一種激光設備獲取激光焦點的方法
【專利摘要】本發明涉及激光工藝領域，具體涉及一種獲取激光焦點的方法，所述步驟包括：確定焦點在Z軸坐標上對應范圍H1；編制加工文件，將待加工文件設置為若干個加工層，每個加工層分別對應范圍H1內的Z軸坐標；激通過軟件操作系統將每個加工層的信息傳輸給加工掃描系統和Z軸運動控制系統，形成完整三維坐標系并得到加工圖形；通過監測系統對不同加工層的加工圖形進行線寬監測，得到多個線寬值；通過將多個線寬值按擬合為一條曲線，曲線上最細的點所對應的Z軸坐標即為焦點所在位置對應的Z軸坐標。本發明通過設計一種獲取激光焦點的方法一方面提高了激光設備工藝調試的工作效率，另一方面可以準確獲得激光加工焦點，保證激光器加工的性能。
【專利說明】一種激光設備獲取激光焦點的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光工藝領域，具體涉及一種激光設備獲取激光焦點的方法。
【背景技術】
[0002]目前，大部分的工業激光設備都是利用聚焦系統，將激光聚焦成大功率密度的細小光斑來進行精細加工，故聚焦系統的聚焦能力決定其加工能力。實際生產中，聚焦系統的激光焦距因聚焦鏡頭及光學系統的不同而會有略微的差異。對于批量生產的激光設備，如何快速準確地獲取聚焦系統的激光焦距，成為激光應用工藝的一個難題。
[0003]現有獲取激光焦距的方法主要有以下兩種:
[0004]1、垂直移動聚焦系統，通過人眼觀測加工火花的大小，判斷其激光焦距，但這種方式精確度不高，且在采用人眼觀測火花存在很大的安全隱患。
[0005]2、電機驅動聚焦系統垂直移動，采用光電傳感器進行檢測，但使用光電傳感器有幾個缺:一是增加成本，二是需要軟件配合并增加相應的功能，三是使設備結構更加復雜。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種獲取激光焦點的方法，能夠快速準確地尋找激光設備的加工焦點，并提高了激光設備工藝調試的工作效率，保證激光加工的性能。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種激光設備獲取激光焦距的方法，該激光設備包括軟件操作系統、加工掃描系統、Z軸運動控制系統和監測系統，該Z軸控制系統上設置有聚焦系統，其中，所述方法包括:
[0008](I)確定焦點在Z軸坐標上對應范圍Hl ；
[0009](2)編制加工文件，將待加工文件設置為若干個加工層，每個加工層分別對應范圍Hl內的Z軸坐標；
[0010](3)通過軟件操作系統將每個加工層的信息傳輸給加工掃描系統和Z軸運動控制系統，形成完整三維坐標系并得到加工圖形；
[0011](4)通過監測系統對不同加工層的加工圖形進行線寬監測，得到多個線寬值；
[0012](5)通過將多個線寬值按擬合為一條曲線，曲線上最細的點所對應的Z軸坐標即為焦點所在位置對應的Z軸坐標。
[0013]其中，較佳方案是:所述步驟⑴中，對應范圍Hl是通過調節Z軸高度，根據光斑由大變小，再由小變大過程所對應的Z軸坐標為對應范圍Hl,該對應范圍Hl包括至少一組光斑大小相同但對應不同的Z軸坐標。
[0014]其中:所述步驟(I)中，確定焦距范圍是通過調節Z軸高度，根據較大光斑對應的Z軸高度來初步確定焦距范圍。
[0015]其中，較佳方案是:所述任意兩個相鄰的Z軸坐標之間具有相同的差值。其中，較佳方案是:所述的Z軸運動控制系統是通過電機進行控制其在Z軸上的上下移動。[0016]其中，較佳方案是:所述的電機是直線驅動電機或步進驅動電機。
[0017]其中，較佳方案是:所述的監測系統是顯微鏡。
[0018]其中，較佳方案是:所述加工文件為同一材質待加工材料所得到的加工文件。
