一種基于機器視覺的激光加工系統及方法與流程

本發明實施例屬于激光加工技術領域，尤其涉及一種基于機器視覺的激光加工系統及方法。

背景技術：

隨著科學技術的不斷發展，各種工業產品層出不窮，激光加工系統在工業產品的打標、鉆孔、切割、焊接等方便面應用廣泛。

然而，現有的激光加工系統通常都是通過人工視覺對待加工工件進行定位，定位精度低、速度慢，嚴重降低了激光加工產品的加工質量及加工效率。

技術實現要素：

本發明提供一種基于機器視覺的激光加工系統及方法，通過機器視覺對待加工工件進行定位，定位精度高、速度快可以有效提高激光加工產品的加工質量和加工效率。

本發明實施例一方面提供一種基于機器視覺的激光加工系統，其包括傳感器模塊、機器視覺模塊、照明模塊、控制模塊和激光振鏡模塊；

所述傳感器模塊與所述機器視覺模塊連接，用于探測待加工工件，并在探測到待加工工件時向所述機器視覺模塊發出第一觸發信號；

所述機器視覺模塊與所述照明模塊連接，用于在接收到所述第一觸發信號時啟動，并在預設延時時間之后向所述照明模塊發出第二觸發信號；

所述照明模塊用于在接收到所述第二觸發信號時發光照射所述待加工工件；所述機器視覺模塊還用于在所述照明模塊發光的同時，獲取所述待加工工件的圖像數據并獲取完成激光加工的已加工工件的圖像數據；

所述控制模塊分別與所述機器視覺模塊和所述激光振鏡模塊連接，用于對所述待加工工件的圖像數據進行處理分析得到所述待加工工件的位置信息，還用于對所述已加工工件的圖像數據進行處理分析得到所述已加工工件的尺寸數據、輪廓特征或顏色數據，以對所述已加工工件進行質量檢測；

所述激光振鏡模塊用于根據所述待加工工件的位置信息對所述待加工工件上的預設位置進行激光加工；

所述控制模塊還分別與所述傳感器模塊和所述照明模塊連接，用于對所述傳感器模塊、所述機器視覺模塊、所述照明模塊和所述激光振鏡模塊的工作狀態進行綜合控制。

優選的，所述機器視覺模塊包括第一攝像單元和圖像采集單元；

所述圖像采集單元分別與所述傳感器模塊、所述照明模塊、所述第一攝像單元和所述控制模塊連接，用于在接收到所述第一觸發信號時啟動，并在所述預設延時時間之后分別向所述照明模塊和所述第一攝像單元發送所述第二觸發信號；

所述第一攝像單元用于在接收到所述第二觸發信號時，對所述待加工工件進行曝光，以將所述待加工工件反射或透射的光信號處理為電信號，所述第一攝像單元的曝光時間與所述照明模塊的發光時間相匹配；

所述圖像采集單元還用于將所述電信號數字化處理為圖像數據并發送給所述控制模塊。

優選的，所述激光加工系統還包括操作臺，所述激光振鏡模塊的激光輸出端與所述第一攝像單元的物方視場中心點的相對位置關系固定不變；

所述控制模塊還用于以所述操作臺的上表面為坐標平面建立直角坐標系，并根據所述待加工工件的位置信息和所述待加工工件上的定位孔，分析處理得到所述待加工工件上的任意點在所述直角坐標系中的坐標；

所述控制模塊還用于獲取所述第一攝像單元的物方視場中心點在所述直角坐標系中的坐標，并根據所述第一攝像單元的物方視場中心點的坐標和所述相對位置關系分析處理得到所述激光輸出端的坐標，以控制所述激光輸出端運動至所述待加工工件上的預設位置進行激光加工。

優選的，所述機器視覺模塊還包括第二攝像單元和機械運動單元；

所述機械運動單元分別與所述第一攝像單元、所述第二攝像單元和所述控制模塊連接，用于驅動所述第一攝像單元和所述第二攝像單元運動至指定的初始位置，以標定所述第一攝像單元和所述第二攝像單元的初始位置；

