一种激光加工的自动获取待加工材料的位置的系统和方法与流程

一种激光加工的自动获取待加工材料的位置的系统和方法
1.技术领域
2.本发明涉及激光加工领域，更具体地涉及一种用于激光加工的自动获取待加工材料的位置的系统和方法。


背景技术：

3.传统的三维自动化设备（例如传统的三维打印装置、激光雕刻装置、cnc等）操作较为困难，智能化程度较低，因此限制了其应用范围。桌面级或消费级三维自动化设备能够满足用户日常diy的需求，具有趣味性和娱乐性。但智能程度较低的三维自动化设备限制了用户的使用。在三维自动化设备用于激光加工时，用户需要将待加工材料放置在工作平台上。对于传统的三维自动化设备，用户需要将待加工材料放置在限定位置，通常，放置在工作平台的中心处。激光模组无法自动识别加工材料的位置。开发获取待加工材料的位置的系统，使用户可以将待加工材料随意放置在加工平台上，系统自动获取待加工材料的位置，并指引激光模组寻找到待加工材料。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述以及其它更多的构思而提出了本发明。
5.根据本发明的一方面的构思，旨在提供一种用于激光加工的自动获取待加工材料的位置的方法，所述激光加工设备具有用于加工待加工材料的激光模组以及用于放置所述待加工材料的工作平台，所述方法包括以下步骤：s1：建立所述工作平台上的点的xy坐标与激光模组xy运动坐标的第一映射关系；s2：建立放置在所述工作平台上的待加工材料上的点与所述激光模组xy运动坐标的第二映射关系；s3：基于所述第二映射关系，所述激光加工设备获取所述待加工材料的位置。
6.根据本发明的一实施例，所述步骤s2包括通过安装到所述激光加工设备的摄像头模块对放置在所述工作平台上的所述待加工材料进行拍照，获取所述第二映射关系。
7.根据本发明的一实施例，在步骤s3中，所述待加工材料的位置的获取包括获取所述待加工材料的边缘，所述待加工材料的边缘限定所述激光模组的加工区域。
8.根据本发明的一实施例，所述摄像头安装在所述激光加工设备的机体上。
9.根据本发明的一实施例，所述摄像头安装在所述激光模组上。
10.根据本发明的另一方面的构思，旨在提供一种用于激光加工设备的自动获取待加工材料的位置的系统，所述激光加工设备包括用于激光加工的激光模组和用于安置待加工材料的工作平台，以及安装在所述激光加工设备上的摄像头模块，所述系统包括处理器和存储器，和配置成驱动所述激光模组和所述工作平台可在x、y、z轴三个方向上彼此相对移动的直线驱动模组，所述处理器被编程以自动化执行以下步骤：
s1：建立所述工作平台上的点的xy坐标与激光模组xy运动坐标的第一映射关系；s2：建立放置在所述工作平台上的待加工材料上的点与所述激光模组xy运动坐标的第二映射关系；s3：基于所述第二映射关系，所述激光加工设备获取所述待加工材料的位置；其中，所述存储器存储所述第一映射关系、所述第二映射关系和所述待加工材料的位置。
11.根据本发明的一实施例，所述步骤s2包括通过安装到所述激光加工设备的摄像头模块对放置在所述工作平台上的所述待加工材料进行拍照，获取所述第二映射关系。
12.根据本发明的一实施例，在步骤s3中，所述待加工材料的位置的获取包括获取所述待加工材料的边缘，所述待加工材料的边缘限定所述激光模组的加工区域。
13.根据本发明的一实施例，所述摄像头安装在所述激光加工设备的机体上。
14.根据本发明的一实施例，所述摄像头安装在所述激光模组上。
15.根据本发明的另一方面的构思，旨在提供一种激光加工设备，所述激光加工设备包括用于激光加工的激光模组和用于安置待加工材料的工作平台，以及安装在所述激光模组上的摄像头模块，其特征在于，所述激光加工设备还包括前述实施例中的一种用于激光加工设备的自动获取待加工材料的位置的系统。
16.根据本发明的一实施例，所述激光加工设备是桌面级或消费级激光加工设备。
17.根据本发明的一实施例，所述激光加工设备是激光切割设备。
18.本发明的方法和系统使用户可以将待加工材料随意放置在加工平台上，系统自动获取待加工材料的位置，并指引激光模组寻找到待加工材料。该方法和系统还可方便操作者使用，且简化操作流程。这些都是本发明能够带来的有益技术优势。
