CN107486628A - 一种在线视觉引导对位的激光打标系统和激光打标方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在线视觉引导对位的激光打标系统，包括触发器、相机、图像处理系统、通用式激光打标机，触发器与相机连接，相机与图像处理系统连接，图像处理系统与通用式激光打标机相连，触发器检测工件并触发相机对工件拍照，图像处理系统分析处理相机拍摄的工件照片并控制通用式激光打标机对工件打标。本发明还公开一种使用在线视觉引导对位的激光打标系统的激光打标方法。本发明技术方案的激光打标系统和方法能满足在高速流水线上物件的实时对位，实现准确的飞行打标，用视觉的方法代替昂贵的高精度夹具，图像处理与打标过程中无需停止传送带进行静止打标，极大提高生产效率。

Description

一种在线视觉引导对位的激光打标系统和激光打标方法

技术领域

本发明涉及视觉引导对位技术领域，特别涉及一种在线视觉引导对位的激光打标系统和激光打标方法。

背景技术

现有技术中的激光打标机主要应用于流水线上进行物体打标，在打标过程中往往需要在流水线上流过的工件在位置上和模板工件放置位置相一致，在实际生产中需要使用价格昂贵的工装夹具对工件进行定位，因此制造成本较高且不够智能化。

另外，现有技术中具有视觉检测功能的打标机则存在操作繁琐复杂，图像处理时间较长并且需要在工件处于静止状态下才能进行打标，因此要求工件到达指定打标位置后，然后控制传送带停止运动，等工件打标完毕后再开启进行工作，这样的操作模式使得具有视觉检测以自动对位的打标系统在使用时，传送带的传送速度不能太快，但是这样会极大影响到工件打标的生产效率且影响到企业的生产效益。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种降低生产成本、操作简单且使用便捷、提高生产效率、通用性强一种在线视觉引导对位的激光打标系统，本发明还提出一种使用在线视觉引导对位的激光打标系统的激光打标方法，旨在解决现有技术的打标机操作繁琐且工作效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种在线视觉引导对位的激光打标系统，包括触发器、相机、图像处理系统、通用式激光打标机；所述触发器与所述相机连接，所述相机与所述图像处理系统连接，所述图像处理系统与所述通用式激光打标机相连；所述触发器检测工件并触发所述相机对工件拍照，所述图像处理系统分析处理所述相机拍摄的工件照片并控制所述通用式激光打标机对工件打标。

优选地，所述相机下方设置有光源照射于工件表面，可使得相机对工件拍摄的图像更加清晰，便于提高图像图像处理系统后续图像处理的准确性。

优选地，所述光源为低角度并安装有漫反射板的触发型LED光源。

优选地，所述相机的帧率不少于60fps，分辨率不少于130万，所述相机拍摄图像的像素误差不大于1pix，可保证相机拍摄到的图像的清晰以及可靠性。

优选地，所述通用式激光打标机与所述相机之间通过可微调支架相连，便于调整相机与通用式激光打标机之间距离的微量调整，保证两者之间距离的准确性。

优选地，所述相机设置于传送带的上游端，所述通用式激光打标机处于传送带的下游端。

优选地，所述触发器为红外线传感器，所述图像处理系统ARM LINUX嵌入式系统。

本发明还提出一种使用所述在线视觉引导对位的激光打标系统的激光打标方法，包括以下步骤：

S1：根据不同模板工件类型和尺寸获取模板工件图像形成模板工件库；

S2：调整所述触发器延时时间、像素放大倍数以及打标图像大小以及位置，使模板工件在飞行打标中打标图案落在工件表面上；

S3：通过所述可微调支架微调所述通用式激光打标机的坐标系平移参数△Xc与△Yc，细调并确定打标图案打在模板工件的指定位置上；

S4：启动传送带对待打标工件传送，对于放置于传送带顶面上任意姿态的待打标工件，所述激光打标系统根据不同姿态的待打标工件作出相应调整，使所述通用式激光打标机对待打标工件打标出与模板工件相一致的图案。

优选地，所述步骤S1包括以下步骤：

S11：将模板工件摆正放置于传送带顶面，所述相机拍摄并获取所述模板工件的模板工件图像，所述通用式激光打标机打标的图像位于所述模板工件图像内部；

S12：所述图像处理系统对模板工件图像处理并提取特征信息，最后保存至模板工件库内。

优选地，所述特征信息包括模板工件的空间位置以及旋转角度。

本发明技术方案与现有技术相比具有以下优点：

(1)降低生产成本。本发明技术方案与传统的工业激光打标机相比，具有视觉检测功能，扫描振镜能够根据待打标工件进行实时的工作姿态调整并进行准确打标，而无需装配昂贵的高精度夹具对待打标工件进行形位限定，因此本发明技术方案可降低生产成本。