[0019]其中，較佳方案是:所述的加工文件可分為一個3x3的矩陣方塊，每一個方塊為一
個加工層。
[0020]其中，較佳方案是:所述的矩陣方塊中，每一個加工層用不同種顏色進行區分。
[0021]其中，較佳方案是:所述的對應范圍Hl包括最小光斑,該最小光斑兩端任 對大小相同光斑對應的Z軸坐標即為對應范圍Hl的起點和終點。
[0022]本發明的有益效果在于，與現有技術相比，本發明通過將待加工的文件分成若干加工層，每一加工層對應單獨的Z值坐標值，通過對每一加工層圖像的加工而得到多個線寬值，通過該多個線寬值擬合成一條曲線，該曲線上最細的點即為焦點，從而通過Z軸坐標獲得激光的聚焦，該方法簡單、快速、準確，同時在其配套的裝置結構簡單，可節約成本、提高工作效率，保證激光器加工的性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0024]圖1是本發明實施例獲取激光焦點的流程示意圖；
[0025]圖2是本發明實施例的激光設備獲取焦點控制方法的示意圖；
[0026]圖3是本發明實施例加工文件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]現結合附圖，對本發明的較佳實施例作詳細說明。
[0028]如圖2所示，本發明實施例提供一種激光設備獲取激光焦點方法，該激光設備包括軟件操作系統31、加工掃描系統34、監測系統35和Z軸運動控制系統33，該Z軸控制系統33上設置有聚焦系統32。
[0029]如圖1和圖2所示，本實施例獲取激光焦點方法的步驟包括:
[0030](I)確定焦點在Z軸坐標上對應范圍Hl ；，該對應范圍Hl是通過調節Z軸高度，根據光斑大小的變化，初步確定光斑由大變小，再變大過程所對應的Z軸坐標為對應范圍H1，該對應范圍Hl包括至少一組光斑大小相同但對應不同的Z軸坐標。在本實施例中,光斑在由大到小再由小變大的過程中，包括了最小光斑，在確定該對應范圍Hl后，后續程序在該對應范圍內找出焦點即可。本實施的最小光斑兩端存在若干大小相同的光斑，該最小光斑兩端任 對大小相同光斑對應的Z軸坐標即為對應范圍Hl的起點和終點。。
[0031](2)編制加工文件，將待加工文件設置為若干個加工層，每個加工層分別對應焦距范圍內的Z軸坐標；
[0032](3)通過軟件操作系統將每個加工層的信息傳輸給加工掃描系統和Z軸運動控制系統，形成完整三維坐標系并得到加工圖形；
[0033](4)通過監測系統對不同加工層的加工圖形進行線寬監測，得到多個線寬值；
[0034](5)通過將多個線寬值按擬合為一條曲線，曲線上最細的點所對應的Z軸坐標即為焦點所在位置對應的Z軸坐標，并可獲得激光的焦距。[0035]在本實施例中，所述的Z軸運動控制系統33是通過電機進行控制其在Z軸上的上下移動，該電機是直線驅動電機或步進驅動電機。
[0036]本實施例所述的加工文件是對同一材質的加工材料進行加工得到的加工文件，該加工文件為若干個，本實施例優選將加工文件分為一個3x3的矩陣方塊，在獲焦距時，將每一個方塊為一個加工層，每一個加工層用不同種顏色進行區分，再進行分層信息的傳輸與圖像加工，本實施例中的加工材料可以是任意的加工材料，只是針對同一加工程序而言為同一材質的加工材料。
[0037]本實施例中的，上述步驟(I)的加工文件的編制可以使用與任意配合數控系統的編寫文件軟件來實現，任意兩個相鄰的Z軸坐標之間具有相同的差值，該差值約ΙΟΟμπι。
[0038]如圖2所示，本實施例控制方法是:所述的軟件控制系統操作系統將加工文件分為若干加工層，每一加工層與相應的Z軸坐標一一對應等信息傳輸給Z軸運動系統33和加工掃描系統34，通過電機驅動Z軸運動平系統33沿Z軸方向上下移動，并通過加工掃描系統34對每一層的圖像進行掃描，形成完整的三維坐標系的傳送，得到加工圖形，最后通過監測系統35對每一層的加工圖形進行線寬測量，得到線寬最細的一層，通過層映射的Z軸坐標值，即得到激光設備的聚焦焦距。