19.本发明的更多实施例还能够实现其它未一一列出的有利技术效果，这些其它的技术效果在下文中可能有部分描述，并且对于本领域的技术人员而言在阅读了本发明后是可以预期和理解的。
附图说明
20.通过参考下文的描述连同附图，这些实施例的上述特征和优点及其他特征和优点以及实现它们的方式将更显而易见，并且可以更好地理解本发明的实施例，在附图中：图1示意性显示了根据本发明的激光加工设备。
21.图2示意性显示了根据本发明的一实施例的用于激光加工的自动获取待加工材料的位置的方法的流程图。
具体实施方式
22.在以下对附图和具体实施方式的描述中，将阐述本发明的一个或多个实施例的细节。从这些描述、附图以及权利要求中，可以清楚本发明的其它特征、目的和优点。
23.应当理解，所图示和描述的实施例在应用中不限于在以下描述中阐明或在附图中图示的构件的构造和布置的细节。所图示的实施例可以是其它的实施例，并且能够以各种方式来实施或执行。各示例通过对所公开的实施例进行解释而非限制的方式来提供。实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明公开的范围或实质的情况下，可以
对本发明的各实施例作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分而图示或描述的特征，可以与另一实施例一起使用，以仍然产生另外的实施例。因此，本发明公开涵盖属于所附权利要求及其等同要素范围内的这样的修改和变型。
24.同样，可以理解，本文中所使用的词组和用语是出于描述的目的，而不应当被认为是限制性的。本文中的“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用，旨在开放式地包括其后列出的项及其等同项以及附加的项。
25.在本技术中，术语“切割”通常可以指改变材料的外观、性质和/或形态。切割可以包括例如激光切穿(laser cutting)、雕刻、燃烧、烧蚀（laser ablation）等。“雕刻”，当在本技术中使用时，表示三维自动化设备改变材料的外观但没有切穿它的过程。例如，对于激光切割加工机，它可以表示从表面除去一些材料，或者通过施加电磁辐射使材料变色，等等。
26.在本技术中，术语“加工”包括上述“切割”在内的涉及用激光进行加工、处理等的工艺，例如包含使用激光进行3d打印的工艺步骤。
27.在本技术中，术语“激光”包括使用光子来对基板或材料造成一些变化或改变的任何电磁辐射或聚焦或相干能源(在作为切割工具的情况下)。激光可以是任何所需的波长，包括例如微波、激光、红外激光、可见激光、uv激光、x射线激光、伽马射线激光等。
28.此外，如本文所用，除非另有说明，否则，术语“材料”是激光加工设备的平台上的可被激光加工的材料或者物体。
29.如本文所用，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
30.下面将参考本发明的具体实施例和附图对本发明进行更详细描述。
31.激光加工设备可以具有外壳1，该外壳1起到衰减、过滤激光和防护的作用，可防止高功率激光对用户的损害。该外壳还可包括顶板、侧板、底部支撑板和一个或多个开口。该开口2可以是门或者窗口，可以用于用户放置或取出材料、观察加工工艺过程，等等。如图1所示，激光加工设备具有至少一个可移动的激光模组5，在本技术中，也称为激光执行头。该激光模组5可以发射用于改变材料形态、结构的激光，且具有吹散由激光产生的热量的风冷机构。在本技术中，该激光模组还可包括摄像头模块（未示），摄像头模块可以可拆卸方式或固定连接方式装配到激光模组上，当然也可以安装到激光加工设备上，而不限于激光模组。该激光模组可以借助于直线驱动模组相对于工作平台沿着x方向、y方向和z方向线性运动。
32.激光模组5和工作平台3能够在直角坐标系的x、y、z轴方向上相对于彼此移动，其中，x轴和y轴所在的xy平面平行于工作平台的平面，z轴垂直于xy平面。本技术中称的“高度”、“厚度”指的是在z轴方向上的尺寸。
