CN110102908A - 一种基于三维视觉定位的激光除胶装置及方法 - Google Patents

一种基于三维视觉定位的激光除胶装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于三维视觉定位的激光除胶装置及方法，包括：机柜；三轴运动平台，所述三轴运动平台设置在机柜上，用于定位工件并驱动工件沿X轴、Y轴运动及绕T轴旋转；三维图像定位系统，对所述三轴运动平台上的工件进行图像采集，得到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据；激光打标系统，获取工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据，生产对应的打标图档，并调用对应的打标参数；激光发射组件，根据打标图档和打标参数，发出激光对工件上的溢胶进行去除；其中，所述激光发射组件设置在机柜上并位于三轴运动平台的上方。通过三维图像定位系统引导激光去除三维工件的溢胶，具有很高加工精度和加工效率。

Description

一种基于三维视觉定位的激光除胶装置及方法
技术领域
本发明涉及激光打标领域，特别是一种基于三维视觉定位的激光除胶装置及方法。
背景技术
随着电子制造业迅猛发展,加工与制造的精度越来越高,由多种材料的组合应用逐渐越来越广泛,而这种组合就产生了新的工艺，传统的用螺丝固定或压合的方式，这样只能够满足比较粗糙的应用,对于工艺要求高的场合，往往选择液体胶来粘合。用胶水对不同组件进行粘合，可以满足精度与工艺的要求，但是会带来另外一个现象，就是在组件连接处会出现胶溢出，这样就需要去除，否则会影响安装的精度。
目前去除溢胶的方式有两种，一种就是用人工的处理方式，其弊端就是很难去处干净,成本比较高,效率低，不能进行大规模生产；另外一种方式就是在激光打标领域，利用X/Y二维振镜电机扫描方式打标因其响应快、高速度、高精度且容易控制、应用成熟已经成为现在最流行最常用激光平面打标方式并使用二维视觉定位引导激光进行去除。
上述打标方法广泛应用于需要进行精确定位的平面处理方式中,效率与产能都可以满足,对平面工件进行加工是非常有优势的。但是，由于没办法获得去除部分的高度值，所以对于各种立体产品去除就很难做到。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种基于三维视觉定位的激光除胶装置及方法，旨在解决现有三维产品很难去除溢胶的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于三维视觉定位的激光除胶装置，包括：机柜；
三轴运动平台，所述三轴运动平台设置在机柜上，用于定位工件并驱动工件沿X轴、Y轴运动及绕T轴旋转；
三维图像定位系统，对所述三轴运动平台上的工件进行图像采集，得到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据；
激光打标系统，获取工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据，生产对应的打标图档，并调用对应的打标参数；
激光发射组件，根据打标图档和打标参数，发出激光对工件上的溢胶进行去除；其中，所述激光发射组件设置在机柜上并位于三轴运动平台的上方。
进一步地，所述激光发射组件包括X/Y轴振镜、激光器、升降板以及升降器，所述X/Y轴振镜和激光器均安装在升降板上并通过光路连接，所述升降板设置在升降器上，所述升降器安装在所述机柜上，并可驱动升降板升降。
进一步地，所述X/Y轴振镜的打标范围为100mmX100mm，所述激光器为紫外线激光器。
进一步地，所述三维图像定位系统包括高速3D轮廓测量相机、图像采集卡、运动控制卡、编码器反馈装置以及工业电脑，所述运动控制卡与所述三轴运动平台电连接，控制三轴运动平台的运动；所述编码器反馈装置安装在所述三轴运动平台上，用于反馈三轴运动平台的运动位置；所述高速3D轮廓测量相机安装在所述升降板上，将采集到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据导入图像采集卡，所述图像采集卡基于三维数据的图像处理后，将数据传输给工业电脑，所述工业电脑安装在机柜上。
进一步地，所述高速3D轮廓测量相机的测量范围10毫米、高度分辨率为0.37微米。
