一种采用伪同轴视觉系统的激光加工装置
阅读说明：本技术 一种采用伪同轴视觉系统的激光加工装置 (Laser processing device adopting pseudo-coaxial vision system ) 是由 温国斌 潘晓涛 于 2021-10-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种采用伪同轴视觉系统的激光加工装置,包括：振镜方头、光学主梁、聚焦场镜、相机、镜头、上密封镜片总成、密封罩、下密封镜片总成、环形光源和45度反射镜片,实际工作时,通过特定的伪同轴视觉系统调整工作坐标和控制激光加工路径,可跟踪任意形状的靶标,并自动识别、自动检测定位、自动加工,因而无需工装夹具对待加工产品进行装夹与定位,只要产品放平,角度任意摆放就可以加工,减少了待加工产品中途物料搬运与装夹,极大地提高了生产效率和简化生产流程；解决批量不规则产品打标中夹具设计制造困难导致的供料难、定位差、速度慢的问题。(The invention discloses a laser processing device adopting a pseudo-coaxial vision system, which comprises: during actual work, a working coordinate is adjusted and a laser processing path is controlled through a specific pseudo-coaxial vision system, targets with any shapes can be tracked, automatic identification, automatic detection and positioning and automatic processing are realized, so that a product to be processed does not need to be clamped and positioned by a tool clamp, the product can be processed as long as the product is laid flat, the angle is randomly placed, the material carrying and clamping in the midway of the product to be processed are reduced, the production efficiency is greatly improved, and the production flow is simplified; the problems of difficult material supply, poor positioning and low speed caused by difficult design and manufacture of the clamp in the batch irregular product marking are solved.)
技术领域
本发明涉及激光加工装置技术领域，具体涉及一种配套视觉相机定位的激光加工装置。
背景技术
激光加工是一种对产品进行打标、切割的技术，其利用聚焦后产生的高功率高密度激光束照射被加工材料，使材料快速被加热至气化温度，蒸发露出深层物质，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图案、文字、条形码等各类图形。
目前，在激光加工应用中，采用视觉打标/雕刻的形式非常广泛，在视觉激光加工设备中，激光头与视觉相机通常采用并排设置，存在视觉范围大，产品加工精度及加工效率较低的问题。一篇公开号为CN 214350283 U的中国实用新型专利公开一种视觉打标装置，包括第一支架，第一支架的一端固定设有激光打标头，激光打标头位于第一支架的上方，第一支架具有通孔，第一支架的另一端固定设有视觉相机，视觉相机位于第一支架的下方，第一支架的下方设有倾斜的反射组件，待打标的物体位于反射组件的下方，激光打标头与视觉相机均朝向反射组件设置，激光打标头发射的激光透过反射组件对待打标的物体打标，视觉相机通过反射组件的反射对待打标的物体拍照。该实用新型通过采用伪同轴的方式，即通过设置反射镜将激光和视觉相机的成像耦合输出，视觉相机拍照后把图像信息转换成坐标信息并发送给激光打标头进行打标，虽然具有视野范围小、定位打标精度高的特点；但是，现有的激光加工设备在产品加工中，仍需要根据不同的产品定制不同的治具来定位，增加加工费用和生产周期的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种无需定制专门夹具、加工速度快的基于伪同轴视觉系统的激光加工装置。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