(2)操作简单且使用便捷。与现有视觉打标机相比，本发明技术方案在线视觉引导对位的激光打标系统在工作时，只需触发一次且只需拍摄一帧图像发送至图像处理系统与模板工件图像进行对比，即可完成相应的数据对比调整工作。另外本发明技术方案在每种不同类型工件进行建立模板工件库时，只需进行一次校正，因此操作简单且使用方便。

(3)提高生产效率。现有技术中视觉打标机大多使用相机与打标机同轴光路结构，待打标工件运行至打标机工作范围内且处于静止状态时，打标机才能进行打标，因此工作效率较低。而本发明技术方案中，待打标工件可以在传送带上进行传送而而进行飞行打标，因此相对于现有技术的视觉打标机可有效提高生产效率。

(4)通用性强。现有视觉打标机需要配套使用对应的打标软件与控制板，而本发明技术方案只需采用通用打标机协议，因此无需依赖特定的打标软件与控制板，因此本发明技术方案具有通用性强等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明在线视觉引导对位的激光打标系统的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本发明在线视觉引导对位的激光打标系统的工作示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	传送带	5	计算机
2	通用式激光打标机	6	触发器
				3	可微调支架	7	待打标工件
4	相机	8	模板工件

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种在线视觉引导对位的激光打标系统。

请参见图1和图2，本发明实施例的在线视觉引导对位的激光打标系统，包括触发器6、相机4、图像处理系统，通用式激光打标机2。其中触发器6与相机4电连接，相机4与图像处理系统连接，图像处理系统与通用式激光打标机2连接，触发器6检测工件并触发相机4对待打标工件7进行拍照，图像处理系统分析处理相机4拍摄到的照片并控制通用式激光打标机2对待打标工件7进行打标。

本发明实施例中，相机4下方设置有光源照射于待打标工件7的表面。优选地，光源为低角度并安装有漫反射板的触发型LED光源。

本发明实施例中，相机4的相机帧率不少于60fps，分辨率不少于130万，相机4拍摄图像的像素误差不大于1pix。

本发明实施例中，通用式激光打标机2与相机4之间通过可微调支架3相连。优选地，相机4设置于传送带1的上游端，通用式激光打标机2处于传送带1的下游端。

本发明实施例中，触发器6为红外线传感器，图像处理系统为ARM LINUX嵌入式系统。

请参见图1至图3，本发明还提出一种使用在线视觉引导对位的激光打标系统的激光打标方法，包括以下步骤：

S1：根据不同模板工件8类型和尺寸获取模板工件图像形成模板工件库；

S2：调整触发器6延时时间、像素放大倍数以及打标图像的大小位置，使模板工件8在飞行打标中打标图案落在模板工件8表面上；

S3：通过可微调支架3微调通用式激光打标机2的坐标系平移参数△Xc与△Yc，细调并确定打标图案打在模板工件8的指定位置上；

S4：启动传送带1对待打标工件7传送，对于放置在传送带1顶面上任意姿态的待打标工件7，激光打标系统根据不同姿态的待打标工件7作出相应调整，使通用式激光打标机2对待打标工件7打标出与模板工件8相一致的图案。

上述步骤S1包括步骤：

S11：将模板工件8摆正放置于传送带1顶面，相机4拍摄并获取模板工件8的模板工件图像，通用式激光打标机2打标图像位于模板工件图像内部；

S12：图像处理系统对模板工件图像处理并提取特征信息，其中特征信息包括模板工件8的空间位置以及旋转角度，最后保存至模板工件库内。

请参见图1至图3，本发明在线视觉引导对位的激光打标系统和激光打标方法的工作原理如下：

首先将模板工件8以摆正方式放置于传送带1顶面上，并且手动驱动传送带1使模板工件8移动至相机4的正下方，相机4对模板工件8进行拍摄相应的模板工件图像，相机4将模板工件图像发送至图像处理系统，图像处理系统对模板工件8进行处理并提取相应的特征信息，其中特征信息包括模板工件8的空间位置以及旋转角度，然后保存至模板工件库内。

然后调整触发器6的触发延时时间、像素放大倍数以及打标图像的大小位置，使模板工件8在飞行打标时，打标图像会正落在工件顶面上。然后通过调整可微调支架3微调通用式激光打标机2的坐标系平移参数△Xc与△Yc，最终细调并确定打标图案打在工件的指定位置上。

当模板工件库建立完毕后，将待打标的工件放置于传送带1顶面上进行传送，当待打标工件传送至触发器6检测位置时，触发器6红外线传感器检测到待打标工件7时，触发器6向相机4发送工作信号，相机4将拍摄到的待打标工件7发送图像处理系统分析处理，使图像处理系统分析和处理待打标工件7的图像数据，提取对待打标工件7的感兴趣区域，并计算出感兴趣区域的中心与偏移角度，然后分别与模板工件库中模板工件8的空间位置以及旋转角度进行对比，以得到待打标工件7与模板工件8之间的偏移参量差△X、△Y和旋转参量差△δ，并利用偏移参量差△X、△Y和旋转参量差△δ以及传送带速度v进行仿射变换对打标图像文件进行坐标数据进行变换，以计算出待打标工件7进行坐标数据变换后的坐标数据，并计算出待打标工件7从触发器6移动至通用式激光打标机2坐标原点所需时间△t。

