压条402固定连接。
需要说明的是,可以通过人工或者上料机械手将待雕刻的工件放置到压边机构305上,从而通过压边机构305将待雕刻工件406的侧边压紧,避免工件在雕刻过程中出现“翘边”的现象。具体来说,将待雕刻工件406的两侧边分别放置在支撑板304两侧的固定压条403上,然后再控制伸缩气缸404启动,使得伸缩气缸404推动伸缩杆405伸出,使得调节板401下移,从而推动活动压条402下移,进而通过活动压条402与固定压条403将工件的侧边压紧,避免工件在雕刻过程中出现“翘边”的现象,并且在活动压条402下移的过程中,通过导柱308与导套309进行限位,避免活动压条402在下移过程中出现移位的现象。
所述活动压条402上设置有薄膜压力传感器,所述薄膜压力传感器与所述伸缩气缸404通讯连接。
需要说明的是,在活动压条402下移压紧工件的过程中,通过薄膜压力传感器检测并反馈压紧力信息当压紧力到达预设阈值后,薄膜压力传感器压力能够把信息反馈至伸缩气缸404上,使得伸缩气缸404停止驱动,从而实现智能压紧的功能。
本发明另一方面公开了一种智能激光雕刻装置的控制方法,应用于任一项所述的一种智能激光雕刻装置,包括如下步骤:
获取待雕刻工件的雕刻图纸信息,由所述雕刻图纸信息中提取出加工要素参数值,基于所述加工要素参数值建立预设雕刻三维模型图;
将所述预设雕刻三维模型图分割为多个子雕刻区域,并获取每一个子雕刻区域的预设子雕刻区域三维模型图,并获取所述子雕刻区域的预设雕刻参数值;
获取所述子雕刻区域的实际图像信息,对所述实际图像信息进行预处理,以得到预处理后的图像信息,并基于所述预处理后的图像信息得到所述子雕刻区域的实际雕刻参数值;
基于所述预设雕刻参数值或实际雕刻参数值对每一个子雕刻区域进行雕刻加工;
获取所述子雕刻区域的实时雕刻图像信息,基于所述实时雕刻图像信息建立实时雕刻三维模型图;
在预设时间内将所述实时雕刻三维模型图与预设子雕刻区域三维模型图进行比较,得到偏差率,判断所述偏差率是否大于预设偏差率;
若大于,则基于所述实时雕刻三维模型图生成控制信息,并将所述控制信息传送至控制终端。
需要说明的是,所述雕刻图纸信息包括但不限于雕刻区域的雕刻深度参数、雕刻宽度参数以及轮廓参数;所述加工要素参数值包括雕刻区域中各特征点与基准之间的距离尺寸值;所述雕刻图纸信息与加工要素参数值均由设计人员提前设计在加工工程图纸上,在获取雕刻图纸信息与加工要素参数值后,便可以利用三维建模软件(如SolidWorks软件、UG软件、RhinoRhinocero软件等)建立预设雕刻三维模型图;而由于激光雕刻头在单位时间内雕刻面积是有限的,并且在整个雕刻区域中会存在多个雕刻深度以及雕刻宽度不同的区域,因此根据雕刻深度与雕刻宽度的不同将整个雕刻区域分割为多个子雕刻区域,然后再根据各个子雕刻区域的雕刻深度与雕刻宽度得到预设雕刻参数值,所述预设雕刻参数值包括激光功率至、激光离焦量以及激光雕刻时间等,其中,所述预设雕刻参数值是基于理想状态下(即子雕刻区域中不存在凹陷、凸起等缺陷)确定出来的,该参数由设计人员提前计算出并导入到数据储存器内,控制系统可以随时调用该参数。然而在实际情况中,由于雕刻板材加工工艺以及存储环境等原因的影响,在雕刻工件的表面会存在凸起、凹陷等缺陷,而由于这些凸起、凹陷的存在,在雕刻过程中会导致在各个子雕刻区域中所需要融化的基体材料变多或者变少,若此时我们依旧采用预设雕刻参数值对存在凸起、凹陷的子雕刻区域进行雕刻加工的话,无疑会影响雕刻成品质量,严重的还会造成报废。因此在雕刻前,先通过工业摄像机拍摄各个子雕刻区域的实际图像信息,然后再根据实际图像信息确定出各子雕刻区域的实际缺陷情况,并且根据缺陷情况再判断是否需要对该子雕刻区域的预设雕刻参数值进行修正,通过本方法有利于提高各子雕刻区域的雕刻质量,消除了原材料随机缺陷的影响,进而提高了雕刻成品的合格率,减少了经济损失。
