CN117139849A - 基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能制造技术领域，具体是基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站及工作方法，包括至少一台机器人、控制器和工作台，工作台位于机器人的作业范围内，机器人设有固定工装、激光工具和视觉检测装置，工作台设有固定夹具；当机器人带动视觉检测装置移动至产品一侧进行检测时，视觉检测装置将检测信息传输至控制器处理，机器人根据指令移动到新坐标并利用激光工具对产品进行激光粗化加工。本发明在工作站引入视觉检测装置，通过视觉检测装置与机器人的结合，检测产品的摆放状态并计算加工位置偏差，对产品实施激光粗化加工，降低作业过程对人工的依赖，灵活调整加工角度，从而提高加工的精度，提高产品加工质量，降低企业生产成本。

Description

基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站及工作方法

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，具体是基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站及及工作方法。

背景技术

金属粗化加工是指对金属表面进行处理，使其具有一定的粗糙度和纹理特征，以满足特定的要求或应用场景。但是，常见的金属粗化加工一般采用人工或者打磨设备在金属表面进行处理，人工粗化效率比较低下，且加工质量参差不齐，良品率无法有效保证。而激光粗化加工是一种利用激光技术对材料表面进行处理的过程。它可以通过聚焦高能激光束在材料表面产生微小的坑洞，从而增加材料表面的粗糙度，这种加工方式无需接触材料表面即可实施加工，但是激光加工的精度高，对产品的摆放有严格的要求，产品加工过程中一般通过人工摆放产品，一旦产品摆放出现偏差，加工位置也随之发生偏差，导致出现加工位置偏差大、加工精度低、无法校准产品加工位置的情况，从而产生废品废件，浪费生产资源，增加企业制造成本。

针对以上的不足，我们需要研发基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站及工作方法满足广大企业的生产需求。

发明内容

针对上述提到的现有粗化加工方式人工粗化效率低下、加工位置偏差大、加工精度低、无法校准产品加工位置的问题，本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站，包括至少一台的机器人、用于控制所述机器人作业运动的控制器和工作台，所述工作台位于所述机器人的作业范围内，所述机器人设有固定工装、分别连接在所述固定工装的激光工具和视觉检测装置，所述工作台设有至少一个固定夹具，所述固定夹具设有用于夹持固定产品的装夹台，所述视觉检测装置包括用于辅助检测的照明组件，所述所述工作台还设有用于辅助安装的固定支架和应对紧急情况的制动按钮；

所述控制器包括与所述视觉检测装置连接的工业电脑、分别与所述机器人连接的运动控制柜和示教器，所述运动控制柜用于协调所述机器人运作和供电，所述工业电脑用于采集、分析和计算检测数据，示教器用于读取并调试所述运动控制柜的参数；

当所述运动控制柜控制所述机器人带动所述视觉检测装置移动至产品一侧进行检测时，所述视觉检测装置将检测所得的信息传输至所述工业电脑分析计算处理，所述运动控制柜根据计算所得的信息控制所述机器人带动所述激光工具移动并对产品进行加工。

所述控制器包括与所述视觉检测装置连接的工业电脑、分别与所述机器人连接的运动控制柜和示教器，所述运动控制柜用于协调所述机器人运作和供电，所述工业电脑用于采集、分析和计算检测数据，示教器用于读取并调试所述运动控制柜的参数。

进一步地，为了更好地装夹产品以及便于调整产品的加工角度，所述固定夹具包括变位装置，产品通过所述装夹台与所述变位装置固定连接，所述变位装置可绕Z轴和X轴转动产品任意角度。

进一步地，为了加强工作站的信息采集能力，所述视觉检测装置包括用于采集产品信息的图像采集器，所述图像采集器位于所述固定夹具上侧。

进一步地，为了更清晰地检测产品摆放位置，所述照明组件包括用于辅助检测的第一照明光源和第二照明光源。

进一步地，为了遮挡产品加工状态并保护工人，所述工作台还设有用于遮挡保护的自动升降门，所述自动升降门与所述固定支架配合连接，当所述机器人开始工作时，所述自动升降门升起，当所述机器人停止工作时，所述自动升降门降下。

进一步地，为了处理加工时产生的烟雾粉尘，工作站还包括烟尘处理设备和工业风扇，所述工业风扇与所述固定支架配合连接，所述固定夹具位于所述烟尘处理设备和所述工业风扇之间。

进一步地，为了处理加工时产生的烟雾粉尘，所述烟尘处理设备设有软管和吸尘罩，所述吸尘罩开设有吸尘口，所述吸尘口与所述软管一端连通并配合连接，所述软管另一端与所述烟尘处理设备连通并配合连接。

进一步地，为了避免作业状态时工人误入加工范围，还包括用于检测加工环境的安全光栅，所述安全光栅固定连接于所述固定支架。

进一步地，为了提高工作站的加工稳定性，工作站还包括固定底座，所述固定底座设有安装平面和用于将所述安装平面调至水平的支撑脚，所述机器人、所述运动控制柜、所述控制器和所述工作台均固定连接于所述安装平面上，所述支撑脚位于所述固定底座靠近边缘的角落。

本发明的另一目的是，为了提高工作站视觉检测的纠偏准确性，提高工作站的自动化程度，基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，启动工作站，所述运动控制柜采集所述固定夹具的装夹信号，所述装夹信号包括未装夹信号A0和已装夹信号A1；

步骤二，当所述运动控制柜采集到已装夹信号A1后，所述运动控制柜控制所述机器人带动所述视觉检测装置从原点位置P1移动至所述固定夹具上侧的检测位置P2；

步骤三，所述运动控制柜控制所述机器人带动所述视觉检测装置从不同角度对产品拍摄至少张照片作为采集样本C1，并将采集样本C1传输至所述工业电脑；

步骤四，所述工业电脑接收到采集样本C1，利用视觉软件从采集样本C1提取特征量，所述特征量包括坐标特征量和角度特征量，通过对比采集样本C1与标准样本C0的特征量差异性，计算出采集样本C1的实际所在位置P2与标准样本C0的理论加工位置P3的特征量差值，把特征量差值作为坐标值增量与位置P2的坐标值相加，得到实际加工位置P3a的坐标值，所述工业电脑把计算结果发送至所述运动控制柜；

