CN104002039A - 一种激光设备获取激光焦点的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光工艺领域，具体涉及一种获取激光焦点的方法，所述步骤包括：确定焦点在Z轴坐标上对应范围H1；编制加工文件，将待加工文件设置为若干个加工层，每个加工层分别对应范围H1内的Z轴坐标；激通过软件操作系统将每个加工层的信息传输给加工扫描系统和Z轴运动控制系统，形成完整三维坐标系并得到加工图形；通过监测系统对不同加工层的加工图形进行线宽监测，得到多个线宽值；通过将多个线宽值按拟合为一条曲线，曲线上最细的点所对应的Z轴坐标即为焦点所在位置对应的Z轴坐标。本发明通过设计一种获取激光焦点的方法一方面提高了激光设备工艺调试的工作效率，另一方面可以准确获得激光加工焦点，保证激光器加工的性能。
Description
技术领域
本发明涉及激光工艺领域，具体涉及一种激光设备获取激光焦点的方法。
背景技术
目前，大部分的工业激光设备都是利用聚焦系统，将激光聚焦成大功率密度的细小光斑来进行精细加工，故聚焦系统的聚焦能力决定其加工能力。实际生产中，聚焦系统的激光焦距因聚焦镜头及光学系统的不同而会有略微的差异。对于批量生产的激光设备，如何快速准确地获取聚焦系统的激光焦距，成为激光应用工艺的一个难题。
现有获取激光焦距的方法主要有以下两种：
1、垂直移动聚焦系统，通过人眼观测加工火花的大小，判断其激光焦距,但这种方式精确度不高，且在采用人眼观测火花存在很大的安全隐患。
2、电机驱动聚焦系统垂直移动，采用光电传感器进行检测,但使用光电传感器有几个缺：一是增加成本，二是需要软件配合并增加相应的功能，三是使设备结构更加复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种获取激光焦点的方法，能够快速准确地寻找激光设备的加工焦点，并提高了激光设备工艺调试的工作效率，保证激光加工的性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光设备获取激光焦距的方法，该激光设备包括软件操作系统、加工扫描系统、Z轴运动控制系统和监测系统，该Z轴控制系统上设置有聚焦系统，其中，所述方法包括：
(1)确定焦点在Z轴坐标上对应范围H1；
(2)编制加工文件，将待加工文件设置为若干个加工层，每个加工层分别对应范围H1内的Z轴坐标；
(3)通过软件操作系统将每个加工层的信息传输给加工扫描系统和Z轴运动控制系统，形成完整三维坐标系并得到加工图形；
(4)通过监测系统对不同加工层的加工图形进行线宽监测，得到多个线宽值；
(5)通过将多个线宽值按拟合为一条曲线，曲线上最细的点所对应的Z轴坐标即为焦点所在位置对应的Z轴坐标。
其中，较佳方案是：所述步骤(1)中，对应范围H1是通过调节Z轴高度，根据光斑由大变小，再由小变大过程所对应的Z轴坐标为对应范围H1，该对应范围H1包括至少一组光斑大小相同但对应不同的Z轴坐标。
其中：所述步骤(1)中，确定焦距范围是通过调节Z轴高度，根据较大光斑对应的Z轴高度来初步确定焦距范围。
其中，较佳方案是：所述任意两个相邻的Z轴坐标之间具有相同的差值。其中，较佳方案是：所述的Z轴运动控制系统是通过电机进行控制其在Z轴上的上下移动。
其中，较佳方案是：所述的电机是直线驱动电机或步进驱动电机。
其中，较佳方案是：所述的监测系统是显微镜。
其中，较佳方案是：所述加工文件为同一材质待加工材料所得到的加工文件。
其中，较佳方案是：所述的加工文件可分为一个3x3的矩阵方块，每一个方块为一个加工层。
其中，较佳方案是：所述的矩阵方块中，每一个加工层用不同种颜色进行区分。
其中，较佳方案是：所述的对应范围H1包括最小光斑，该最小光斑两端任一一对大小相同光斑对应的Z轴坐标即为对应范围H1的起点和终点。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过将待加工的文件分成若干加工层，每一加工层对应单独的Z值坐标值，通过对每一加工层图像的加工而得到多个线宽值，通过该多个线宽值拟合成一条曲线，该曲线上最细的点即为焦点，从而通过Z轴坐标获得激光的聚焦，该方法简单、快速、准确，同时在其配套的装置结构简单，可节约成本、提高工作效率，保证激光器加工的性能。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例获取激光焦点的流程示意图；
图2是本发明实施例的激光设备获取焦点控制方法的示意图；
图3是本发明实施例加工文件的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图2所示，本发明实施例提供一种激光设备获取激光焦点方法，该激光设备包括软件操作系统31、加工扫描系统34、监测系统35和Z轴运动控制系统33，该Z轴控制系统33上设置有聚焦系统32。
