一種調整雷射焦距的調焦裝置及其調焦方法與流程
2023-05-25 15:21:36
本發明屬於雷射切割技術領域，具體涉及一種調整雷射焦距的調焦裝置及其調焦方法。
背景技術：
雷射切割能夠提高產能，且切割質量高，在工業生產中意義非常重大，雷射切割機在進行切割之前,都必須先調整好雷射與切割材料的焦距，一旦雷射焦距調整不好，雷射能量將無法集中在切割材料表面的微小區域內，從而導致切割深度不足，且切口處的切割質量不佳；因此，雷射切割焦距的調整對於雷射切割而言至關重要。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種調整雷射焦距的調焦裝置及其調焦方法，能夠解決雷射切割過程中焦距變化而導致的技術問題。
為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
本發明實施例提供一種調整雷射焦距的調焦裝置，其包括自動流水線、基座、雷射測量機構、樣品位置切換機構、雷射發生及焦距調整機構，所述基座位於自動流水線的一側，所述雷射測量機構、樣品位置切換機構、雷射發生及焦距調整機構依次設置在基座上；所述雷射發生及焦距調整機構包括z軸支架、x軸伸縮杆、雷射鏡頭，所述x軸伸縮杆的一端與z軸支架活動連接，所述雷射鏡頭位於x軸伸縮杆的另一端並且位於自動流水線上方。
上述方案中，所述樣品位置切換機構包括絲槓、測量杆、樣品座、光源，所述絲槓垂直設置在基座上並且下端與驅動電機連接，所述測量杆的一端套設在絲槓上，另一端設置樣品座，所述光源位於樣品座的一側；所述測量杆帶動位於樣品座上的樣品左右切換到雷射測量機構或樣品位置切換機構的位置，同時還通過高度調節實現雷射焦距調整。
上述方案中，所述樣品座上設置有用於夾持樣品的樣品夾具。
上述方案中，所述雷射測量機構包括測量座、投影屏幕、ccd相機，所述測量座的垂直面上設置投影屏幕，所述ccd相機設置在樣品座上並且位於光源的左右任意一側，所述ccd相機與投影屏幕相對設置。
上述方案中，所述雷射測量機構包括測量座、投影屏幕、感光傳感器，所述測量座的垂直面上設置投影屏幕，所述投影屏幕的背部設置感光傳感器。
本發明實施例還提供一種雷射焦距的調焦方法，該方法通過以下步驟實現：
步驟一：如上述方案中所述的調焦裝置在雷射切割過程中，每隔一段時間，將測量杆軸向移動至設定位置，並轉動至雷射鏡頭正下方，然後對樣品進行切割；
步驟二：樣品切割完成後，移動測量杆，將測量杆轉動至測量座前方，開啟光源，對投影屏幕上的樣品投影進行深度測量，獲得當前深度；
步驟三：如果當前深度達到了最佳焦距所切割的深度，那麼繼續進行雷射切割轉至步驟五；反之，如果當前深度未達到最佳焦距所切割的深度，則進行焦距的調整，進入步驟四。
步驟四：根據當前深度確定焦距高度之後，樣品位置切換機構在當前z軸高度基礎上，朝z軸面向基座方向運動，每隔一段距離進行樣品切割，或者朝z軸背向基座方向運動，每隔一段距離進行樣品切割；
步驟五：完成焦距測量與焦距調整後，將測量杆移動至原位，然後繼續進行雷射切割。
上述方案中，所述對投影屏幕上的樣品投影進行深度測量，獲得當前深度，具體為：對樣品切割n次，對n次切割深度進行圖像測量採樣，獲得每次的深度數據li(i＝1,…,n)，並根據每次的深度數據li建立深度數組。
上述方案中，所述根據當前深度確定焦距高度，具體為：對深度數據li進行濾波處理後，再對深度數據li進行二次函數擬合處理得到曲線函數f(x)＝ax2+bx+c，根據曲線函數f(x)＝ax2+bx+c確定最深切割深度lmax，並且將最深切割深度lmax對應的z軸坐標作為焦距高度。
上述方案中，當所述曲線函數f(x)＝ax2+bx+c確定切割的深度趨勢為單調遞增時，取第n次切割的深度數據ln為焦距高度；所述曲線函數f(x)＝ax2+bx+c確定切割的深度趨勢為單調遞減時，取第1次切割的深度數據l1為焦距高度。
上述方案中，當所述曲線函數f(x)＝ax2+bx+c確定切割的深度趨勢為先增後減時，對曲線函數f'(x)＝0求解取極值x＝xmax；然後在深度數組內進行對比，得到第a次切割的深度數據la,la+1,1＜a＜n-1，使得la＜lxmax＜la+1；如果那麼取lmax＝la+1；如果那麼取lmax＝la；從而求得最大深度點lmax,1≤max≤n。
與現有技術相比，本發明在雷射發生及焦距調整機構對位於自動流水線上的切割材料切割過程中，所述樣品位置切換機構周期性地轉移至雷射發生及焦距調整機構下對樣品進行切割，之後在轉移至雷射測量機構進行深度測量，如果深度測量合格，則所述雷射發生及焦距調整機構對切割材料繼續切割，反之則所述雷射發生及焦距調整機構對焦距進行調整後再繼續切割，這樣，通過多次移動焦距進行樣品切割，提高了焦距調整的精度；焦距調整方式不需要接觸切割材料，不影響切割材料使用，焦距調整方式安全可靠，並且結構易於設計及搭建。
附圖說明
圖1為本發明實施例提供一種調整雷射焦距的調焦裝置的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