进一步的,本发明的一个较佳实施例中,基于所述预处理后的图像信息得到所述子雕刻区域的实际雕刻参数值,具体包括如下步骤:
通过大数据网络获取预设缺陷图像信息,并基于所述预设缺陷图像信息建立缺陷识别数据库;
将所述预处理后的图像信息导入所述缺陷识别数据库中进行识别,判断所述预处理后的图像信息中是否存在预设缺陷;
若存在,则获取所述预设缺陷的特征参数值;其中,所述特征参数值包括凹陷长度、凹陷深度以及凹陷宽度,或凸起长度、凸起高度以及凸起宽度;
判断所述特征参数值是否大于预设特征参数值;
若大于,则基于所述子雕刻区域的预设雕刻参数值与特征参数值得到该子雕刻区域的实际雕刻参数值。
需要说明的是,由于雕刻板材加工工艺以及存储环境等原因,在雕刻工件的表面会存在凸起、凹陷等缺陷,并且这些缺陷的存在是具有很大的随机性的。因此,可以提前通过大数据网络获取预设缺陷图像信息,所述预设缺陷图像信息包括各种类型的凹陷、凸起图像信息,然后建立缺陷识别数据库,然后再将各个子雕刻区域的实际图像信息中导入缺陷识别数据库中进行识别,从而判断子雕刻区域中是否存在预设缺陷(即凸起、凹陷缺陷),若存在,则获取所述预设缺陷的特征参数值,当所述特征参数值大于预设特征参数值时,此时可以说明的是,由于这些缺陷的存在,会导致该子雕刻区域中相对于理想状态下(无缺陷)所需要融化的基体材料变多或者变少,此时若依旧采用预设雕刻参数值对该子雕刻区域进行加工雕刻的话,会导致“过雕”或者“少雕”的情况,从而导致雕刻成品不及格,因此需要对该子雕刻区域的预设雕刻参数值进行修正。相反,若所述特征参数值不大于预设特征参数值,此时可以说明的是,虽然该子雕刻区域存在微小的凹陷、凸起缺陷,但这些缺陷不足以对雕刻精度造成影响,此时依旧采用预设雕刻参数值对该子雕刻区域进行雕刻即可。
进一步的,本发明的一个较佳实施例中,若大于,则基于所述子雕刻区域的预设雕刻参数值与特征参数值得到该子雕刻区域的实际雕刻参数值,具体包括如下步骤:
基于所述子雕刻区域的预设雕刻参数值与特征参数值建立模拟雕刻三维模型图;
将所述预设子雕刻区域三维模型图与模拟雕刻三维模型图进行比较,得到两者之间的体积差值;
基于所述体积差值得到在雕刻该子雕刻区域时的激光功率修正值;
根据所述激光功率修正值对预设雕刻参数值进行调整,得到实际雕刻参数值,并将所述实际雕刻参数值传送至控制终端。
需要说明的是,当所述特征参数值大于预设特征参数值时,通过3D仿真建模软件(如SolidWorks软件、Maya软件、RhinoRhinocero软件等)基于预设雕刻参数值对该子雕刻区域进行加工雕刻仿真建模,从而得到模拟雕刻三维模型图,然后再通过3D仿真建模软件对预设子雕刻区域三维模型图与模拟雕刻三维模型图进行比较分析,得到两者之间的体积差值,然后再通过得到的体积差以及通过激光功率修正计算公式便能够得到激光功率修正值;然后再根据激光功率修正值对预设雕刻参数值中的激光功率值进行调整,便能够得到实际雕刻参数值,此时通过实际雕刻参数值对该子雕刻区域进行雕刻加工即可。通过本方法有利于提高各子雕刻区域的雕刻质量,消除了原材料随机缺陷的影响,进而提高了雕刻成品的合格率,减少了经济损失。其中,所述激光功率修正计算公式如下所示:
Figure BDA0003911291290000141