如图1和图2所示，本实施例获取激光焦点方法的步骤包括：
(1)确定焦点在Z轴坐标上对应范围H1；，该对应范围H1是通过调节Z轴高度，根据光斑大小的变化，初步确定光斑由大变小，再变大过程所对应的Z轴坐标为对应范围H1，该对应范围H1包括至少一组光斑大小相同但对应不同的Z轴坐标。在本实施例中，光斑在由大到小再由小变大的过程中，包括了最小光斑，在确定该对应范围H1后，后续程序在该对应范围内找出焦点即可。本实施的最小光斑两端存在若干大小相同的光斑，该最小光斑两端任一一对大小相同光斑对应的Z轴坐标即为对应范围H1的起点和终点。。
(2)编制加工文件，将待加工文件设置为若干个加工层，每个加工层分别对应焦距范围内的Z轴坐标；
(3)通过软件操作系统将每个加工层的信息传输给加工扫描系统和Z轴运动控制系统，形成完整三维坐标系并得到加工图形；
(4)通过监测系统对不同加工层的加工图形进行线宽监测，得到多个线宽值；
(5)通过将多个线宽值按拟合为一条曲线，曲线上最细的点所对应的Z轴坐标即为焦点所在位置对应的Z轴坐标，并可获得激光的焦距。
在本实施例中，所述的Z轴运动控制系统33是通过电机进行控制其在Z轴上的上下移动，该电机是直线驱动电机或步进驱动电机。
本实施例所述的加工文件是对同一材质的加工材料进行加工得到的加工文件，该加工文件为若干个，本实施例优选将加工文件分为一个3x3的矩阵方块，在获焦距时，将每一个方块为一个加工层，每一个加工层用不同种颜色进行区分，再进行分层信息的传输与图像加工，本实施例中的加工材料可以是任意的加工材料，只是针对同一加工程序而言为同一材质的加工材料。
本实施例中的，上述步骤(1)的加工文件的编制可以使用与任意配合数控系统的编写文件软件来实现，任意两个相邻的Z轴坐标之间具有相同的差值，该差值约100μm。
如图2所示，本实施例控制方法是：所述的软件控制系统操作系统将加工文件分为若干加工层，每一加工层与相应的Z轴坐标一一对应等信息传输给Z轴运动系统33和加工扫描系统34，通过电机驱动Z轴运动平系统33沿Z轴方向上下移动，并通过加工扫描系统34对每一层的图像进行扫描，形成完整的三维坐标系的传送，得到加工图形，最后通过监测系统35对每一层的加工图形进行线宽测量，得到线宽最细的一层，通过层映射的Z轴坐标值，即得到激光设备的聚焦焦距。
本实施例中的电机是直线电机或步进电机，该电机控制Z轴运动控制系统33带动激光聚焦系统32的Z轴坐标位置，其调节精度达到±2um。
进一步地，监测系统35一般为显微镜，在加工扫描操作后，会形成加工图形，该加工图形由多张扫描图形形成，通过显微镜对扫描图形上加工轨迹的线宽进行测量，得到线宽最细的那张扫描图形所对应的加工层，该加工层的Z轴高度就是本发明所获得的激光焦距的Z轴高度。
如图3所示,本实施例的加工扫描系统每次扫描操作完成后，将扫描结果存储到对应的加工文件中；最终完成全部扫描操作后，将存储到加工文件的所有扫描结果进行加工处理，得到加工图形。
本发明实施例的激光加工获得焦距的方法可应用于激光打标、激光焊接、激光打孔和激光刻蚀等激光加工领域，所述的激光加工的波长可为任意能实现该激光加工的激光波长即可。
以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。
Claims (10)
1.一种激光设备获取激光焦点的方法，该激光设备包括软件操作系统、加工扫描系统、Z轴运动控制系统和监测系统，该Z轴控制系统上设置有聚焦系统，其特征在于，所述方法包括：
(1)确定焦点在Z轴坐标上对应范围H1；
(2)编制加工文件，将待加工文件设置为若干个加工层，每个加工层分别对应范围H1内的Z轴坐标；
(3)通过软件操作系统将每个加工层的信息传输给加工扫描系统和Z轴运动控制系统，形成完整三维坐标系并得到加工图形；
(4)通过监测系统对不同加工层的加工图形进行线宽监测，得到多个线宽值；
(5)通过将多个线宽值按拟合为一条曲线，曲线上最细的点所对应的Z轴坐标即为焦点所在位置对应的Z轴坐标。
2.根据权利要求1所述的获取激光焦点的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，
对应范围H1是通过调节Z轴高度，根据光斑由大变小，再由小变大过程所对应的Z轴坐标为对应范围H1，该对应范围H1包括若干光斑大小相同但对应不同的Z轴坐标。
3.根据权利要求2所述的获取激光焦点的方法，其特征在于：所述任意两个相邻的Z轴坐标之间具有相同的差值。
4.根据权利要求3所述的获取激光焦点的方法，其特征在于：所述的Z轴运动控制系统是通过电机进行控制其在Z轴上的上下移动。
5.根据权利要求4所述的获取激光焦点的方法，其特征在于：所述的电机 是直线驱动电机或步进驱动电机。