步骤五，所述运动控制柜控制所述机器人带动所述激光工具移动至实际加工位置P3a并启动所述激光工具对产品实施加工，待产品加工完毕后，所述运动控制柜控制所述机器人回到原点位置P1等待下一次加工；

步骤六，所述运动控制柜持续采集其它所述固定夹具的已装夹信号A1，当采集到其它所述固定夹具的已装夹信号A1，重复步骤二、三、四、五。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过上述方案，在工作站引入视觉检测装置，利用视觉检测装置与机器人的结合，对即将进行激光粗化加工的产品检测其摆放状态，并通过控制器分析并计算位置偏差，以使得机器人能够自动纠正粗化加工位置的偏差，降低作业过程对人工纠偏的依赖，对产品实施更为精确的激光粗化加工，轻松应对产品摆放状态，灵活调整激光粗化加工角度，从而提高激光粗化加工的精度和准确性，有助于校准产品加工位置，提高产品加工质量，提升生产良品率，降低企业生产成本；工作站设置制动按钮，通过按下制动按钮切断供电设备对工作站输入的电源，能够应对工作站加工过程中的紧急情况，作业人员可以按下制动按钮及时停止作业，以使得机器人以最快速度停止作业，提高工作站的安全系数，减少生产意外的发生，保障作业人员的人身安全。

2、本发明通过上述方案，在工作站引入变位装置，变位装置可以对产品的摆放进行翻转调整，通过控制两个轴的旋转角度和旋转速度，将工件准确地定位到所需位置，协同机器人将产品定位到不同的位置进行更精确的加工，扩大加工范围，降低加工难度，避免机器人为了适应产品加工位置而进行的大幅度变换姿态，减少机器人关节卡死、关节超出限位的情况，降低机器人因适应产品加工位置而碰撞工作站其它部件配件的可能性。

3、本发明通过上述方案，在工作站引入自动升降门，有效阻挡在机器人作业状态时因加工所产生飞出的碎屑、刺眼的强光以及其它杂物，保护作业人员的人身安全，减少减少生产意外的发生；在工作站引入安全光栅，通过安全光栅检测工作站范围边缘的环境状态，一旦触碰到安全光栅，工作站马上停止作业，避免因作业人员的误入而发生事故，也避免机器人超出工作站作业伤及外围人员；在工作站引入制动按钮，通过按下制动按钮切断供电设备对工作站输入的电源，以使得机器人以最快速度停止作业，及时应对工作站生产过程中的各种突发状况。本发明结合自动升降门、安全光栅、制动按钮等多个保护设计，大大提高工作站的安全系数，减少生产意外的发生，保障作业人员的人身安全。

4、本发明通过上述方案，在工作站引入烟尘处理设备，应对处理机器人对产品进行激光粗化加工时产生的烟雾粉尘，通过工业风扇的风向引导，可以令这些烟雾粉尘吹向烟尘处理设备，被烟尘处理设备吸入处理，减少对作业环境的污染，保持作业环境整洁，降低作业人员的患病风险，降低烟雾粉尘对作业人员的人身损害，减少烟雾粉尘积聚对设备的不利影响。

5、本发明可以在机器人的作业范围内设置多个工作台，作为多个工位使用，通过操作机器人系统对多个工位进行定位、编程和示教，能够实现机器人在多个工位的轮替作业，当其中一个工位正在加工时，其它工位可以更换产品，达到连续开机作业的效果，提高生产效率，降低加工成本，最大化提高机器人的作业效率。

6、本发明依照上述步骤进行实施，利用运动控制柜控制机器人带动视觉检测装置的协同作业，从不同的角度采集产品信息，并通过视觉软件分析计算出位置偏差，实现自动化识别并纠偏加工位置，避免单一的采集数据带来位置和角度偏差，进一步地有效提高加工准确率和生产效率，减少对人工参与生产的依赖，降低人工纠偏加工位置出错的发生，降低企业生产成本。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站立体图。

图2为本发明的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站立体图。

图3为本发明的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站侧视图。

图4为本发明的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站侧视图。

图5为本发明的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站立体图。

图6为本发明的变位装置使用状态变化图。

图7为本发明的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站俯视图。

图8为本发明的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站作业流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。

如图1至图5所示，基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站，包括至少一台的机器人1、用于控制所述机器人1作业运动的控制器2和工作台3，所述工作台3位于所述机器人1的作业范围内，其特征在于：所述机器人1设有固定工装11、分别连接在所述固定工装11的激光工具12和视觉检测装置13，所述工作台3设有至少一个固定夹具31，所述固定夹具31设有用于夹持固定产品的装夹台312，所述视觉检测装置13包括用于辅助检测的照明组件，所述所述工作台3还设有用于辅助安装的固定支架32和应对紧急情况的制动按钮33；

所述控制器2包括与所述视觉检测装置13连接的工业电脑21、分别与所述机器人1连接的运动控制柜22和示教器23，所述运动控制柜22用于协调所述机器人1运作和供电，所述工业电脑21用于采集、分析和计算检测数据，示教器23用于读取并调试所述运动控制柜22的参数。

