CN115722813A - 一种使用视觉成像的激光加工方法及激光加工系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例属于激光加工技术领域，涉及一种使用视觉成像的激光加工方法及激光加工系统。本申请提供的使用视觉成像的激光加工方法包括以下步骤：将产品置于加工平台上，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内；通过视觉成像模块拍摄待加工区域的图像；对拍摄的图像进行处理，获取与产品待加工区域对应的加工图纸；以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工。有效解决传统贴膜方法导致的膜材和玻璃相对位置精度差的问题，工艺流程简单，膜材和玻璃边缘的相对精度高，不需要使用高精度的贴膜设备，镭射后的产品可直接进行装配，降低生产成本，减少加工工序，同时制备的产品环境耐受度高，边缘光滑细腻。

Description

一种使用视觉成像的激光加工方法及激光加工系统

技术领域

本申请涉及激光加工技术领域，更具体的说，特别涉及一种使用视觉成像的激光加工方法及激光加工系统。

背景技术

随着汽车的智能化程度不断提高，汽车内的显示屏尺寸逐渐增大，而且形状随着内饰的多元化，也出现了各种异形轮廓。又因为汽车的工作环境多变，需要适应不同的用车环境和季节，所以对所使用的材料的环境适应性和耐久性能提出了较高的要求。玻璃、防爆膜复合材料常用于车载显示屏最外层的封装材料成为汽车内饰的一部分，玻璃材料由于其透明度高、环境适应性好的特点，常作为车载显示屏最外层的封装材料成为汽车内饰的一部分。但同时玻璃又有易碎伤人的缺点，在车辆发生碰撞时容易破碎伤及驾乘人员，所以不能直接安装在汽车上使用，目前解决的办法是裁切一片同玻璃外形类似的高强度塑料膜材(常称为防爆膜)，通过粘合剂粘在玻璃表面，防止玻璃破碎时碎屑飞溅伤人。

由于目前加工工艺水平限制，玻璃和防爆膜材间的相对位置精度差，由于玻璃材料硬度大、脆性高，所以其加工难度大、加工精度低。同时为了避免防爆塑料膜材下面的胶水粘附灰尘影响美观，就要求粘贴在玻璃表面的膜材尺寸要小于被粘贴的玻璃的尺寸，一般来说，该尺寸差距约为1mm，随着玻璃尺寸变大，该差距会进一步放大到2至3mm。目前采取的这种先切好膜材，再粘贴在玻璃表面的方法普遍存在玻璃和膜材相对位置精度低、膜材和玻璃尺寸相差大，外观不美观、贴膜容易残留气泡等不良的问题，无法满足复杂外形和高精度的加工要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用视觉成像的激光加工方法及激光加工系统，解决玻璃和膜材相对位置精度低、膜材和玻璃尺寸相差大的技术问题。

为了解决以上提出的问题，本发明实施例提供了如下所述的技术方案：

一种使用视觉成像的激光加工方法，包括以下步骤：

将产品置于加工平台上，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内；

通过视觉成像模块拍摄待加工区域的图像；

对拍摄的图像进行处理，获取与产品待加工区域对应的加工图纸；

以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工。

进一步地，所述将产品置于加工平台上，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内的步骤之前，还包括：

根据产品的形状和尺寸制作固定产品的夹具和照明光源；

安装视觉成像模块，并使成像镜头与产品保持相对平行。

进一步地，所述将产品置于加工平台上，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内的步骤之后，所述通过视觉成像模块拍摄待加工区域的图像的步骤之前，还包括：

对视觉成像模块进行设置调试，设置内容包括光源的亮度、视觉成像设备的光圈大小、曝光时长，使得待加工区域的轮廓在视觉成像模块内成像清晰。

进一步地，所述对拍摄的图像进行处理，获取和产品待加工区域对应的加工图纸的步骤包括：

通过软件算法，从拍摄的图像里提取出特定对比度的像素点坐标，将各像素点坐标按照一定的顺序连接，得到和产品待加工区域对应的待加工图形；

通过测量视觉成像模块中各个像素点对应的机械坐标位置，建立像素点坐标和加工坐标的转换关系，将待加工图形转换为加工图纸。

进一步地，所述以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工的步骤包括：

根据加工图纸编辑激光加工程序，设置加工速度、激光频率、激光功率等参数；

以设置好的各项激光参数按加工图纸对产品进行激光加工。

进一步地，所述通过视觉成像模块拍摄待加工区域的图像的步骤包括：

将产品待加工区域划分为一个或多个区域。

进一步地，所述以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工的步骤中，使用的激光光源为皮秒激光器，皮秒激光器的波长为355nm。

进一步地，所述加工速度为1200mm/s－1800mm/s，所述激光频率为400kHz－1000kHz，所述激光功率为7W－20W。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种激光加工系统，采用了如下所述的技术方案：