其中,P′表示激光功率修正值;P1表示预设雕刻参数值中的激光功率值;γ表示激光脉冲宽度;Vf表示预设子雕刻区域三维模型图与模拟雕刻三维模型图之间的体积差值;h表示离焦量;Rk表示能量熔化效率;Rm表示能量转移效率;Ep表示激光单脉冲能量;f表示激光频率。
进一步的,本发明的一个较佳实施例中,若大于,则基于所述实时雕刻三维模型图生成控制信息,具体包括如下步骤:
提取所述预设子雕刻区域三维模型图中的第一轮廓特征,并生成所述第一轮廓特征的各特征点的第一坐标值;
提取所述实时雕刻三维模型图中的第二轮廓特征,并生成所述第二轮廓特征的第二坐标值;
计算所述第一坐标值与第二坐标值之间的差值;
若所述差值为负值,则生成停止雕刻控制信息,并将所述停止雕刻控制信息传送至控制终端。
需要说明的是,当确定出各个子雕刻区域的雕刻参数后,控制激光雕刻头按照设定的路径对各个子雕刻区域进行加工雕刻,并且在加工雕刻的过程中获取各个子雕刻区域的实时雕刻图像信息,然后基于该实时雕刻图像信息通过三维建模软件建立实时雕刻三维模型图,并且在预设时间内将实时雕刻三维模型图与预设子雕刻区域三维模型图进行比较,得到偏差率,若所述偏差率大于预设偏差率,此时说明预设时间内该子雕刻区域内的基体出现了融化速率过快的现象,从而导致偏差率过大,造成此种现象的原因在于该子雕刻区域内部存在裂纹、裂缝以及空隙等缺陷,这些缺陷是由于板材在成型时出现的,也存在随机性,而由于这些缺陷是并不存在子雕刻区域的表面的,因此我们并不能够在事先通过工业摄像机检测发现,由于这些裂纹、裂缝以及空隙的存在,同样会导致该子雕刻区域内相对于理想状态下(无缺陷)所需要融化的基体材料变少,因此在以相同的激光功率对该子雕刻区域进行雕刻时,相对于理想状态下该子雕刻区域内的基体融化速率是会变快的,因此此时有可能已经出现了“过渡雕刻”的现象,因此需要对实际雕刻情况进行下一步判定。
需要说明的是,若所述偏差率大于预设偏差率,此时需要判断是否出现了“过渡雕刻”的现象,以对后续的加工过程做出相应的控制程序。具体来说,首先提取所述预设子雕刻区域三维模型图中的第一轮廓特征,所述第一轮廓特征即是预设子雕刻区域的外形轮廓特征,该第一轮廓特征可以理解为由多条线连接而成的面,并且生成所述第一轮廓特征的各特征点的第一坐标值;然后提取所述实时雕刻三维模型图中的第二轮廓特征,所述第二轮廓特征即是在对该子雕刻区域进行雕刻时的实时外形轮廓特征,该第二轮廓特征同样可以理解为由多条线连接而成的面,并生成所述第二轮廓特征的第二坐标值;然后再计算第一轮廓特征与第二轮廓特征所对应点之间的坐标差值(即第一坐标值与第二坐标值之间的差值),若第一坐标值与第二坐标值之间的差值为负值,说明非雕刻区域的基材已经被融化掉,此时说明已经出现了过渡雕刻的现象,即使继续对该工件进行雕刻加工亦是废品,此时停止对下一子雕刻区域进行继续雕刻,并将该雕刻工件进行报废处理,利用该种判断方式,能够避免出现对已经是废品的雕刻工件进行继续加工的情况,及时的对其进行报废处理,能降低加工成本。需要注意的是,第一坐标值与第二坐标值是基于同一基准点生成的坐标值,该基准点提前设定,该基准点即是在对该子雕刻区域进行雕刻时,激光雕刻头的轴线与工件轴线之间的交点。
进一步的,本发明的一个较佳实施例中,还包括如下步骤:
若所述差值为正值,则由大数据网络中获取不同基体融化速率所对应的极限雕刻参数,并基于所述不同基体融化速率所对应的极限雕刻参数建立参数数据库;
在预设时间内获取所述子雕刻区域的实时雕刻图像信息,得到基体实际融化速率;
将所述基体实际融化速率导入所述参数数据库中,得到预设极限雕刻参数;
将所述预设极限雕刻参数作为修正雕刻参数,并将所述修正雕刻参数传送至控制终端。
