CN206936606U - 多点传感激光扫描加工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多点传感激光扫描加工系统，包括准直激光光源，振镜系统，远心消色差扫描物镜，照明光源，同轴指示光源系统，CCD成像系统，旁轴校正光源，红外测温单元，功率检测单元和控制系统；本实用新型将同轴指示加工光点，旁轴校正自动对焦，CCD成像系统，紫外消色差，测温仪，功率计等六方面的功能模块整合到激光加工系统中，对激光加工过程中出现的定位精准，加工功率恒定，加工温度稳定，远心消色差，多波段混合色光聚焦等问题进行了系统性的解决，使得改激光加工系统更加智能，达到精准控制加工的目的，满足高精度激光加工的需求。

Description

多点传感激光扫描加工系统

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术领域，尤其涉及到智能传感激光扫描加工系统。

背景技术

随着激光加工技术的不断发展，需要加工的介质品种日益增加，要求加工出来的效果也越来越精细，使用紫外激光进行激光加工越来越广泛。紫外激光具有聚焦光斑小，加工热影响区小等特点，在超精细打标、特殊材料打标及刻划等方面得到广泛的应用。在紫外激光加工应用领域，不但要求其划刻出的图案清晰、准确，而且越来越多要求能对加工对象进行手工或图像准确对位或者工作情况实时监控。传统的用于紫外激光标刻的F-Theta镜头，只对紫外激光波段进行消像差设计，如果用于可见光成像则存在色差，激光焦点和成像焦点不重合，造成成像不清以及对位不准确。

激光加工过程中，样品的加工质量和加工的激光功率，加工温度，位置定位，对激光束的聚焦等因素密切相关，对这些因素的控制是实现智能精确激光加工的必要因素。传统的激光加工系统并没有一个完善的系统对所有的因素进行相互之间协调控制与配合，存在加工精度不高、加工出来的产品质量缺陷的不足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种多点传感激光扫描加工系统，以克服现有技术所存在的存在加工精度不高、加工出来的产品质量缺陷的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的多点传感激光扫描加工系统，包括准直激光光源，振镜系统，扫描物镜，照明光源，其特征在于，包括同轴指示光源系统，CCD成像系统，旁轴校正光源和控制系统；

所述扫描物镜为远心消色差扫描物镜，用于将多种不同波长的光进行聚焦到一点，以及对不同角度入射的光线实现远心消色差；

所述同轴指示光源系统包括指示光源和光同轴器，所述光同轴器用于使指示光源的光与准直激光光源的光同轴；所述指示光源的光与准直激光光源的光，通过所述振镜系统后、再通过所述远心消色差扫描物镜聚焦到待加工工件表面，所述同轴指示光源在待加工工件表面形成加工光点；

所述照明光源位于所述远心消色差扫描物镜下方，其发出的照明光照射在待加工工件表面；

所述旁轴校正光源位于待加工工件的侧上方，其出射光方向多维度可调，并在待加工工件表面形成校正光点；

所述待加工工件表面的多波长反射光透过远心消色差扫描物镜、振镜系统后被所述CCD成像系统捕捉，所述CCD成像系统捕捉的图像送到控制系统运算处理；

当所述CCD成像系统捕捉到的加工光点与校正光点不重合时，所述控制系统通过调整加工平台的高度，使加工光点与校正光点保持实时重合。

进一步优化的方案是，本多点传感激光扫描加工系统还包括红外测温单元，所述红外测温单元包括红外传感器和第一光学镜片，所述红外传感器连接控制系统；所述第一光学镜片从振镜系统接收待加工工件表面的多波长反射光，投射到红外传感器上，控制系统接收所述红外传感器的信号，计算出待加工工件表面的温度。

进一步的，所述控制系统连接准直激光光源；当待加工工件表面的温度高于设定值时，所述控制系统调节所述准直激光光源。

更进一步的，本多点传感激光扫描加工系统还包括功率检测单元，所述功率检测单元包括功率计和第二光学镜片，所述功率计连接所述控制系统；所述第二光学镜片从振镜系统接收待加工工件表面的多波长反射光，投射到所述功率计上，控制系统接收所述功率计的信号，计算出待加工工件表面的激光功率。

进一步的，所述控制系统连接准直激光光源；当加工过程中的激光功率高于设定值时，所述控制系统调节所述准直激光光源。

最优的，本多点传感激光扫描加工系统还包括显示系统，与所述CCD成像系统连接，所述CCD成像系统捕捉到的图像发送到所述显示系统，所述显示系统用于供操作人员肉眼观察。

