CN104439729B - 一种激光加工视觉定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光加工视觉定位系统及定位方法，包括操作台、U旋转工作台、光路X、Y二轴联动传动装置、激光头、摄像头、LED照明部件、外壳、电器箱、液晶显示器，外壳与U旋转工作台固定连接，光路X、Y二轴联动传动装置与激光头连接，光路X、Y二轴联动传动装置带动激光头实现X、Y轴运动；外壳顶部设有摄像头、LED照明部件，摄像头与升降U旋转工作台相对应，外壳下部设有电器箱，电器箱控制U旋转工作台及光路X、Y二轴联动传动装置的运行，同时控制激光头的激光发射。优点：能够自动定位加工物件，纠正物件到正确加工位置。相较与之前的手动定位方式，视觉定位方式精度更高，速度更快。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工定位领域，尤其涉及一种激光加工视觉定位系统。
背景技术
激光因具有单色性、相干性、方向性和高亮度四大特点，特别适用于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域，现在己开发出20多种激光加工技术应用到各个领域。而在激光精密加工场合，传统的加工定位方法是采用人工及机械定位，因受到夹具的加工精度以及安装方式的限制，需要人工调整工件位置，这必然会存在人工疏失、重复性差及效率低等问题。随着机器视觉的广泛应用和发展，视觉定位系统应运而生。作为激光加工的关键技术之一，视觉定位系统可以自动定位加工物件，纠正物件到正确加工位置，对产品的形状、表面缺陷、尺寸大小进行检测，对产品进行分类和加工定位，提高加工的速度和精度。
视觉定位系统对激光加工的精度起着至关重要的影响。采用图像匹配技术虽能使定位系统不受定位标记类型的限制，但是往往速度和精度不能达到定位系统的要求，视觉定位技术近年来在国内外得到了迅速发展，出现了圆形、矩形、十字架形、三角形等定位技术，但是现有技术均具有针对性，一种技术只能检测一种形状，定位时间和精度往往达不到要求，这也是是目前国内外研究的重点和难点。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种激光加工视觉定位系统，被加工件不受夹具限制，实现快速和高精度自动定位。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种激光加工视觉定位系统，包括操作台、U旋转工作台、光路X、Y二轴联动传动装置、激光头、摄像头、LED照明部件、外壳、电器箱、液晶显示器，外壳与U旋转工作台固定连接，光路X、Y二轴联动传动装置与激光头连接，光路X、Y二轴联动传动装置带动激光头实现X、Y轴运动；外壳顶部设有摄像头、LED照明部件，摄像头与升降U旋转工作台相对应，LED照明部件为摄像头提供光源，外壳下部设有电器箱，电器箱控制U 旋转工作台及光路X、Y二轴联动传动装置的运行，同时控制激光头的激光发射；外壳上连接有操作台、液晶显示器，操作台与液晶显示器相连接。
所述的外壳两侧设有位置传感器，传感器与电器箱相连接。
所述的光路X、Y二轴联动传动装置包括两个驱动器，分别驱动X、Y轴两个方向运动。
所述的光路X、Y二轴联动传动装置通过导轨与外壳连接。
所述的U旋转工作台通过伺服电机驱动实现旋转运动。
所述的电器箱包括工控机、驱动器、控制卡、采集卡，工控机与驱动器、控制卡、采集卡、LED照明部件相连接，采集卡与摄像头连接，工控机通过驱动器驱动光路X、Y二轴联动传动装置、U旋转工作台的电机，工控机通过控制控制卡实现对激光头的控制，位置传感器将信号传递给工控机。
所述的接收摄像头内设有CCD图像传感器，用来采集图像，通过采集卡将处理的图像传送到工控机。
一种激光加工视觉定位方法，包括以下步骤：
1)先将加工试样移至摄像头视场范围内，调节光照，获取图像，然后由采集卡将CCD图像传感器获取的模拟信号转变为数字信号传给工控机；