所述第一攝像單元還用于獲取所述待加工工件上的第一標記點的圖像數據；

所述第二攝像單元與所述圖像采集單元連接，用于獲取所述待加工工件上的第二標記點的圖像數據，所述第一標記點和所述第二標記點分別位于所述待加工工件上的兩個對角點；

所述控制模塊還用于根據所述第一攝像單元的初始位置和當前位置、所述第二攝像單元的初始位置和當前位置、所述第一標記點圖像數據、所述第二標記點的圖像數據以及所述待加工工件的位置信息，分析處理得到所述第一標記點和第二標記點的位置。

優選的，所述第一攝像單元用于獲取所述待加工工件的圖像數據，以使所述控制模塊根據所述待加工工件的圖像數據對所述待加工工件上的預設位置進行定位；

所述第二攝像單元用于獲取所述已加工工件的圖像數據，以使所述控制模塊還根據所述已加工工件的圖像數據對所述已加工工件進行質量檢測。

優選的，所述激光加工系統還包括與所述控制模塊連接的剔除模塊，用于剔除所述控制模塊檢測到的加工質量不合格的已加工工件。

優選的，所述激光加工系統還包括運動控制模塊，所述運動控制模塊與所述控制模塊連接，用于控制所述待加工工件上下左右運動或旋轉。

優選的，所述激光加工系統還包括顯示模塊，所述顯示模塊與所述控制模塊連接，用于對所述控制模塊的分析處理結果進行顯示。

本發明實施例另一方面還提供一種基于機器視覺的激光加工方法，其基于權上述的激光加工系統實現，所述方法包括：

獲取待加工工件的圖像數據并進行分析處理等得到所述待加工工件的位置信息，以對所述待加工工件進行定位；

獲取已加工工件的圖像數據并進行分析處理得到所述已加工工件的尺寸數據、輪廓特征或顏色數據，以對所述已加工工件的進行質量檢測；

根據所述質量檢測結果判斷所述已加工工件是否符合預設加工要求。

優選的，若檢測到不符合所述預設加工要求的已加工工件，則剔除不符合所述預設加工要求的已加工工件。

本發明實施例通過機器視覺分別獲取待加工工件的圖像數據和已加工工件的圖像數據，并將圖像數據發送給控制模塊進行分析處理，能夠在線完成對待加工工件的存在性檢測和定位，使激光振鏡模塊能夠快速的移動到指定位置進行激光加工，同時可以實現對已加工工件的質量檢測，定位精度高、速度快可以有效提高激光加工產品的加工質量和加工效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明的一個實施例提供的基于機器視覺的激光加工系統的基本結構框圖；

圖2是本發明的另一個實施例提供的基于機器視覺的激光加工系統的具體結構框圖；

圖3是本發明的另一個實施例提供的基于機器視覺的激光加工系統的具體結構框圖；

圖4是本發明的一個實施例提供的基于機器視覺的激光加工系統的機械結構示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。

本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“包括”以及它們任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含一系列步驟或單元的過程、方法或系統、產品或設備沒有限定于已列出的步驟或單元，而是可選地還包括沒有列出的步驟或單元，或可選地還包括對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。此外，術語“第一”、“第二”和“第三”等是用于區別不同工件，而非用于描述特定順序。

本發明所有如圖中的實體箭頭均表示電連接，虛線箭頭均表示光路或無線信號，實線均表示機械接觸或連接。

如圖1所示，本發明的一個實施例提供的基于機器視覺的激光加工系統100，其包括傳感器模塊10、機器視覺模塊20、照明模塊30、控制模塊40和激光振鏡模塊50。

傳感器模塊10與機器視覺模塊20連接，用于探測待加工工件200，并在探測到待加工工件200時向機器視覺模塊20發出第一觸發信號。

在具體應用中，傳感器模塊主要用于探測待加工工件是否已經存在于激光加工系統中等待被加工。

在具體應用中，傳感器模塊具體可以是光纖傳感器、接近傳感器或重量傳感器等。

機器視覺模塊20與照明模塊30連接，用于在接收到第一觸發信號時啟動，并在預設延時時間之后向照明模塊30發出第二觸發信號。

在具體應用中，機器視覺模塊包括至少一個攝像單元用于獲取待加工工件的圖像數據和已加工工件的圖像數據。

在具體應用中，預設延時時間可以根據實際需要進行設定，通過設定延時時間可以使機器視覺模塊周期性的獲取待加工工件的圖像數據，控制圖像數據獲取速度。

在具體應用中，第一觸發信號和第二觸發信號具體可以是脈沖信號。

本實施例中，通過傳感器模塊檢測待加工工件，并在檢測到待加工工件時發送第一觸發信號觸發機器視覺模塊啟動，可以大大減少人工啟動操作，并且可以使機器視覺模塊僅在檢測到待加工工件時才啟動，避免機器視覺模塊長期處于工作狀態降低了使用壽命且耗費電能。在具體應用中，機器視覺模塊每獲取一次圖像數據之后即可關閉或處于待機狀態，在接收到第一觸發信號之后再重新啟動進入工作狀態。