进一步地，所述三轴运动平台包括X轴移动装置、Y轴移动装置、T轴旋转气缸以及用于定位工件的夹具，所述夹具设置在T轴旋转气缸上，所述T轴旋转气缸设置在X轴移动装置上，并可驱动夹具绕T轴旋转；所述X轴移动装置设置在所述Y轴移动装置上，并可驱动所述T轴旋转气缸沿X轴移动；所述Y轴移动装置设置在机柜上，并可驱动X轴移动装置沿Y轴移动。
进一步地，所述夹具包括基板、若干定位销以及快速夹，所述定位销插设在基板上，所述快速夹安装在基板上，使工件夹紧在定位销与快速夹之间。
本发明还提供一种采用上述的基于三维视觉定位的激光除胶装置实现的激光除胶方法，包括以下步骤：
S1、对所述三轴运动平台上的工件进行图像采集，得到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据；
S2、获取工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据，生产对应的打标图档，并调用对应的打标参数；
S3、根据打标图档和打标参数，发出激光对工件上的溢胶进行去除。
进一步地，所述步骤S1具体包括先通过运动控制卡控制三轴运动平台的运动，将工件移动至激光发射组件的下方；激光发射组件对工件进行激光照射，工件上的激光漫反射到高速3D轮廓测量相机；高速3D轮廓测量相机将采集到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据导入图像采集卡；图像采集卡32基于三维数据的图像处理后，将数据传输给工业电脑。
进一步地，所述步骤S2具体包括激光打标系统与工业电脑进行数据交换，获取工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据，生产对应的打标图档，并调用对应的打标参数。
相对于现有技术，本发明提供的一种基于三维视觉定位的激光除胶装置，通过三维图像定位系统对所述三轴运动平台上的工件进行图像采集，得到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据；然后通过激光打标系统生产对应的打标图档，并调用对应的打标参数；最后激光发射组件根据打标图档和打标参数，发出激光对工件上的溢胶进行去除。通过三维图像定位系统引导激光去除三维工件的溢胶，具有很高加工精度和加工效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的基于三维视觉定位的激光除胶装置的立体示意图；
图2是图1中激光除胶装置的局部放大示意图；
图3是图1中三维图像定位系统的结构示意图；
图4是本发明提供的基于三维视觉定位的激光除胶方法的流程图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1所示，本发明提供一种基于三维视觉定位的激光除胶装置，包括：
机柜10；机柜10主要用于安装电路元器件以及控制模块等。
三轴运动平台20，所述三轴运动平台20设置在机柜10上，用于定位工件并驱动工件沿X轴、Y轴运动及绕T轴旋转。
在本实施例中，所述三轴运动平台20包括X轴移动装置21、Y轴移动装置22、T轴旋转气缸23以及用于定位工件的夹具24。所述夹具24设置在T轴旋转气缸23上，所述T轴旋转气缸23设置在X轴移动装置21上，并可驱动夹具24绕T轴旋转。所述X轴移动装置21设置在所述Y轴移动装置22上，并可驱动所述T轴旋转气缸23沿X轴移动。所述Y轴移动装置22设置在机柜10上，并可驱动X轴移动装置21沿Y轴移动。三轴运动平台20能够驱动夹具24回原点运动、定长运动、T轴回原点以及角度运动等，方便上下料以及配合激光去除溢胶。
其中，X轴移动装置21、Y轴移动装置22主要由丝杆、联轴器、导轨以及伺服马达连接形成。安装时确保连接紧密，手动推动顺畅平稳，线性度与平面度精度达到要求。X轴移动装置21、Y轴移动装置22的行程为400mmX400mm,丝杆的螺距为10mm。
如图2所示，所述夹具24包括基板241、若干定位销242以及快速夹243，定位销242插设在基板241上，快速夹243安装在基板241上，使工件夹紧在定位销242与快速夹243之间。其中，快速夹243是一种可以快速夹243紧的伸缩结构，这种结构定位速度快，可以提高加工效率。基板241设置在T轴旋转气缸23上，所述T轴旋转气缸23可驱动基板241绕T轴旋转，便于对工件进行侧面加工。
三维图像定位系统30，对所述三轴运动平台20上的工件进行图像采集，得到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据。
