本發(fā)明涉及多軸數(shù)控加工定位技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及用于數(shù)控加工設(shè)備的激光視覺非接觸式定位方法。

背景技術(shù)：

數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用于各個行業(yè)，其基本點(diǎn)是利用數(shù)字化控制技術(shù)控制各種精密的移動機(jī)構(gòu)，來帶動刀具或激光等能量束來對待加工材料進(jìn)行數(shù)控加工。在數(shù)控加工過程中重要的一點(diǎn)是要對待加工工件進(jìn)行位置確定，本質(zhì)是讓數(shù)控設(shè)備確定待加工工件在數(shù)控加工設(shè)備加工范圍內(nèi)的準(zhǔn)確位置和狀態(tài)，以保證加工安全可靠的進(jìn)行以及加工的精度。如：用激光三維刻蝕加工設(shè)備進(jìn)行曲面圖形刻蝕加工前，需首先對工件進(jìn)行定位，以便加工設(shè)備確定工件的準(zhǔn)確位置，確定刻蝕圖形的起始位置方向等。對于待加工工件的定位，有很多的技術(shù)和方法，但是對于一些比較容易污染或損壞的工件，必須采取特殊的方法進(jìn)行非接觸式的定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出用于數(shù)控加工設(shè)備的激光視覺非接觸式定位方法，以實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：用于數(shù)控加工設(shè)備的激光視覺非接觸式定位方法，主要包括：

步驟1：通過多軸數(shù)控加工設(shè)備的移動機(jī)構(gòu)將CCD攝像機(jī)移至待加工工件定位點(diǎn)上方，使定位標(biāo)志位于CCD攝像機(jī)視場范圍之內(nèi)，調(diào)整X、Y軸移動機(jī)構(gòu)，確定該定位點(diǎn)在數(shù)控加工設(shè)備機(jī)器坐標(biāo)系中的X、Y軸坐標(biāo)；

步驟2：利用CCD攝像機(jī)的獲取定位點(diǎn)的圖像，通過圖像采集卡將獲取的圖像信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，傳遞給計算機(jī)；

步驟3：通過計算機(jī)軟件模塊，調(diào)節(jié)激光刻蝕加工距離偏離值即DST值，調(diào)整CCD攝像機(jī)與定位點(diǎn)在Z軸方向的距離，最終確定該定位點(diǎn)在在數(shù)控加工設(shè)備的機(jī)器坐標(biāo)系中的Z軸坐標(biāo)；

步驟4：在數(shù)控加工設(shè)備的操作軟件中直接獲取該定位點(diǎn)在機(jī)器坐標(biāo)系中的X，Y，Z坐標(biāo)值。

進(jìn)一步地，所述數(shù)控加工設(shè)備的移動機(jī)構(gòu)具體為三維激光刻蝕設(shè)備的移動控制機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述多軸數(shù)控加工設(shè)備為五軸數(shù)控加工設(shè)備。

進(jìn)一步地，步驟3中所述DST值為接近于0的數(shù)值，DST值接近0時，定位點(diǎn)的偏離量也接近于0，CCD攝像機(jī)視場范圍內(nèi)的圖像也最清晰。

本發(fā)明各實(shí)施例的用于數(shù)控加工設(shè)備的激光視覺非接觸式定位方法，由于主要包括：通過多軸數(shù)控加工設(shè)備的移動機(jī)構(gòu)和CCD攝像機(jī)的捕獲功能以及圖像采集功能獲得視場范圍內(nèi)待加工工件的圖像信號，并利用數(shù)控加工設(shè)備操作軟件獲取待加工工件表面定位點(diǎn)在機(jī)器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，為后續(xù)數(shù)控加工提供工件的位置信息；從而實(shí)現(xiàn)定位精度高，定位速度快的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。

下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為CCD采集圖像可視窗口及DST值計算示意圖；

圖2為DST值與激光刻蝕加工距離偏離值的關(guān)系；

圖3a為多層FSS中振子圖形層間相對位置示意圖；

圖3b為完成激光刻蝕加工的雙層FSS；

圖4為為采用激光視覺定位系統(tǒng)精確定位以及雙面激光刻蝕+化學(xué)腐蝕復(fù)合加工的電推進(jìn)柵極組件。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

具體地，用于數(shù)控加工設(shè)備的激光視覺非接觸式定位方法，其基本點(diǎn)是利用可見激光束和視頻捕獲裝置、配合精密的數(shù)控加工設(shè)備移動機(jī)構(gòu)，在軟件配合下進(jìn)行工件特征點(diǎn)或定位點(diǎn)的非接觸式測量定位，以便于后續(xù)的數(shù)控加工。

通過多軸數(shù)控加工設(shè)備的移動機(jī)構(gòu)和CCD攝像機(jī)的捕獲功能以及圖像采集功能獲得視場范圍內(nèi)待加工工件的圖像信號，并利用計算機(jī)的軟件功能獲取工件定位點(diǎn)及特征點(diǎn)在機(jī)器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，為后續(xù)數(shù)控加工提供工件的位置信息。

