CN212330015U - 一种基于同轴视觉系统的紫外激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于同轴视觉系统的紫外激光加工装置，包括反射镜片，成像镜片，同轴结构，视觉光源及振镜，激光光束从紫外激光器发出后沿轴向经过扩束镜，透过45度反射镜，依次经过振镜镜片，再透过场镜，聚焦后照射到工件上，从而对工件进行加工；其中，为了消除因人工每次上料时工件的位置误差，在激光器和工件之间设置了同轴CCD视觉系统，从而达到修正工件的位置误差的目的。通过二维偏振镜头，可以让工作台和工件固定不动，避免了工件运动带来的位置误差；通过同轴CCD视觉系统的“所见即所得”，消除人工每次的安装误差，通过以上一系列的设计，确保紫外激光加工的超高精度和极小的加工热影响。

Description

一种基于同轴视觉系统的紫外激光加工装置

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术，尤其是涉及一种基于同轴视觉系统的紫外激光加工装置。

背景技术

在玉器、珠宝或金银首饰上刻字，传统的方式是技艺精湛的雕刻师用雕刻刀一点一点的雕刻出来的，使用的雕刻刀的硬度要高于基材的6-7.5倍，最好是7.5倍或以上。这种方式存在两个问题：一方面，对雕刻师的技艺要求非常高，目前能够掌握这种技术的雕刻师亦是少之又少；另一方面，刻字之后经过碰撞很容易产生裂痕，有时虽然表面看不到，但是内部已经发生结构破损，很容易断裂。

基于传统加工方式的缺陷，我们考虑采用紫外激光器配合同轴视觉系统来实现对玉器、珠宝或金银首饰的超精密加工。主要有两个方面的优点：一方面，紫外激光波长355nm，属于冷光源，加工热影响区域小，且聚焦光斑直径极小，故适合用于超精密、冷加工行业，例如玉器、珠宝或金银首饰；另一方面，配合同轴视觉系统使用可以做到激光光轴与视觉成像光轴完全重合，弥补激光对焦偏差带来的加工位置偏移问题，几乎可以做到零误差，简而言之，可以做到“所见即所得”。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于同轴视觉系统的紫外激光加工装置，解决现有技术中激光精密加工中无法实现的超精密、冷加工，从而消除加工定位误差和热变形的影响。

为达到上述技术目的，本实用新型的技术方案提供一种基于同轴视觉系统的紫外激光加工装置，包括反射镜片，成像镜片，同轴结构，视觉光源及振镜，激光光束从紫外激光器发出后沿轴向经过扩束镜，透过45度反射镜，依次经过振镜镜片，再透过场镜，聚焦后照射到工件上，从而对工件进行超精密的加工；

优选的，为了消除因人工每次上料时工件的误差，我们设置了同轴CCD视觉系统，采用一个镀355nm波长高透可见光高反的膜层的镜片，可以实现紫外激光高透而可见光能够反射，工件经过光源照射后反射光线沿激光光束的逆向入射到45度镜片上，反射后进入设计为消除场镜球差的复合成像镜片，再传输到CCD工业相机上清晰成像，图像经过工控机处理后转化成X轴偏振电机和Y轴偏振电机的角度坐标值，从而达到修正工件的位置误差的目的。

优选的，CCD工业相机通过45°的镀355nm波长高透可见光高反的膜层的45°反射镜片，实现与激光同轴。

优选的，CCD工业相机的成像镜片，通过设计为针对振镜场镜来消除球差的复合成像镜片使得CCD工业相机能够高清成像。

优选的，CCD工业相机要求能够高清成像，需要有外加辅助的视觉光源，其光源需要能将加工区域均匀照亮。

优选的，工件被特定的光源照射后，反射光线沿激光光束入射方向逆向入射到镀355nm波长高透可见光高反的膜层的45度反射镜上，通过设计为针对振镜场镜来消除球差的成像镜片进入CCD工业相机后成像。