照明模塊30，用于在接收到第二觸發信號時發光照射待加工工件200；機器視覺模塊20還用于在照明模塊30發光的同時，獲取待加工工件200的圖像數據并獲取完成激光加工的已加工工件的圖像數據；

在具體應用中，照明模塊可以是點光源、面光源或陣列式光源，其可以從待加工工件的上方正面照射待加工工件，當待加工工件為透明或半透明工件時，照明模塊也可以從待加工工件的下方透射式的照射待加工工件。

在具體應用中，圖像數據具體可以包括圖片數據和視頻數據，視頻實際上也是按照預設幀率播放圖像得到的，因此，本實施例中將圖片數據和視頻數據統稱為圖像數據。

本實施例中，通過向照明模塊發送第二觸發信號，可以使照明模塊發光的時間和機器視覺模塊獲取圖像數據的時間保持同步，還可以使照明模塊僅在接收到第二觸發信號時才開啟，避免照明模塊長時間開啟降低使用壽命、耗費電能。

控制模塊40分別與機器視覺模塊20和激光振鏡模塊50連接，用于對所述待加工工件的圖像數據進行處理分析得到待加工工件200的位置信息，還用于對所述已加工工件的圖像數據進行處理分析得到所述已加工工件的尺寸數據、輪廓特征或顏色數據，以對所述已加工工件進行質量檢測。

在具體應用中，控制模塊具體可以是PC機，也可以通過通用集成電路，例如CPU(Central Processing Unit，中央處理器)，或通過ASIC(Application Specific Integrated Circuit，專用集成電路)來實現，其內部寫入相應的算法程序，可以對圖像數據分析、處理和識別得到待加工工件的位置信息，從而實現對待加工工件的定位。

激光振鏡模塊50，用于根據待加工工件200的位置信息對待加工工件200上的預設位置進行激光加工。

在具體應用中，預設位置具體是指待加工工件上需要進行激光加工的位置。

在具體應用中，激光振鏡模塊具體可為常用的激光振鏡系統，通常包括激光器、振鏡、擴束鏡、X-Y光學掃描頭、光學反射鏡片、激光光路系統等。本實施例中不對激光振鏡模塊的具體結構作特別限定。

控制模塊40還分別與傳感器模塊10和照明模塊30連接，用于對傳感器模塊10、機器視覺模塊20、照明模塊30和激光振鏡模塊40的工作狀態進行綜合控制。

在具體應用中，激光加工系統必然還可以包括用于在各模塊之間傳輸數據的數據線以及對應設置在各模塊上的數據接口，也可以采用無線傳輸方式傳輸數據，本實施例中不對數據傳輸方式作特別限定。

本實施例通過傳感器模塊檢測待加工工件，并在檢測到待加工工件時自動觸發機器視覺模塊啟動，以獲取待加工工件的圖像數據，然后通過控制模塊對圖像數據進行分析處理得到待加工工件的位置信息，實現對待加工工件上任意位置的精確定位，從而使激光振鏡模塊可以對待加工工件上的預設位置進行精確的定位激光加工，同時可以實現對已加工工件的質量檢測，定位精度高、速度快可以有效提高激光加工產品的加工質量和加工效率，加工精度高、速度快，提高了激光加工產品的加工質量和加工效率。

如圖2所示，在本發明的一個實施例中，機器視覺模塊20具體包括第一攝像單元21和圖像采集單元22。

圖像采集單元22分別與傳感器模塊10、照明模塊30、第一攝像單元21和控制模塊40連接，用于在接收第一觸發信號時啟動，并在預設延時時間之后分別向照明模塊30和第一攝像單元21發送第二觸發信號。