本發明實施例提供一種調整雷射焦距的調焦裝置，如圖1所示，其包括自動流水線1、基座2、雷射測量機構3、樣品位置切換機構4、雷射發生及焦距調整機構5，所述基座2位於自動流水線1的一側，所述雷射測量機構3、樣品位置切換機構4、雷射發生及焦距調整機構5依次設置在基座2上；所述雷射發生及焦距調整機構5包括z軸支架51、x軸伸縮杆52、雷射鏡頭53，所述x軸伸縮杆52的一端與z軸支架51活動連接，所述雷射鏡頭53位於x軸伸縮杆52的另一端並且位於自動流水線1上方，這樣，在雷射發生及焦距調整機構5對位於自動流水線1上的切割材料切割過程中，所述樣品位置切換機構4周期性地轉移至雷射發生及焦距調整機構5下對樣品進行切割，之後再轉移至雷射測量機構3進行深度測量，如果深度測量合格，則所述雷射發生及焦距調整機構5對切割材料繼續切割，反之則所述雷射發生及焦距調整機構5對焦距進行調整後再繼續切割。
具體地，所述雷射發生及焦距調整機構5的x軸伸縮杆52用於切割移動，z軸支架51用於焦距調整。
所述樣品位置切換機構4包括絲槓41、測量杆42、樣品座43、光源44，所述絲槓41垂直設置在基座1上並且下端與驅動電機連接，所述測量杆42的一端套設在絲槓41上，另一端設置樣品座43，所述光源44位於樣品座43的一側；所述測量杆42帶動位於樣品座43上的樣品左右切換到雷射測量機構3或樣品位置切換機構4的位置，同時還通過高度調節實現雷射焦距調整。
所述樣品座43上設置有用於夾持樣品的樣品夾具431，這樣，確保樣品的穩固。
進一步地，所述雷射測量機構3包括測量座31、投影屏幕32、ccd相機，所述測量座31的垂直面上設置投影屏幕32，所述ccd相機設置在樣品座43上並且位於光源44的左右任意一側，所述ccd相機與投影屏幕32相對設置。
可選地，所述雷射測量機構3包括測量座31、投影屏幕32、感光傳感器，所述測量座31的垂直面上設置投影屏幕32，所述投影屏幕32的背部設置感光傳感器。
本發明的工作過程：
step1.設備初始化：
設備通電，參數設置為初始參數。
step2.焦距測量：
所述雷射發生及焦距調整機構5在雷射切割過程中，每隔一定時間，所述樣品位置切換機構4通過絲槓41將測量杆42軸向移動至設定位置，並轉動至雷射鏡頭53正下方，然後進行樣品切割。
樣品切割完成後，再通過絲槓41移動測量杆42，將測量杆42轉動至測量座31前方，開啟光源44，對投影屏幕32上的樣品投影進行深度測量。
如果計算得到深度達到了最佳焦距所切割的深度，那麼繼續進行雷射切割，進入step4。
如果如果計算得到深度未達到最佳焦距所切割的深度，則進行焦距的調整，進入step3。
step3.調整焦距：
在z軸支架51的當前高度基礎上，朝z軸支架51面向基座2方向運動，每隔一定距離進行樣品切割，或者朝z軸支架51背向基座2方向運動，每隔一定距離進行樣品切割。
然後按照step2進行焦距測量，將最深切割深度對應的z軸坐標作為焦距高度，並移動z軸支架51至該焦距高度。
step4.雷射切割：
完成焦距測量與焦距調整後，將測量杆42移動至原位，然後繼續進行雷射切割。
本發明實施例還提供一種調整雷射焦距的的調焦方法，該方法通過以下步驟實現：
步驟一：調焦裝置在雷射切割過程中，每隔一段時間，將測量杆軸向移動至設定位置，並轉動至雷射鏡頭正下方，然後對樣品進行切割；
步驟二：樣品切割完成後，移動測量杆，將測量杆轉動至測量座前方，開啟光源，對投影屏幕上的樣品投影進行深度測量，獲得當前深度；
步驟三：如果當前深度達到了最佳焦距所切割的深度，那麼繼續進行雷射切割轉至步驟五；反之，如果當前深度未達到最佳焦距所切割的深度，則進行焦距的調整，進入步驟四。
步驟四：根據當前深度確定焦距高度之後，樣品位置切換機構在當前z軸高度基礎上，朝z軸面向基座方向運動，每隔一段距離進行樣品切割，或者朝z軸背向基座方向運動，每隔一段距離進行樣品切割；
步驟五：完成焦距測量與焦距調整後，將測量杆移動至原位，然後繼續進行雷射切割。
具體地，所述對投影屏幕上的樣品投影進行深度測量，獲得當前深度，具體為：對樣品切割n次，對n次切割深度進行圖像測量採樣，獲得每次的深度數據li(i＝1,…,n)，並根據每次的深度數據li建立深度數組。
所述根據當前深度確定焦距高度，具體為：對深度數據li進行濾波處理後，再對深度數據li進行二次函數擬合處理得到曲線函數f(x)＝ax2+bx+c，根據曲線函數f(x)＝ax2+bx+c確定最深切割深度lmax，並且將最深切割深度lmax對應的z軸坐標作為焦距高度。
當所述曲線函數f(x)＝ax2+bx+c確定切割的深度趨勢為單調遞增時，取第n次切割的深度數據ln為焦距高度；所述曲線函數f(x)＝ax2+bx+c確定切割的深度趨勢為單調遞減時，取第1次切割的深度數據l1為焦距高度。
當所述曲線函數f(x)＝ax2+bx+c確定切割的深度趨勢為先增後減時，對曲線函數f'(x)＝0求解取極值x＝xmax；然後在深度數組內進行對比，得到第a次切割的深度數據la,la+1,1＜a＜n-1，使得la＜lxmax＜la+1；如果那麼取lmax＝la+1；如果那麼取lmax＝la；從而求得最大深度點lmax,1≤max≤n。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。