一种激光加工系统，用于如上所述的使用视觉成像的激光加工方法，所述激光加工系统包括加工平台、控制模块、视觉成像模块和激光加工模块，所述视觉成像模块和激光加工模块设于所述加工平台上，所述视觉成像模块和激光加工模块与控制模块连接，所述视觉成像模块用于拍摄产品待加工区域的图像，所述控制模块用于对拍摄的图像进行处理，获取和产品待加工区域对应的加工图纸，所述激光加工模块用于以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工。

与现有技术相比，本发明实施例主要有以下有益效果：

一种使用视觉成像的激光加工方法及激光加工系统，通过视觉成像模块拍摄产品待加工区域的图像，对拍摄的图像进行处理，生成加工图纸，然后以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工，有效解决传统贴膜方法导致的膜材和玻璃相对位置精度差的问题，工艺流程简单，膜材和玻璃边缘的相对精度高，不需要使用高精度的贴膜设备，镭射后的产品可直接进行装配，降低生产成本，减少加工工序，同时制备的产品环境耐受度高，边缘光滑细腻。通过高精度的视觉成像模块和智能比对算法，可以根据每片玻璃的外形生成对应的图纸，实现对每一片粘贴在玻璃上的防爆膜进行适配切割，不但省去了定位贴膜的工序，而且可以很好地解决传统贴膜方法中所产生的贴偏、膜下残留气泡等不良，提高成品率。同时可以按需调节膜材和玻璃边缘的距离，不再受形状和玻璃加工精度的制约，给汽车内饰设计创造更大空间，而且进一步提高了安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的附图。

图1为本发明实施例中使用视觉成像的激光加工方法的流程框图；

图2为本发明实施例中视觉成像模块工作时激光加工系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中激光加工模块工作时激光加工系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、控制模块；2、视觉成像模块；3、产品；4、照明光源；5、激光加工模块。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将参照相关附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例

如图1所示，一种使用视觉成像的激光加工方法，包括以下步骤：

将产品置于加工平台上，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内；

通过视觉成像模块拍摄待加工区域的图像；

对拍摄的图像进行处理，获取与产品待加工区域对应的加工图纸；

以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工。

本发明实施例提供的使用视觉成像的激光加工方法，通过视觉成像模块拍摄产品待加工区域的图像，对拍摄的图像进行处理，生成加工图纸，然后以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工。有效解决传统贴膜方法导致的膜材和玻璃相对位置精度差的问题，工艺流程简单，膜材和玻璃边缘的相对精度高，不需要使用高精度的贴膜设备，镭射后的产品可直接进行装配，降低生产成本，减少加工工序，同时制备的产品环境耐受度高，边缘光滑细腻。

激光加工技术凭借其无接触、适于复杂加工等突出的优势，被广泛应用于塑料膜材的加工。通过高精度的视觉成像模块和智能比对算法，可以根据每片玻璃的外形生成对应的图纸，实现对每一片粘贴在玻璃上的防爆膜进行适配切割，不但省去了定位贴膜的工序，而且可以很好地解决传统贴膜方法中所产生的贴偏、膜下残留气泡等不良，提高成品率。同时可以按需调节膜材和玻璃边缘的距离，不再受形状和玻璃加工精度的制约，给汽车内饰设计创造更大空间，而且进一步提高了安全性。

本发明实施例中，加工平台包括大理石基座和运动平台，所述大理石基座上设有视觉成像模块和激光加工模块，所述运动平台可为三轴运动平台，优选的，三轴运动平台为三轴直线电机运动平台，在视觉成像模块的工作位置和激光加工模块的工作位置之间移动。三轴直线电机平台能够进行重复定位且具有精度高的优点，有利于提高激光加工的精度，保证产品加工外观效果。

所述将产品置于加工平台上，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内的步骤之前，还包括：

根据产品的形状和尺寸制作固定产品的夹具和照明光源；

安装视觉成像模块，并使成像镜头与产品保持相对平行。

本发明实施例中，根据产品的形状和尺寸制作固定产品的夹具和照明光源，夹具形状不超出产品待加工区域边缘，以免对视觉成像模块造成干扰。夹具安装时使产品与激光加工镜头保持相对平行，以免造成加工误差，即保证产品的水平面与激光垂直。明光源位于产品和夹具之下，照明光源的尺寸大于产品待加工区域。根据需要选取相应的视觉成像模块，安装视觉成像模块时使得成像镜头与产品保持相对平行，即保证产品的水平面与成像镜头的光路垂直，以保证视觉成像模块摄取清晰的产品表面图像。

本发明实施例中，照明光源的波长和颜色可以根据不同产品特性进行更换，所述照明光源包括至少两个光源，并且分别由不同角度对产品进行打光，多个光源从不同角度照亮产品表面，确保视觉成像模块准确获取产品的表面图像。

