CN113857652A - 一种伪同轴视觉激光修复设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种伪同轴视觉激光修复设备，包括治具运动平台和激光视觉部分，所述治具运动平台用来实现治具的位置调整，所述激光视觉部分用来抓拍和修复治具上的产品；所述激光视觉部分包括激光头和CCD相机，所述激光头发出的激光经45°反射镜反射后与CCD相机的视觉光路同轴；其特征在于，所述CCD相机为彩色CCD相机，所述CCD相机的镜头为远心镜头，且在45°反射镜上下侧分别设有环形光源。修复产品时，结合自主研发的视觉软件，对图像的LAB颜色空间进行分析，自动提取产品的背景灰度，识别split附近的灰度高出背景灰度的区域和灰度高出程度；然后针对性的采取不同的激光功率进行定点修复；具有检测精度高、修复效率高和修复效果好的优势。

Description

一种伪同轴视觉激光修复设备

技术领域

本发明涉及一种激光加工设备技术领域，尤其涉及一种伪同轴视觉激光修复设备。

背景技术

由于铝合金材质具有强度高、重量轻、质感强、价格底的众多优点，在3C类电子产品中，越来越多的产品会选择铝合金材质作为产品的框架及外壳。但铝合金材料的使用也是有一些弊端的，特别是在手机、平板电脑等对信号接收要特殊要求的产品中，需要消除整块金属外框产生的静电屏蔽。这里就会涉及到一种注塑工艺—热注塑成型 (Insertmolding)。

热注塑成型是一种嵌入成型，把金属、塑胶半成品或其它物料嵌入预先制好的模腔内，然后将熔融的塑胶材料注入的一种成型方法。但是，热注塑成型工艺容易产生毛边和多胶问题，这就会导致产品在阳极氧化工艺处理后，在金属与注塑成型的交接处出现变色的不良现象。为了解决这个问题，传统的手段是通过对产品进行酸洗，重新氧化，直至消除表色不良。然而，通过化学手段解决变色现象，不仅效率低、成本高，产生的废料又会带来严重的环境污染，这就大大限制了化学处理工艺的推广及应用。

一篇公开号为CN 108956615 A的中国发明专利申请公开一种电子产品外壳激光表面修复工艺，利用检测修复设备对电子产品进行检测修复；所述检测修复设备包括CCD相机、激光打标机、固定工位座。该发明利用CCD相机对电子产品外壳进行扫描拍摄，采用图像处理方法对表面图像处理，再进行缺陷轮廓，从而得到打标轮廓，再利用激光打标机进行精准定位修复。该发明虽然具有效率高、不污染环境的特点；但是，该发明只是对铝件氧化后表面上出现的白点利用相机抓拍，然后进行激光修复；而对于注塑件与铝的接触处而言，异色不良规格多样、异色程度也十分复杂，利用现有的激光处理方法难以达到修复目的。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种检测精度高、能根据异色不同有针对性进行修复的伪同轴视觉激光修复设备。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种伪同轴视觉激光修复设备，包括治具运动平台和激光视觉部分，所述治具运动平台用来实现治具的位置调整，所述激光视觉部分用来抓拍和修复治具上的产品；所述激光视觉部分包括激光头和CCD相机，所述激光头发出的激光经45°反射镜反射后与所述CCD相机的视觉光路同轴；其特征在于，所述CCD相机为彩色CCD相机，所述CCD相机的镜头为远心镜头，且在所述45°反射镜上下侧分别设有环形光源。

上述修复设备在工作时，包括如下修复步骤：1）人工将待检测产品装夹在治具内，通过所述治具运动平台将待检测产品的接缝处移动至所述CCD相机的视觉光路上，通过所述CCD相机进行抓怕；2）对抓拍图像进行产品缺陷分析，获取缺陷面积、缺陷整体灰度、以及缺陷所在区域背景灰度；缺陷分析完成后，对缺陷进行分级，并将数据传输至控制器；3）控制器根据具体的缺陷面积、缺陷整体灰度、以及缺陷所在区域背景灰度，控制激光功率，对缺陷区域进行精准修复。

更为优选的是，所述激光视觉部分包括有Z轴移动机构，所述激光头和所述CCD相机安装在所述Z轴移动机构的升降平台上、随所述升降平台一起进行升降。

更为优选的是，所述治具运动平台包括组装在一起的X轴移动机构、Y轴移动机构、翻转机构、旋转机构和治具，所述X轴移动机构用来实现所述治具的X轴移动，所述Y轴移动机构用来实现所述治具的Y轴移动，所述翻转机构用来实现所述治具的俯仰角度调节，所述旋转机构用来实现所述治具的平面内转动。

