一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，是一種工件在流水線上均速行進(jìn)時(shí)，通過CCD高速相機(jī)實(shí)時(shí)采集工件的位置及時(shí)間信息，計(jì)算出工件從CCD高速相機(jī)指定檢測(cè)位置到激光加工中心所需時(shí)間及相對(duì)偏移量，再通過激光輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，同步補(bǔ)償校準(zhǔn)激光頭的姿態(tài)，當(dāng)工件行進(jìn)到達(dá)該加工位置時(shí)，觸發(fā)激光照射到工件表面，即完成均速移動(dòng)的工件的高精度表面激光加工，定位誤差小于0.1mm，無需對(duì)工件的三維位置進(jìn)行精密調(diào)整。本發(fā)明不需要任何其他傳感器或精密治具即可保證加工精度，顯著提高了流水線加工效率，降低硬件成本并能有效保證實(shí)現(xiàn)效果。
【專利說明】
一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，特別涉及一種被加工工件在不間斷的均速進(jìn)給過程中，無需對(duì)工件的三維位置進(jìn)行精密調(diào)整，即可由激光器快速的逐步完成對(duì)該工件精密加工方法，屬激光加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]激光打標(biāo)、切割或焊接加工方法具有加工精度高、加工質(zhì)量好等特點(diǎn)，現(xiàn)有激光加工方法主要應(yīng)用在靜態(tài)場(chǎng)合或間隙式動(dòng)態(tài)粗加工場(chǎng)合，其加工過程是:先采用精密工裝夾具定位工件處在靜止位置，再在該位置進(jìn)行定位激光加工，為確保激光加工精度，往往要求工件的定位誤差在0.1mm以內(nèi)。這種靜態(tài)或間隙式動(dòng)態(tài)加工方法的不足之處是效率低。為提高加工效率，則要求工件在流水線上不間斷的均速進(jìn)給過程中，無需對(duì)工件的三維位置進(jìn)行精密調(diào)整，即可由激光器快速的逐步完成對(duì)移動(dòng)工件的激光精密加工，進(jìn)一步的，也就是說通過視覺引導(dǎo)激光輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(如激光聚焦頭、振鏡、特殊鏡片及機(jī)構(gòu))實(shí)現(xiàn)激光聚集及加工路線的設(shè)定與執(zhí)行。該種技術(shù)方案目前還未見公開報(bào)道。
[0003]發(fā)明專利《一種流水線作業(yè)視覺定位方法、裝置和系統(tǒng)》(CN103473442A)所公開的定位方法是利用CCD視覺定位器定位第一工位上工件的位置，處理器根據(jù)第一工位上工件的位置信息，控制后續(xù)工位上機(jī)械手的校準(zhǔn)或工件位置的調(diào)整，再利用機(jī)械手對(duì)工件進(jìn)行加工，該方法設(shè)計(jì)的流水線及帶視覺定位加工方案受傳送帶、機(jī)械手的靈敏度和精度限制，且需要傳感器的配合，對(duì)傳感器的精度和靈敏度有較高要求;另一方面，該方法是通過預(yù)先調(diào)整工件及機(jī)械手位置，讓工件處于設(shè)定的初始位置后再進(jìn)行加工的被動(dòng)式加工方法，因調(diào)整過程耗用時(shí)間長(zhǎng)，同樣會(huì)影響到加工效率。因此，發(fā)明專利《一種流水線作業(yè)視覺定位方法、裝置和系統(tǒng)》(CN103473442A)所述公開的技術(shù)方案，同樣不能滿足流水線式運(yùn)動(dòng)工件的高精度激光精密加工要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，是一種工件在流水線上均速行進(jìn)時(shí)，通過CCD高速相機(jī)實(shí)時(shí)采集工件的位置及時(shí)間信息，計(jì)算出工件從CCD高速相機(jī)指定檢測(cè)位置到激光加工中心所需時(shí)間，當(dāng)工件到達(dá)該時(shí)間點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)激光照射到工件表面，完成移動(dòng)工件的高精度加工過程，無需對(duì)工件的三維位置進(jìn)行精密調(diào)整。