本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到智能傳感激光掃描加工系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著激光加工技術(shù)的不斷發(fā)展，需要加工的介質(zhì)品種日益增加，要求加工出來的效果也越來越精細(xì)，使用紫外激光進(jìn)行激光加工越來越廣泛。紫外激光具有聚焦光斑小，加工熱影響區(qū)小等特點(diǎn)，在超精細(xì)打標(biāo)、特殊材料打標(biāo)及刻劃等方面得到廣泛的應(yīng)用。在紫外激光加工應(yīng)用領(lǐng)域，不但要求其劃刻出的圖案清晰、準(zhǔn)確，而且越來越多要求能對(duì)加工對(duì)象進(jìn)行手工或圖像準(zhǔn)確對(duì)位或者工作情況實(shí)時(shí)監(jiān)控。傳統(tǒng)的用于紫外激光標(biāo)刻的f-theta鏡頭，只對(duì)紫外激光波段進(jìn)行消像差設(shè)計(jì)，如果用于可見光成像則存在色差，激光焦點(diǎn)和成像焦點(diǎn)不重合，造成成像不清以及對(duì)位不準(zhǔn)確。

激光加工過程中，樣品的加工質(zhì)量和加工的激光功率，加工溫度，位置定位，對(duì)激光束的聚焦等因素密切相關(guān)，對(duì)這些因素的控制是實(shí)現(xiàn)智能精確激光加工的必要因素。傳統(tǒng)的激光加工系統(tǒng)并沒有一個(gè)完善的系統(tǒng)對(duì)所有的因素進(jìn)行相互之間協(xié)調(diào)控制與配合，存在加工精度不高、加工出來的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多點(diǎn)傳感激光掃描加工系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的存在加工精度不高、加工出來的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷的不足。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的多點(diǎn)傳感激光掃描加工系統(tǒng)，包括準(zhǔn)直激光光源，振鏡系統(tǒng)，掃描物鏡，照明光源，其特征在于，包括同軸指示光源系統(tǒng)，ccd成像系統(tǒng)，旁軸校正光源和控制系統(tǒng)；

所述掃描物鏡為遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡，用于將多種不同波長(zhǎng)的光進(jìn)行聚焦到一點(diǎn)，以及對(duì)不同角度入射的光線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)心消色差；

所述同軸指示光源系統(tǒng)包括指示光源和光同軸器，所述光同軸器用于使指示光源的光與準(zhǔn)直激光光源的光同軸；所述指示光源的光與準(zhǔn)直激光光源的光，通過所述振鏡系統(tǒng)后、再通過所述遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡聚焦到待加工工件表面，所述同軸指示光源在待加工工件表面形成加工光點(diǎn)；

所述照明光源位于所述遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡下方，其發(fā)出的照明光照射在待加工工件表面；

所述旁軸校正光源位于待加工工件的側(cè)上方，其出射光方向多維度可調(diào)，并在待加工工件表面形成校正光點(diǎn)；

所述待加工工件表面的多波長(zhǎng)反射光透過遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡、振鏡系統(tǒng)后被所述ccd成像系統(tǒng)捕捉，所述ccd成像系統(tǒng)捕捉的圖像送到控制系統(tǒng)運(yùn)算處理；

當(dāng)所述ccd成像系統(tǒng)捕捉到的加工光點(diǎn)與校正光點(diǎn)不重合時(shí)，所述控制系統(tǒng)通過調(diào)整加工平臺(tái)的高度，使加工光點(diǎn)與校正光點(diǎn)保持實(shí)時(shí)重合。

進(jìn)一步優(yōu)化的方案是，本多點(diǎn)傳感激光掃描加工系統(tǒng)還包括紅外測(cè)溫單元，所述紅外測(cè)溫單元包括紅外傳感器和第一光學(xué)鏡片，所述紅外傳感器連接控制系統(tǒng)；所述第一光學(xué)鏡片從振鏡系統(tǒng)接收待加工工件表面的多波長(zhǎng)反射光，投射到紅外傳感器上，控制系統(tǒng)接收所述紅外傳感器的信號(hào)，計(jì)算出待加工工件表面的溫度。

進(jìn)一步的，所述控制系統(tǒng)連接準(zhǔn)直激光光源；當(dāng)待加工工件表面的溫度高于設(shè)定值時(shí)，所述控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)所述準(zhǔn)直激光光源。

更進(jìn)一步的，本多點(diǎn)傳感激光掃描加工系統(tǒng)還包括功率檢測(cè)單元，所述功率檢測(cè)單元包括功率計(jì)和第二光學(xué)鏡片，所述功率計(jì)連接所述控制系統(tǒng)；所述第二光學(xué)鏡片從振鏡系統(tǒng)接收待加工工件表面的多波長(zhǎng)反射光，投射到所述功率計(jì)上，控制系統(tǒng)接收所述功率計(jì)的信號(hào)，計(jì)算出待加工工件表面的激光功率。

進(jìn)一步的，所述控制系統(tǒng)連接準(zhǔn)直激光光源；當(dāng)加工過程中的激光功率高于設(shè)定值時(shí)，所述控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)所述準(zhǔn)直激光光源。