需要说明的是,若第一坐标值与第二坐标值之间的差值为正值,说明非雕刻区域的基材并未被融化掉,此时说明并没有出现过渡雕刻的现象,可以继续对该工件进行雕刻加工,但是由于此时已经出现了基体融化速率过快的现象,若依旧使用原有的雕刻参数对该子雕刻区域进行加工雕刻的话,必定也会造成过度雕刻的现象,此时需要对原有的雕刻参数值(预设雕刻参数值或实际雕刻参数值)进行再一次修正。具体来说,在大数据网络中获取不同基体融化速率所对应的极限雕刻参数,其中,所述极限雕刻参数可以是激光功率值;并基于所述不同基体融化速率所对应的极限雕刻参数建立参数数据库;然后在预设时间内获取所述子雕刻区域的实时雕刻图像信息,得到基体实际融化速率,然后将所述基体实际融化速率导入所述参数数据库中,得到预设极限激光功率值;然后将所述预设极限激光功率值作为修正参数,以该预设极限激光功率值为准对该子雕刻区域进行雕刻加工即可,实现了智能调节雕刻参数的功能,能够避免出现过渡雕刻的现象,降低雕刻成品的不合格率,有利于提高了经济效益。
此外,所述一种智能激光雕刻装置的控制方法,还包括以下步骤:
基于神经网络建立材料识别模型,并将预先训练好的待雕刻工件各区域的图像信息导入所述材料识别模型进行训练,得到训练好的材料识别模型;
获取待雕刻工件的表面图像信息,将所述表面图像信息导入所述训练好的材料识别模型中进行识别,以得到待雕刻工件各区域所对应的材料特征;
判断所述材料特征是否为预设材料特征;
若是,则基于所述材料特征确定出待雕刻工件的雕刻区域参数信息;其中,所述区域参数信息包括雕刻区域的位置坐标信息、面积信息以及轮廓信息。
需要说明的是,所述预先训练好的待雕刻工件各区域的图像信息包括雕刻区域与非雕刻区域的图像信息,在对雕刻工件进行激光雕刻前,为了提高激光束与基材之间的结合能力,一般需要在雕刻区域涂抹激光熔覆层,因此可以根据雕刻区域与非雕刻区域表面材料之间纹理特性、孔隙率以及光谱反射率之间的区别进而快速、精准的识别出雕刻区域的位置坐标信息、面积信息以及轮廓信息,在雕刻前能够对待雕刻工件进一步进行精准的位置定位识别,从而消除掉夹紧机构的夹紧误差,进而大大提高了雕刻精度,减少了雕刻废品率,使得装置的可靠度更高。
此外,所述一种智能激光雕刻装置的控制方法,还包括以下步骤:
获取各子雕刻区域的雕刻后图像信息,通过特征点匹配得到稀疏特征点,并获取所述稀疏特征点的坐标值;
根据所述稀疏特征点的坐标值生成稀疏三维云数据,对所述三维云数据进行稠密提取得到密集三维点云数据信息;
根据所述密集三维点云数据信息建立雕刻曲面,基于所述雕刻曲面建立雕刻后的三维模型图;
将所述雕刻后的三维模型图与标本三维模型图进行对比,得到偏差率;
判断所述偏差率是否大于预设偏差率阈值;
若大于,则将该雕刻后的工件标记为废品,并生成停止雕刻控制信息,并将所述停止雕刻控制信息传送至控制终端。
需要说明的是,在雕刻完每一个子雕刻区域后,获取该子雕刻区域的雕刻后图像信息,并且基于该图像信息建立雕刻后的三维模型图,将所述雕刻后的三维模型图与标本三维模型图进行对比,所述标本三维模型图即合格合规的标准模型,该模型由设计人员通过3D建模软件提前建立并导入到数据存储器中,该方式可以理解为将雕刻后的子雕刻区域的各位置的曲面平整度与标本三维模型图中各位置的曲面平整度进行对比,若偏差率大于预设偏差率阈值,则说明该雕刻后的子雕刻区域雕刻误差已经过大,即使继续对该工件进行雕刻加工亦是废品,此时停止对下一子雕刻区域进行继续雕刻,并将该雕刻工件进行报废处理。利用该种判断方式,能够避免出现对已经是废品的雕刻工件进行继续加工的情况,及时的对其进行报废处理,能降低加工成本,并且能够提高加工效率。
此外,所述一种智能激光雕刻装置的控制方法,还包括以下步骤:
通过大数据网络获取待雕刻工件在各温度下所能承受的极限激光功率值,并基于所述待雕刻工件在各温度下所能承受的极限激光功率值建立特性数据库;
获取当前待雕刻工件的温度值,将所述当前待雕刻工件的温度值导入所述特性数据库中,得到预设极限激光功率值;
获取当前雕刻的激光功率值,并将所述当前雕刻的激光功率值与预设极限激光功率值进行比较;
判断所述当前雕刻的激光功率值是否大于预设极限激光功率值;
若大于,将所述预设极限激光功率值作为修正雕刻参数,并将所述修正雕刻参数传送至控制终端。
需要说明的是,在激光雕刻时,激光功率对雕刻温度有着重大影响,一般来说,激光功率越大,雕刻温度会越大,而雕刻温度对工件内部的热应力影响较大,当热应力过大时,工件内部就会产生裂纹,进而导致工件报废,因此不同温度场下的极限激光功率值是不一致的,通过大数据网络获取待雕刻工件在各温度下所能承受的极限激光功率值,并基于所述待雕刻工件在各温度下所能承受的极限激光功率值建立特性数据库,然后利用温度传感器、热敏传感器以及红外测温仪等获取雕刻工件在雕刻时的温度值,从而确定在该温度值下雕刻工件所能承受的预设极限激光功率值,若当前雕刻的激光功率值大于预设极限激光功率值,此时则需要将当前雕刻的激光功率值调低,进而避免在雕刻过程中出现裂纹裂缝的缺陷,以确保雕刻质量。需要注意的是,将当前雕刻的激光功率值调低后,需要提高了激光在该雕刻区域的雕刻时间,进而确保将雕刻区域完全熔融。
以上依据本发明的理想实施例为启示,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种智能激光雕刻装置,其特征在于:所述激光雕刻装置包括两组相对称设置的支撑块,两组所述支撑块顶部的两端均设置有两组第一轴承座,两组所述第一轴承座之间转动连接有第一螺纹丝杆,所述支撑块上固定安装有第一驱动电机,所述第一驱动电机的输出端与所述第一螺纹丝杆配合连接,所述第一螺纹丝杠上配合连接有第一滑动块;
两组所述第一滑动块之间架设有安装块,所述安装块的两端设置有两组第二轴承座,两组所述第二轴承座之间转动连接有第二螺纹丝杆,所述安装块上固定安装有第二驱动电机,所述第二驱动电机的输出端与所述第二螺纹丝杆配合连接,所述第二螺纹丝杆上配合连接有第二滑动块;
所述第二滑动块上固定连接有连接板,所述连接板上滑动连接有滑条,所述滑条的两端设置有两组第三轴承座,两组所述第三轴承座之间转动连接有第三螺纹丝杆,所述滑条上固定安装有第三驱动电机,所述第三驱动电机的输出端与所述第三螺纹丝杆配合连接,所述连接板上还设置有第三滑动块,所述第三滑动块与所述第三螺纹丝杆配合连接;
所述滑条上设置有安装架,所述安装架上安装有激光雕刻头,所述滑条上还固定安装有工业摄像机。
2.根据权利要求1所述的一种智能激光雕刻装置,其特征在于:所述连接板的两侧设置有导块,所述滑条的两侧设置有导轨,所述导块能够嵌入所述导轨内,以使得所述滑条能够沿所述连接板上滑动。
3.根据权利要求1所述的一种智能激光雕刻装置,其特征在于:两组所述支撑块之间设置有支撑板,所述支撑板的左右两侧设置有两组压边机构,所述压边机构包括第一安装板与第二安装板,所述第一安装板与第二安装板之间设置有导柱,所述导柱上滑动连接有导套,所述导套上固定连接有调节板,所述调节板上固定连接有活动压条。
4.根据权利要求3所述的一种智能激光雕刻装置,其特征在于:所述第一安装板上固定安装有固定压条,所述第二安装板上固定安装有伸缩气缸,所述伸缩气缸的输出端与伸缩杆的一端配合连接,所述伸缩杆的另一端与所述活动压条固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种智能激光雕刻装置,其特征在于:所述活动压条上设置有薄膜压力传感器,所述薄膜压力传感器与所述伸缩气缸通讯连接。