第一攝像單元21用于在接收到第二觸發信號時，對待加工工件200進行曝光以將待加工工件200反射或透射的光信號處理為電信號，第一攝像單元21的曝光時間與照明模塊30的發光時間相匹配。

在本發明的一個實施例中，激光振鏡模塊的激光輸出端與第一攝像單元的物方視場中心點的相對位置關系固定不變，控制模塊可以通過處理分析第一攝像單元獲取的圖像數據，確定第一攝像單元的物方視場中心點在待加工工件上的位置，從而確定激光振鏡模塊的激光輸出端的位置。

圖像采集單元22還用于將電信號數字化處理為圖像數據并發送給控制模塊40。

在具體應用中，第一攝像單元具體可以為常用的工業攝像機，其通常包括光學鏡頭、圖像傳感器等；圖像采集單元具體可以為圖像采集卡，用于將第一攝像單元輸出的電信號處理為圖像數據。

如圖2所示，在本實施例中，機器視覺模塊20具體還包括第二攝像單元23和機械運動單元24。

機械運動單元24分別與第一攝像單元21、第二攝像單元23和控制模塊40連接，用于驅動第一攝像單元21和第二攝像單元23運動至指定的初始位置，以標定第一攝像單元21和第二攝像單元23的初始位置。

第一攝像單元21還用于獲取待加工工件200上的第一標記點的圖像數據。

第二攝像單元23與圖像采集單元22連接，用于獲取待加工工件200上的第二標記點的圖像數據，第一標記點和第二標記點分別位于待加工工件200上的兩個對角點。

在具體應用中，第一攝像單元和第二攝像單元結構和工作原理相同。

控制模塊50還用于根據第一攝像單元21的初始位置和當前位置、第二攝像單元22的初始位置和當前位置、第一標記點圖像數據、第二標記點的圖像數據以及待加工工件200的位置信息，分析處理得到第一標記點和第二標記點的位置。

本實施例通過分析處理得到位于待加工工件上的兩個對角點的第一標記點和第二標記點的位置，可以對待加工工件進行精確對位，當待加工工件為需要貼膜的產品(例如LCD模組)時，可以對待加工工件進行精確對位貼膜，提高對位貼膜的質量。

在本發明的一個實施例中，第一攝像單元用于獲取待加工工件的圖像數據，以使控制模塊根據待加工工件的圖像數據對待加工工件上的預設位置進行定位；

第二攝像單元用于獲取已加工工件的圖像數據，以使控制模塊還根據已加工工件的圖像數據對已加工工件進行質量檢測。

在具體應用中，可通過對已加工工件進行顏色分析、輪廓特征分析、尺寸和形狀分析等來判斷已加工工件的加工質量是否合格。

本實施通過第一攝像單元獲取待加工工件的圖像數據以實現工件定位功能，通過第二攝像單元獲取已加工工件的圖像數據以實現工件檢測功能，從而可以使兩個攝像單元同時工作，完成不同的功能，提高激光加工的效率。

如圖3所示，在本實施例中，激光加工系統100還包括與控制模塊40連接的剔除模塊60、運動控制模塊70、顯示模塊80、傳送模塊90和速度調節模塊00。

剔除模塊60，用于剔除控制模塊40檢測到的質量不合格的已加工工件300。

在具體應用中，剔除模塊具體可以為便于夾持已加工工件的機械夾爪、機械臂等機械部件。

在本發明的一個實施例中，剔除模塊包括多個吸盤，用于通過吸附的方式同時吸附剔除多個不合格的已加工工件。具體的，多個吸盤可以陣列形式排列，用于對多個不合格的已加工工件進行批量剔除。

運動控制模塊70，用于控制待加工工件200上下左右運動或旋轉，實現對待加工工件任一面的激光加工。

在具體應用中，運動控制模塊可以為機械夾爪。

顯示模塊80，用于對控制模塊40的分析處理結果進行顯示。

在具體應用中，顯示模塊具體可以為僅具有顯示功能的顯示屏，也可以為觸控顯示屏，使得用戶能夠通過該觸控顯示屏輸入相應的控制指令，用于對激光加工系統的工作狀態進行控制。

