激光实时纠偏装置及其纠偏方法
【专利摘要】本发明涉及激光实时纠偏装置及其纠偏方法，运动工作平台上方设有横梁，横梁上安装有对位高速镜头和激光加工头，对位高速镜头和激光加工头正对于运动工作平台，对位高速镜头和激光加工头与计算机通讯连接，计算机安装有evision图样识别计算软件，计算机与运动控制单元通讯连接，运动控制单元与运动工作平台控制连接；激光实时纠偏加工基于平台运动过程中，通过安装在大理石横梁上的对位高速镜头快速拍照抓取图像传输给计算机，处理计算出位置偏差，再将偏移指令传输给运动控制单元，由运动控制单元发出指令对运动工作平台运动进行补偿，实现激光高精度准确加工。实时纠偏是在加工运动过程中完成，用时极短，极大提高了加工效率。
【专利说明】激光实时纠偏装置及其纠偏方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种激光实时纠偏装置及其纠偏方法。
【背景技术】
[0002] 随着激光技术的不断发展，激光加工技术（如激光打标、激光焊接或激光雕刻等） 越来越广泛地应用于各种精密加工。目前发展较为成熟的非晶硅薄膜太阳能电池芯片采用 激光刻划其电极，激光刻划槽具有三道，对所述刻划槽的技术要求为：刻划槽光滑清晰，刻 线槽两侧没有粘连短路，三道刻划槽相互平行，三道刻划槽的宽度加它们之间的间距不超 过0. 5_。伴随每一次刻划都会有刻划线槽与前一道刻划槽偏离而交叉的可能，如果未在刻 划前及时将即将进行的刻划槽相对于前一道刻划槽的偏离纠正过来，就会出现刻划槽两侧 粘连短路或三道刻划槽的宽度加它们之间的间距超过〇. 5mm的现象，造成次品或废品，既 降低生产效率又浪费，市售激光刻划设备加工出来的非晶硅薄膜太阳能电池芯片往往因此 不符合要求。
[0003] 因此，研发激光实时纠偏装置及其纠偏方法，具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种激光实时纠偏装置及其纠偏 方法。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：
[0006] 激光实时纠偏装置，特点是：运动工作平台上方设有横梁，横梁上安装有对位高速 镜头和激光加工头，对位高速镜头和激光加工头正对于运动工作平台，对位高速镜头和激 光加工头与计算机通讯连接，计算机安装有evision图样识别计算软件，计算机与运动控 制单元通讯连接，运动控制单元与运动工作平台控制连接。
[0007] 进一步地，上述的激光实时纠偏装置，所述对位高速镜头是奥林巴斯LCPLN50XIR 镜头。
[0008] 更进一步地，上述的激光实时纠偏装置，所述运动控制单元ACS主控制器 SpiiplusNtm-16000000NNN-S。
[0009] 更进一步地，上述的激光实时纠偏装置，所述运动工作平台为X-Y轴运动平台，包 含切割方向的Y轴单元以及与其组合的定距移动方向的X轴单元。
[0010] 更进一步地，上述的激光实时纠偏装置，所述横梁为大理石横梁。
[0011] 本发明激光实时纠偏的方法，包括以下步骤：
[0012] ①执行高速拍照：运动工作平台的Y轴为切割方向，X轴为定距移动方向，设置对 位高速镜头抓拍X轴方向的距离；
[0013] 调整对位高速镜头的高速抓拍的各项参数，包括相机增益、快门时间、暴光时间， 使其达到最优高速拍照性能；
[0014] 激光加工头出光对运动工作平台上的产品进行加工，按照指定的X轴方向的步进 距离，对位高速镜头在运动工作平台高速运动过程中对产品已经被加工的路径进行高速拍 眧.
[0015] ②反馈信号：对位高速镜头将拍好的照片信息适时反馈给计算机（5);
[0016] ③发送纠偏信号：计算机进行运算处理，evision图样识别计算软件将对位高速 镜头反馈的照片信息与已经储存好的标准照片信息进行比对，快速计算出偏差量，并向运 动控制单元发出纠偏信号；
[0017] ④执行纠偏：运动控制单元接收到纠偏信号后，根据纠偏信号发出运动控制指令 控制运动工作平台的执行机构在X步进方向做位置偏移补偿，即纠偏动作执行，达到纠偏 目的；并继续进行下一次纠偏过程。
[0018] 本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
[0019] 本发明激光实时纠偏加工是基于平台运动过程中相机快速拍照抓取图像，通过计 算机处理计算出位置偏差对平台运动进行补偿，实现激光高精度准确加工，实时纠偏是在 加工运动过程中完成，用时极短，极大提高了加工效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
[0021] 图1 :本发明装置的示意图。
【具体实施方式】
[0022] 如图1所示，激光实时纠偏装置,运动工作平台1上方设有大理石横梁4,大理石横 梁4上安装有对位高速镜头2和激光加工头3,对位高速镜头2是日本OLYMPUS奥林巴斯生 产的LCPLN50XIR镜头，运动控制单元6是ACS主控制器SpiiplusNtm-16000000NNN-S，运 动工作平台1为X-Y轴运动平台，包含切割方向的Y轴单元以及与其组合的定距移动方向 的X轴单元；对位高速镜头2和激光加工头3正对于运动工作平台1，对位高速镜头2和激 光加工头3与计算机5通讯连接，计算机5安装有比利时Euresys公司的evision图样识 别计算软件，计算机5与运动控制单元6通讯连接，运动控制单元6与运动工作平台1控制 连接。激光实时纠偏加工基于平台运动过程中，通过安装在大理石横梁4上的对位高速镜 头2快速拍照抓取图像，通过高速网线传输给计算机5,然后处理计算出位置偏差，再将偏 移指令通过以太网线传输给运动控制单元6,由运动控制单元6发出指令对运动工作平台1 运动进行补偿，实现激光高精度准确加工。