33.激光加工设备可具有工作平台3，工作平台3用于放置待加工材料。工作平台3应当提供尽可能平的工作平面。工作平台3限定了激光模组的运动范围，也就是说，激光模组的最大运动面积大体等于工作平台3的面积。当将材料放置在工作平台3上并且不超过工作平台范围时，激光模组可以对整个材料进行加工。工作平台一般可以是正方形、长方形等规则形状。由于工作平台的平整度对加工精度具有重要影响，在加工之前，需要对平台平面进行
调节。
34.激光加工设备可具有代表x轴、y轴和z轴方向驱动的直线模组4。每个直线模组4都带有对应的一个或多个电机或致动器来驱动，使得每个直线模组可以在相应的坐标轴方向上驱动，在标定和加工期间起到控制激光加工设备的激光模组在x轴、y轴和z轴方向上的移动路径的作用。
35.当激光加工设备处于开机状态下，摄像头模块可以对工作平台或放置在工作平台上的待加工材料拍照，获取工作平台或待加工材料照片，摄像头模块可以对待加工材料拍摄多张照片，选择分辨率最佳的一张照片或通过将多张图片相加产生的相加照片用于待加工材料的位置的获取。可选地，系统也可以自动获取工作平台上是否放置待加工材料的信息。在系统得知待加工材料放置后，自动执行摄像头模块的拍照步骤。
36.用于激光加工设备的自动获取待加工材料的位置的系统具有处理器以及与之通信耦合的存储器，其中可储存有第一映射关系、摄像头模组获取的第二映射关系和所述待加工材料的位置。
37.下面将结合具体的实施例来阐述本发明。
38.获取待加工材料的位置的步骤如图2所示，首先，建立所述工作平台上的点的xy坐标与激光模组xy运动坐标的第一映射关系。可以将该第一映射关系储存在存储器中，当机器要执行待加工材料的位置的获取时，可以调用该第一映射关系，该第一映射关系可以在机器出厂前进行设置，也可以在出厂后由用户进行设置。
39.然后，建立放置在所述工作平台上的待加工材料上的点与所述激光模组xy运动坐标的第二映射关系。在获取第二映射关系时，需要将待加工材料放置在工作平台上，摄像头对待加工材料拍照，获取待加工材料相当于工作平台的位置信息。在执行第二映射关系的获取时，连接于激光加工设备的显示屏可以引导用户进行获取步骤。可以在显示屏提示用户在工作平台上放置待加工材料，待用户放置完待加工材料后，在显示屏上确认放置完毕，系统将通过摄像头模块获取待加工材料的照片。
40.最后，基于该第二映射关系，激光加工设备获取待加工材料的位置。其中，在系统通过摄像头模块获取到待加工材料的照片后，系统将照片导入处理器进行数据处理，获取待加工材料的边缘的数据，并在显示屏中显示。该待加工材料的边缘限定激光模组的加工区域。由于放置在工作平台上的待加工材料与加工平台部分重叠，所以理论上，待加工材料上的任一点的坐标与加工平台的对应点一一对应，也就是说待加工材料上的任一点的xy坐标与加工平台的对应点xy坐标一一对应，不同之处在于其z轴坐标。
41.在第一映射关系中，工作平台的坐标(x1, y1)与激光模组的运动坐标(x2, y2)的映射关系具有下式：(x1, y1)=f(x2, y2)
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(式1)在第二映射关系的获取中，通过摄像头获取待加工材料的照片，得到待加工材料相对于工作平台的位置关系，由于待加工材料上的任一点的xy坐标（x3, y3）与加工平台的对应点xy坐标（x1, y1）相等，代入式1中，可得：(x3, y3)=f(x2, y2)
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(式2)其中，式2就是第二映射关系。
42.第二映射关系包括待加工材料的轮廓或边缘的线的坐标与激光模组的运动坐标的映射关系。该映射关系限定了激光模组的可加工区域。
43.出于说明的目的而提出了对本发明的对若干个实施例的前文描述。前文描述并非意图是穷举的，也并非将本发明限于所公开的精确步骤和/或形式，显然，根据上文的教导，可作出许多修改和变型。本发明的范围和所有的等同者旨在由所附权利要求限定。