TWI438050B - 雷射加工誤差校正方法及處理器 - Google Patents

Description

雷射加工誤差校正方法及處理器

本發明係關於雷射加工誤差校正技術。

雷射加工係一種常見的加工手段，其以雷射光束於一工件之特定位置產生各種加工或微加工，包括記號之刻印、工件之焊接、切割或表面處理。

第1圖為習知雷射加工裝置100之結構圖。該雷射加工裝置100包括一雷射源110，用以產生一雷射光束112。分光鏡130用以將雷射光束112穿透至雷射掃描頭(scan head)140上，而雷射掃描頭140會進一步將雷射光束112導引至平台150上之一工件152。掃描頭140為一振鏡系統，其主要是由兩反射鏡142及144以及一聚焦鏡170所組成。其中，該反射鏡142及144用以將雷射光束反射至該聚焦鏡上，而該聚焦鏡170則進一步將該雷射光束聚焦在一平面上。該聚焦鏡170同時亦供可見光通過，目的在使工件152之影像得以經由聚焦鏡170以及分光鏡130可反射可見光而被視覺偵測器160偵得而讓雷射光束通過。值得注意的是，由於振鏡系統在進行影像掃描時因雷射掃描頭140組裝不精準，或因為反射鏡或聚焦鏡本身的各種光學失真等原因，使得視覺偵測器160取得之視覺影像可能因畸變而與實際影像有所不同，其間的誤差即為「視覺畸變誤差」(後文將依此定義做說明)。此外，由於雷射光與可見光位於的光譜波段不同，因此，在經聚焦鏡170聚焦後，會使得雷射光束加工的位置與視覺偵測器160所看到的位置有所不同，其間的誤差則稱為雷射/視覺光程誤差(後文將依此定義做說明)。

本發明目標利用同軸視覺影像技術來分離畸變誤差與雷射/視覺光程誤差，達到快速校正的目的。

本發明提供一種雷射加工誤差校正方法，包括：執行一視覺畸變誤差檢驗程序，更包括：在一加工平台上放置的一標準試片，其具有一標準圖像；對該標準試片取像以產生一取樣圖像；以及比對該標準圖像與該取樣圖像以記錄兩者各個對應點之間的視覺誤差值，以產生視覺取像位置補償表；執行一雷射/視覺光程誤差檢驗程序，更包括：以一測試圖像對一工件進行雷射試加工；對該工件取像以產生一工件圖像；以及比對該工件圖像與該測試圖像以記錄兩者對應點之間的雷射/視覺光程誤差值，將視覺取像位置補償表與雷射/視覺光程誤差值進行運算，以產生雷射加工位置補償表。

本發明另提供一種雷射加工誤差校正處理器，位於一雷射加工裝置，其中該雷射加工裝置包括至少一視覺偵測器以及一雷射掃描頭，該雷射加工誤差校正處理器包括：一視覺誤差檢驗單元，用以透過該視覺偵測器對該一標準試片取像以產生一取樣圖像；並比對該標準圖像與該取樣圖像以記錄兩者各個對應點之間的視覺誤差值，以產生視覺取像位置補償表；以及一雷射加工校正單元，用以透過 該雷射掃描頭而以一測試圖像對一工件進行雷射試加工；透過該視覺偵測器對該工件取像以產生一工件圖像；並比對該工件圖像與該測試圖像以記錄兩者對應點之間的雷射/視覺光程誤差值，將視覺取像位置補償表與雷射/視覺光程誤差值進行運算，以產生雷射加工位置補償表。

下文為介紹本發明之最佳實施例。各實施例用以說明本發明之原理，但非用以限制本發明。本發明之範圍當以後附之權利要求項為準。

以下說明雷射加工誤差校正方法

第2圖為依據本發明一實施例之雷射加工誤差校正方法流程圖。本發明之雷射加工誤差校正方法係用於雷射掃描頭結合同軸視覺偵測器的雷射加工平台，舉例而言，可應用於如第1圖之電射加工裝置100。本發明之方法在流程上可簡化為「視覺畸變誤差檢驗程序(S210)」、「雷射/視覺光程誤差檢驗程序(S220)」與「雷射加工位置補償表計算」，下文將以一最佳實施例並配合相關圖示說明各個程序之詳細步驟。