一种采用伪同轴视觉系统的激光加工装置，其特征在于，包括：振镜方头、光学主梁、聚焦场镜、相机、镜头、上密封镜片总成、密封罩、下密封镜片总成、环形光源和45度反射镜片，所述上密封镜片总成和所述下密封镜片总成分别安装在所述密封罩的上下开口处，所述45度反射镜片安装在所述密封罩内，所述相机安装在所述密封罩上方，所述镜头安装在所述相机上，所述环形光源安装在所述密封罩下方； 在所述光学主梁上安装有激光器，所述激光器发出激光经所述振镜方头调节后进入所述聚焦场镜聚焦，聚焦后的激光从所述密封罩的侧部进入并经所述45度反射镜片反射后从所述密封罩的下侧发出；所述45度反射镜片为反激光透可见光的镜片；所述相机的视觉光路穿过所述密封罩的上下开口处进行拍摄。
实际工作时，1）利用视觉软件设定待加工产品的模板；2）将待加工产品输送到所述密封罩的下方焦点处；3）利用所述相机实时拍摄待加工产品的动态图像，并将拍摄到的动态图像与模板位置进行比较，进而确认待加工产品的坐标偏移情况，然后通过计算自动把偏移的坐标移动到正确的位置，从而实现精准加工；4）激光器输出的激光光束射在所述振镜方头的一组反射镜片上，这两块可以偏转的反射镜片分别夹持在两个精密检流电机上，当检流电机受到驱动信号发生动作时，带动两反射镜片转动，从而实现激光束的偏转，偏转到位的激光束通过所述聚焦场镜聚焦后，再经过所述45度反射镜片反射向下，最终在待加工产品表面形成一个个激光束，完成对待加工产品的加工。
更为优选的是，所述激光加工装置还包括升降体，在所述升降体上可升降地安装有承托平台，所述振镜方头、所述光学主梁、所述聚焦场镜和所述密封罩均安装在所述承托平台上。
更为优选的是，在所述承托平台上设有升降支架，在所述升降支架上可升降地安装有手动XY微调平台，所述相机通过所述手动XY微调平台安装在所述密封罩上方。
更为优选的是，所述环形光源为组合条形光源，由四个首尾依次连接条形光源构成，四个条形光源构成矩形结构。
更为优选的是，各所述条形光源均转动安装，进而使各所述条形光源的出光方向能向靠近激光光路或远离激光光路的方向调节。
更为优选的是，各所述条形光源的转动安装结构为：设置用来支撑所述条形光源的安装板，在所述安装板上设置圆形的转轴孔和弧形的摆轴孔，所述转轴孔位于所述摆轴孔的圆心位置；在所述条形光源的端部设置与所述转轴孔插接配合的转轴、以及与所述摆轴孔插接配合的摆轴；工作时，通过将所述摆轴锁紧在所述摆轴孔的不同部位来实现所述条形光源的出光方向的调节。
更为优选的是，所述摆轴为螺栓，在所述条形光源的端部设置有与所述螺栓配合的螺栓孔；工作时，通过拧紧或拧松所述螺栓来实现所述摆轴与所述摆轴孔的锁紧与解锁。
更为优选的是，在所述密封罩的上下侧开口位置分别设有抽屉口，所述上密封镜片总成和所述下密封镜片总成分别插接在相应的所述抽屉口上。
更为优选的是，所述光学主梁、所述振镜方头、所述聚焦场镜和所述密封罩依次密封连接。
更为优选的是，所述激光器为紫外激光器或CO2激光器，所述相机为CCD工业相机。
本发明的有益效果如下。
一、本发明通过特定的伪同轴视觉系统通过特定的伪同轴视觉系统调整工作坐标和控制激光加工路径，可跟踪任意形状的靶标，并自动识别、自动检测定位、自动加工，因而无需工装夹具对待加工产品进行装夹与定位，只要产品放平，角度任意摆放就可以加工，减少了待加工产品中途物料搬运与装夹，极大地提高了生产效率和简化生产流程；解决批量不规则产品打标中夹具设计制造困难导致的供料难、定位差、速度慢的问题。
二、工作时，伪同轴视觉系统的激光加工装置运用了视觉定位原理，先对产品进行模板制定，确定产品的外形，保存为标准模板，在正常加工时对所需加工的产品进行拍照，由计算机对比模板进行比对及位置定位，调整后即可对产品进行精确加工，具有定位准确，响应速度快的优势。
三、实际应用时，可以支持光纤、紫外、CO2等主流激光器，只需要更换反射不同波段的45度反射镜片12即可，通用性好，可以适用多种材质产品加工。
附图说明
图1所示为本发明提供的激光加工装置的结构示意图。
图2所示为本发明提供的激光加工装置的剖面示意图。
图3所示为本发明提供的激光加工装置在另一视角上的结构示意图。
图4所示为图1的局部放大图。
附图标记说明。
1：升降体，2：振镜方头，3：光学主梁，4：聚焦场镜，5：手动XY微调平台，6：相机，7：镜头，8：上密封镜片总成，9：密封罩，10：下密封镜片总成，11：组合条形光源，12：45度反射镜片，13：安装板，14：转轴孔，15：摆轴孔，16：承托平台，17：升降支架。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向” 、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”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技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征 “之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