2)将实时图像与事先获取的模板定位标志图像通过定位系统软件的预处理及定位算法处理，得到实时图像上定位标志与模板图像定位标志的相对位置量；
3)获得相对位置量后，有两种方式对加工工件进行位置矫正：一是定位系统软件将得到的参数传递给工控机，确定电机的输出量，控制U旋转工作台，实现位置矫正；二是直接将参数传给激光加工软件，对要加工的图形数据进行处理，即加上位置偏移量，通过控制光路X、Y二轴联动传动装置移动激光头，实现位置矫正；
4)步骤1)～3)为示教步骤，经示教后进行批量处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
能够自动定位加工物件，纠正物件到正确加工位置。相较与之前的手动定位方式，视觉定位方式精度更高，速度更快：
1、本发明采用摄像头固定，激光X、Y二维平面运动、工作台旋转(U轴)运动，实现激光加工设备视觉定位自动调节；
2、本发明先将被加工件放在工作台上，通过摄像记忆，指定加工位置，示教。后续加工，再通过定位系统软件，驱动X、Y和U轴，实现大范围视觉自动定位；
3、本视觉自动定位系统，可用于激光打标机、激光焊接机、激光切割机和激光擦除机等激光加工设备，也可用于其他机械视觉定位场合；
4、被加工工件不需夹具固定，本视觉系统定位准确、适应性强、计算速度快；
5、具有Modbus和Prfibus-DP现场有线及GPRS远程无线传输能力。
附图说明
图1是本发明的主视图。
图2是本发明的侧视图。
图3是本发明系统原理框图。
图4是本发明控制系统原理图。
图5是本发明系统工作流程图。
图中：1-操作台 2-U旋转工作台 3-光路X、Y二轴联动传动装置 4-激光头 5-摄像头与LED照明部件 6-外壳 7-电器箱 8-控制按钮 9-液晶显示器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
见图1-图5，一种激光加工视觉定位系统，包括操作台1、U旋转工作台2、光路X、Y二轴联动传动装置3、激光头4、摄像头、LED照明部件、外壳6、电器箱7、液晶显示器9，外壳6与U旋转工作台2固定连接，光路X、Y二轴联动传动装置3与激光头4连接，光路X、Y二轴联动传动装置3带动激光头4实现X、Y轴运动；外壳6顶部设有摄像头、LED照明部件，摄像头与升降U旋转工作台2相对应，LED照明部件为摄像头提供光源，外壳6下部设有电器箱7，电器箱7控制U旋转工作台2及光路X、Y二轴联动传动装置3的运行，同时控制激光头4的激光发射；外壳6上连接有操作台1、液晶显示器9，操作台1与液晶显示器9相连接。
其中，外壳6两侧设有位置传感器，传感器与电器箱7相连接。
光路X、Y二轴联动传动装置3包括两个驱动器，分别驱动X、Y轴两个方向运动。
光路X、Y二轴联动传动装置3通过导轨与外壳6连接。
U旋转工作台2通过伺服电机驱动实现旋转运动。
电器箱7包括工控机、驱动器、控制卡、采集卡，工控机与驱动器、控制卡、采集卡、LED照明部件相连接，采集卡与摄像头连接，工控机通过驱动器驱动光路X、Y二轴联动传动装置3、U旋转工作台2的电机，工控机通过控制控制卡实现对激光头4的控制，位置传感器将信号传递给工控机。
接收摄像头内设有CCD图像传感器，用来采集图像，通过采集卡将处理的图像传送到工控机。
一种激光加工视觉定位方法，包括以下步骤：
1)先将加工试样移至摄像头视场范围内，调节光照，获取图像，然后由采集卡将CCD图像传感器获取的模拟信号转变为数字信号传给工控机；
2)将实时图像与事先获取的模板定位标志图像通过定位系统软件的预处理及定位算法处理，得到实时图像上定位标志与模板图像定位标志的相对位置量；
3)获得相对位置量后，有两种方式对加工工件进行位置矫正：一是定位系统软件将得到的参数传递给工控机，确定电机的输出量，控制U旋转工作台2，实现位置矫正；二是直接将参数传给激光加工软件，对要加工的图形数据进行处理，即加上位置偏移量，通过控制光路X、Y二轴联动传动装置3移动激光头4，实现位置矫正；
4)步骤1)～3)为示教步骤，经示教后进行批量处理。