CCD相機(jī)二次定位確定工件的實(shí)際偏移量，不需要任何其他傳感器或精密治具即可保證加工精度，顯著提高了流水線加工效率，降低硬件成本并能有效保證實(shí)現(xiàn)效果，無需對(duì)工件的三維位置進(jìn)行精密調(diào)整，即可由視覺引導(dǎo)激光輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將激光頭對(duì)準(zhǔn)工件進(jìn)行精密加工。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，是一種通過CCD高速相機(jī)預(yù)先采集流水線上待加工工件位置及時(shí)間信息，通過計(jì)算機(jī)分析計(jì)算，當(dāng)工件運(yùn)行至激光頭所在的加工區(qū)域時(shí)，即啟動(dòng)高精度激光加工的方法;所述CCD高速相機(jī)采用幀率至少500幀/s的全局曝光工業(yè)相機(jī);設(shè)定:
工件在流水線上均速行進(jìn)過程中，先通過粗定位線Po’，再通過精定位線Po，最后到達(dá)加工線P1，所述激光頭位于加工線丹處；
所述粗定位線Po’、精定位線Po和加工線Pl三者間的距離為設(shè)定值；
所述CCD高速相機(jī)位于粗定位線Po’和精定位線Po之間的上方;工件在精定位線Po處相對(duì)于加工線Pi的理想坐標(biāo)值為Xq、Yq、水平偏轉(zhuǎn)角為θο，時(shí)間為to ；
其特征在于:
所述CCD高速相機(jī)用于采集粗定位線Po ’和精定位線Po附近工件的圖像信息；
待加工工件在輸送帶上均速直線行進(jìn)過程中，到達(dá)粗定位線Po’之前，計(jì)算機(jī)直接處理CCD高速相機(jī)采集的實(shí)時(shí)圖片，并判定工件是否已越過粗定位線Po’；
當(dāng)工件到達(dá)粗定位線Po’之后，啟用圖像堆棧儲(chǔ)存工件的每幀圖像和對(duì)應(yīng)的時(shí)間，確保圖像的位置信息無遺漏且能夠精確讀取，計(jì)算機(jī)再計(jì)算每幀圖像的位置信息；
根據(jù)工件到達(dá)精定位線Po前的最后一幀圖像和越過精定位線Po后的第一幀圖像以及，在精定位線Po處的一幀圖像信息，得出工件在精定位線Po處相對(duì)于加工線Pi的實(shí)際坐標(biāo)值X、Y、水平偏轉(zhuǎn)角Θ，比較并實(shí)時(shí)計(jì)算出工件上的加工點(diǎn)在通過精定位線Po時(shí)的坐標(biāo)偏移量ΔΧ、Δ Y和角度偏差量Δ Θ以及，工件從精定位線Pq到加工線?工處所需的時(shí)間At;
在時(shí)間為to+At時(shí)刻，觸發(fā)激光對(duì)工件表面進(jìn)行加工，完成移動(dòng)工件的高精度加工過程。
[0006]如上所述一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，其特征在于:所述所述粗定位線Po’、精定位線Po和加工線丹三者間的距離設(shè)定值服從:工件在均速行進(jìn)過程中，從粗定位線Po’到精定位線Po的時(shí)間彡1ms，從精定位線Po到加工線Pi的時(shí)間彡20ms。
[0007]如上所述一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，其特征在于:當(dāng)工件到達(dá)加工線Pdt，機(jī)算機(jī)根據(jù)坐標(biāo)偏移量Δ X、Δ Y和角度偏差量Δ Θ，通過激光輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，同步補(bǔ)償校準(zhǔn)激光頭的姿態(tài)，再對(duì)工件進(jìn)行激光加工。
[0008]如上所述一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，其特征在于:所述激光輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:激光聚焦頭、振鏡、特殊鏡片及調(diào)姿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明有益效果是:
1、突破現(xiàn)有激光精密加工生產(chǎn)線必須在工件處于靜態(tài)時(shí)才能加工的限制，顯著提高基于流水線的生產(chǎn)加工效率，增加產(chǎn)能提升品質(zhì)。
[0010]2、實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)工件的視覺定位激光精密加工，視覺定位可實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)工件的X、Y和平面上角度偏差量的精確測(cè)量與偏差值計(jì)算。定位誤差小于0.1mm。
[0011]3、所述激光加工不限于打標(biāo)、切割和焊接，還可以運(yùn)用到有精度需求的其他精密加工領(lǐng)域。
[0012]4、使用CCD高速相機(jī)二次定位確定工件的實(shí)際偏移量，不需要任何其他傳感器或精密治具即可保證加工精度，降低硬件成本并能有效保證實(shí)現(xiàn)效果。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法原理圖； 圖2是理想狀態(tài)下，工件位于精加工線時(shí)的姿態(tài)圖；
圖3是工件出現(xiàn)偏移時(shí)的實(shí)際狀態(tài)下的姿態(tài)圖。
[0014]圖中的標(biāo)記說明:圖1中:I—CCD高速相機(jī)，2—激光頭，3—加工件，4—加工區(qū)，5—CXD高速相機(jī)視場(chǎng)，6—激光加工區(qū)域，Po ’ 一粗定位線，Po—精定位線，P1+加工線，Lo—精定位線與加工線之間距離，Θ—水平偏轉(zhuǎn)角。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、特征與功效易于理解，將結(jié)合圖示，闡述本發(fā)明本實(shí)施例的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0016]本發(fā)明的一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，是一種工件在流水線上均速行進(jìn)時(shí)，通過CCD高速相機(jī)實(shí)時(shí)采集工件的位置及時(shí)間信息，計(jì)算出工件從CCD高速相機(jī)指定檢測(cè)位置到激光加工中心所需時(shí)間，當(dāng)工件到達(dá)該時(shí)間點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)激光照射到工件表面，即完成移動(dòng)工件的高精度加工過程，無需對(duì)工件的三維位置進(jìn)行精密調(diào)整，即可由視覺引導(dǎo)激光輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將激光頭對(duì)準(zhǔn)工件，觸發(fā)激光對(duì)工件進(jìn)行精密加工。CCD相機(jī)二次定位確定工件的實(shí)際偏移量，不需要任何其他傳感器或精密治具即可保證加工精度，顯著提高了流水線加工效率，降低硬件成本并能有效保證實(shí)現(xiàn)效果。所述方法不限于激光打標(biāo)、激光切割和激光焊接，還可以運(yùn)用到有精度需求的其他精密激光加工領(lǐng)域。
[0017]參考附圖1，設(shè)定工件3在流水線上自右向左均速行進(jìn)，行進(jìn)過程中，先通過粗定位線Po’，再通過精定位線Po，最后到達(dá)加工線P1，所述激光加工中心位于加工線P1*;所述粗定位線Po’、精定位線Po和加工線丹三者間的距離為設(shè)定值，圖1中Po到間距離設(shè)定為L(zhǎng)0;所述粗定位線Po’、精定位線Po和加工線？!三者間的距離設(shè)定值服從:工件在均速行進(jìn)過程中，從粗定位線Po ’到精定位線Po的時(shí)間不小于I Oms，從精定位線Po到加工線PI的時(shí)間不小于20ms，其目的是有利于計(jì)算機(jī)有足夠的時(shí)間用于采集CCD高速相機(jī)信息并通過控制激光輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，同步補(bǔ)償校準(zhǔn)激光頭的姿態(tài)，使得激光頭調(diào)整姿態(tài)對(duì)準(zhǔn)工件3。