本实用新型将同轴指示加工光点，旁轴校正自动对焦，CCD成像系统，紫外消色差，测温仪，功率计等六方面的功能模块整合到激光加工系统中，对激光加工过程中出现的定位精准，加工功率恒定，加工温度稳定，远心消色差，多波段混合色光聚焦等问题进行了系统性的解决，使得改激光加工系统更加智能，达到精准控制加工的目的，满足高精度激光加工的需求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。

图1为多点传感激光扫描加工系统的结构原理图。

图2为多点传感激光扫描加工系统的实物结构外形图。

具体实施方式

图1表示多点传感激光扫描加工系统原理图，从示意图中我们可以看到各个功能模块之间的位置以及功能协调关系，标号1所指示的虚线框为待加工工件及其所在的工作台，该工作台可以上下左右调节位置。

标号2所指示的虚线框为照明光源以及和它安装在一起的镜头，所产生的照明光源波长为850nm。

标号3所指示的虚线框表示F-θ远心消色差扫描物镜，远心消色差扫描物镜3主要用于将多种不同波长的光进行聚焦到一点，以及对不同角度入射的光线实现一个远心消色差的功能。

标号4所指示的线框表示振镜系统4，振镜系统4内部含有两片镜片分别为X，Y镜片，在X，Y方向上对光斑进行位置调节。F-θ远心消色差扫描物镜3的光进入振镜头4，振镜系统4的光路上先后设有第一多波长分光镜11和第二多波长分光镜12。

标号5所指示的虚线框为功率监测系统，能对加工过程中激光功率实时监测，超出预定范围(优选的30w--200w)则会反馈给控制系统，控制系统采取相应的措施。

标号6所指示的虚线框为CCD成像系统，能对加工件表面进行成像，并显示到电脑操作桌面，实现人机交互，更方便观察加工过程，以实现实时监测的目的。

标号7所指示的虚线框为红外测温仪，实时监测加工过程中的温度变化，反馈调节加工过程中的温度(优选的控制温度范围再100-600℃)，以不至于因加工温度过高损坏工件或者造成安全事故等。

第一多波长分光镜11的一路分光进入红外测温仪7，第二路分光进入第二多波长分光镜12，第三路分光进入第三多波长分光镜14。第二多波长分光镜12的两路分光分别进入CCD成像系统6、红外测温系统7。

第三多波长分光镜14、第四多波长分光镜13分别位于F45准直镜的光路上；

标号8所指示的虚线框为F45准直镜，F45准直镜8通过传递光纤连接为加工工件提供能源动力的激光光源。

标号9所指示的虚线框为加工点指示光发生器，加工点指示光发生器9发出的加工点指示光通过第四多波长分光镜13与F45准直镜8的光路同轴，加工点指示光发生器9发出的光和激光加工光源光先后通过第三多波长分光镜14、第一多波长分光镜11、振镜头4、远心消色差扫描物镜到达加工工件上。加工点指示光在工件表面形成一个红色定位光斑，肉眼可见，方便调节加工位置和告知加工位置等信息。

第一多波长分光镜11、第二多波长分光镜12、第三多波长分光镜14、第四多波长分光镜13，分别实现对不同色光进行分光或者合束的功能。

标号10号所指示的虚线框为一个旁轴激光发生器，用于在激光加工、工件移动的过程中，判断被加工点是否在远心消色差扫描物镜的焦平面上。旁轴激光发生器10校验加工点是否在远心消色差扫描物镜的焦平面上的原理如下：

第一步、校正旁轴激光发生器10的光点位置：

首先，在加工前，调整加工平台的高度，使加工平台上的激光加工点到远心消色差扫描物镜之间的距离为远心消色差扫描物镜焦距；

然后，打开加工点指示光发生器9，加工点指示光发生器9发出的加工点指示光落在工平台上的激光加工点上；

打开旁轴激光发生器10，使其发出光线射向上的激光加工点方向，形成一个旁轴激光发生器光点；

调整旁轴激光发生器10的方位，使旁轴激光发生器光点与加工点指示光光点二点重合；

固定旁轴激光发生器10的位置。

第二步、以旁轴激光发生器10的光点位置为校正标准，调整工作台的高度：

在激光加工过程中，保持校正位置后的旁轴激光发生器10开通；

当加工点指示光点与旁轴激光发生器光点不重合时，加工平台控制系统调整加工平台高度，使二者重合，即激光加工点在远心消色差扫描物镜的焦点处。

上述判断加工点指示光点与旁轴激光发生器光点是否重合，是通过CCD成像系统6实时拍照、加工平台控制系统进行图像处理后得到。

加工平台控制系统通过三角测量法，根据加工点指示光点与旁轴激光发生器光点的相对位置，判断对加工平台的调整方向(调高或调低)、以及调整幅度。

多点传感激光扫描加工系统运行的时候，各个部件协调工作并及时反馈给主控系统，实现智能安全高精度加工，此系统已经制造出了相应的产品，系统性能得到了实际的验证，运行良好，得到用户一致好评。