如图1-图3所示，一种采用伪同轴视觉系统的激光加工装置，包括：升降体1、振镜方头2、光学主梁3、聚焦场镜4、手动XY微调平台5、相机6、镜头7、上密封镜片总成8、密封罩9、下密封镜片总成10、组合条形光源11和45度反射镜片12，在所述升降体1上可升降地安装有承托平台，所述振镜方头2、所述光学主梁3、所述聚焦场镜4和所述密封罩9均安装在所述承托平台16上，所述上密封镜片总成8和所述下密封镜片总成10分别安装在所述密封罩9的上下开口处，所述45度反射镜片12安装在所述密封罩9内，所述相机6通过所述手动XY微调平台5安装在所述密封罩9上方，所述镜头7安装在所述相机6上，所述组合条形光源11安装在所述密封罩9下方；在所述光学主梁3上安装有激光器，所述激光器发出激光经所述振镜方头2调节后进入所述聚焦场镜4聚焦，聚焦后的激光从所述密封罩9的侧部进入并经所述45度反射镜片12反射后从所述密封罩9的下侧发出；所述45度反射镜片12为反激光透可见光的镜片，所述相机6的视觉光路穿过所述密封罩9的上下开口处进行拍摄。
本实施例提供的一种采用伪同轴视觉系统的激光加工装置，其工作原理如下：1）利用视觉软件设定待加工产品的模板，模板的设定方法可以为绘制得到或通过图像扫描得到。2）利用配套的输送线或伺服模组将待加工产品输送到所述密封罩9的下方焦点处。3）利用所述相机6实时拍摄待加工产品的动态图像，并将拍摄到的动态图像与模板位置进行比较，进而确认待加工产品的坐标偏移情况，然后通过计算自动把偏移的坐标移动到正确的位置，从而实现精准加工（雕刻或切割）。4）激光器输出的激光光束射在所述振镜方头2的一组反射镜片上，这两块可以偏转的反射镜片分别夹持在两个精密检流电机（振镜）上，当检流电机（振镜）受到计算机电压信号的驱动发生动作时，带动两反射镜片转动，从而实现激光束的偏转，通过所述聚焦场镜4聚焦后经过所述45度反射镜片12反射向下，从而在待加工产品表面形成一个个微细的高能量高密度的激光束，完成对待加工产品的加工（雕刻或切割）。
与现有技术相比，本实施例提供的一种采用伪同轴视觉系统的激光加工装置，通过视觉系统调整工作坐标和控制激光加工路径，可跟踪任意形状的靶标，并自动识别、自动检测定位、自动加工，因而无需工装夹具对待加工产品进行装夹与定位，只要产品放平，角度任意摆放就可以加工，减少了待加工产品中途物料搬运与装夹，极大地提高了生产效率。同时，工作时通过动态图像与模板位置的偏差来校正坐标偏移，具有定位准确，响应速度快的优势。另外，实际应用时，可以支持光纤、紫外、CO2等主流激光器，只需要更换反射不同波段的45度反射镜片12即可，通用性好，可以适用多种材质产品加工。
本实施例中，优选在所述承托平台16上还设有升降支架17，所述手动XY微调平台5可升降地安装在所述升降支架17上。这样，当用户根据实际需要的不同更换镜头7时，可以通过调节所述相机6相对于所述密封罩9的高度来适应重新定焦的要求。
本实施例中，优选所述相机6为CCD工业相机，以确保有足够高的分辨率。
本实施例中，优选在所述密封罩9的上下侧开口位置分别设有抽屉口，优选所述上密封镜片总成8和所述下密封镜片总成10分别插接在相应的所述抽屉口上。这样，所述上密封镜片总成8和所述下密封镜片总成10可以快速装换，方便清洁。
本实施例中，所述光学主梁3、所述振镜方头2、所述聚焦场镜4和所述密封罩9依次密封连接，结构紧凑，无需另外的光路密封件，结构紧凑。
结合图4所示，所述组合条形光源11由四个条形光源构成，四个条形光源首尾依次连接构成矩形结构，各所述条形光源均转动安装，进而使各所述条形光源的出光方向向靠近激光光路或远离激光光路的方向调节。
具体地，各所述条形光源的转动安装结构为：在所述承托平台的下侧设置安装板13，在所述安装板13上设置圆形的转轴孔14和弧形的摆轴孔15，所述转轴孔14位于所述摆轴孔15的圆心位置；在所述条形光源的端部设置与所述转轴孔14插接配合的转轴、以及与所述摆轴孔15插接配合的摆轴。工作时，通过将摆轴锁紧在摆轴孔的不同部位即可实现所述条形光源的出光方向的调节，出光角度调节十分方便。
本实施例中，优选所述摆轴为螺栓，优选在所述条形光源的端部设置有与所述螺栓配合的螺栓孔。这样，通过拧紧或拧松所述螺栓即可方便快捷地实现摆轴与安装板13的锁紧与解锁。
在这里，将条形光源设置成转动安装的好处是，可以根据待加工产品的不同自主调节出光方向，进而确保相机6的拍摄精度及分辨率。
需要说明的是，在一些实施方式中，所述组合条形光源11也可以采用其他环形光源代替，或者将条形光源的转动安装改为固定安装；不限于本实施例。
另外需要说明的是，本实施例中的升降体1、手动XY微调平台5、升降支架、安装板等结构都是为了方便各零部件的组装而按需设置的。显然，本领域技术人员根据实际需要的不同，还可以省略其中一个或多个，或者用其他类似的支架结构代替，不限于本实施例。
通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。
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