具体地，在一些实施例中，所述机器人1可以是一个或者多个关节轴组成的工业机器人，并且可以通过示教、编程、遥控等手段控制其运动轨迹，在工作站范围内进行灵活和精确的作业运动，所述机器人1的水平转动范围大于正负115度，采用这样的转动角度，能够实现多工位加工的优势，通过在所述机器人1的正面、左侧面和右侧面设置工作台，可以增加装夹工位，提高机器人利用率，丰富加工品类的多样性。而所述运动控制柜22是控制机器人运作的一个集成电路系统，为机器人本体提供电源输入、信号输入和故障诊断等功能，所述运动控制柜22设有多个IO信号接口，能够连接多种设备，从而实现多设备多工位的联动协同加工。

具体地，在一些实施例中，所述工作台3是由钢铁型材或者铝合金型材搭建组成的一个工作平台区域，所述工作台3设有用于辅助安装的固定支架32和固定夹具31来固定产品和其他设备，确保工作站的稳定性和多功能化。此外，所述工作台3还可以配置各种安全设备，如自动升降门322和安全光栅321等，以防止意外伤害和碰撞，保护作业人员的人身安全，减少减少生产意外的发生。

具体地，在一些实施例中，所述工作台3台面的离地高度设为800mm至950mm的范围，采用这样的设计符合人体工学理念，台面过高需要抬手装夹的可能会造成装夹不便，台面过低需要弯腰俯身装夹的可能会造成作业人员腰肌劳损损害健康，按照上述高度设计可方便作业人员使用，有利于作业人员人身健康。

具体地，在一些实施例中，所述固定夹具31包括固定式压紧器、直角磁铁固定器、G型夹、F型夹等夹具，产品通过作业人员人工放置在所述固定夹具31上再启动工作站进行加工，加工完毕后，作业人员再从所述固定夹具31人工取下完工产品，采用这样的设计，利用不同的夹具针对不同的产品，达到快速装夹的效果，能够通过人工灵活地调整被加工产品的品类，加工小批量且装夹难度大的产品具有明显优势。

具体地，在一些实施例中，所述工业电脑21是由电脑主机211、显示屏212、键盘213和鼠标214等电脑配件组成，所述工业电脑21位于所述工作台3的台面上方，用于所述机器人1的运动控制路径计算、检测信息对比处理以及提供所述视觉检测装置13与所述机器人1信号连接。作业人员通过显示屏212能够及时了解工作站的工作状态和生产情况，利用所述鼠标214和所述键盘213操作所述电脑主机211对所述机器人1和所述视觉检测装置13进行技术调整，是整个工作站的中心控制部件。所述工业电脑21经过特殊设计和测试，以适应恶劣的工业环境。它们通常有更高的抗震、抗冲击和抗尘封性能，能够在高温、高湿、腐蚀等恶劣条件下持续稳定运行，提供稳定可靠的计算能力，满足机器人工作站的运算需求。同时，所述工业电脑21支持远程管理和监控功能，通过网络连接可以实时监视和管理机器人工作站的运行状态。这方便了系统管理人员对机器人工作站进行故障排查、升级和维护，节省了时间和成本。

具体地，在一些实施例中，所述示教器23是一种将机器人运动系统可视化的显示设备，用于与机器人系统进行人机交互，并通过图形界面或其他直观的方式来指导和控制机器人的操作，所述示教器23设有关节移动按钮，能够单独控制所述机器人1的每个运动关节，轻松达到示教目的和精确定位。所述示教器23为工作站提供了一个直观的编程环境，以使得作业人员可以轻松创建、编辑和修改机器人的任务程序，这些任务程序可以包括机器人的动作、移动路径、传感器数据处理或逻辑判断等。

可选地，在一些实施例中，所述激光工具12是由激光发生器、激光振镜及其配件组成的组件，激光从激光发生器发出并经由激光振镜聚焦射向产品表面，利用高能激光束对产品表面产生光热效应和动力效应，从而改变表面的形貌和结构。

如图1至图6所示，所述固定夹具31包括变位装置311，产品通过所述装夹台312与所述变位装置311固定连接，所述变位装置311可绕Z轴和X轴转动产品任意角度。

具体地，在本实施例中，所述变位装置311为一种具有两个旋转轴的微型变位机，可以实现在两个方向上的旋转和定位，通过控制两个轴的旋转角度和旋转速度，将工件准确地定位到所需位置，结合所述机器人1可以将产品定位到不同的位置进行加工作业，扩大加工范围，降低加工难度，避免机器人为了适应产品加工位置而进行的大幅度变换姿态，减少机器人关节卡死、关节超出限位的情况，降低机器人因适应产品加工位置而碰撞工作站其它部件配件的可能性。微型变位机与一般变位机相比，具有体积小、翻转灵活、成本低等特点，适用于装夹重量轻的物品，满足工作站配置需求。

如图1至图4所示，所述视觉检测装置13包括用于采集产品信息的图像采集器131，所述图像采集器131位于所述固定夹具31上侧。

优选地，在一些实施例中，所述图像采集器131为工业相机及其相关配件组成的视觉检测装置，能够实现自动曝光、自动对焦、图像增强、边缘检测等多个摄影摄像功能，具备高分辨率和高快门速度，拥有强大的图像处理能力和图像采集能力，采用坚固耐用的内部结构，并具有防尘、防水、耐高温等特性，能够在恶劣的工业环境中稳定可靠地工作。工业相机与一般相机相比，具有体积小、容易固定、高分辨率和高快门速度等特点，对加工作业环境的针对性强，满足工作站配置需求。

如图1至图4所示，所述照明组件包括用于辅助检测的第一照明光源132和第二照明光源133。

优选地，在一些实施例中，第一照明光源132为环状照明装置，位于所述视觉检测装置13的下方，是所述视觉检测装置13在检测过程中的主要照明光源，为所述视觉检测装置13提供均匀的照明光源，可以将镜头完全包围，从而减少阴影和反射，使所述视觉检测装置13能够获取清晰、均匀的图像；所述第二照明光源133为线状照明装置，用于加强显示材料表面的凹凸、曲面、颗粒等造型特征，线状照明装置可以提供一条明亮、均匀的线状照明区域，使所述视觉检测装置13能够以较高对比度捕捉到材料表面的细微差异。所述第一照明光源132与所述第二照明光源133结合使用，为所述视觉检测装置13所在的作业环境提供合适的亮度，确保被检测产品的采集图像明亮且具备足够的对比度，可以使相机捕捉到更多对比细节，更好地检测和识别产品的边缘、轮廓和特征，提高图像质量和分辨率，消除作业环境的阴影和反射，减少检测干扰项，提高检测的可靠性和稳定性。

