用于激光切割的机器视觉自动定位系统的研制与设计

摘要

当前工业生产中，激光切割划片设备作为精密切割专用设备受到广泛应用。激光高速开关光的控制、以及在划片过程中激光能量的监控和补偿，在高精度半导体行业中显得尤其重要。目前行业中所用的运动控制系统，对于这方面的控制做的很单一、响应慢，没有综合激光能量实时监控，且运动控制器的执行效率非常低，因为这方面的控制是需要用户编写一定的应用程序来达到的。该控制方式使得运动平台到位和激光的触发开关响应延时较长，最终造成了划片过程中产生内缩现象。
　　为此，本课题以激光划片设备为研究平台，完成了该设备的运动控制系统、机器视觉系统、激光功率闭环控制系统的设计，具体的研究工作有以下几个方面：
　　本文首先研究了设备的运动控制系统硬件机构。设计了逻辑控制板卡，代替PLC完成了设备上电顺序启动和其它的逻辑控制功能。设计了光栅尺信号采集板卡完成激光高速开关光的控制。
　　其次，分析设计机器视觉系统，设计光源控制器的硬件电路，使用Visual Basic 6.0编写了光源控制器上位机软件，可以手动调节上位机界面完成对光源亮度的调节。
　　再次，完成了激光功率闭环控制系统的设计，设计激光功率采集板卡，对电源供电模块和信号放大模块等做了详细介绍。
　　最后，完成平台复位程序、平台定位程序、光源控制器调光程序、激光功率采集程序的设计和调试，并对其所涉及的部分程序做了详细介绍。
　　该系统切割加工过程中只通过下位机硬件完成自动定位切割，加工精度在很大程度上得到了提高。同时激光功率闭环控制系统使得在切割过程中，激光加工功率可以做实时补偿，从而保证加工过程的稳定性。解决了激光能量的采集和激光波片电机控制的兼容性问题，消除了激光划片过程中产生的内缩现象。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 激光加工设备的国内外现状

1.3 本文的主要研究内容

第二章 运动控制系统硬件部分的研究

2.1 逻辑控制板卡的设计

2.2 运动执行系统的研究

2.3 定位激光开关光控制的设计

2.4 本章小结

第三章 机器视觉系统的研究

3.1 机器视觉结构研究

3.2 镜头的选择

3.3 图像传感器的选择

3.4 图像采集卡的选择

3.5 光源的选择

3.6 光源控制器的设计

3.7 本章小结

第四章 激光功率闭环控制的研究

4.1 激光功率闭环控制系统的组成

4.2 波片电机的驱动控制

4.3 激光功率采集模块

4.4 本章小结

第五章 定位系统的软件部分的研究

5.1 运动平台复位编程

5.2 平台定位软件编程

5.3 光源控制驱动编程

5.4 激光功率采集模块编程

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