激光打标系统，获取工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据，生产对应的打标图档，并调用对应的打标参数。
激光发射组件40，根据打标图档和打标参数，发出激光对工件上的溢胶进行去除；其中，所述激光发射组件40设置在机柜10上并位于三轴运动平台20的上方。
在本实施例中，所述激光发射组件40包括X/Y轴振镜41、激光器42、升降板43以及升降器44。所述X/Y轴振镜41和激光器42均安装在升降板43上并通过光路连接，所述升降板43设置在升降器44上，所述升降器44安装在所述机柜10上，并可驱动升降板43升降，方便调节激光的焦点。
具体地，所述X/Y轴振镜41的打标范围为100mmX100mm，所述激光器42为紫外线激光器42。对激光而言，精度与打标范围和BOX校正密切相关，标记范围选择属于打标硬件方面镜头的选择。正常而言，标记范围小要比标记范围大的精度高，所以对精度要求高配置需要选择小镜头，而打标BOX校正属于软件控制方面补偿算法校正，一般没有经过多级校正的BOX打标系统其打标精度也就是0.01mm等级的精度，而进行高精度校正后精度会提升微米级精度。
请参考图3，所述三维图像定位系统30包括高速3D轮廓测量相机31、图像采集卡32、运动控制卡33、编码器反馈装置34以及工业电脑35。所述运动控制卡33与所述三轴运动平台20电连接，控制三轴运动平台20的运动。所述编码器反馈装置34安装在所述三轴运动平台20上，用于反馈三轴运动平台20的运动位置。所述高速3D轮廓测量相机31安装在所述升降板43上，将采集到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据导入图像采集卡32，所述图像采集卡32基于三维数据的图像处理后，将数据通过标准千兆网传输给工业电脑35，所述工业电脑35安装在机柜10上。上说三维图像定位系统30由于图像数据在其内部进行处理,只处理与应用有关的数据，这使得数据规模被大幅减少，从而达到前所未有的测量速度，同时完全不会影响连接的图像处理单元的性能,将下游的图像处理系统的负载降到最低。
在本实施例中，所述高速3D轮廓测量相机31的测量范围10毫米、高度分辨率为0.37微米。图像采集卡32、运动控制卡33均设置在机柜10内，编码器反馈装置34安装在所述三轴运动平台20的拖链25内，用于反馈三轴运动平台20的运动位置。
如图4所示，一种采用上述基于三维视觉定位的激光除胶装置实现的激光除胶方法，包括以下步骤：
S1、对所述三轴运动平台20上的工件进行图像采集，得到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据；在步骤S1之前，还需三轴运动平台20驱动夹具24返回原点进行上料，具体的将手机边框定位在夹具24上。
其中，步骤S1具体包括以下步骤：先通过运动控制卡33控制三轴运动平台20的运动，将工件移动至激光发射组件40的下方。激光发射组件40对工件进行激光照射，工件上的激光漫反射到高速3D轮廓测量相机31。高速3D轮廓测量相机31将采集到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据导入图像采集卡32。图像采集卡32基于三维数据的图像处理后，将数据传输给工业电脑35，从而实现工件三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据的采集。
S2、获取工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据，生产对应的打标图档，并调用对应的打标参数；
其中，步骤S2具体包括激光打标系统与工业电脑35进行数据交换，获取工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据，生产对应的打标图档，并调用对应的打标参数。打标参数是预先存入激光打标系统中的，并建有相应的数据库。
S3、根据打标图档和打标参数，发出激光对工件上的溢胶进行去除。具体的，激光打标系统将打标图档和打标参数传输给激光发射组件40，激光发射组件40根据打标图档和打标参数，发出激光对工件上的溢胶进行去除。
相对于现有技术，本发明提供的一种基于三维视觉定位的激光除胶方法，先对所述三轴运动平台20上的工件进行图像采集，得到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据；然后生产对应的打标图档，并调用对应的打标参数；最后根据打标图档和打标参数，发出激光对工件上的溢胶进行去除。实现了高精度的溢胶立体去除，解决了传统的手工与平面打标很难做到的效果。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于三维视觉定位的激光除胶装置，其特征在于，包括：机柜；