如图1和图2所示，所述工作台3还设有用于遮挡保护的自动升降门322，所述自动升降门322与所述固定支架32配合连接，当所述机器人1开始工作时，所述自动升降门322升起，当所述机器人1停止工作时，所述自动升降门322降下。

具体地，在一些实施例中，所述自动升降门322为一种垂直升降的门类机械装置，位于所述工作台3并与所述运动控制柜22连接，以使得所述自动升降门322在所述机器人1启动前可以提前响应并升起，有效阻挡在机器人作业状态时因加工所产生飞出的碎屑、刺眼的强光以及其它杂物，保护作业人员的人身安全，减少减少生产意外的发生。所述自动升降门322最高可升至离地1700mm至1800mm的位置，采用这样的设计符合人体工学理念，升降门升起高度过高会浪费行程且不便安装，升降门升起高度过低会导致无法完全遮挡而损害作业人员人身健康，按照上述行程高度设计可有效遮挡并保护作业人员。

如图1至图5所示，还包括烟尘处理设备4和工业风扇5，所述工业风扇5与所述固定支架32配合连接，所述固定夹具31位于所述烟尘处理设备4和所述工业风扇5之间。

优选地，在一些实施例中，所述烟尘处理设备4为烟尘净化器，是一种用于清除空气中的烟雾、烟尘、异味和污染物的设备，主要利用过滤和净化技术来捕捉和去除空气中的有害颗粒物和化学物质，应对处理机器人对产品进行加工时产生的烟雾粉尘，提供清洁、健康的室内空气。与所述工业风扇5结合，通过所述工业风扇5的风向引导，可以令这些烟雾粉尘吹向烟尘处理设备，被烟尘处理设备吸入处理，减少对作业环境的污染，保持作业环境整洁，降低作业人员的患病风险，降低烟雾粉尘对作业人员的人身损害，也可以减少烟雾粉尘积聚对设备的不利影响。

如图5所示，所述烟尘处理设备4设有软管41和吸尘罩42，所述吸尘罩42开设有吸尘口421，所述吸尘口421与所述软管41一端连通并配合连接，所述软管41另一端与所述烟尘处理设备4连通并配合连接。

具体地，在一些实施例中，所述软管41能够延长所述烟尘处理设备4的工作距离，以使得所述烟尘处理设备4可以放置在不影响所述机器人1作业的区域，避免所述机器人1运作时产生的误碰、误撞而发生作业事故；所述吸尘罩42用于聚拢因所述工业风扇5吹散的烟尘，减少烟尘吹散出工作站的范围，协助所述烟尘处理设备4吸入烟尘。

如图1和图5所示，还包括用于检测加工环境的安全光栅321，所述安全光栅321固定连接于所述固定支架32。

具体地，在一些实施例中，所述安全光栅321是一种用于机器安全保护的光电传感器装置，它由发射器和接收器组成，发射器发射一束红外光束，接收器接收并检测光束的状态，所述安全光栅321使用红外线或激光束来创建一个虚拟的安全边界。安全光栅通常用于工业自动化和机器人应用中，用于防止人员在机械设备运作时被困、挤压或受伤，安全光栅具有高灵敏度、快速响应和灵活安装等特点。当检测光束被物体例如手或其他物体遮挡时，光栅会立即触发信号，立刻关停工作站的运动，以保护工作人员的安全。

具体地，在一些实施例中，所述安全光栅321检测间隔高度为10-20mm，响应时间小于等于10毫秒，采用这样的设计，能够有效检测作业人员的人体特征有无穿过保护区，检测间隔过大会导致可穿过的空间过大而影响所述安全光栅321的漏判，检测间隔过小会导致杂物穿过检测区域而影响所述安全光栅321的误判，按照上述检测间隔高度设计，可有效检测作业环境边缘，及时响应停止作业，从而保护作业人员，避免发生作业事故。

如图1至图5所示，还包括固定底座6，所述固定底座6设有安装平面61和用于将所述安装平面61调至水平的支撑脚62，所述机器人1、所述运动控制柜22、所述控制器2和所述工作台3均固定连接于所述安装平面61上，所述支撑脚62位于所述固定底座6靠近边缘的角落。

具体地，在一些实施例中，所述固定底座6可以是金属或者复合材料制造的平坦的刚性固定平台，具有足够的强度和稳定性，用于支撑整个工作站的重量和保持平衡，确保整个工作站的结构稳定，避免因机器人运动时产生的晃动、振动和位移造成定位误差或者安全隐患。所述固定底座6内部具有通道、槽孔或隐蔽线槽，用于布设电源线、控制线、信号线和气源管等，有助于保持工作站的整洁、安全和易维护。

具体地，在一些实施例中，一般作业环境是比较杂乱和原始的，没有经过改造或者地面找平，地面经常堆有碎屑杂物，地面本身凹凸不平，这种状态下直接安装机器人和工作台，会导致安装的定位精度不够准确，进而发生角度偏移以及装夹不稳的情况。所述支撑脚62是一种附加在机器人工作站底座下方的装置，用于提供稳定性和支撑，所述支撑脚62本身可以调节角度和高度，通常是以调节好的角度或高度安装在底座的四个角落上，以平衡机器人工作站的重量和防止倾斜或晃动；同时，多个所述支撑脚62可以分散机器人工作站底座的重量，并将其传达给地面。所述支撑脚62通过增加接触地面的面积来减少单个支撑点的负荷，从而减轻对地面的压力，这有助于保护作业地面不受损坏，并确保工作站的稳定性和安全性。