傳送模塊90，用于以預設速度傳送待加工工件至激光加工系統中。

在具體應用中，傳送模塊具體可以為傳送帶、機械手臂等，預設速度可以根據實際需要進行設置，具體由激光加工系統的激光加工速度或質量檢測速度決定。

速度調節模塊00分別與控制模塊40和傳送模塊90連接，用于調節傳送模塊90的運行速度。

在具體應用中，速度調節模塊具體可以為轉速控制器。

在具體應用中，激光加工系統還可包括相應的存儲介質，具體可以為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(Read-Only Memory，ROM)或隨機存儲記憶體(Random Access Memory，RAM)等，用于存儲圖像數據、分析處理程序和分析處理結果。

如圖4所示，在本發明的一個實施例中，激光加工系統100還包括主殼體101、設置在主殼體101內的操作臺102和設置在操作臺102一側的驅動模塊103。

在具體應用中，驅動模塊具體可以為驅動電機，用于對激光加工系統的各模塊中的機械運動構件進行統一的機械運動控制。

操作臺102用于承載待加工工件200。

驅動模塊103可以控制操作臺102繞垂直于操作臺102的上表面所在平面的中軸線360°旋轉。

機器視覺模塊20和激光振鏡模塊30設置于主殼體101的內側頂部，正對操作臺102的上表面，第一攝像單元21和第二攝像單元23分設在激光振鏡模塊30的激光輸出端31的兩側且第一攝像單元21與激光輸出端31的相對位置關系固定不變。

控制模塊40設置在主殼體101的內側底端，激光振鏡模塊30的激光器32與控制模塊40并排設在主殼體101的內側底端。

顯示模塊80嵌入式設置在主殼體101上，具體位于驅動模塊103的上方。

在本發明的一個實施例中，基于圖3所示的激光加工系統的結構，控制模塊還用于以操作臺為坐標平面建立直角坐標系，并根據待加工工件的位置信息和待加工工件上的定位孔，分析處理得到待加工工件上的任意點在直角坐標系中的坐標；控制模塊還用于獲取第一攝像單元的物方視場中心點在直角坐標系中的坐標，并根據第一攝像單元的物方視場中心點的坐標、待加工工件上任意位置的坐標和相對位置關系分析處理得到激光輸出端的坐標，以控制激光輸出端對待加工工件上的預設位置進行激光加工。

在具體應用中，假設激光輸出端的坐標為(-70，-30)，物方視場中心點的坐標為(-50，-45)，由于激光輸出端和物方視場中心點之間的相對位置固定不變，則不論物方視場中心點落在直角坐標系中的任何位置，二者的坐標差始終為(-20，15)，因此，根據二者之間的坐標差和物方視場中心點的坐標即可以計算出激光輸出端的坐標。

上述實施例通過以操作臺的上表面為坐標平面建立直角坐標系，結合第一攝像單元獲取的待加工工件的圖像數據，可以分析處理得到對待加工工件上的任意點的坐標，從而可以對待加工工件進行精確定位，同時通過獲取第一攝像單元的物方視場中心點坐標，結合第一攝像單元的物方視場中心點和激光振鏡模塊的激光輸出端之間的相對位置關系，可以準確的操縱激光振鏡模塊的激光輸出端運動到任意指定位置，以控制激光輸出端對待加工工件上的預設位置進行激光加工。

本發明的一個實施例還提供一種基于機器視覺的激光加工方法，其基于上述的包括第一攝像單元和第二攝像單元的激光加工系統實現，所述激光加工方法包括：

獲取待加工工件的圖像數據并進行分析處理等得到所述待加工工件的位置信息，以對所述待加工工件進行定位；

獲取已加工工件的圖像數據并進行分析處理得到所述已加工工件的尺寸數據、輪廓特征或顏色數據，以對所述已加工工件的進行質量檢測；

根據所述質量檢測結果判斷所述已加工工件是否符合預設加工要求。

在本發明的一個實施例中，上述激光加工方法還包括：

若檢測到不符合所述預設加工要求的已加工工件，則剔除不符合所述預設加工要求的已加工工件。

本發明實施例所提供的基于機器視覺的激光加工系統及方法，可以應用于激光打標、激光焊接、激光鉆孔等多種激光加工領域，并且還可以通過獲取已加工工件的圖像數據，對已加工工件的加工質量進行分析，并剔除質量不合格的工件，結構簡單、一機多用，成本低廉，適于廣泛推廣使用。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。