本發明之方法在執行視覺畸變誤差檢驗程序S210時，更包括執行下列步驟：在步驟S212中，在一加工平台上放置的一標準試片，其中該標準試片具有一標準圖像(舉例而言，其上有複數個標記)；在步驟S214中，對該標準試片取像以產生一取樣圖像；以及在步驟S216中，比對該標準圖像與該取樣圖像以記錄兩者各個對應點間之視覺誤差值，步驟S218，則針對步驟S216的視覺誤差值進行運算，產生視覺取像位置補償表。第3圖為一實施例中標準試片上標準圖像及取樣圖像之示意圖。在此實施例中，標準試片310係放置於一雷射加工裝置300之一加工平台350上(步驟S212)，其實際的圖像即稱為標準圖像352。其中，該標準圖像352可預先記錄或儲存於雷射加工裝置之處理單元(圖未示)。在一實施例中，標準圖像352具有複數個標記，例如圖中所示之標記點P1~P9。視覺偵測器360會對該標準試片310(或標準圖像352)進行取像(步驟S214)。然而，如前文所述，由於雷射掃描器組裝定位以及聚焦鏡的失真問題，造成視覺偵測器360經過雷射加工裝置300擷取到的影像(即本文所簡稱的「取樣圖像」)將會與實際的標準圖像352有所不同。在第3圖的實施例中，標準圖像352中各標記點的虛框(例如虛框3522)為視覺偵測器360在每一次進行影像偵測時所能擷取到的影像範圍，而此實施例中，每次擷取的影像範圍中包括至少一標記點(例如虛框3522中的標記點P1)，其中，取樣圖像352’中之各個標記點P1’~P9’分別對應至標準圖像352之各個標記點P1~P9，但各標記點皆可能偏離其原有位置，因此，將偏離中心點的標記點P1’~P9’分別校正至中心點，再存入電射加工裝置100。此外，假設視覺畸變誤差皆由雷射掃描定位時的不精確所造成，則標準圖像352中兩標記點皆可能偏離原位置，導致兩標記點間的距離被放大或縮小、相對方向被旋轉。因此，在其他實施例中，標記點不限於一個，藉由在一影像範圍中設定兩個或兩個以上的標記點，該影像範圍被縮放的比例、偏移的位置、以及旋轉的角度即可被輕易識別，而上述兩標記點在標準圖像352及取樣圖像352’間的各種變化(包括距離比例、偏移位置以及角度)皆各該影像範圍中各個對應標記點之間的「視覺畸變誤差值」，而步驟S216目的即在紀錄各個對應點之間的視覺誤差值，經由步驟S218運算產生視覺取像位置補償表後將偏離的影像區域中心位置與標記點對正，再存入電射加工裝置100。在一實施例中，集合標準圖像及取樣圖像兩者所有對應點的視覺誤差值運算即可建立一「視覺取像位置補償表」。

