CN104439695B - 一种激光加工系统的视觉检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于激光加工技术领域，尤其涉及一种激光加工系统的视觉检测装置，所述装置包括：图像采集系统，用于采集激光加工平面上的激光加工物体的图像；照明光源，用于对激光加工平面上的激光加工物体增强亮度；反射镜，用于对照明光源发出的照明光进行反射，使激光加工平面上的激光加工物体成像至图像采集系统。本发明通过在激光加工系统聚焦镜与加工平面中间设置一反射镜，通过反射镜将激光加工物体的图像反射至图像采集系统，同时通过在图像采集装置前设置一同轴光源和环形光源对激光加工物体进行亮度增强，实现对激光加工物体的实时视觉检测。

Description

一种激光加工系统的视觉检测装置

技术领域

本发明属于激光作业检测技术领域，尤其涉及一种激光加工系统的视觉检测装置。

背景技术

现在电子产品很多都需要通过激光进行标记，随着使用激光进行标记的需求越来越大，用户对激光打标机的需求越来越大，同时对激光打标机的要求也越来越高，在生产中如果采用含有激光视觉系统的激光打标机进行作业，由于有激光视觉系统的激光打标机可以实现自动定位、自动调焦以及自动检测从而得到更多的用户认同，现有的激光视觉系统的激光打标机的视觉检测装置主要有两种方式：采用同轴的视觉检测装置，打标方头和成像系统的光路相同，这种方式可以实时监控打标质量，激光扫描头和相机可以同时进行打标和拍照，可以实现一边打标一边观察，但是同轴的视觉检测装置检测精度不够，无法满足大视场清晰成像的问题，另外一种方式为采用旁轴的视觉检测装置，相机与打标方头成一定的角度。这种方式设计简单，不需要改变现有的打标方头结构，但是，激光扫描头打标之后，需要将打标后的工件移至相机位置进行拍照，不能实时检测，而且需要预先标定相对位置。基于激光打标领域对成本的要求，以及对打标精度和生产效率的要求，激光打标机在灵活性和全自动性面临着挑战。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种激光加工系统的视觉检测装置，通过在激光加工系统聚焦镜与激光加工平面中间设置一反射镜，通过反射镜将激光加工物体的图像反射至图像采集系统，同时通过在图像采集装置前设置一同轴光源和在反射镜下面设置的环形光源对激光加工物体进行亮度增强，实现对激光加工物体的实时视觉检测。

本发明实施例是这样实现的，一种激光加工系统的视觉检测装置，所述装置包括：

图像采集系统，用于采集激光加工平面上的激光加工物体的图像；

照明光源，用于对激光加工平面上的激光加工物体增强亮度；

反射镜，用于对照明光源发出的照明光进行反射，使激光加工平面上的激光加工物体成像至图像采集系统。

进一步的，所述反射镜与激光加工平面成45°夹角。

进一步的，所述照明光源包括：

同轴光源和/或环形光源，其中同轴光源置于图像采集系统前，环形光源置于反射镜下。

进一步的，所述反射镜对激光全透射。

进一步的，所述反射镜对照明光全反射。

进一步的，所述环形光源包括多个条形光，通过多个条形光构成环形光源对激光加工平面上的激光加工物体增强亮度。

进一步的，所述条形光内设置有转轴，通过旋转转轴能够调节每个条形光照射激光加工物体的角度。

进一步的，所述条形光内设置有滑块，通过滑动滑块能够改变条形光距离环形光源中心的距离。

本发明实施例通过一种激光加工系统的视觉检测装置，通过在激光加工系统中增加一反射镜，反射镜对激光全透射对所选同轴光和环形光全反射，同时在激光加工平面经过反射镜全反射的平面上设置一同轴光源和图像采集系统，图像采集系统采集激光加工平面上的激光加工物体图像，同轴光源对激光加工物体进行亮度增强。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种激光加工系统的视觉检测装置示意图；

图2是本发明第一实施例提供的环形光源的俯视图；

图3是本发明第一实施例提供的环形光源的仰视图；

图4是本发明第二实施例提供的一种激光加工系统的视觉检测装置的原理图；

图5是本发明第二实施例提供的采集到的加工点的图片；

图6是本发明第二实施例提供的经过图像处理后的加工点的图片；

图7是本发明第二实施例提供的加工点的检测结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的一种激光加工系统的视觉检测装置示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