工控机与液晶显示器9连接，工控机通过Modbus和Prfibus-DP现场协议通讯，主要控制手动调节、激光控制卡、光路调节、XY轴控制、旋转U轴控制、采集卡控制、摄像头控制、光照调节、启动控制，并通过GPRS实现远程无线传输。
一旦操作人员将手误放入激光头4工作范围内，位置传感器2将信号传递给工控机，并通过工控机传输到位置传感器1上，由工控机控制光路X、Y二轴联动传动装置3停止运动，工控机控制激光头4停止运行，防止由于误操作引起的事故，实现了光感防护。
能够自动定位加工物件，纠正物件到正确加工位置。相较与之前的手动定位方式，视觉定位方式精度更高，速度更快。实现了定位时间0.8ms,定位精度0.05mm，达到了预期的精度要求。
1、本发明采用摄像头固定，激光X、Y二维平面运动、工作台旋转(U轴)运动，实现激光加工设备视觉定位自动调节。
2、本发明先将加工试样放在工作台上，通过摄像记忆，指定加工位置，示教。后续加工，再通过定位系统软件，驱动X、Y和U轴，实现大范围视觉自动定位。
3、本视觉自动定位系统，可用于激光打标机、激光焊接机、激光切割机和激光擦除机等激光加工设备，也可用于其他机械视觉定位场合。
4、被加工工件不需夹具固定，本视觉系统定位准确、适应性强、计算速度快。
5、具有Modbus和Prfibus-DP现场有线及GPRS远程无线传输能力。
Claims (1)
1.一种激光加工视觉定位系统，包括操作台、U旋转工作台、光路X、Y二轴联动传动装置、激光头、摄像头、LED照明部件、外壳、电器箱、液晶显示器，外壳与U旋转工作台固定连接，光路X、Y二轴联动传动装置与激光头连接，光路X、Y二轴联动传动装置带动激光头实现X、Y轴运动；外壳顶部设有摄像头、LED照明部件，LED照明部件为摄像头提供光源，外壳下部设有电器箱，电器箱控制U旋转工作台及光路X、Y二轴联动传动装置的运行，同时控制激光头的激光发射；外壳上连接有操作台、液晶显示器，操作台与液晶显示器相连接，所述的光路X、Y二轴联动传动装置包括两个驱动器，分别驱动X、Y轴两个方向运动；所述的光路X、Y二轴联动传动装置通过导轨与外壳连接；其特征在于，摄像头与U旋转工作台相对应，所述的外壳两侧设有位置传感器，位置传感器与电器箱相连接；所述的U旋转工作台通过伺服电机驱动实现旋转运动；所述的电器箱包括工控机、驱动器、控制卡、采集卡，工控机与驱动器、控制卡、采集卡、LED照明部件相连接，采集卡与摄像头连接，工控机通过驱动器驱动光路X、Y二轴联动传动装置、U旋转工作台的电机，工控机通过控制控制卡实现对激光头的控制，位置传感器将信号传递给工控机；所述的摄像头内设有CCD图像传感器，用来采集图像，通过采集卡将处理的图像传送到工控机；
所述的系统实现的一种激光加工视觉定位方法，包括以下步骤：
1)先将加工试样移至摄像头视场范围内，调节光照，获取图像，然后由采集卡将CCD图像传感器获取的模拟信号转变为数字信号传给工控机；
2)将实时图像与事先获取的模板定位标志图像通过定位系统软件的预处理及定位算法处理，得到实时图像上定位标志与模板图像定位标志的相对位置量；
3)获得相对位置量后，有两种方式对加工工件进行位置矫正：一是定位系统软件将得到的参数传递给工控机，确定电机的输出量，控制U旋转工作台，实现位置矫正；二是直接将参数传给激光加工软件，对要加工的图形数据进行处理，即加上位置偏移量，通过控制光路X、Y二轴联动传动装置移动激光头，实现位置矫正；
4)步骤1)～3)为示教步骤，经示教后进行批量处理；
工控机与液晶显示器连接，工控机通过Modbus和Prfibus-DP现场协议通讯，控制手动调节、激光控制卡、光路调节、XY轴控制、旋转U轴控制、采集卡控制、摄像头控制、光照调节、启动控制，并通过GPRS实现远程无线传输；
一旦操作人员将手误放入激光头工作范围内，位置传感器将信号传递给工控机，并通过工控机传输到位置传感器上，由工控机控制光路X、Y二轴联动传动装置停止运动，工控机控制激光头4停止运行，防止由于误操作引起的事故，实现光感防护。
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