由多軸數(shù)控加工設(shè)備的X、Y兩軸移動機(jī)構(gòu)來確定定位點(diǎn)在機(jī)器坐標(biāo)系中的X、Y軸坐標(biāo)，通過CCD相機(jī)采集指示激光在待加工工件定位點(diǎn)表面的圖像信號，調(diào)節(jié)CCD攝像機(jī)與工件表面定位點(diǎn)的Z軸距離使DST接近0（例如±0.02、±0.05、±0.07等），最終確定定位點(diǎn)在機(jī)器坐標(biāo)系中的Z軸坐標(biāo)；在CCD捕獲工件表面指示激光時通過實(shí)時放大采集圖像（放大倍數(shù)10×），并在操作軟件模塊的視頻窗口中設(shè)置了用于計算當(dāng)前DST值的十字標(biāo)記。當(dāng)紅、藍(lán)、綠三個十字標(biāo)記完全重合時表示該位置為已設(shè)置的激光刻蝕加工距離，此時DST值接近0，如圖1所示；最后在數(shù)控加工設(shè)備操作軟件界面中直接讀取該定位點(diǎn)在數(shù)控加工設(shè)備機(jī)器坐標(biāo)系中的X，Y，Z坐標(biāo)。

采用激光視覺定位系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控加工的非接觸測量定位方法，主要包括下列步驟：

（1） 首先通過數(shù)控加工設(shè)備的移動控制機(jī)構(gòu)將CCD攝像機(jī)及移至待加工工件定位點(diǎn)上方，使定位標(biāo)志位于視場范圍之內(nèi)，調(diào)整X、Y軸移動機(jī)構(gòu)，確定該定位點(diǎn)在數(shù)控加工設(shè)備的機(jī)器坐標(biāo)系中的X、Y軸坐標(biāo)；

（2） 利用CCD攝像機(jī)的捕獲功能獲取指示激光在待加工工件定位點(diǎn)表面的圖像，并通過圖像采集卡將獲取的圖像信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，同時傳遞給計算機(jī)；

（3）在激光視覺非接觸式定位系統(tǒng)軟件模塊中，通過調(diào)節(jié)DST值，調(diào)整CCD攝像機(jī)與定位點(diǎn)在Z軸方向的距離，最終確定該定位點(diǎn)在數(shù)控加工設(shè)備的機(jī)器坐標(biāo)系中的Z軸坐標(biāo)（如圖2所示，當(dāng)DST值接近0時，定位點(diǎn)處激光刻蝕加工距離的偏離量也接近于0，此時視場范圍內(nèi)的圖像也最清晰）；

（4） 在數(shù)控加工設(shè)備操作軟件中直接獲取該定位點(diǎn)在數(shù)據(jù)加工設(shè)備的機(jī)器坐標(biāo)系中的X，Y，Z坐標(biāo)值。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

（1）與之前的手動定位系統(tǒng)相比，采用激光視覺定位系統(tǒng)的精度更高、速度更快；

（2）激光視覺定位系統(tǒng)由光學(xué)照明、光學(xué)成像以及圖像采集等部分組成，結(jié)合圖像處理及識別技術(shù)，配合視覺定位軟件，實(shí)現(xiàn)了圖像自動采集，自動定位的目的；

（3）該發(fā)明屬于非接觸式的測量定位方法，尤其適用于一些比較容易污染或損壞的工件，具有科學(xué)和工業(yè)實(shí)用的潛力；

（4）利用視覺定位系統(tǒng)的精確定位功能，可進(jìn)行多層FSS加工，完成各單屏FSS之間的有效級聯(lián)。

實(shí)施例1：

多層FSS加工（圖3a多層FSS振子圖形層間相對位置示意圖；圖3b為完成定位及刻蝕加工的雙層FSS）：在Al/PI薄膜表面進(jìn)行FSS頻率選擇表面加工前，通過激光視覺定位系統(tǒng)定位及預(yù)留定位銷/孔的方法，確定每層Al/PI薄膜在機(jī)器坐標(biāo)系中的位置，確保由多層Al/PI薄膜加工的多層FSS振子圖形層間相對位置準(zhǔn)確，以達(dá)到各單層FSS的有效級聯(lián)，形成如圖3a和圖3b所示的混合頻率選擇表面（多層FSS）。通過測試，多層FSS振子圖形整體定位精度及層間相對位置精度誤差在50μm范圍之內(nèi)。

實(shí)施例2

在電推進(jìn)柵極組件表面柵孔的雙面激光刻蝕+化學(xué)腐蝕復(fù)合制造過程中，也采用了激光視覺定位系統(tǒng)：通過柵極組件內(nèi)外表面的若干定位點(diǎn)，結(jié)合激光視覺定位系統(tǒng)，依次完成了柵極組件內(nèi)外表面在激光刻蝕加工設(shè)備的機(jī)器坐標(biāo)系中的定位和柵極組件內(nèi)外表面光刻膠掩模的激光刻蝕加工，最后通過化學(xué)腐蝕制作出如圖4所示的柵極組件表面柵孔陣列。通過測試，柵極表面柵孔整體定位精度優(yōu)于50μm，同時各個柵孔孔壁陡直、光滑，上下面柵孔位置無錯位，柵孔中心線均垂直于柵極平面。本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)為：

1. 該發(fā)明屬于非接觸式的測量定位方法。將光學(xué)照明、成像，圖像采集、處理，激光視覺定位軟件等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)圖像的自動采集，自動定位功能；

2. 采用可視放大技術(shù)，通過軟件界面DST值的調(diào)節(jié)精確確定數(shù)控加工焦距和待加工工件表面定位點(diǎn)或特征點(diǎn)在機(jī)器坐標(biāo)系中的位置。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。