三轴运动平台，所述三轴运动平台设置在机柜上，用于定位工件并驱动工件沿X轴、Y轴运动及绕T轴旋转；
三维图像定位系统，对所述三轴运动平台上的工件进行图像采集，得到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据；
激光打标系统，获取工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据，生产对应的打标图档，并调用对应的打标参数；
激光发射组件，根据打标图档和打标参数，发出激光对工件上的溢胶进行去除；其中，所述激光发射组件设置在机柜上并位于三轴运动平台的上方。
2.根据权利要求1所述的激光除胶装置，其特征在于，所述激光发射组件包括X/Y轴振镜、激光器、升降板以及升降器，所述X/Y轴振镜和激光器均安装在升降板上并通过光路连接，所述升降板设置在升降器上，所述升降器安装在所述机柜上，并可驱动升降板升降。
3.根据权利要求2所述的激光除胶装置，其特征在于，所述X/Y轴振镜的打标范围为100mmX100mm，所述激光器为紫外线激光器。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的激光除胶装置，其特征在于，所述三维图像定位系统包括高速3D轮廓测量相机、图像采集卡、运动控制卡、编码器反馈装置以及工业电脑，所述运动控制卡与所述三轴运动平台电连接，控制三轴运动平台的运动；所述编码器反馈装置安装在所述三轴运动平台上，用于反馈三轴运动平台的运动位置；所述高速3D轮廓测量相机安装在所述升降板上，将采集到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据导入图像采集卡，所述图像采集卡基于三维数据的图像处理后，将数据传输给工业电脑，所述工业电脑安装在机柜上。
5.根据权利要求4所述的激光除胶装置，其特征在于，所述高速3D轮廓测量相机的测量范围10毫米、高度分辨率为0.37微米。
6.根据权利要求4所述的激光除胶装置，其特征在于，所述三轴运动平台包括X轴移动装置、Y轴移动装置、T轴旋转气缸以及用于定位工件的夹具，所述夹具设置在T轴旋转气缸上，所述T轴旋转气缸设置在X轴移动装置上，并可驱动夹具绕T轴旋转；所述X轴移动装置设置在所述Y轴移动装置上，并可驱动所述T轴旋转气缸沿X轴移动；所述Y轴移动装置设置在机柜上，并可驱动X轴移动装置沿Y轴移动。
7.根据权利要求6所述的激光除胶装置，其特征在于，所述夹具包括基板、若干定位销以及快速夹，所述定位销插设在基板上，所述快速夹安装在基板上，使工件夹紧在定位销与快速夹之间。
8.一种采用权利要求1所述的基于三维视觉定位的激光除胶装置实现的激光除胶方法，包括以下步骤：
S1、对所述三轴运动平台上的工件进行图像采集，得到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据；
S2、获取工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据，生产对应的打标图档，并调用对应的打标参数；
S3、根据打标图档和打标参数，发出激光对工件上的溢胶进行去除。
9.根据权利要求8所述的激光除胶方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括先通过运动控制卡控制三轴运动平台的运动，将工件移动至激光发射组件的下方；激光发射组件对工件进行激光照射，工件上的激光漫反射到高速3D轮廓测量相机；高速3D轮廓测量相机将采集到工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据导入图像采集卡；图像采集卡32基于三维数据的图像处理后，将数据传输给工业电脑。
10.根据权利要求9所述的激光除胶方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括激光打标系统与工业电脑进行数据交换，获取工件的三维轮廓数据以及工件上溢胶的位置数据，生产对应的打标图档，并调用对应的打标参数。
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