如图8所示，基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，启动工作站，所述运动控制柜22采集所述固定夹具31的装夹信号，所述装夹信号包括未装夹信号A0和已装夹信号A1；

步骤二，当所述运动控制柜22采集到已装夹信号A1后，所述运动控制柜22控制所述机器人1带动所述视觉检测装置13从原点位置P1移动至所述固定夹具31上侧的检测位置P2；

步骤三，所述运动控制柜22控制所述机器人1带动所述视觉检测装置13从不同角度对产品拍摄至少3张照片作为采集样本C1，并将采集样本C1传输至所述工业电脑21；

步骤四，所述工业电脑21接收到采集样本C1，利用视觉软件从采集样本C1提取特征量，所述特征量包括坐标特征量和角度特征量，通过对比采集样本C1与标准样本C0的特征量差异性，计算出采集样本C1的实际所在位置P2与标准样本C0的理论加工位置P3的特征量差值，把特征量差值作为坐标值增量与位置P2的坐标值相加，得到实际加工位置P3a的坐标值，所述工业电脑21把计算结果发送至所述运动控制柜22；

步骤五，所述运动控制柜22控制所述机器人1带动所述激光工具12移动至实际加工位置P3a并启动所述激光工具12对产品实施激光粗化加工，待产品加工完毕后，所述运动控制柜22控制所述机器人1回到原点位置P1等待下一次加工；

步骤六，所述运动控制柜22持续采集其它所述固定夹具31的已装夹信号A1，当采集到其它所述固定夹具31的已装夹信号A1，重复步骤二、三、四、五。

具体地，在一些实施例中，依照上述步骤进行实施，通过视觉检测装置13与机器人1的协同作业，利用激光工具12对产品表面实施粗化加工，实现高度自动化的产品粗化加工作业，有效提高粗化效率和加工准确率，减少对人工参与生产的依赖，降低人为加工出错的发生，降低企业生产成本。

如图1至图6所示，本发明的实施例1具体实施方式如下：

基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站(以下简称工作站)在本实施例中的组装方法如下：

首先，将支撑脚62从下往上穿过并与固定底座6配合连接，支撑脚62位于固定底座6边缘角落，调节支撑脚62支撑高度以使得安装平面61达到水平；把机器人1和烟尘处理设备4吊装放置在安装平面61上，机器人1、烟尘处理设备4位于固定底座6靠近边缘的一侧并与固定底座6固定连接，固定工装11固定连接于机器人1工作端，激光工具12固定连接于固定工装11的一侧，视觉检测装置13固定连接于固定工装11的另一侧，第一照明光源132位于视觉检测装置13下侧并与固定工装11固定连接，第二照明光源133位于固定工装11下侧并与固定工装11固定连接；

然后，位于固定底座6安装机器人1的另一侧搭建工作台3，工作台3与固定底座6固定连接，运动控制柜22置于工作台3内部并与机器人1、激光工具12连接，以使得运动控制柜22给机器人1、激光工具12提供电力来源以及传输运动控制信号；固定夹具31位于工作台3的台面两侧并与工作台3固定连接，位于工作台3一侧的固定夹具31为第一工位，位于工作台3另一侧的固定夹具31为第二工位，变位装置311与运动控制柜22连接，以使得运动控制柜22给变位装置311提供电力来源以及传输运动控制信号；工业电脑21位于工作台3的台面中间，工业电脑21与运动控制柜22连接，以使得工业电脑21可以通过运动控制柜22对机器人1的运作状态进行监测、控制和显示，工业电脑21与视觉检测装置13连接，以使得视觉检测装置13的检测信息可以传输至工业电脑21，示教器23与机器人1连接并挂靠在工作台3的外侧；工作台3设有辅助安装的固定支架32，固定支架32位于工作台3靠近边缘的角落并竖直与工作台3固定连接，自动升降门322安装在工作台3靠近边缘的外侧并垂直于安装平面61，安全光栅321位于自动升降门322上方并安装在固定支架32侧壁，安全光栅321与固定支架32配合连接，制动按钮33位于工作台3外侧并靠近工业电脑21操作区域；

固定支架32设有安装合页323，工业风扇5位于工作台3两侧并通过安装合页323与固定支架32配合连接；烟尘处理设备4设有软管41和吸尘罩42，吸尘罩42开设有吸尘口421，吸尘口421与软管41一端连通并配合连接，软管41另一端与烟尘处理设备4连通并配合连接，以使得所述烟尘处理设备4能够与外界连通并吸入烟尘，吸尘罩42位于固定夹具31的安装位置之间，吸尘口421对准工业风扇5的出风方向，烟尘处理设备4、工业风扇5与运动控制柜22连接，以使得机器人1运作前可以通过运动控制柜22启动烟尘处理设备4和工业风扇5。

最后，检查工作站各部分是否已经安装稳固或者互不干涉，检查各连接线路的通断情况，避免连接线路接错或者接反导致作业事故的发生，检查各器件正常运作确保器件可以顺利使用，完成工作站的组装。

本实施例中的工作站的工作原理如下：

作业人员人工放置产品并将产品与第一工位所在的装夹台312紧密连接。

启动工作站，运动控制柜22持续采集第一工位、第一工位的固定夹具31的装夹信号，装夹信号包括未装夹信号A0和已装夹信号A1；

当运动控制柜22采集到第一工位的已装夹信号A1后，运动控制柜22控制机器人1带动视觉检测装置13从原点位置P1移动至第一工位所在的固定夹具31上侧的检测位置P2；机器人到达检测位置P2后，反馈到达信号A3至运动控制柜22，运动控制柜22发送检测信号A2至视觉检测装置13；视觉检测装置13收到检测信号A2后拍摄照片1，机器人带动视觉检测装置13以产品为中心向绕y轴顺时针倾斜45度，视觉检测装置13拍摄照片2，机器人带动视觉检测装置13以产品为中心向绕y轴逆时针倾斜90度，视觉检测装置13拍摄照片3，所述照片1、照片2和照片3组成采集样本C1，检测完成后，视觉检测装置13将采集样本C1传输至工业电脑21；