[0018]優(yōu)選的，當(dāng)CCD高速相機(jī)采集速度更高或計(jì)算機(jī)處理速度更快或軟件更優(yōu)化，或者是工件在輸送帶上行進(jìn)速度變慢時(shí)，所述粗定位線Po’、精定位線Po和加工線？:三者間的距離可以更短。
[0019]圖1中CCD高速相機(jī)I位于粗定位線Po’與精定位線Po之間的上方，虛線框5表示CCD高速相機(jī)I可采集圖像區(qū)域(視場(chǎng))，CCD高速相機(jī)I用于采集粗定位線Po’和精定位線Po附近工件的圖像信息。激光加工設(shè)備的激光頭2位于加工線P1正上方，虛線框6表示激光器可完成的加工區(qū)域，工件3上的標(biāo)注4表示需通過激光頭2進(jìn)行加工區(qū)域。
[0020]本發(fā)明一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，是一種通過CCD高速相機(jī)I預(yù)先采集流水線上待加工工件3位置及時(shí)間信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析計(jì)算，當(dāng)工件3運(yùn)行至加工線PHi置時(shí)，即啟動(dòng)高精度激光加工;本發(fā)明實(shí)施例中，所述CCD高速相機(jī)I采用幀率500幀/s的全局曝光工業(yè)相機(jī)。
[0021 ]參考附圖1?3，待加工工件3在輸送帶上以均速直線行進(jìn)，工件3在到達(dá)粗定位線Po’之前，計(jì)算機(jī)直接處理CCD高速相機(jī)I采集的實(shí)時(shí)圖片，并判定工件3是否已越過粗定位線Po’；當(dāng)工件3到達(dá)粗定位線Po’后，啟用圖像堆棧儲(chǔ)存工件3的每幀圖像和對(duì)應(yīng)的時(shí)間，確保圖像的位置信息無遺漏且能夠精確讀取，計(jì)算機(jī)再計(jì)算每幀圖像的位置信息；如圖2，工件3在精定位線Po處相對(duì)于加工線丹的理想坐標(biāo)值為Χο、Υο、水平偏轉(zhuǎn)角為θο，時(shí)間為to;
根據(jù)工件到達(dá)精定位線Po前的最后一幀圖像和越過精定位線Po后的第一幀圖像，以及在精定位線Po處的一幀圖像信息，得出工件3在精定位線Po處相對(duì)于加工線?工的實(shí)際坐標(biāo)值X、Y、水平偏轉(zhuǎn)角Θ，比較并實(shí)時(shí)計(jì)算出工件3上的加工點(diǎn)在通過精定位線Po時(shí)的坐標(biāo)偏移量Δ X、Δ Y和角度偏差量Δ Θ，以及工件從精定位線Po到加工線?工處所需的時(shí)間At;
在時(shí)間為to+△ t時(shí)刻，當(dāng)工件3到達(dá)加工線Pdt，機(jī)算機(jī)根據(jù)坐標(biāo)偏移量△ X、△ Y和角度偏差量A Θ，通過激光輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，同步補(bǔ)償校準(zhǔn)激光頭的姿態(tài)，使得激光頭調(diào)整姿態(tài)對(duì)準(zhǔn)工件3，觸發(fā)激光對(duì)工件3表面進(jìn)行加工，完成移動(dòng)工件3的高精度加工過程。所述激光輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:激光聚焦頭、振鏡、特殊鏡片及機(jī)構(gòu)。
[0022]本發(fā)明突破現(xiàn)有激光精密加工生產(chǎn)線必須在工件處于靜態(tài)時(shí)才能加工的限制，顯著提高基于流水線的生產(chǎn)加工效率，增加產(chǎn)能提升品質(zhì)。實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)工件的視覺定位激光精密加工，視覺定位可實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)工件的X、Y和平面上角度偏差量的精確測(cè)量與偏差值計(jì)算。定位誤差最小可小于0.1mm。所述激光加工不僅限于打標(biāo)、切割和焊接，還可以運(yùn)用到有精度需求的其他精密加工領(lǐng)域。本發(fā)明使用CCD高速相機(jī)二次定位確定工件的實(shí)際偏移量，不需要任何其他傳感器或精密治具即可保證加工精度，降低硬件成本并能有效保證實(shí)現(xiàn)效果O