待打标工件7在进行坐标校正后的打标坐标为(X，Y)，具体为：X＝X0+△X和Y＝Y0+△Y。其中X0、Y0为待打标工件7的原始坐标，而

△X＝(dX+cX*cos△δ-cY*sin△δ-cX)*β

△Y＝(dY+cX*sin△δ+cY*cos△δ-cY)*β

而上式中的dX、dY为可微调支架3微调距离，cX、cY为图像中待打标工件7位置相对于模板工件8的坐标偏移，β为像素放大倍数。

当待打标工件7传送至通用式激光打标机2下方时，通用式激光打标机2中的扫描振镜打出变换后的图像，这样使得飞行打标图案起始瞬时与物体前沿流经通用式激光打标机2原点的时刻高精度同步匹配。

本发明实施例技术方案与传统的工业激光打标机相比，具有视觉检测功能，扫描振镜能够根据待打标工件进行实时的工作姿态调整并进行准确打标，而无需装配昂贵的高精度夹具对待打标工件进行形位限定，因此本发明技术方案可降低生产成本。

与现有视觉打标机相比，本发明实施例在线视觉引导对位的激光打标系统在工作时，只需触发一次且只需拍摄一帧图像发送至图像处理系统与模板工件图像进行对比，即可完成相应的数据对比调整工作。另外本发明技术方案在每种不同类型工件进行建立模板工件库时，只需进行一次校正，因此操作简单且使用方便。

现有技术中视觉打标机大多使用相机与打标机同轴光路结构，待打标工件运行至打标机工作范围内且处于静止状态时，打标机才能进行打标，因此工作效率较低。而本发明技术方案中，待打标工件可以在传送带上进行传送而而进行飞行打标，因此相对于现有技术的视觉打标机可有效提高生产效率。

另外，现有视觉打标机需要配套使用对应的打标软件与控制板，而本发明实施例只需采用通用打标机协议，因此无需依赖特定的打标软件与控制板，因此本发明实施例技术方案具有通用性强等优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种在线视觉引导对位的激光打标系统，其特征在于，包括触发器、相机、图像处理系统、通用式激光打标机；所述触发器与所述相机连接，所述相机与所述图像处理系统连接，所述图像处理系统与所述通用式激光打标机相连；所述触发器检测工件并触发所述相机对工件拍照，所述图像处理系统分析处理所述相机拍摄的工件照片并控制所述通用式激光打标机对工件打标。

2.如权利要求1所述的在线视觉引导对位的激光打标系统，其特征在于，所述相机下方设置有光源照射于工件表面。

3.如权利要求2所述的在线视觉引导对位的激光打标系统，其特征在于，所述光源为低角度并安装有漫反射板的触发型LED光源。

4.如权利要求1所述的在线视觉引导对位的激光打标系统，其特征在于，所述相机的帧率不少于60fps，分辨率不少于130万，所述相机拍摄图像的像素误差不大于1pix。

5.如权利要求1所述的在线视觉引导对位的激光打标系统，其特征在于，所述通用式激光打标机与所述相机之间通过可微调支架相连。

6.如权利要求5所述的在线视觉引导对位的激光打标系统，其特征在于，所述相机设置于传送带的上游端，所述通用式激光打标机处于传送带的下游端。

7.如权利要求1所述的在线视觉引导对位的激光打标系统，其特征在于，所述触发器为红外线传感器，所述图像处理系统为ARM LINUX嵌入式系统。

8.一种使用如权利要求1至7任一所述在线视觉引导对位的激光打标系统的激光打标方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据不同模板工件类型和尺寸获取模板工件图像形成模板工件库；

S2：调整所述触发器延时时间、像素放大倍数以及打标图像大小以及位置，使模板工件在飞行打标中打标图案落在工件表面上；

S3：通过所述可微调支架微调所述通用式激光打标机的坐标系平移参数△Xc与△Yc，细调并确定打标图案打在模板工件的指定位置上；

S4：启动传送带对待打标工件传送，对于放置于传送带顶面上任意姿态的待打标工件，所述激光打标系统根据不同姿态的待打标工件作出相应调整，使所述通用式激光打标机对待打标工件打标出与模板工件相一致的图案。

9.如权利要求8所述的在线视觉引导对位的激光打标系统，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S11：将模板工件摆正放置于传送带顶面，所述相机拍摄并获取所述模板工件的模板工件图像，所述通用式激光打标机打标的图像位于所述模板工件图像内部；

S12：所述图像处理系统对模板工件图像处理并提取特征信息，最后保存至模板工件库内。

10.如权利要求8所述的在线视觉引导对位的激光打标系统，其特征在于，所述特征信息包括模板工件的空间位置以及旋转角度。