激光加工系统包括激光器、激光头、聚焦镜以及激光加工平面。通过在激光加工系统中增加一反射镜、图像采集系统、照明光源，其中照明光源具体包括：同轴光源，环形光源，其中图像采集系统具体包括：镜头和相机；通过镜头和相机采集清晰的图像信息，构成图像采集系统。在具体的实施中，激光头用于发射激光，聚焦镜用于将激光束聚焦对激光加工平面上的激光加工物体进行激光加工，具体的加工可以包括打标切割。图像采集系统，用于采集激光加工平面上的激光加工物体的图像，实时检测进行激光加工时的加工效果，其中在对激光加工物体进行加工时，通过同轴光源和/或环形光源对激光加工平面上的激光加工物体增强亮度，其中同轴光源置于图像采集系统前，环形光源具体设置于反射镜下面，环形光源的俯视图如图2所示，环形光源的每个条形光内设置有一个滑块，通过滑动滑块可以改变条形光相对于环形光源中心的距离。当通过滑动滑块使条形光向环形光源外测移动时，环形光源的宽度增加，此时可以增大整个环形光源的照射面积，当通过滑动滑块使条形光向环形光源内测移动时，环形光源的宽带减小，此时可以减小整个环形光源的照射面积。其中条形光的宽度可以根据具体的使用环境设置。在通过滑块滑动条形光时可以部分遮挡住条形光的宽带。环形光源的仰视图如图3所示，环形光源由多个条形光源组成本发明实施例中采用四个条形光，其中四个条形光可以根据激光加工物体的具体情况调整四个条形光照射激光加工物体的角度，如图3所示，条形光还可以通过向内向外平移以改变条形光的宽度使得增大减小条形光照射的面积。同轴光源与图像采集系统同轴，同轴光源置于图像采集系统前，同轴光源发送的光通过反射镜垂直照射在激光加工平面上，对激光加工平面上的激光加工物体进行亮度增强，同时激光加工物体对光源发送的光进行反射，反射后的光通过反射镜返回至同轴光源，透过同轴光源后在图像采集系统成像。通过设置两个光源对激光加工物体进行亮度增强，同时将图像采集系统同轴置于同轴光之后，便于对激光加工物体进行图像采集，以使得在通过激光加工时，对激光加工物体进行视觉检测，其中反射镜与激光加工平面之间的夹角优选的采用45°的夹角，当然这里只需保证同轴光照射的光线经过反射镜可以照射在激光加工平面上，激光加工平面上的激光加工物体反射的光经过反射镜反射以后可以照射到与同轴光同轴的图像采集系统，同时保证反射镜对激光全投射对照明光源全反射。反射镜与激光加工平面之间的夹角可以根据具体采用的反射镜材质以及反射镜的镀膜情况进行设置。

本发明实施例通过上述方式，一种激光加工系统的视觉检测装置，通过在激光加工系统的聚焦镜与激光加工平面中间增设一反射镜，反射镜可以全透射激光，但是全反射照明光源即同轴光和环形光发射的用于增强激光加工物体亮度的光，其中图像采集系统置于同轴光后，通过增强的亮度以及反射镜的镜面全反射，图像采集系统可以获取得到一个大视场的激光加工物体的图像，同时通过反射镜的镜面全反射可以获得一个成像效果很好的图像，并且可以实时检测激光加工的加工效果，便于进行控制，实现了对激光加工物体的实时监控和检测，同时配合使用自动化的系统，可以实现整个系统的自动化加工，并且可以达到高精度和高准确度。

实施例二：

图4示出了本发明第二实施例提供的一种激光加工系统的视觉检测装置的原理图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