工业电脑21接收到采集样本C1，利用视觉软件从采集样本C1提取特征量，所述特征量包括坐标特征量和角度特征量，通过对比采集样本C1与标准样本C0的特征量差异性，计算出采集样本C1的实际所在位置P2与标准样本C0的理论加工位置P3的特征量差值，把特征量差值作为坐标值增量与位置P2的坐标值相加，得到实际加工位置P3a的坐标值，工业电脑21把实际加工位置P3a的坐标值发送至运动控制柜22；

运动控制柜22收到实际加工位置P3a的坐标值后，依次启动安全光栅321、自动升降门322、烟尘处理设备4和工业风扇5，自动升降门322升起第一工位所在的门体至指定高度后停止，运动控制柜22控制机器人1带动激光工具12移动至加工位置P3a并发送加工信号A3至激光工具12实施加工，同时运动控制柜22控制第一工位所在的变位装置311配合机器人1实施协同加工，激光工具12开启后，激光发生器发出激光经由激光振镜射向产品，激光在产品表面产生光热效应和动力效应，从而改变产品表面的形貌和结构，在产品表面形成微小的坑洞，完成激光粗化加工；

机器人1完成第一工位的产品所有的加工步骤后，结束作业状态，运动控制柜22控制机器人1回到原点位置P1，自动升降门322降落第一工位所在的门体至指定高度后，完成第一工位的产品加工，停止工作站。

运动控制柜22持续采集第一工位、第二工位的已装夹信号A1，当采集到第二工位的已装夹信号A1时，启动工作站并依照对第二工位实施激光粗化加工。

运动控制柜22可以根据检测到的实际装夹情况对第一工位、第二工位安排加工任务，当其中一个工位处在作业状态时，作业人员可以对另一个处在空闲状态的工位装夹的产品进行更换，然后等待加工。

上述加工过程中，运动控制柜22会通过传感器实时检测第一工位和第二工位的加工状态和装夹情况，同时持续检测制动按钮和安全光栅的触发状态，及时发送相关信号控制机器人1的作业状态，确保在安全作业的前提下高效完成产品的加工。

在工作站引入视觉检测装置，利用视觉检测装置与机器人的结合，对即将进行激光粗化加工的产品检测其摆放状态，并通过控制器分析并计算位置偏差，以使得机器人能够自动纠正粗化加工位置的偏差，降低作业过程对人工纠偏的依赖，对产品实施更为精确的激光粗化加工，轻松应对产品摆放状态，灵活调整激光粗化加工角度，从而提高激光粗化加工的精度和准确性，有助于校准产品加工位置，提高产品加工质量，提升生产良品率，降低企业生产成本；工作站设置制动按钮，通过按下制动按钮切断供电设备对工作站输入的电源，能够应对工作站激光粗化加工过程中的紧急情况，作业人员可以按下制动按钮及时停止作业，以使得机器人以最快速度停止作业，提高工作站的安全系数，减少生产意外的发生，保障作业人员的人身安全；

在工作站引入变位装置，变位装置可以对产品的摆放进行翻转调整，通过控制两个轴的旋转角度和旋转速度，将工件准确地定位到所需位置，协同机器人将产品定位到不同的位置进行更精确的加工，扩大加工范围，降低加工难度，避免机器人为了适应产品加工位置而进行的大幅度变换姿态，减少机器人关节卡死、关节超出限位的情况，降低机器人因适应产品加工位置而碰撞工作站其它部件配件的可能性；

在工作站引入自动升降门，有效阻挡在机器人作业状态时因激光粗化加工所产生飞出的碎屑、刺眼的强光以及其它杂物，保护作业人员的人身安全，减少减少生产意外的发生；在工作站引入安全光栅，通过安全光栅检测工作站范围边缘的环境状态，一旦触碰到安全光栅，工作站马上停止作业，避免因作业人员的误入而发生事故，也避免机器人超出工作站作业伤及外围人员；在工作站引入制动按钮，通过按下制动按钮切断供电设备对工作站输入的电源，以使得机器人以最快速度停止作业，及时应对工作站生产过程中的各种突发状况。本发明结合自动升降门、安全光栅、制动按钮等多个保护设计，大大提高工作站的安全系数，减少生产意外的发生，保障作业人员的人身安全；

在工作站引入烟尘处理设备，应对处理机器人对产品进行激光粗化加工时产生的烟雾粉尘，通过工业风扇的风向引导，可以令这些烟雾粉尘吹向烟尘处理设备，被烟尘处理设备吸入处理，减少对作业环境的污染，保持作业环境整洁，降低作业人员的患病风险，降低烟雾粉尘对作业人员的人身损害，减少烟雾粉尘积聚对设备的不利影响。

如图1至图7所示，本发明的实施例2具体实施方式如下：

基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站(以下简称工作站)，在本实施例中的组装方法如下：

首先，将支撑脚62从下往上穿过并与固定底座6配合连接，支撑脚62位于固定底座6边缘角落，调节支撑脚62支撑高度以使得安装平面61达到水平；把机器人1和烟尘处理设备4吊装放置在安装平面61上，机器人1、烟尘处理设备4位于固定底座6靠近边缘的一侧并与固定底座6固定连接，固定工装11固定连接于机器人1工作端，激光工具12固定连接于固定工装11的一侧，视觉检测装置13固定连接于固定工装11的另一侧，第一照明光源132位于视觉检测装置13下侧并与固定工装11固定连接，第二照明光源133位于固定工装11下侧并与固定工装11固定连接；