优选的，工人每次将工件固定于工作台上时，位置会有一定的偏差，如果用肉眼对加工区域进行对位，很难保证精度，因此，我们设置了同轴视觉系统，工件被特定的光源照射后，其反射光线沿激光光束入射方向逆向入射到45度反射镜上，经过45度反射镜反射后进入复合成像镜片再传输到CCD工业相机里成像，采集到的图像信号经过信号线缆传输至工控机，经图像软件处理后转换成坐标信号，发送指令给X轴偏振电机和Y轴偏振电机做角度偏转，将激光光束的位置坐标进行修正，从而消除因工人上料带来的误差。

附图说明

图1为本实用新型的基于同轴视觉系统的紫外激光加工装置的原理图。

其中，附图标记为：1、X轴偏振电机；2、信号线缆；3、反射光线；4、CCD工业相机；5、扩束镜；6、激光光束；7、工控机；8、紫外激光器；9、复合成像镜片；10、45度反射镜；11、场镜；12、工件；13、工作台；14、光源；15、Y轴偏振镜片；16、Y轴偏振电机；17、X轴偏振镜片。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型的技术方案提供一种基于同轴视觉系统的紫外激光加工装置，包括紫外激光器8，激光光束6发出后沿轴向经过扩束镜5，透过45度反射镜10，依次经过X轴偏振镜片17和Y轴偏振镜片15，再透过场镜11，聚焦后照射到工件12上，从而对工件12进行超精密的冷加工。

具体的，激光光束6经过一系列的光学器件后，最终照射在工件上进行加工，先经过扩束镜5，45度反射镜10，X轴偏振镜片17，Y轴偏振镜片15，场镜11，得到特定的激光光斑。

具体的，为了最大限度的减小或消除工件运动带来的位置误差，我们让工件12固定不动，这里，采用X轴偏振电机1、Y轴偏振电机16分别带动X轴偏振镜片17、Y轴偏振镜片15做旋转运动，当激光光束6照射到X轴偏振镜片17上反射时，激光光束6在X轴上作一维运动，然后反射到Y轴偏振镜片15上反射后，激光光束6在Y轴上作一维运动，当工控机7分别按一定时序控制X轴偏振电机1、Y轴偏振电机16做旋转运动时，那么激光光束6就可以在X-Y二维平面内运动，形成一个平面加工区域。

具体的，工人每次将工件12固定于工作台13上时，位置是有细微差别的，如果用肉眼对加工区域进行对位，很难保证精度，这里，我们设置了同轴视觉系统，工件12被特定的光源14照射后，反射光线3沿激光光束6入射方向逆向入射到45度反射镜10上，经过45度反射镜10反射后进入复合成像镜片9，再传输到CCD工业相机4后成像，采集到的图像信号经过信号线缆2传输至工控机7，图像信号经过处理后转换成位置信号，发送指令给X轴偏振电机1和Y轴偏振电机16运动，将激光光束6的位置坐标进行修正，确保加工位置准确无误。

以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于同轴视觉系统的紫外激光加工装置，包括反射镜片，成像镜片，同轴结构、视觉光源及振镜，激光光束从紫外激光器发出后沿轴向经过扩束镜，透过45度反射镜，依次经过振镜镜片，再透过场镜，聚焦后照射到工件上，从而对工件进行精密的加工；为了使避免因为工件运动带来的位置误差，将工件固定于工作台上，继而采用振镜，振镜的两个偏振电机带动两个偏振镜片运动来实现激光光束的二维平面运动，从而对工件进行加工；

其特征在于，为了消除因人工每次上料时工件的位置误差，设置了同轴CCD视觉系统，采用一个镀355nm波长高透可见光高反的膜层的45度反射镜安装于激光光束的轴向上，工件经光源照射后反射光线沿激光光束逆向入射到45度反射镜上，反射后进入设计为消除场镜球差的成像镜片，再传输到CCD工业相机成像，图像经过工控机处理后转化为X轴偏振电机和Y轴偏振电机的角度坐标值，用于修正工件位置误差。

2.根据权利要求1所述的一种基于同轴视觉系统的紫外激光加工装置，其特征在于，CCD工业相机通过45°的镀355nm波长高透可见光高反的膜层的镜片，实现与激光同轴。

3.根据权利要求1所述的一种基于同轴视觉系统的紫外激光加工装置，其特征在于，CCD工业相机的成像镜片，通过设计为针对振镜场镜来消除球差的复合成像镜片，使得CCD工业相机能够高清成像。

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