最優(yōu)的，本多點(diǎn)傳感激光掃描加工系統(tǒng)還包括顯示系統(tǒng)，與所述ccd成像系統(tǒng)連接，所述ccd成像系統(tǒng)捕捉到的圖像發(fā)送到所述顯示系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)用于供操作人員肉眼觀察。

本發(fā)明將同軸指示加工光點(diǎn)，旁軸校正自動(dòng)對(duì)焦，ccd成像系統(tǒng)，紫外消色差，測(cè)溫儀，功率計(jì)等六方面的功能模塊整合到激光加工系統(tǒng)中，對(duì)激光加工過程中出現(xiàn)的定位精準(zhǔn)，加工功率恒定，加工溫度穩(wěn)定，遠(yuǎn)心消色差，多波段混合色光聚焦等問題進(jìn)行了系統(tǒng)性的解決，使得改激光加工系統(tǒng)更加智能，達(dá)到精準(zhǔn)控制加工的目的，滿足高精度激光加工的需求。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明。

圖1為多點(diǎn)傳感激光掃描加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2為多點(diǎn)傳感激光掃描加工系統(tǒng)的實(shí)物結(jié)構(gòu)外形圖。

具體實(shí)施方式

圖1表示多點(diǎn)傳感激光掃描加工系統(tǒng)原理圖，從示意圖中我們可以看到各個(gè)功能模塊之間的位置以及功能協(xié)調(diào)關(guān)系，標(biāo)號(hào)1所指示的虛線框?yàn)榇庸すぜ捌渌诘墓ぷ髋_(tái)，該工作臺(tái)可以上下左右調(diào)節(jié)位置。

標(biāo)號(hào)2所指示的虛線框?yàn)檎彰鞴庠匆约昂退惭b在一起的鏡頭，所產(chǎn)生的照明光源波長(zhǎng)為850nm。

標(biāo)號(hào)3所指示的虛線框表示f-θ遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡，遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡3主要用于將多種不同波長(zhǎng)的光進(jìn)行聚焦到一點(diǎn)，以及對(duì)不同角度入射的光線實(shí)現(xiàn)一個(gè)遠(yuǎn)心消色差的功能。

標(biāo)號(hào)4所指示的線框表示振鏡系統(tǒng)4，振鏡系統(tǒng)4內(nèi)部含有兩片鏡片分別為x，y鏡片，在x，y方向上對(duì)光斑進(jìn)行位置調(diào)節(jié)。f-θ遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡3的光進(jìn)入振鏡頭4，振鏡系統(tǒng)4的光路上先后設(shè)有第一多波長(zhǎng)分光鏡11和第二多波長(zhǎng)分光鏡12。

標(biāo)號(hào)5所指示的虛線框?yàn)楣β时O(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能對(duì)加工過程中激光功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，超出預(yù)定范圍(優(yōu)選的30w--200w)則會(huì)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采取相應(yīng)的措施。

標(biāo)號(hào)6所指示的虛線框?yàn)閏cd成像系統(tǒng)，能對(duì)加工件表面進(jìn)行成像，并顯示到電腦操作桌面，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，更方便觀察加工過程，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。

標(biāo)號(hào)7所指示的虛線框?yàn)榧t外測(cè)溫儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加工過程中的溫度變化，反饋調(diào)節(jié)加工過程中的溫度(優(yōu)選的控制溫度范圍再100-600℃)，以不至于因加工溫度過高損壞工件或者造成安全事故等。

第一多波長(zhǎng)分光鏡11的一路分光進(jìn)入紅外測(cè)溫儀7，第二路分光進(jìn)入第二多波長(zhǎng)分光鏡12，第三路分光進(jìn)入第三多波長(zhǎng)分光鏡14。第二多波長(zhǎng)分光鏡12的兩路分光分別進(jìn)入ccd成像系統(tǒng)6、紅外測(cè)溫系統(tǒng)7。

第三多波長(zhǎng)分光鏡14、第四多波長(zhǎng)分光鏡13分別位于f45準(zhǔn)直鏡的光路上；

標(biāo)號(hào)8所指示的虛線框?yàn)閒45準(zhǔn)直鏡，f45準(zhǔn)直鏡8通過傳遞光纖連接為加工工件提供能源動(dòng)力的激光光源。

標(biāo)號(hào)9所指示的虛線框?yàn)榧庸c(diǎn)指示光發(fā)生器，加工點(diǎn)指示光發(fā)生器9發(fā)出的加工點(diǎn)指示光通過第四多波長(zhǎng)分光鏡13與f45準(zhǔn)直鏡8的光路同軸，加工點(diǎn)指示光發(fā)生器9發(fā)出的光和激光加工光源光先后通過第三多波長(zhǎng)分光鏡14、第一多波長(zhǎng)分光鏡11、振鏡頭4、遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡到達(dá)加工工件上。加工點(diǎn)指示光在工件表面形成一個(gè)紅色定位光斑，肉眼可見，方便調(diào)節(jié)加工位置和告知加工位置等信息。