[0023]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”、“上方”、“下方”、“左”、“右”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，是一種通過CCD高速相機(jī)預(yù)先采集流水線上待加工工件位置及時(shí)間信息，通過計(jì)算機(jī)分析計(jì)算，當(dāng)工件運(yùn)行至激光頭所在的加工區(qū)域時(shí)，即啟動(dòng)高精度激光加工的方法;所述CCD高速相機(jī)采用幀率至少500幀/s的全局曝光工業(yè)相機(jī);設(shè)定: 工件在流水線上均速行進(jìn)過程中，先通過粗定位線Po’，再通過精定位線Po，最后到達(dá)加工線P1，所述激光頭位于加工線丹處； 所述粗定位線Po’、精定位線Po和加工線Pl三者間的距離為設(shè)定值； 所述CCD高速相機(jī)位于粗定位線Po’和精定位線Po之間的上方;工件在精定位線Po處相對(duì)于加工線Pi的理想坐標(biāo)值為Xq、Yq、水平偏轉(zhuǎn)角為θο，時(shí)間為to ； 其特征在于: 所述CCD高速相機(jī)用于采集粗定位線Po’和精定位線Po附近工件的圖像信息； 待加工工件在輸送帶上均速直線行進(jìn)過程中，到達(dá)粗定位線Po ’之前，計(jì)算機(jī)直接處理CCD高速相機(jī)采集的實(shí)時(shí)圖片，并判定工件是否已越過粗定位線Po’； 當(dāng)工件到達(dá)粗定位線Po’之后，啟用圖像堆棧儲(chǔ)存工件的每幀圖像和對(duì)應(yīng)的時(shí)間，確保圖像的位置信息無遺漏且能夠精確讀取，計(jì)算機(jī)再計(jì)算每幀圖像的位置信息； 根據(jù)工件到達(dá)精定位線Po前的最后一幀圖像和越過精定位線Po后的第一幀圖像以及，在精定位線Po處的一幀圖像信息，得出工件在精定位線Po處相對(duì)于加工線Pi的實(shí)際坐標(biāo)值X、Y、水平偏轉(zhuǎn)角Θ，比較并實(shí)時(shí)計(jì)算出工件上的加工點(diǎn)在通過精定位線Po時(shí)的坐標(biāo)偏移量ΔΧ、Δ Y和角度偏差量Δ Θ以及，工件從精定位線Pq到加工線?工處所需的時(shí)間At; 在時(shí)間為to+At時(shí)刻，觸發(fā)激光對(duì)工件表面進(jìn)行加工，完成移動(dòng)工件的高精度加工過程。2.如權(quán)利要求1所述一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，其特征在于:所述所述粗定位線Po’、精定位線Po和加工線?!三者間的距離設(shè)定值服從:工件在均速行進(jìn)過程中，從粗定位線Po’到精定位線Po的時(shí)間^ 1ms,從精定位線Po到加工線Pi的時(shí)間^ 20ms ο3.如權(quán)利要求1所述一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，其特征在于:當(dāng)工件到達(dá)加工線Pdt，機(jī)算機(jī)根據(jù)坐標(biāo)偏移量Δ X、Δ Y和角度偏差量Δ Θ，通過激光輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，同步補(bǔ)償校準(zhǔn)激光頭的姿態(tài)，再對(duì)工件進(jìn)行激光加工。4.如權(quán)利要求1所述一種在線式動(dòng)態(tài)視覺激光精密加工方法，其特征在于:所述激光輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:激光聚焦頭、振鏡、特殊鏡片及調(diào)姿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B23K26/70GK106041296SQ201610552581
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月14日
【發(fā)明人】徐琦, 王浩
【申請(qǐng)人】武漢大音科技有限責(zé)任公司