在具体的实施过程中，首先测试激光加工物体是否可以在图像采集系统上清晰成像，保证同轴光源和环形光源在激光加工平面上的光照均匀。其中环形光源可以通过旋转环形光源内每个条形光的转轴改变每个条形光的打光的角度，进而改变整个环形光的照射角度，并且每个环形光之间的条形光宽度可以通过滑动滑块向内向外移动改变整个环形光源的宽度，通过改变整个环形光源的宽度可以增大或减小整个环形光照射的面积。激光经过加工头的X、Y反射镜后通过聚焦镜处理以后激光被聚焦，对激光加工物体进行加工。其中反射镜对激光是全部透射的，对同轴光源发射的同轴光和环形光源发射的环形光是全反射的。当激光加工物体的表面是很粗糙的时候，优选的采用环形光照明，当激光加工物体的表面很光滑且对光线的反射率很高时，优选的采用同轴光照明，当光线较差时还可以同时使用环形光与同轴光同时照明。同轴光或环形光照在激光加工物体上，经反射镜反射最后在图像采集系统上采集到激光加工物体的图像，通过反射镜镜面反射可以采集到清晰的图像。对图像采集系统获取到的图像进行图像处理，将检测结果在显示器上显示出来。由于采用了环形光和同轴光对激光加工物体照明，增强激光加工物体的亮度，可以得到高清晰度的成像效果，通过图像采集系统采集到清晰和大视场的加工图像以后，再通过图像处理将分析实现对激光加工物体的加工效果的视觉检测。

其中对激光加工物体进行图像处理的过程如下，在获取得到了真实的加工结果以后，将图像显示在系统中，并将显示的图像同预设的图像进行对比，同时比对加工的位置是否为预先设置的加工位置，先进行位置判断，对位置判断的方式可以采用在加工过程前，系统采集加工元件的图像对加工元件的位置进行确定，即通过图像标记的方式确定位置坐标，在经过加工处理完以后，就可以找到正确的加工的位置。

当完成一次加工后，对加工的结果进行三维测量，通过对采集到的图像进行处理对物体进行三维测量，即标记物体的各个位置点的坐标以及各个点的三维高度。通过加工自动调焦，利用三维测量后的物体的各个点的高度实现加工的自动调焦。完成自动化的加工。其中自动调焦的实现过程为：移动图像采集系统拍摄一系列图像，得到标记物的序列图像，利用图像处理的方式提取序列图像中各个图像包含的信息，获得标记物体的三维信息，利用三维信息中的高度信息，进行焦距的自动调整。以加工点为例，对加工效果进行实时监控和检测。图5是采集到的加工点的图片，图6是经过图像处理后的加工点的图片，图7是加工点的检测结果。通过激光加工系统的视觉检测装置对激光加工物体进行视觉检测，可以实现加工机根据用户的要求可以对激光加工物体进行不同的功能的图像处理过程。

本发明实施例通过上述方式，一种激光加工系统的视觉检测装置，通过在激光加工系统中加工方头与达标平面中间增设一反射镜，通过加工控制系统对物体进行加工，通过图像采集系统对加工效果进行实时监控和检测，将采集到的图像通过图像处理软件进行图像处理，实现对加工效果的实时监控和检测。整个系统实现了加工的自动化，并且提高了加工的精度和加工的准确度。

为了使本发明的目的、技术方案更清楚明白，以上结合附图和实施例，对本发明进行了详细的说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应该视为本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种激光加工系统的视觉检测装置，其特征在于，所述装置包括：

图像采集系统，用于采集激光加工平面上的激光加工物体的图像；

照明光源，用于对激光加工平面上的激光加工物体增强亮度；

反射镜，用于全透射激光，并对照明光源发出的照明光进行反射，使激光加工平面上的激光加工物体成像至图像采集系统；

其中，所述反射镜设置在所述激光加工系统的聚焦镜与激光加工平面中间；

所述照明光源包括：

同轴光源和环形光源，其中同轴光源置于图像采集系统前，环形光源置于反射镜下；

环形光源包括多个条形光，通过多个条形光构成环形光源对激光加工平面上的激光加工物体增强亮度；

所述条形光内设置有转轴，通过旋转转轴能够调节每个条形光照射激光加工物体的角度；

所述条形光内设置有滑块，通过滑动滑块能够改变条形光距离环形光源中心的距离；

当滑动所述滑块使所述条形光向所述环形光源外侧移动时，所述环形光源的宽度增加，进而增大所述环形光源的照射面积，当滑动所述滑块使所述条形光向所述环形光源内侧移动时，所述环形光源的宽带减小，进而减小所述环形光源的照射面积；通过滑块滑动条形光实现部分遮挡住条形光的宽带。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反射镜与激光加工平面成45°夹角。