图2为图1原理图的所制出的实物结构外形图，各个部件与图1所标单元相互对应。部件4、5、6、7、8、9之间的连接部分为分光镜组合器具，分光镜组合器具实现图1中的各个多波长分光镜11、12、13、14的功能。

本实用新型的运行方式为：首先是照明光源照射到工件表面，由CCD系统捕捉激光加工点图像，发送控制系统，并显示到人机交互界面，提供对工件表面的观察，人工调节，控制干预。控制系统自动分析图像，通过三角测量法，根据加工点指示光点与旁轴激光发生器光点的相对位置，判断对加工平台的调整方向(调高或调低)、计算调整幅度；调整加工平台的高度，使加工件表面时时保持在加工激光的扫描物镜焦距上。红外测温系统保证加工过程中加工温度，例如，加工过程中加工温度100℃--600℃。功率监测系统保证功率在可控范围内，例如，加工功率控制在30--200w，以免对工件造成损坏或者造成危险。

本实用新型的激光加工系统实现自动调焦，实时监测激光功率，加工温度，对多波段的光进行聚焦和远心消色差，实时捕捉工件表面图像实现实时人机交互，使得控制加工更方便，准确。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种多点传感激光扫描加工系统，包括准直激光光源，振镜系统，扫描物镜，照明光源，其特征在于，包括同轴指示光源系统，CCD成像系统，旁轴校正光源和控制系统；

所述扫描物镜为远心消色差扫描物镜，用于将多种不同波长的光进行聚焦到一点，以及对不同角度入射的光线实现远心消色差；

所述同轴指示光源系统包括指示光源和光同轴器，所述光同轴器用于使指示光源的光与准直激光光源的光同轴；所述指示光源的光与准直激光光源的光，通过所述振镜系统后、再通过所述远心消色差扫描物镜聚焦到待加工工件表面，所述同轴指示光源在待加工工件表面形成加工光点；

所述照明光源位于所述远心消色差扫描物镜下方，其发出的照明光照射在待加工工件表面；

所述旁轴校正光源位于待加工工件的侧上方，其出射光方向多维度可调，并在待加工工件表面形成校正光点；

所述待加工工件表面的多波长反射光透过所述远心消色差扫描物镜、振镜系统后被所述CCD成像系统捕捉，所述CCD成像系统捕捉的图像送到控制系统运算处理；

当所述CCD成像系统捕捉到的加工光点与校正光点不重合时，所述控制系统通过调整加工平台的高度，使加工光点与校正光点保持实时重合。

2.根据权利要求1所述的多点传感激光扫描加工系统，其特征在于，还包括红外测温单元，所述红外测温单元包括红外传感器和第一光学镜片，所述红外传感器连接控制系统；所述第一光学镜片从所述振镜系统接收待加工工件表面的多波长反射光，投射到红外传感器上，控制系统接收所述红外传感器的信号，计算出待加工工件表面的温度。

3.根据权利要求2所述的多点传感激光扫描加工系统，其特征在于，所述控制系统连接准直激光光源；当待加工工件表面的温度高于设定值时，所述控制系统调节所述准直激光光源。

4.根据权利要求1至3之一所述的多点传感激光扫描加工系统，其特征在于，还包括功率检测单元，所述功率检测单元包括功率计和第二光学镜片，所述功率计连接所述控制系统；所述第二光学镜片从所述振镜系统接收待加工工件表面的多波长反射光，投射到所述功率计上，控制系统接收所述功率计的信号，计算出待加工工件表面的激光功率。

5.根据权利要求4所述的多点传感激光扫描加工系统，其特征在于，所述控制系统连接准直激光光源；当加工过程中的激光功率高于设定值时，所述控制系统调节所述准直激光光源。

6.根据权利要求1所述的多点传感激光扫描加工系统，其特征在于，还包括显示系统，与所述CCD成像系统连接，所述CCD成像系统捕捉到的图像发送到所述显示系统，所述显示系统用于供操作人员肉眼观察。