[0039]本實施例中的電機是直線電機或步進電機，該電機控制Z軸運動控制系統33帶動激光聚焦系統32的Z軸坐標位置，其調節精度達到±2um。
[0040]進一步地，監測系統35 —般為顯微鏡，在加工掃描操作后，會形成加工圖形，該加工圖形由多張掃描圖形形成，通過顯微鏡對掃描圖形上加工軌跡的線寬進行測量，得到線寬最細的那張掃描圖形所對應的加工層，該加工層的Z軸高度就是本發明所獲得的激光焦距的Z軸高度。
[0041]如圖3所示，本實施例的加工掃描系統每次掃描操作完成后，將掃描結果存儲到對應的加工文件中；最終完成全部掃描操作后，將存儲到加工文件的所有掃描結果進行加工處理，得到加工圖形。
[0042]本發明實施例的激光加工獲得焦距的方法可應用于激光打標、激光焊接、激光打孔和激光刻蝕等激光加工領域，所述的激光加工的波長可為任意能實現該激光加工的激光波長即可。
[0043]以上所述者，僅為本發明最佳實施例而已，并非用于限制本發明的范圍，凡依本發明申請專利范圍所作的等效變化或修飾，皆為本發明所涵蓋。
【權利要求】
1.一種激光設備獲取激光焦點的方法，該激光設備包括軟件操作系統、加工掃描系統、Z軸運動控制系統和監測系統，該Z軸控制系統上設置有聚焦系統，其特征在于，所述方法包括: (1)確定焦點在Z軸坐標上對應范圍Hl； (2)編制加工文件，將待加工文件設置為若干個加工層，每個加工層分別對應范圍Hl內的Z軸坐標； (3)通過軟件操作系統將每個加工層的信息傳輸給加工掃描系統和Z軸運動控制系統，形成完整三維坐標系并得到加工圖形； (4)通過監測系統對不同加工層的加工圖形進行線寬監測，得到多個線寬值； (5)通過將多個線寬值按擬合為一條曲線，曲線上最細的點所對應的Z軸坐標即為焦點所在位置對應的Z軸坐標。
2.根據權利要求1所述的獲取激光焦點的方法，其特征在于:所述步驟(I)中， 對應范圍Hl是通過調節Z軸高度，根據光斑由大變小，再由小變大過程所對應的Z軸坐標為對應范圍Hl,該對應范圍Hl包括若干光斑大小相同但對應不同的Z軸坐標。
3.根據權利要求2所述的獲取激光焦點的方法，其特征在于:所述任意兩個相鄰的Z軸坐標之間具有相同的差值。
4.根據權利要求3所述的獲取激光焦點的方法，其特征在于:所述的Z軸運動控制系統是通過電機進行控制其在Z軸上的上下移動。
5.根據權利要求4所述的獲取激光焦點的方法，其特征在于:所述的電機是直線驅動電機或步進驅動電機。
6.根據權利要求1所述的獲取激光焦點的方法，其特征在于:所述的監測系統是顯微鏡。
7.根據權利要求1所述的獲取激光焦點的方法，其特征在于:所述加工文件為同一材質待加工材料所得到的加工文件。
8.根據權利要求7所述的獲取激光焦點的方法，其特征在于:所述的加工文件可分為一個3x3的矩陣方塊，每一個方塊為一個加工層。
9.根據權利要求8所述的獲取激光焦點的方法，其特征在于:所述的矩陣方塊中，每一個加工層用不同種顏色進行區分。
10.根據權利要求2所述的獲取激光焦點的方法，其特征在于:所述的對應范圍Hl包括最小光斑，該最小光斑兩端任 對大小相同光斑對應的Z軸坐標即為對應范圍Hl的起點和終點。
【文檔編號】B23K26/046GK104002039SQ201410177205
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月29日 優先權日:2014年4月29日
【發明者】高子豐, 蘇培林, 覃濤, 呂洪杰, 翟學濤, 楊朝輝, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司, 深圳市大族數控科技有限公司