本发明实施例中，视觉成像模块包括相机和镜头，所述镜头可为超景深远心镜头，所述视觉成像模块敏感区间可以根据不同产品特性进行更换。采用超高像素的相机能够降低失真度，采用超景深远心镜能够获取产品表面的形貌，有助于提高加工精度。此外，针对大尺寸产品的加工，具有超高像素的相机能够获取产品的局部细节，便于进行放大操作，满足加工需求。

所述将产品置于加工平台上，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内的步骤包括：

将装配好的产品和夹具置于加工平台上，开启视觉成像模块，调整视觉成像模块高度，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内。

本发明实施例中，产品待加工区域可以全部处于视觉成像模块的视觉成像范围内，也可以局部处于视觉成像模块的视觉成像范围内。

所述将产品置于加工平台上，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内的步骤之后，所述通过视觉成像模块拍摄待加工区域的图像的步骤之前，还包括：

对视觉成像模块进行调试，调试内容包括光源的亮度、视觉成像模块的光圈大小、曝光时长等，使得待加工区域的轮廓在视觉成像模块内成像清晰锐利。

所述通过视觉成像模块拍摄待加工区域的图像的步骤包括：

将产品待加工区域划分为一个或多个区域。

本发明实施例中，视觉成像模块拍摄产品待加工区域的图像，可以一次拍摄产品待加工区域的全部，也可以分多次拍摄产品待加工区域的各个部分。将产品待加工区域划分为多个区域时，通过对产品待加工区域多次拍摄，经过图像采集和处理，合成产品整体待加工图像，而后进行激光加工，实现无重叠加工，保证产品加工外观效果，该激光加工方法适用于大尺寸产品的加工。

所述对拍摄的图像进行处理，获取和产品待加工区域对应的加工图纸的步骤包括：

通过一定的软件算法，从拍摄的图像里提取出特定对比度的像素点坐标，将各像素点坐标按照一定的顺序连接，得到和实际产品待加工区域对应的待加工图形；

通过测量视觉成像模块中各个像素点对应的机械坐标位置，建立像素点坐标和加工坐标的转换关系，将待加工图形转换为可以指引激光加工的加工图纸。

所述以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工的步骤包括：

根据加工图纸编辑激光加工程序，设置加工速度、激光频率、激光功率等参数；

以设置好的各项激光参数按加工图纸对产品进行激光加工。

本发明实施例中，所述加工速度为1200mm/s－1800mm/s，所述激光频率为400kHz－1000kHz，所述激光功率为7W－20W。

本发明实施例中，激光光源可以皮秒激光器，皮秒激光器可选用波长为355nm的紫外皮秒激光器，由于紫外激光加工过程中产生的热效应小，因而不会导致产品由于受热而发生变形，同时降低了激光加工模块的能耗，节约了加工成本。在其他实施例中，激光光源也可以为其他种类的激光器。

本发明实施例提供的使用视觉成像的激光加工方法，根据产品的形状和尺寸制作固定产品的夹具和照明光源，选取合适的视觉成像模块，安装视觉成像模块，并使成像镜头与产品保持相对平行，对视觉成像模块进行调试，调试内容包括光源的亮度、视觉成像模块的光圈大小、曝光时长等，使得待加工区域的轮廓在视觉成像模块内成像清晰锐利，将装配好的产品和夹具置于加工平台上，开启视觉成像模块，调整视觉成像模块高度，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内；视觉成像模块拍摄待加工区域的图像，通过一定的软件算法，从拍摄的图像里提取出特定对比度的像素点坐标，将各像素点坐标按照一定的顺序连接，得到和实际产品待加工区域对应的待加工图形；通过测量视觉成像模块中各个像素点对应的机械坐标位置，建立像素点坐标和加工坐标的转换关系，将待加工图形转换为可以指引激光加工的加工图纸；根据加工图纸编辑激光加工程序，设置加工速度、激光频率、激光功率等参数，视觉成像模块提取产品轮廓后，将产品移动至激光加工模块下，以设置好的各项激光参数按加工图纸对产品进行激光加工。有效解决传统贴膜方法导致的膜材和玻璃相对位置精度差的问题，工艺流程简单，膜材和玻璃边缘的相对精度高，不需要使用高精度的贴膜设备，镭射后的产品可直接进行装配，降低生产成本，减少加工工序，同时制备的产品环境耐受度高，边缘光滑细腻。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种激光加工系统，采用了如下所述的技术方案：

一种激光加工方法系统，如图2和图3所示，用于如上所述的使用视觉成像的激光加工方法，包括加工平台、控制模块1、视觉成像模块2、照明光源4和激光加工模块5，所述视觉成像模块2和激光加工模块5设于所述加工平台上，所述视觉成像模块2和激光加工模块5与控制模块1连接，所述视觉成像模块2用于拍摄产品3待加工区域的图像，所述控制模块1用于对拍摄的图像进行处理，获取和产品3待加工区域对应的加工图纸，所述激光加工模块5用于以设定的激光参数按加工图纸对产品3进行激光加工。