本發明之方法在執行上述視覺畸變誤差檢驗程序S210後，執行雷射/視覺光程誤差檢驗程序S220時，更包括執行下列步驟：在步驟S222中，以S210產生的視覺取像位置補償表與一測試圖像對一工件進行雷射試加工；在步驟S224中，對該工件取像以產生一工件圖像；在步驟S226中，比對該工件圖像與該測試圖像以記錄兩者對應點之間的雷射/視覺光程誤差值，步驟S230將視覺取像位置補償表與雷射/視覺光程誤差值進行運算，產生雷射加工位置補償表。第4圖為一實施例中測試圖像及工件圖像之示意圖。值得注意的是，此處「試加工」與正式的「加工」有所不同，其目的僅在檢驗出因為雷射光與可見光間之光程差所造成的「雷射/視覺光程誤差」。在第4圖的實施例中，測試圖像為取樣圖像經校正後儲存或記錄在雷射加工裝置之處理單元中的一個圖像，為方便說明，此實施例採用如同前述步驟S214中的「取樣圖像352’」經視覺取像位置補償表校正後存在電射加工裝置100之圖像做為測試圖像353；然而，由於在其他實施例使用其他任何圖像亦可達到相同效果，故本發明中的「測試圖像」可為各種形式之圖案，熟悉本技藝人士可參照後文內容理解此原理。類似步驟S214，步驟S224可透過雷射加工裝置300中的視覺偵測器360對試加工完成後的工件310’進行取像，進而產生一工件圖像353’。值得注意的是，由於雷射光與可見光之光程差之故，工件圖像353’與測試圖像353仍或多或少存在差異，此即為「雷射/視覺光程誤差」所致，而步驟S226目的即在透過比對工件圖像353’與測試圖樣353而找出兩者之間的差異值，步驟S230將視覺取像位置補償表與雷射/視覺光程誤差值進行運算，產生雷射加工位置補償表。在第4圖的實施例中，測試圖像353中標記點的虛框(例如虛框3522)為試加工於工件上後被視覺偵測器360擷取到的影像範圍，而此實施例中，每次擷取的影像範圍中包括一個標記點(例如虛框3522中的標記點P1)，其中，工件圖像353’中之各個標記點P1”~P9”分別對應至測試圖像353之各個標記點P1’~P9’分別取像後存入電射加工裝置100。更明確地說，假設雷射/視覺光程誤差係由雷射光與可見光之間的光程誤差所造成的，則測試圖像353中標記點間的位置有可能在試加工後之工件圖像353’有所不同；此外，由於雷射掃描台定位組裝與或聚焦鏡的關係，工件圖像353’之各個標記點間的距離可能被放大或縮小，而相對方向可能被旋轉。在一實施例中，藉由在一影像範圍中設定兩個或兩個以上標記點，則該影像範圍被縮放的比例值與旋轉角度即可被計算出來。此影像區的雷射/視覺光程誤差即可被計算出來。值得注意的是，本發明步驟S222中的「雷射試加工」可採用多種方法，舉例而言，可採用「雷射刻印法」，當工件係由多層材料所構成時(各層材料可相同或相異)，此「雷射刻印法」會以雷射光將工件上特定標記點所在位置的最上層材料予以刻蝕去除，其速度較快。本發明亦提供另一種新的「雷射刻印法」，此方法與前述方法相反，其會保留該特定標記點之最上層材料，並將該標記點以外所有最上層材料予以蝕刻去除，其速度較慢，但可提高精確度。透過此一方法，可進一步提升視覺偵測器360辨識影像之效率。

最後，本發明之方法經由執行步驟S230將視覺取像位置補償表與雷射/視覺光程誤差值進行運算，產生雷射加工位置補償表，得到正確的「雷射加工位置」。此時，雷射加工機(300)因為雷射光與可見光的光程誤差以被消除，所以，只需將雷射加工位置補償表輸入至雷射加工裝置(例如第3圖之雷射加工裝置300)即可進行正式加工。熟悉本技藝者從本文應可了解到，在經過前述步驟S210~S230後，即便雷射加工機在進行雷射掃描時並未搭配使用視覺偵測器，但因為已由前述步驟預先取得正確的「加工位置」，故仍可讓雷射掃描頭達到理想的加工結果。值得注意的是，雖然前述實施例中諸如標準圖像、取樣圖像、測試圖像或工件圖像皆以具有陣列排列的標記點的圖案為例，然而，此僅為方便說明，其他實施例中亦可採用任何可被視覺偵測器(360)識別的各種圖形，並包括各種數量之標記點數量(至少一個)。