然后，位于固定底座6安装机器人1的另一侧搭建第一工作台7，第一工作台7与固定底座6固定连接，运动控制柜22置于第一工作台7内部并与机器人1、激光工具12连接，以使得运动控制柜22给机器人1、激光工具12提供电力来源以及传输运动控制信号；固定夹具31位于第一工作台7的台面两侧并与第一工作台7固定连接，变位装置311与运动控制柜22连接，以使得运动控制柜22给变位装置311提供电力来源以及传输运动控制信号；工业电脑21位于第一工作台7的台面中间，工业电脑21与运动控制柜22连接，以使得工业电脑21可以通过运动控制柜22对机器人1的运作状态进行监测、控制和显示，工业电脑21与视觉检测装置13连接，以使得视觉检测装置13的检测信息可以传输至工业电脑21，示教器23与机器人1连接并挂靠在第一工作台7的外侧；第一工作台7设有辅助安装的固定支架32，固定支架32位于第一工作台7靠近边缘的角落并竖直与第一工作台7固定连接，自动升降门322安装在第一工作台7靠近边缘的外侧并垂直于安装平面61，安全光栅321位于自动升降门322上方并安装在固定支架32侧壁，安全光栅321与固定支架32配合连接，制动按钮33位于工作台3外侧并靠近工业电脑21操作区域；

固定支架32设有安装合页323，工业风扇5位于第一工作台7两侧并通过安装合页323与固定支架32配合连接；烟尘处理设备4设有软管41和吸尘罩42，吸尘罩42开设有吸尘口421，吸尘口421与软管41一端连通并配合连接，软管41另一端与烟尘处理设备4连通并配合连接，以使得所述烟尘处理设备4能够与外界连通并吸入烟尘，吸尘罩42位于固定夹具31的安装位置之间，吸尘口421对准工业风扇5的出风方向，烟尘处理设备4、工业风扇5与运动控制柜22连接，以使得机器人1运作前可以通过运动控制柜22启动烟尘处理设备4和工业风扇5。

最后，检查工作站各部分是否已经安装稳固或者互不干涉，检查各连接线路的通断情况，避免连接线路接错或者接反导致作业事故的发生，检查各器件正常运作确保器件可以顺利使用，完成工作站的组装。

按照第一工作台7的组装方法，在安装平面61上依次搭建第二工作台8和第三工作台9，第二工作台8搭建在机器人1作业范围内位于机器人1左边的一侧，第三工作台9搭建在机器人1作业范围内位于机器人1右边的一侧，每个工作台的固定夹具31相当于一个工位，合计共六个工位；只有第一工作台7设有工业电脑21，运动控制柜22控制机器人1实施第一工作台7、第二工作台8和第三工作台9的作业任务。

本实施例中的工作站的工作原理如下：

作业人员人工放置产品并将产品与其中一个工位所在的装夹台312紧密连接。

启动工作站，运动控制柜22持续采集所有工位的固定夹具31的装夹信号，装夹信号包括未装夹信号A0和已装夹信号A1；

当运动控制柜22采集到已装夹信号A1后，运动控制柜22控制机器人1带动视觉检测装置13从原点位置P1移动至已装夹信号A1所在工位的固定夹具31上侧的检测位置P2；机器人到达检测位置P2后，反馈到达信号A3至运动控制柜22，运动控制柜22发送检测信号A2至视觉检测装置13；视觉检测装置13收到检测信号A2后拍摄照片1，机器人带动视觉检测装置13以产品为中心向绕y轴顺时针倾斜45度，视觉检测装置13拍摄照片2，机器人带动视觉检测装置13以产品为中心向绕y轴逆时针倾斜90度，视觉检测装置13拍摄照片3，所述照片1、照片2和照片3组成采集样本C1，检测完成后，视觉检测装置13将采集样本C1传输至工业电脑21；

工业电脑21接收到采集样本C1，利用视觉软件从采集样本C1提取特征量，所述特征量包括坐标特征量和角度特征量，通过对比采集样本C1与标准样本C0的特征量差异性，计算出采集样本C1的实际所在位置P2与标准样本C0的理论加工位置P3的特征量差值，把特征量差值作为坐标值增量与位置P2的坐标值相加，得到实际加工位置P3a的坐标值，工业电脑21把实际加工位置P3a的坐标值发送至运动控制柜22；

运动控制柜22收到实际加工位置P3a的坐标值后，依次启动安全光栅321、自动升降门322、烟尘处理设备4和工业风扇5，自动升降门322升起已装夹信号A1所在工位的门体至指定高度后停止，运动控制柜22控制机器人1带动激光工具12移动至加工位置P3a并发送加工信号A3至激光工具12实施加工，同时运动控制柜22控制已装夹信号A1所在公务的变位装置311配合机器人1实施协同加工，激光工具12开启后，激光发生器发出激光经由激光振镜射向产品，激光在产品表面产生光热效应和动力效应，从而改变产品表面的形貌和结构，在产品表面形成微小的坑洞，完成激光粗化加工；

机器人1完成已装夹信号A1所在工位的产品所有的加工步骤后，结束作业状态，运动控制柜22控制机器人1回到原点位置P1，自动升降门322降落已装夹信号A1所在工位的门体至指定高度后，完成已装夹信号A1所在工位的产品加工，停止工作站。

运动控制柜22持续采集所有工位的已装夹信号A1，当采集到其它工位的已装夹信号A1时，启动工作站并对已装夹信号A1所在的工位实施激光粗化加工。

工业电脑21可以根据检测到的实际装夹情况对第一工作台7、第二工作台8和第三工作台9的所有工位安排加工任务，当其中一个工位处在作业状态时，作业人员可以对其它处在空闲状态的工位装夹的产品进行更换，然后等待加工。