本发明实施例提供的使用视觉成像的激光加工方法系统，选取合适的视觉成像模块2，安装视觉成像模块2，并使成像镜头与产品3保持相对平行，对视觉成像模块2进行调试，调试内容包括光源的亮度、视觉成像模块2的光圈大小、曝光时长等，使得待加工区域的轮廓在视觉成像模块2内成像清晰锐利，将装配好的产品3和夹具置于加工平台上，开启视觉成像模块2，调整视觉成像模块2高度，使产品3待加工区域处于视觉成像模块2的视觉成像范围内；视觉成像模块2拍摄待加工区域的图像，通过一定的软件算法，从拍摄的图像里提取出特定对比度的像素点坐标，将各像素点坐标按照一定的顺序连接，得到和实际产品3待加工区域对应的待加工图形；通过测量视觉成像模块2中各个像素点对应的机械坐标位置，建立像素点坐标和加工坐标的转换关系，将待加工图形转换为可以指引激光加工的加工图纸；根据加工图纸编辑激光加工程序，设置加工速度、激光频率、激光功率等参数，视觉成像模块2提取产品3轮廓后，将产品3移动至激光加工模块5下，以设置好的各项激光参数按加工图纸对产品3进行激光加工。有效解决传统贴膜方法导致的膜材和玻璃相对位置精度差的问题，工艺流程简单，膜材和玻璃边缘的相对精度高，不需要使用高精度的贴膜设备，镭射后的产品3可直接进行装配，降低生产成本，减少加工工序，同时制备的产品3环境耐受度高，边缘光滑细腻。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种使用视觉成像的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

将产品置于加工平台上，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内；

通过视觉成像模块拍摄待加工区域的图像；

对拍摄的图像进行处理，获取与产品待加工区域对应的加工图纸；

以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工。

2.根据权利要求1所述的使用视觉成像的激光加工方法，其特征在于，

所述将产品置于加工平台上，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内的步骤之前，还包括：

根据产品的形状和尺寸制作固定产品的夹具和照明光源；

安装视觉成像模块，并使成像镜头与产品保持相对平行。

3.根据权利要求1所述的使用视觉成像的激光加工方法，其特征在于，

所述将产品置于加工平台上，使产品待加工区域处于视觉成像模块的视觉成像范围内的步骤之后，所述通过视觉成像模块拍摄待加工区域的图像的步骤之前，还包括：

对视觉成像模块进行设置调试，设置内容包括光源的亮度、视觉成像设备的光圈大小、曝光时长，使得待加工区域的轮廓在视觉成像模块内成像清晰。

4.根据权利要求1所述的使用视觉成像的激光加工方法，其特征在于，

所述对拍摄的图像进行处理，获取和产品待加工区域对应的加工图纸的步骤包括：

通过软件算法，从拍摄的图像里提取出特定对比度的像素点坐标，将各像素点坐标按照一定的顺序连接，得到和产品待加工区域对应的待加工图形；

通过测量视觉成像模块中各个像素点对应的机械坐标位置，建立像素点坐标和加工坐标的转换关系，将待加工图形转换为加工图纸。

5.根据权利要求1所述的使用视觉成像的激光加工方法，其特征在于，

所述以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工的步骤包括：

根据加工图纸编辑激光加工程序，设置加工速度、激光频率、激光功率等参数；

以设置好的各项激光参数按加工图纸对产品进行激光加工。

6.根据权利要求1所述的使用视觉成像的激光加工方法，其特征在于，

所述通过视觉成像模块拍摄待加工区域的图像的步骤包括：

将产品待加工区域划分为一个或多个区域。

7.根据权利要求1所述的使用视觉成像的激光加工方法，其特征在于，

所述以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工的步骤中，使用的激光光源为皮秒激光器，皮秒激光器的波长为355nm。

8.根据权利要求5所述的使用视觉成像的激光加工方法，其特征在于，

所述加工速度为1200mm/s－1800mm/s，所述激光频率为400kHz－1000kHz，所述激光功率为7W－20W。

9.一种激光加工系统，用于权利要求1－8任意一项所述的使用视觉成像的激光加工方法，其特征在于，

所述激光加工系统包括加工平台、控制模块、视觉成像模块和激光加工模块，所述视觉成像模块和激光加工模块设于所述加工平台上，所述视觉成像模块和激光加工模块与控制模块连接，所述视觉成像模块用于拍摄产品待加工区域的图像，所述控制模块用于对拍摄的图像进行处理，获取和产品待加工区域对应的加工图纸，所述激光加工模块用于以设定的激光参数按加工图纸对产品进行激光加工。

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