更为优选的是，在上述修复步骤1）中，将待检测产品沿着接缝处划分成若干连续的检测区域、并对检测区域编号；拍照时，通过所述CCD相机对每个检测区域拍照生成图像。

更为优选的是，各所述检测区域形状大小相同，均为24mm×18mm。

更为优选的是，在上述修复步骤2）中，缺陷判断原理为：设置一个缺陷判断的对比度临界值，当缺陷区域整体灰度高于背景灰度的灰度级超出所述对比度临界值时，缺陷被检测出来；缺陷判断时采用频率分析的算法，对图像噪点进行抑制，图像处理中将频域与时域进行结合处理。

更为优选的是，所述对比度临界值在10-15之间。

更为优选的是，在上述修复步骤2）中，缺陷面积测量方式：将一块大小为8mm×8mm、精度在0.001的标定板放在所述CCD相机下拍照，通过标定板的实际物理面积和像素面积，计算出单个像素的物理面积；在抓取到缺陷后，分析得到缺陷的像素面积，然后再转换为物理面积。

更为优选的是，在上述修复步骤2）中，缺陷分析方法为：采用LAB颜色空间模型，将L值与B值相结合，进而检测出不同颜色的产品缺陷。

更为优选的是，在上述修复步骤2）中，缺陷的分级方法为：根据缺陷面积s的大小不同分为A-E五个等级。

A级，s≤0.05。

B级，0.05＜s≤0.1。

C级，0.1＜s≤0.2。

D级，0.2＜s≤0.3。

E级，S＞0.3。

面积单位为mm²。

在进行分级判断时，缺陷等级在A~D范围内，则认为该产品可以通过再加工来修复，缺陷等级为E认为该产品不合格。

本发明的有益效果是：由于铝合金产品阳极氧化产生的变色程度及深度因产品批次及工艺的偏差而出现不一致。而本发明将彩色CCD相机、远心镜头、两个环形光源等结构进行有机结合，并采用自主研发的视觉软件，对图像的LAB颜色空间进行分析，自动提取产品的背景灰度，识别split附近的灰度高出背景灰度的区域，即为要检测的缺陷；通过检测出的缺陷的面积大小和色差对比度高低来将缺陷进行分类，确定等级，然后可以针对性的采取不同的激光功率进行定点修复；具有检测精度高、修复效率高和修复效果好的优势。

附图说明

图1所示为本发明提供的伪同轴视觉激光修复设备的结构示意图。

图2所示为治具运动平台的结构示意图。

图3所示为激光视觉部分的结构示意图。

图4所示为同轴光路示意图。

附图标记说明。

1：机架，2：治具运动平台，3：激光视觉部分。

2-1：X轴移动机构，2-2：Y轴移动机构，2-3：翻转机构，2-4：旋转机构，2-5：治具。

3-1：Z轴移动机构，3-2：激光头，3-3：CCD相机，3-4：升降平台，3-5：45°反射镜，3-6：镜头，3-7：环形光源。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向” 、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征 “之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

如图1所示，一种伪同轴视觉激光修复设备，包括机架1，安装在所述机架1上的治具运动平台2和激光视觉部分3。

结合图2所示，所述治具运动平台2包括组装在一起的X轴移动机构2-1、Y轴移动机构2-2、翻转机构2-3、旋转机构2-4和治具2-5，X轴移动机构2-1用来实现治具2-5的X轴移动，Y轴移动机构2-2用来实现治具2-5的Y轴移动，翻转机构2-3用来实现治具2-5的俯仰角度调节、俯仰转轴为R1，旋转机构2-4用来实现治具2-5的平面内转动、平面转轴为R2。

本实施例中，X轴移动机构2-1、Y轴移动机构2-2、翻转机构2-3、旋转机构2-4和治具2-5从下到上依次叠加设置。显然，在一些实施方式中，本领域技术人员可以根据需要来调整各零件的叠加位置，不限于本实施例。

结合图3、图4所示，所述激光视觉部分3包括：Z轴移动机构3-1、激光头3-2和CCD相机3-3，所述激光头3-2和所述CCD相机3-3安装在所述Z轴移动机构3-1的升降平台3-4上、随所述升降平台3-4一起进行升降，所述激光头3-3发出的激光经45°反射镜3-5反射后与所述CCD相机3-3的镜头3-6同轴（视觉光路同轴），即构成伪同轴结构。