以下說明雷射加工誤差校正處理器

除了前述的雷射加工誤差校正方法，本發明另提供一雷射加工誤差校正處理器。第5圖為依據本發明一實施例之雷射加工誤差校正處理器示意圖。而該雷射加工誤差校正處理器至少包括一視覺偵測器560以及一雷射掃描頭540。該雷射加工誤差校正處理器更包括一視覺誤差檢驗單元502、雷射加工校正單元504以及一雷射加工位置計算單元506。該視覺誤差檢驗單元502可透過該視覺偵測器560對該一標準試片取像以產生一取樣圖像；並比對該標準圖像與該取樣圖像以記錄兩者各個對應點之間的視覺誤差值。該雷射加工校正單元504可透過該雷射掃描頭540而以前述步驟S214中的「取樣圖像352’」經視覺取像位置補償表校正後存在電射加工裝置100之測試圖像353，掃描頭控制器508控制雷射及一雷射掃描頭540，對一工件進行雷射試加工，之後，透過該視覺偵測器560對該工件取像以產生一工件圖像，並比對該工件圖像與該測試圖像以記錄兩者對應點之間的雷射/視覺光程誤差值。該雷射加工位置計算單元506可計算一加工位置點，透過加工校正單元504補償加工計算單元的位置點，使計算單元計算出的位置點與雷射加工的位置點相同。由於雷射加工誤差校正處理器500係用以執行前述雷射加工誤差校正方法，而該方法之相關實施例已詳述於前文，故本文不再對該雷射加工誤差校正處理器500之細節另行贅述。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．雷射加工裝置

110．．．雷射源

112．．．雷射光束

130．．．分光鏡

140．．．雷射掃描頭

150．．．平台

152．．．工件

142、144．．．反射鏡

170．．．聚焦鏡

160．．．視覺偵測器

300．．．雷射加工裝置

310．．．標準試片

310’．．．工件

350．．．加工平台

360．．．視覺偵測器

352．．．標準圖像

352’．．．取樣圖像

353．．．測試圖像

353’．．．工件圖像

P1~P9、P1'~P9'、P1”~P9”．．．標記點

500．．．雷射加工誤差校正處理器

502．．．視覺誤差檢驗單元

504．．．雷射加工校正單元

506．．．雷射加工位置計算單元

508．．．掃描頭控制器

540．．．雷射掃描頭

560．．．視覺偵測器

S210~S230．．．步驟

第1圖為習知雷射加工裝置100之結構圖。

第2圖為依據本發明一實施例之雷射加工誤差校正方法流程圖。

第3圖為一實施例中標準試片、標準圖像及取樣圖像之示意圖。

第4圖為一實施例中測試圖像及工件圖像之示意圖。

第5圖為依據本發明一實施例之雷射加工誤差校正處理器示意圖。

S210~S230．．．步驟

Claims (21)

