本發明涉及多軸數控加工定位技術領域，具體地，涉及用于數控加工設備的激光視覺非接觸式定位方法。

背景技術：

數控加工技術已經越來越廣泛的應用于各個行業，其基本點是利用數字化控制技術控制各種精密的移動機構，來帶動刀具或激光等能量束來對待加工材料進行數控加工。在數控加工過程中重要的一點是要對待加工工件進行位置確定，本質是讓數控設備確定待加工工件在數控加工設備加工范圍內的準確位置和狀態，以保證加工安全可靠的進行以及加工的精度。如：用激光三維刻蝕加工設備進行曲面圖形刻蝕加工前，需首先對工件進行定位，以便加工設備確定工件的準確位置，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行非接觸式的定位。

技術實現要素：

本發明的目的在于，針對上述問題，提出用于數控加工設備的激光視覺非接觸式定位方法，以實現的優點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：用于數控加工設備的激光視覺非接觸式定位方法，主要包括：

步驟1：通過多軸數控加工設備的移動機構將CCD攝像機移至待加工工件定位點上方，使定位標志位于CCD攝像機視場范圍之內，調整X、Y軸移動機構，確定該定位點在數控加工設備機器坐標系中的X、Y軸坐標；

步驟2：利用CCD攝像機的獲取定位點的圖像，通過圖像采集卡將獲取的圖像信號轉化為數字信號，傳遞給計算機；

步驟3：通過計算機軟件模塊，調節激光刻蝕加工距離偏離值即DST值，調整CCD攝像機與定位點在Z軸方向的距離，最終確定該定位點在在數控加工設備的機器坐標系中的Z軸坐標；

步驟4：在數控加工設備的操作軟件中直接獲取該定位點在機器坐標系中的X，Y，Z坐標值。

進一步地，所述數控加工設備的移動機構具體為三維激光刻蝕設備的移動控制機構。

進一步地，所述多軸數控加工設備為五軸數控加工設備。

進一步地，步驟3中所述DST值為接近于0的數值，DST值接近0時，定位點的偏離量也接近于0，CCD攝像機視場范圍內的圖像也最清晰。

本發明各實施例的用于數控加工設備的激光視覺非接觸式定位方法，由于主要包括：通過多軸數控加工設備的移動機構和CCD攝像機的捕獲功能以及圖像采集功能獲得視場范圍內待加工工件的圖像信號，并利用數控加工設備操作軟件獲取待加工工件表面定位點在機器坐標系中的坐標值，為后續數控加工提供工件的位置信息；從而實現定位精度高，定位速度快的優點。

本發明的其它特征和優點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，或者通過實施本發明而了解。

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。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精確定位以及雙面激光刻蝕+化學腐蝕復合加工的電推進柵極組件。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

具體地，用于數控加工設備的激光視覺非接觸式定位方法，其基本點是利用可見激光束和視頻捕獲裝置、配合精密的數控加工設備移動機構，在軟件配合下進行工件特征點或定位點的非接觸式測量定位，以便于后續的數控加工。

通過多軸數控加工設備的移動機構和CCD攝像機的捕獲功能以及圖像采集功能獲得視場范圍內待加工工件的圖像信號，并利用計算機的軟件功能獲取工件定位點及特征點在機器坐標系中的坐標值，為后續數控加工提供工件的位置信息。

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

采用激光視覺定位系統進行數控加工的非接觸測量定位方法，主要包括下列步驟：

（1） 首先通過數控加工設備的移動控制機構將CCD攝像機及移至待加工工件定位點上方，使定位標志位于視場范圍之內，調整X、Y軸移動機構，確定該定位點在數控加工設備的機器坐標系中的X、Y軸坐標；

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

（3）在激光視覺非接觸式定位系統軟件模塊中，通過調節DST值，調整CCD攝像機與定位點在Z軸方向的距離，最終確定該定位點在數控加工設備的機器坐標系中的Z軸坐標（如圖2所示，當DST值接近0時，定位點處激光刻蝕加工距離的偏離量也接近于0，此時視場范圍內的圖像也最清晰）；

（4） 在數控加工設備操作軟件中直接獲取該定位點在數據加工設備的機器坐標系中的X，Y，Z坐標值。

本發明與現有技術相比的有益效果是：

（1）與之前的手動定位系統相比，采用激光視覺定位系統的精度更高、速度更快；

（2）激光視覺定位系統由光學照明、光學成像以及圖像采集等部分組成，結合圖像處理及識別技術，配合視覺定位軟件，實現了圖像自動采集，自動定位的目的；

（3）該發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，具有科學和工業實用的潛力；

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

實施例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薄膜表面進行FSS頻率選擇表面加工前，通過激光視覺定位系統定位及預留定位銷/孔的方法，確定每層Al/PI薄膜在機器坐標系中的位置，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確，以達到各單層FSS的有效級聯，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。

實施例2

在電推進柵極組件表面柵孔的雙面激光刻蝕+化學腐蝕復合制造過程中，也采用了激光視覺定位系統：通過柵極組件內外表面的若干定位點，結合激光視覺定位系統，依次完成了柵極組件內外表面在激光刻蝕加工設備的機器坐標系中的定位和柵極組件內外表面光刻膠掩模的激光刻蝕加工，最后通過化學腐蝕制作出如圖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。本發明創新點為：

1. 該發明屬于非接觸式的測量定位方法。將光學照明、成像，圖像采集、處理，激光視覺定位軟件等技術相結合，實現圖像的自動采集，自動定位功能；

2. 采用可視放大技術，通過軟件界面DST值的調節精確確定數控加工焦距和待加工工件表面定位點或特征點在機器坐標系中的位置。

最后應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。