6.根据权利要求1所述的获取激光焦点的方法，其特征在于：所述的监测系统是显微镜。
7.根据权利要求1所述的获取激光焦点的方法，其特征在于：所述加工文件为同一材质待加工材料所得到的加工文件。
8.根据权利要求7所述的获取激光焦点的方法，其特征在于：所述的加工文件可分为一个3x3的矩阵方块，每一个方块为一个加工层。
9.根据权利要求8所述的获取激光焦点的方法，其特征在于：所述的矩阵方块中，每一个加工层用不同种颜色进行区分。
10.根据权利要求2所述的获取激光焦点的方法，其特征在于：所述的对应范围H1包括最小光斑，该最小光斑两端任一一对大小相同光斑对应的Z轴坐标即为对应范围H1的起点和终点。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No. 9988 Nanshan District Shennan Road Shenzhen city Guangdong province 518000 Applicant after: HANS LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP CO., LTD. Applicant after: Shenzhen Dazu Digital Control Science & Technology Co., Ltd. Address before: 518000 Shenzhen Province, Nanshan District high tech park, North West New Road, No. 9 Applicant before: Dazu Laser Sci. & Tech. Co., Ltd., Shenzhen Applicant before: Shenzhen Dazu Digital Control Science & Technology Co., Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: DAZU LASER SCI. + TECH. CO., LTD., SHENZHEN TO: HAN'S LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP CO., LTD. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200701 Address after: 518000 workshop 5 / F, 1 / 2 / F, 14 / F, 17 / F, antuoshan hi tech Industrial Park, Xinsha Road, Shajing street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: SHENZHEN HAN'S CNC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 518000 No. 9988 Shennan Avenue, Shenzhen, Guangdong, Nanshan District Co-patentee before: SHENZHEN HAN'S CNC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee before: HAN'S LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 518000 5 / F, 1 / 2 / F, 14 / F, 17 / F, No.3 Factory building, antuoshan hi tech Industrial Park, Xinsha Road, Shajing street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Han's CNC Technology Co.,Ltd. Address before: 518000 5 / F, 1 / 2 / F, 14 / F, 17 / F, No.3 Factory building, antuoshan hi tech Industrial Park, Xinsha Road, Shajing street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: SHENZHEN HAN'S CNC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd. |