第一多波長(zhǎng)分光鏡11、第二多波長(zhǎng)分光鏡12、第三多波長(zhǎng)分光鏡14、第四多波長(zhǎng)分光鏡13，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)不同色光進(jìn)行分光或者合束的功能。

標(biāo)號(hào)10號(hào)所指示的虛線框?yàn)橐粋€(gè)旁軸激光發(fā)生器，用于在激光加工、工件移動(dòng)的過程中，判斷被加工點(diǎn)是否在遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡的焦平面上。旁軸激光發(fā)生器10校驗(yàn)加工點(diǎn)是否在遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡的焦平面上的原理如下：

第一步、校正旁軸激光發(fā)生器10的光點(diǎn)位置：

首先，在加工前，調(diào)整加工平臺(tái)的高度，使加工平臺(tái)上的激光加工點(diǎn)到遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡之間的距離為遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡焦距；

然后，打開加工點(diǎn)指示光發(fā)生器9，加工點(diǎn)指示光發(fā)生器9發(fā)出的加工點(diǎn)指示光落在工平臺(tái)上的激光加工點(diǎn)上；

打開旁軸激光發(fā)生器10，使其發(fā)出光線射向上的激光加工點(diǎn)方向，形成一個(gè)旁軸激光發(fā)生器光點(diǎn)；

調(diào)整旁軸激光發(fā)生器10的方位，使旁軸激光發(fā)生器光點(diǎn)與加工點(diǎn)指示光光點(diǎn)二點(diǎn)重合；

固定旁軸激光發(fā)生器10的位置。

第二步、以旁軸激光發(fā)生器10的光點(diǎn)位置為校正標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整工作臺(tái)的高度：

在激光加工過程中，保持校正位置后的旁軸激光發(fā)生器10開通；

當(dāng)加工點(diǎn)指示光點(diǎn)與旁軸激光發(fā)生器光點(diǎn)不重合時(shí)，加工平臺(tái)控制系統(tǒng)調(diào)整加工平臺(tái)高度，使二者重合，即激光加工點(diǎn)在遠(yuǎn)心消色差掃描物鏡的焦點(diǎn)處。

上述判斷加工點(diǎn)指示光點(diǎn)與旁軸激光發(fā)生器光點(diǎn)是否重合，是通過ccd成像系統(tǒng)6實(shí)時(shí)拍照、加工平臺(tái)控制系統(tǒng)進(jìn)行圖像處理后得到。

加工平臺(tái)控制系統(tǒng)通過三角測(cè)量法，根據(jù)加工點(diǎn)指示光點(diǎn)與旁軸激光發(fā)生器光點(diǎn)的相對(duì)位置，判斷對(duì)加工平臺(tái)的調(diào)整方向(調(diào)高或調(diào)低)、以及調(diào)整幅度。

多點(diǎn)傳感激光掃描加工系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，各個(gè)部件協(xié)調(diào)工作并及時(shí)反饋給主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能安全高精度加工，此系統(tǒng)已經(jīng)制造出了相應(yīng)的產(chǎn)品，系統(tǒng)性能得到了實(shí)際的驗(yàn)證，運(yùn)行良好，得到用戶一致好評(píng)。

圖2為圖1原理圖的所制出的實(shí)物結(jié)構(gòu)外形圖，各個(gè)部件與圖1所標(biāo)單元相互對(duì)應(yīng)。部件4、5、6、7、8、9之間的連接部分為分光鏡組合器具，分光鏡組合器具實(shí)現(xiàn)圖1中的各個(gè)多波長(zhǎng)分光鏡11、12、13、14的功能。

本發(fā)明的運(yùn)行方式為：首先是照明光源照射到工件表面，由ccd系統(tǒng)捕捉激光加工點(diǎn)圖像，發(fā)送控制系統(tǒng)，并顯示到人機(jī)交互界面，提供對(duì)工件表面的觀察，人工調(diào)節(jié)，控制干預(yù)?？刂葡到y(tǒng)自動(dòng)分析圖像，通過三角測(cè)量法，根據(jù)加工點(diǎn)指示光點(diǎn)與旁軸激光發(fā)生器光點(diǎn)的相對(duì)位置，判斷對(duì)加工平臺(tái)的調(diào)整方向(調(diào)高或調(diào)低)、計(jì)算調(diào)整幅度；調(diào)整加工平臺(tái)的高度，使加工件表面時(shí)時(shí)保持在加工激光的掃描物鏡焦距上。紅外測(cè)溫系統(tǒng)保證加工過程中加工溫度，例如，加工過程中加工溫度100℃--600℃。功率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)保證功率在可控范圍內(nèi)，例如，加工功率控制在30--200w，以免對(duì)工件造成損壞或者造成危險(xiǎn)。

本發(fā)明的激光加工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光功率，加工溫度，對(duì)多波段的光進(jìn)行聚焦和遠(yuǎn)心消色差，實(shí)時(shí)捕捉工件表面圖像實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)人機(jī)交互，使得控制加工更方便，準(zhǔn)確。

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。