1. 一種雷射加工誤差校正方法，包括：(一)執行一視覺畸變誤差檢驗程序，更包括：在一加工平台上放置的一標準試片，其具有一標準圖像；對該標準試片取像以產生一取樣圖像；以及比對該標準圖像與該取樣圖像以記錄兩者各個對應點之間的視覺誤差值，以產生視覺取像位置補償表；(二)執行一雷射/視覺光程誤差檢驗程序，更包括：以該視覺取像位置補償表將該取樣圖像校正後產生一測試圖像；以該測試圖像對一工件進行雷射試加工；對該工件取像以產生一工件圖像；以及比對該工件圖像與該測試圖像以記錄兩者對應點之間的雷射/視覺光程誤差值；(三)利用視覺取像位置補償表與雷射/視覺光程誤差值計算出雷射加工位置補償表。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工誤差校正方法，其中，每一次對該標準試片進行取像時所能擷取之範圍中包括至少一標記點。
3. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工誤差校正方法，其中，測試圖像為取樣圖像經校正後儲存或記錄在雷射加工裝置之處理單元中的一個圖像。
4. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工誤差校正方 法，其中，每一次對以該測試圖像試加工所產生的該工件進行取像時所能擷取之範圍中包括至少一標記點。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工誤差校正方法，更包括：預先定義該標準試片中至少一標記點間之角度與距離。
6. 如申請專利範圍第5項所述之雷射加工誤差校正方法，更包括：透過標準試片的至少一標記點之角度與距離，進一步算出該標準圖像與該取樣圖像中所有對應點間之旋轉角度與影像解析度。
7. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工誤差校正方法，更包括雷射加工位置補償表輸入至雷射加工裝置，即可進行正式加工。
8. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工誤差校正方法，更包括將該標準圖像與該取樣圖像中所有對應點之間的視覺誤差值紀錄成一視覺誤差表。
9. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工誤差校正方法，更包括將該工件圖像與該測試圖像中所有對應點之間的雷射/視覺光程誤差值紀錄成一加工誤差表。
10. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工誤差校正方法，其中，當該工件係由複數層材料所構成時，該雷射試加工的方法更包括：保留該特定標記點之最上層材料，並將該標記點以外所有最上層材料予以蝕刻去除。
11. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工誤差校正方法，其中，該雷射試加工的方法更包括：或以雷射光將 工件上特定標記點所在位置的最上層材料予以刻蝕去除。
12. 一種雷射加工誤差校正處理器，位於一雷射加工裝置，其中該雷射加工裝置包括至少一視覺偵測器以及一雷射掃描頭，該雷射加工誤差校正處理器包括：一視覺誤差檢驗單元，用以透過該視覺偵測器對該一標準試片取像以產生一取樣圖像；並比對該標準圖像與該取樣圖像以記錄兩者各個對應點之間的視覺誤差值；以及一雷射加工校正單元，用以透過該雷射掃描頭而以視覺取像位置補償表將取樣圖像校正後，存在電射加工裝置之測試圖像，對一工件進行雷射試加工；透過該視覺偵測器對該工件取像以產生一工件圖像；並比對該工件圖像與該測試圖像以記錄兩者對應點之間的雷射/視覺光程誤差值，計算出雷射加工位置補償表。
13. 如申請專利範圍第12項所述之雷射加工誤差校正處理器，其中，該視覺誤差檢驗單元每一次對該標準試片進行取像時所能擷取之範圍中包括至少一標記點。
14. 如申請專利範圍第12項所述之雷射加工誤差校正處理器，其中，該視覺誤差檢驗單元每一次對以該測試圖像試加工所產生的該工件進行取像時所能擷取之範圍中包括至少一標記點。
15. 如申請專利範圍第12項所述之雷射加工誤差校正處理器，其中該標準試片中至少一標記點間之角度與距離已預先定義。
16. 如申請專利範圍第12項所述之雷射加工誤差校正 處理器，其中該視覺誤差檢驗單元透過標準試片的至少一標記點之角度與距離，進一步算出該標準圖像與該取樣圖像中所有對應點間之旋轉角度與影像解析度。
17. 如申請專利範圍第12項所述之雷射加工誤差校正處理器，更包括一掃描頭控制器，控制雷射及一雷射掃描頭，對一工件進行雷射試加工。
18. 如申請專利範圍第12項所述之雷射加工誤差校正處理器，其中該視覺誤差檢驗單元更用以將該標準圖像與該取樣圖像中所有對應點之間的視覺誤差值紀錄成一視覺誤差表。
19. 如申請專利範圍第12項所述之雷射加工誤差校正處理器，其中該雷射加工校正單元更用以將該工件圖像與該測試圖像中所有對應點之間的雷射/視覺光程誤差值與視覺取像位置補償表運算產生一雷射加工位置補償表。
20. 如申請專利範圍第12項所述之雷射加工誤差校正處理器，其中，該工件係由複數層材料所構成；當該雷射加工校正單元進行雷射試加工時，一掃描頭控制器將保留該特定標記點之最上層材料，並以雷射光將該標記點以外所有最上層材料予以蝕刻去除。
21. 如申請專利範圍第12項所述之雷射加工誤差校正處理器，其中，該工件係由複數層材料所構成；當該雷射加工校正單元進行雷射試加工時，或以雷射光將工件上特定標記點所在位置的最上層材料予以刻蝕去除。