相较于现有的激光视觉装置而言，本发明中的激光视觉部分的特点在于：1）所述CCD相机3-3为彩色CCD相机，可以更加精确的还原产品图像的色差，克服了普通黑白CCD色差范围不足的问题。2）所述镜头3-6采用远心镜头，且在所述45°反射镜3-5上下侧分别设有环形光源3-7。这样，视觉光源具有更加高的均匀度，能真实的反映缺陷的亮度信息。

本实施例提供的一种伪同轴激光视觉修复设备，其修复方法为：1）人工将产品装夹在治具2-5内，X轴、Y轴、R1轴、R2轴四轴联动，将待检测产品的接缝处（塑胶和金属的连接过渡处）移动至镜头3-6下端，通过CCD相机3-3拍照。2）对缺陷进行分析，获取缺陷面积、缺陷整体灰度、以及缺陷所在区域背景灰度；缺陷分析完成后，对缺陷等级进行判断，并将数据传输至控制器。3）根据具体的缺陷面积、缺陷整体灰度、以及缺陷所在区域背景灰度，控制激光功率，对缺陷区域进行精准修复。依次循环，直至产品所有缺陷区域修复完成。

在上述修复步骤1）中，将待检测产品沿着接缝处（塑胶和金属的连接过渡处）划分成若干连续的检测区域、并对检测区域编号。拍照时，通过彩色CCD相机对每个检测区域拍照生成图像。

本实施例中，每个检测区域的大小为24*18mm。这样可以保证视觉精度在0.008mm，像素面积在10个像素以上，对应物理面积为0.001mm²以上，且抓取稳定。

在上述修复步骤2）中，缺陷判断原理为：设置一个缺陷判断的对比度临界值，如该对比度临界值为12，当缺陷区域整体灰度高于背景灰度12个灰度级时，缺陷被检测出来；可以准确的定位出缺陷的轮廓。具体地，缺陷判断时采用频率分析的算法，将图像噪点做了极大的抑制，图像处理中将频域与时域的结合，能精准定位出缺陷的位置，判断缺陷的面积。

需要说明的是，缺陷判断的对比度临界值可以在10-15之间适当调整，不限于以上举例。将缺陷判断的对比度临界值范围设置在10-15之间的原因在于：对比度设置过小会引起过抓，过大会引起抓取的轮廓小于实际轮廓。

在上述修复步骤2）中，缺陷面积测量方式：将一块大小为8*8mm、精度在0.001的陶瓷标定板放在CCD相机下拍照，通过标定板的实际物理面积和像素面积，计算出单个像素的物理面积。在抓取到缺陷后，分析得到像素面积，然后再转换为物理面积。

在上述修复步骤2）中，缺陷分析方法为：采用LAB颜色空间模型，将L值与B值相结合，可以检测出不同颜色产品缺陷，有效的降低了外界带来的干扰，比如产品反光、脏污等的干扰。

本实施例中，优选通过缺陷的物理尺寸大小进行分类。如表1所示，根据缺陷的物理尺寸大小不同分为A-E五个等级。为符合人眼的判断习惯，在进行分级判断时，根据人眼的识别效果来对应。即在同一个拍照区域中，如果两个缺陷的间距小于0.35mm，则视为一个缺陷。缺陷等级在A~D范围内，则认为该产品可以通过再加工来修复，缺陷等级为E认为该产品不合格，没有检测出缺陷认为该产品合格。

表1.缺陷等级分类表。

缺陷等级	面积s/(mm<sup>2</sup>)
		A	S≤0.05
B	0.05＜s≤0.1
		C	0.1＜s≤0.2
D	0.2＜s≤0.3
		E	S＞0.3

特别地，在各检测区域的缺陷信息都分析完后，还将产品信息与相应的缺陷信息（包括缺陷区域编号、缺陷等级、缺陷面积、缺陷整体灰度、以及缺陷所在区域背景灰度等）上传保存到传服务器，这样，在后面的工序中可以获取、查询产缺陷数据。

与现有技术相比，本发明提供的一种伪同轴视觉激光修复设备具有以下优势：1）采用伪同轴的方式，使激光光路通过45°反射镜片反射后与CCD相机的视觉光路重合，实现同轴读色差，同轴修复缺陷、异色的高效作业方式。2）采用五轴联动的机构，实现产品5个面（含曲面）均可在一次装夹的情况下完成修复作业。3）由于铝合金产品阳极氧化产生的变色程度及深度因产品批次及工艺的偏差而出现不一致，而本发明通过自主研发的视觉软件，对图像的LAB颜色空间进行分析，自动提取产品的背景灰度，识别接缝附近的灰度高出背景灰度的区域，即为要检测的缺陷；通过检测出的缺陷的面积大小和色差对比度高低来将缺陷进行分类，确定等级，然后可以针对性的采取不同的激光功率进行定点修复。