[0023] 激光实时纠偏的具体步骤为：
[0024] ①执行高速拍照：运动工作平台1的Y轴为切割方向，X轴为定距移动方向，设置 对位高速镜头2抓拍X轴方向的距离；
[0025] 调整对位高速镜头2的高速抓拍的各项参数，包括相机增益、快门时间、暴光时 间，使其达到最优高速拍照性能；
[0026] 激光加工头3出光对运动工作平台1上的产品进行加工，按照指定的X轴方向的 步进距离，对位高速镜头2在运动工作平台1高速运动过程中对产品已经被加工的路径进 行高速拍照；
[0027] ②反馈信号：对位高速镜头2将拍好的照片信息适时反馈给计算机5 ;
[0028] ③发送纠偏信号：计算机5进行运算处理，evision图样识别计算软件将对位高速 镜头2反馈的照片信息与已经储存好的标准照片信息进行比对，快速计算出偏差量，并向 运动控制单元6发出纠偏信号；
[0029] ④执行纠偏：运动控制单元6接收到纠偏信号后，根据纠偏信号发出运动控制指 令控制运动工作平台1的执行机构在X步进方向做位置偏移补偿，即纠偏动作执行，达到纠 偏目的；并继续进行下一次纠偏过程。
[0030] 激光实时纠偏加工是基于平台运动过程中相机快速拍照抓取图像，通过计算机软 件处理计算出位置偏差对平台运动进行补偿，实现激光高精度准确加工。平台的Y轴为切 割方向，X轴为定距移动方向。加工镜头与对位镜头沿着切割方向一字排列，相距50mm，因 此在X轴方向，二者存在相同的偏移量。在加工过程中，Y轴由起始点经加速、匀速、减速运 动至终点完成一次切割，当在终点时平台存在5ms镇定时间，此时对位相机快速拍照获取 当前切割位置的照片，通过图像软件处理计算出位置偏差，使得平台X方向做出对应补偿， 实现激光纠偏加工。
[0031]X-Y轴运动平台位置通过光栅尺反馈给运动控制卡，运动控制卡监测到Y轴终点 到位信号后触发数字相机拍照，同时相机触发信号给光源控制器点亮光源以获取清晰的图 片。软件通过获取的图片计算出位置偏移并反馈给运动控制卡控制平台X方向做出对应补 偿。此过程中，相机拍照快门时间60ys，触发延迟50ys，能够在平台镇定时间5ms内完成。
[0032] 经对比发现，采用传动暂停静止对位纠偏与本发明实时纠偏的最大区别在于加工 效率差别较大，具体数据如下：
[0033]
【权利要求】
1. 激光实时纠偏装置，其特征在于：运动工作平台（1)上方设有横梁（4)，横梁（4)上 安装有对位高速镜头（2)和激光加工头（3)，对位高速镜头（2)和激光加工头（3)正对于运 动工作平台（1)，对位高速镜头（2)和激光加工头（3)与计算机（5)通讯连接，计算机（5) 安装有evision图样识别计算软件，计算机（5)与运动控制单元（6)通讯连接，运动控制单 元（6)与运动工作平台（1)控制连接。
2. 根据权利要求1所述的激光实时纠偏装置，其特征在于：所述对位高速镜头（2)是 奥林巴斯LCPLN50XIR镜头。
3. 根据权利要求1所述的激光实时纠偏装置，其特征在于：所述运动控制单元（6)是 ACS 主控制器 SpiiplusNtm-16000000NNN-S。
4. 根据权利要求1所述的激光实时纠偏装置，其特征在于：所述运动工作平台（1)为 X-Y轴运动平台，包含切割方向的Y轴单元以及与其组合的定距移动方向的X轴单元。
5. 根据权利要求1所述的激光实时纠偏装置，其特征在于：所述横梁（4)为大理石横 梁。
6. 权利要求1所述装置实现激光实时纠偏的方法，其特征在于包括以下步骤： ① 执行高速拍照：运动工作平台（1)的Y轴为切割方向，X轴为定距移动方向，设置对 位高速镜头（2)抓拍X轴方向的距离； 调整对位高速镜头（2)的高速抓拍的各项参数，包括相机增益、快门时间、暴光时间， 使其达到最优高速拍照性能； 激光加工头（3)出光对运动工作平台（1)上的产品进行加工，按照指定的X轴方向的 步进距离，对位高速镜头（2)在运动工作平台（1)高速运动过程中对产品已经被加工的路 径进行高速拍照； ② 反馈信号：对位高速镜头（2)将拍好的照片信息适时反馈给计算机（5); ③ 发送纠偏信号：计算机（5)进行运算处理，evision图样识别计算软件将对位高速镜 头（2)反馈的照片信息与已经储存好的标准照片信息进行比对，快速计算出偏差量，并向 运动控制单元（6)发出纠偏信号； ④ 执行纠偏：运动控制单元（6)接收到纠偏信号后，根据纠偏信号发出运动控制指令 控制运动工作平台（1)的执行机构在X步进方向做位置偏移补偿，即纠偏动作执行，达到纠 偏目的；并继续进行下一次纠偏过程。
【文档编号】B23K26/70GK104439726SQ201410660600
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】赵裕兴, 李军, 叶浩 申请人:苏州德龙激光股份有限公司, 江阴德力激光设备有限公司