上述加工过程中，工业电脑21会通过传感器实时检测第一工作台7、第二工作台8和第三工作台9的所有工位的加工状态、装夹情况，同时持续检测制动按钮和安全光栅的触发状态，及时下达相关指令经由运动控制柜22控制机器人1的作业状态，确保在安全作业的前提下高效完成产品的加工。

本实施例一般针对一些加工难度低、加工时间短、加工速度快的产品而实施，工作站安装情况可根据实际加工需求和实际现场情况调整工作台3的设置数量。

本发明通过上述方案，在机器人的作业范围内设置多个工作台，提供多个工位使用，通过操作机器人系统对多个工位进行定位、编程和示教，能够实现机器人在多个工位的轮替作业，当其中一个工位正在激光粗化加工时，其它工位可以更换产品，达到连续开机作业的效果，提高生产效率，降低加工成本，最大化提高机器人的作业效率。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站，包括至少一台的机器人(1)、用于控制所述机器人(1)作业运动的控制器(2)和工作台(3)，所述工作台(3)位于所述机器人(1)的作业范围内，其特征在于：所述机器人(1)设有固定工装(11)、分别连接在所述固定工装(11)的激光工具(12)和视觉检测装置(13)，所述工作台(3)设有至少一个固定夹具(31)，所述固定夹具(31)设有用于夹持固定产品的装夹台(312)，所述视觉检测装置(13)包括用于辅助检测的照明组件，所述所述工作台(3)还设有用于辅助安装的固定支架(32)和应对紧急情况的制动按钮(33)；

所述控制器(2)包括与所述视觉检测装置(13)连接的工业电脑(21)、分别与所述机器人(1)连接的运动控制柜(22)和示教器(23)，所述运动控制柜(22)用于协调所述机器人(1)运作和供电，所述工业电脑(21)用于采集、分析和计算检测数据，示教器(23)用于读取并调试所述运动控制柜(22)的参数。

2.根据权利要求1所述的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站，其特征在于：所述固定夹具(31)包括变位装置(311)，产品通过所述装夹台(312)与所述变位装置(311)固定连接，所述变位装置(311)可绕Z轴和X轴转动产品任意角度。

3.根据权利要求1所述的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站，其特征在于：所述视觉检测装置(13)包括用于采集产品信息的图像采集器(131)，所述图像采集器(131)位于所述固定夹具(31)上侧。

4.根据权利要求1所述的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站，其特征在于：所述照明组件包括用于辅助检测的第一照明光源(132)和第二照明光源(133)。

5.根据权利要求1所述的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站，其特征在于：所述工作台(3)还设有用于遮挡保护的自动升降门(322)，所述自动升降门(322)与所述固定支架(32)配合连接，当所述机器人(1)开始工作时，所述自动升降门(322)升起，当所述机器人(1)停止工作时，所述自动升降门(322)降下。

6.根据权利要求1所述的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站，其特征在于：还包括烟尘处理设备(4)和工业风扇(5)，所述工业风扇(5)与所述固定支架(32)配合连接，所述固定夹具(31)位于所述烟尘处理设备(4)和所述工业风扇(5)之间。

7.根据权利要求6所述的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站，其特征在于：所述烟尘处理设备(4)设有软管(41)和吸尘罩(42)，所述吸尘罩(42)开设有吸尘口(421)，所述吸尘口(421)与所述软管(41)一端连通并配合连接，所述软管(41)另一端与所述烟尘处理设备(4)连通并配合连接。

8.根据权利要求1所述的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站，其特征在于：还包括用于检测加工环境的安全光栅(321)，所述安全光栅(321)固定连接于所述固定支架(32)。

9.根据权利要求1所述的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站，其特征在于：还包括固定底座(6)，所述固定底座(6)设有安装平面(61)和用于将所述安装平面(61)调至水平的支撑脚(62)，所述机器人(1)、所述运动控制柜(22)、所述控制器(2)和所述工作台(3)均固定连接于所述安装平面(61)上，所述支撑脚(62)位于所述固定底座(6)靠近边缘的角落。

10.根据权利要求1-9所述的基于视觉纠偏的激光粗化加工工作站的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，启动工作站，所述运动控制柜(22)采集所述固定夹具(31)的装夹信号，所述装夹信号包括未装夹信号A0和已装夹信号A1；

步骤二，当所述运动控制柜(22)采集到已装夹信号A1后，所述运动控制柜(22)控制所述机器人(1)带动所述视觉检测装置(13)从原点位置P1移动至所述固定夹具(31)上侧的检测位置P2；

步骤三，所述运动控制柜(22)控制所述机器人(1)带动所述视觉检测装置(13)从不同角度对产品拍摄至少3张照片作为采集样本C1，并将采集样本C1传输至所述工业电脑(21)；

步骤四，所述工业电脑(21)接收到采集样本C1，利用视觉软件从采集样本C1提取特征量，所述特征量包括坐标特征量和角度特征量，通过对比采集样本C1与标准样本C0的特征量差异性，计算出采集样本C1的实际所在位置P2与标准样本C0的理论加工位置P3的特征量差值，把特征量差值作为坐标值增量与位置P2的坐标值相加，得到实际加工位置P3a的坐标值，所述工业电脑(21)把计算结果发送至所述运动控制柜(22)；

步骤五，所述运动控制柜(22)控制所述机器人(1)带动所述激光工具(12)移动至实际加工位置P3a并启动所述激光工具(12)对产品实施激光粗化加工，待产品加工完毕后，所述运动控制柜(22)控制所述机器人(1)回到原点位置P1等待下一次加工；

步骤六，所述运动控制柜(22)持续采集其它所述固定夹具(31)的已装夹信号A1，当采集到其它所述固定夹具(31)的已装夹信号A1，重复步骤二、三、四、五。