通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (10)

1.一种伪同轴视觉激光修复设备，包括治具运动平台和激光视觉部分，所述治具运动平台用来实现治具的位置调整，所述激光视觉部分用来抓拍和修复治具上的产品；所述激光视觉部分包括激光头和CCD相机，所述激光头发出的激光经45°反射镜反射后与所述CCD相机的视觉光路同轴；其特征在于，所述CCD相机为彩色CCD相机，所述CCD相机的镜头为远心镜头，且在所述45°反射镜上下侧分别设有环形光源；

工作时包括如下修复步骤：

1）人工将待检测产品装夹在治具内，通过所述治具运动平台将待检测产品的接缝处移动至所述CCD相机的视觉光路上，通过所述CCD相机进行抓怕；

2）对抓拍图像进行产品缺陷分析，获取缺陷面积、缺陷整体灰度、以及缺陷所在区域背景灰度；缺陷分析完成后，对缺陷进行分级，并将数据传输至控制器；

3）控制器根据具体的缺陷面积、缺陷整体灰度、以及缺陷所在区域背景灰度，控制激光功率，对缺陷区域进行精准修复。

2.根据权利要求1所述的一种伪同轴视觉激光修复设备，其特征在于，所述激光视觉部分包括有Z轴移动机构，所述激光头和所述CCD相机安装在所述Z轴移动机构的升降平台上、随所述升降平台一起进行升降。

3.根据权利要求1所述的一种伪同轴视觉激光修复设备，其特征在于，所述治具运动平台包括组装在一起的X轴移动机构、Y轴移动机构、翻转机构、旋转机构和治具，所述X轴移动机构用来实现所述治具的X轴移动，所述Y轴移动机构用来实现所述治具的Y轴移动，所述翻转机构用来实现所述治具的俯仰角度调节，所述旋转机构用来实现所述治具的平面内转动。

4.根据权利要求1所述的一种伪同轴视觉激光修复设备，其特征在于，在上述修复步骤1）中，将待检测产品沿着接缝处划分成若干连续的检测区域、并对检测区域编号；拍照时，通过所述CCD相机对每个检测区域拍照生成图像。

5.根据权利要求4所述的一种伪同轴视觉激光修复设备，其特征在于，各所述检测区域形状大小相同，均为24mm×18mm。

6.根据权利要求1所述的一种伪同轴视觉激光修复设备，其特征在于，在上述修复步骤2）中，缺陷判断原理为：设置一个缺陷判断的对比度临界值，当缺陷区域整体灰度高于背景灰度的灰度级超出所述对比度临界值时，缺陷被检测出来；缺陷判断时采用频率分析的算法，对图像噪点进行抑制，图像处理中将频域与时域进行结合处理。

7.根据权利要求6所述的一种伪同轴视觉激光修复设备，其特征在于，所述对比度临界值在10-15之间。

8.根据权利要求1所述的一种伪同轴视觉激光修复设备，其特征在于，在上述修复步骤2）中，缺陷面积测量方式：将一块大小为8mm×8mm、精度在0.001的标定板放在所述CCD相机下拍照，通过标定板的实际物理面积和像素面积，计算出单个像素的物理面积；在抓取到缺陷后，分析得到缺陷的像素面积，然后再转换为物理面积。

9.根据权利要求1所述的一种伪同轴视觉激光修复设备，其特征在于，在上述修复步骤2）中，缺陷分析方法为：采用LAB颜色空间模型，将L值与B值相结合，进而检测出不同颜色的产品缺陷。

10.根据权利要求1所述的一种伪同轴视觉激光修复设备，其特征在于，在上述修复步骤2）中，缺陷的分级方法为：根据缺陷面积s的大小不同分为A-E五个等级；

A级，s≤0.05；

B级，0.05＜s≤0.1；

C级，0.1＜s≤0.2；

D级，0.2＜s≤0.3；

E级，S＞0.3；

面积单位为mm²；

在进行分级判断时，缺陷等级在A~D范围内，则认为该产品可以通过再加工来修复，缺陷等级为E认为该产品不合格。

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