6.一种智能激光雕刻装置的控制方法,应用于权利要求1-5任一项所述的一种智能激光雕刻装置,其特征在于,包括如下步骤:
获取待雕刻工件的雕刻图纸信息,由所述雕刻图纸信息中提取出加工要素参数值,基于所述加工要素参数值建立预设雕刻三维模型图;
将所述预设雕刻三维模型图分割为多个子雕刻区域,并获取每一个子雕刻区域的预设子雕刻区域三维模型图,并获取所述子雕刻区域的预设雕刻参数值;
获取所述子雕刻区域的实际图像信息,对所述实际图像信息进行预处理,以得到预处理后的图像信息,并基于所述预处理后的图像信息得到所述子雕刻区域的实际雕刻参数值;
基于所述预设雕刻参数值或实际雕刻参数值对每一个子雕刻区域进行雕刻加工;
获取所述子雕刻区域的实时雕刻图像信息,基于所述实时雕刻图像信息建立实时雕刻三维模型图;
在预设时间内将所述实时雕刻三维模型图与预设子雕刻区域三维模型图进行比较,得到偏差率,判断所述偏差率是否大于预设偏差率;
若大于,则基于所述实时雕刻三维模型图生成控制信息,并将所述控制信息传送至控制终端。
7.根据权利要求6所述的一种智能激光雕刻装置的控制方法,其特征在于,基于所述预处理后的图像信息得到所述子雕刻区域的实际雕刻参数值,具体包括如下步骤:
通过大数据网络获取预设缺陷图像信息,并基于所述预设缺陷图像信息建立缺陷识别数据库;
将所述预处理后的图像信息导入所述缺陷识别数据库中进行识别,判断所述预处理后的图像信息中是否存在预设缺陷;
若存在,则获取所述预设缺陷的特征参数值;其中,所述特征参数值包括凹陷长度、凹陷深度以及凹陷宽度,或凸起长度、凸起高度以及凸起宽度;
判断所述特征参数值是否大于预设特征参数值;
若大于,则基于所述子雕刻区域的预设雕刻参数值与特征参数值得到该子雕刻区域的实际雕刻参数值。
8.根据权利要求7所述的一种智能激光雕刻装置的控制方法,其特征在于,若大于,则基于所述子雕刻区域的预设雕刻参数值与特征参数值得到该子雕刻区域的实际雕刻参数值,具体包括如下步骤:
基于所述子雕刻区域的预设雕刻参数值与特征参数值建立模拟雕刻三维模型图;
将所述预设子雕刻区域三维模型图与模拟雕刻三维模型图进行比较,得到两者之间的体积差值;
基于所述体积差值得到在雕刻该子雕刻区域时的激光功率修正值;
根据所述激光功率修正值对预设雕刻参数值进行调整,得到实际雕刻参数值,并将所述实际雕刻参数值传送至控制终端。
9.根据权利要求6所述的一种智能激光雕刻装置的控制方法,其特征在于,若大于,则基于所述实时雕刻三维模型图生成控制信息,具体包括如下步骤:
提取所述预设子雕刻区域三维模型图中的第一轮廓特征,并生成所述第一轮廓特征的各特征点的第一坐标值;
提取所述实时雕刻三维模型图中的第二轮廓特征,并生成所述第二轮廓特征的第二坐标值;
计算所述第一坐标值与第二坐标值之间的差值;
若所述差值为负值,则生成停止雕刻控制信息,并将所述停止雕刻控制信息传送至控制终端。
10.根据权利要求9所述的一种智能激光雕刻装置的控制方法,其特征在于,还包括如下步骤:
若所述差值为正值,则由大数据网络中获取不同基体融化速率所对应的极限雕刻参数,并基于所述不同基体融化速率所对应的极限雕刻参数建立参数数据库;
在预设时间内获取所述子雕刻区域的实时雕刻图像信息,得到基体实际融化速率;
将所述基体实际融化速率导入所述参数数据库中,得到预设极限雕刻参数;
将所述预设极限雕刻参数作为修正雕刻参数,并将所述修正雕刻参数传送至控制终端。
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