一种高效的机器视觉辅助激光加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光加工中机器视觉辅助定位领域，具体地指一种高效的机器视觉辅 助激光加工方法。
【背景技术】
[0002] 激光加工技术是激光应用的重要方面之一，使用激光技术加工消费类电子产品的 方法得到了越来越多的推广，而目前消费类电子产品的快速增长使得这类产品具有相似的 特点：被加工零件形状不规则、尺寸小、治具安装存在间隙误差、自动化品质检测等问题，面 对这些问题，激光加工通常需要与机器视觉配合使用才能完成精密的加工过程。机器视觉 在激光加工中用于检测、定位、缺陷判断等功能并为后续的激光加工提供数据支持。摄像机 镜头主要有两种成像方法：同轴图像采集和非同轴图像采集。其中同轴的含义指的是工作 激光与摄像机镜头在同一轴线上所看及所得，视场中心一般就是激光焦点的位置。采用这 种方法的优点是激光加工与视觉采集过程是同步进行能够实时检测加工状态，另外同轴图 像采集保证激光位置与视野中心重合，具有机械定位过程中重复移动量小、耗时短等特点。
[0003] 现有技术的同轴机器视觉辅助定位装置的结构见图1，底板1上安装有多轴直线 工作台2,工作台2上安装有同轴布置的摄像头和聚焦头3,工作台的下方安装有单治具4， 通过摄像头拍摄治具上的零部件，通过控制装置精确定位聚焦头对零部件进行焊接加工。
[0004] 该装置的具体工作过程为：工件放入治具4 (开始加工），同轴成像聚焦头3移动 到工件位置，图像采集及运算处理，根据图像识别数据重新校正定位，激光加工处理，工件 离开治具4 (完成加工）。该流程中所有的工作步骤之间存在严格的相关性，必须逐一执行 不能并行或乱序执行。通常摄像机与激光聚焦头都固定在一起可以同时移动，两者之间的 位置差值恒定（可为零）。该装置的运行工序时间如表一所述：
[0005] 表一：同轴单治具工序列表
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[0007] 从实际运行的情况来看大部分单元机构在同一个时间点都处于等待状态，系统整 体的工作时间是每个分步骤的总和。机械定位首先受到系统质量与动力的限制不可能无限 制的加快、图像采集（拍照）时间受到光照强度、曝光时间的限制也无法进一步缩短、图像 处理与运算更受到处理器计算能力与传输带宽的限制，因此无法采用缩短每个加工步骤的 时间来提高效率。
[0008] 这样的结构在大批量生产加工的情况下，除了增加加工设备的数量往往得不到提 高产量的机会，为了在单个加工装置的基础上增加零部件的处理两，有人设计了另外一种 加工装置。
[0009] 如图2所示，该加工装置在图1所示的装置上增加了一套治具，通过一台摄像头 和聚焦头对两套治具上的零部件进行加工处理，该装置的具体工作流程如下：将待加工零 件分别放入左工位治具5和右工位治具6内，将同轴成像激光聚焦头3移动到左工位治具 5或右工位治具6附近、对待其中一个待加工零件进行拍照后对图像进行处理计算得到实 际位置偏差、移动同轴成像激光聚焦头3到待加工零件上使激光光斑与待加工位置完全重 合、激光加工完成后再将同轴成像激光聚焦头3移动到另一边还未加工的治具上重复之前 的工作，同时对已经完成加工的治具更换新的待加工零件并依次往复运行。通过分析可知 该方法主要通过节省零件在治具上的上下料时间来提高效率。该装置的运行情况如表2所 不。
[0010] 表二：同轴双治具工序列表
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[0012] 但该方法仍然存在大量的等待环节，特别是图像采集、处理与激光加工这两个实 际工作中最费时的环节仍然只能顺序执行。机器视觉辅助激光加工设备中成本最高的两个 部件通常也是激光器系统与图像识别系统，而该装置仍然让最关键的两个部分有50%的时 间处于闲置。
[0013] 类似的同轴机器视觉装置有很多，如专利号为"CN203804223U"的名为"激光加工 设备"的PCT国际申请实用新型专利介绍了一种激光加工的同轴机器视觉辅助装置，该结构 通过两块倾斜布置的透镜形成潜望镜结构将加工部件的具体情况反映到CCD图像采集设 备上，通过图像采集设备的处理对激光加工装置进行精确定位控制，提高了焊接加工的精 度。类似的专利还有专利号为"CN203380508U"的名为"一种带有机器视觉的激光加工设 备"的中国实用新型专利。这类技术发展的重点都是如何提高机器加工精度控制，但是在提 高机器处理效率上面并没有做出很大的改变。
[0014] 非同轴观察法的特点是激光聚焦头与摄像机镜头是独立的两个单元，可以单独按 照其各自的光学要求进行最优化设置、光学设计过程简单成本较低，其存在的问题是无法 同步观察到焊接过程。而现有技术的非同轴机器视觉辅助加工技术通常也是将摄像头和聚 焦头集成在一个运动装置上，移动的过程大多是同步运行，对零部件的处理还是需要进行 单独处理，处理的同时摄像头或者聚焦头需要等待，无形中消耗了大量的时间，主要部件的 利用效率不高导致生产效率的降低。
[0015] 综上所述，现有技术的机器视觉辅助加工技术存在难以缩短加工时间且效率低下 的问题。
【发明内容】
[0016] 本发明的目的就是要解决上述【背景技术】中提到的现有技术存在效率低下的问题， 提供一种高效的机器视觉辅助激光加工方法。
[0017] 本发明的技术方案为：一种高效的机器视觉辅助激光加工方法，其特征在于：利 用摄像头对处于多个并列排布的摄像工位中的第一个摄像工位上的零部件进行图像信息 采集分析，采集完成后摄像头移动离开第一个摄像工位，驱动第一个摄像工位上的零部件 运动到与摄像工位对应的多个并列排布的加工工位中的第一个加工工位上，激光聚焦头利 用摄像头的图像信息数据对第一个加工工位上的零部件进行激光加工处理，处理完成后取 下加工完成的零部件再在第一摄像工位上装载新的零部件，摄像头在激光聚焦头对第一个 加工工位上的零部件进行加工的同时前往第二个摄像工位对第二个摄像工位上的零部件 进行图像信息采集分析，采集完成后，处于第二摄像工位上的零部件移动到第二加工工位， 激光聚焦头移动到第二加工工位利用图像信息对处于第二加工工位上的零部件进行激光 加工处理，摄像头在激光聚焦头对第二加工工位上的零部件进行加工的同时前往第一个摄 像工位对第一个摄像工位上的新装载的零部件进行图像信息采集分析在依次两个摄像头 工位之间循环往复或者是前往下一个摄像工位对下一个摄像工位上的零部件进行图像信 息采集分析依次在多个摄像头工位之间循环往复，激光聚焦头完成对第二加工工位上的零 部件的加工后跟随摄像头前往第一个加工工位对第一个加工工位上的新装载的零部件进 行激光加工处理依次在两个加工工位之间循环或者是跟随摄像头前往下一个加工工位对 下一个加工工位上的零部件进行加工处理依次在多个加工工位之间循环，摄像头和激光聚 焦头依次交替同步运作直到所有的零部件加工完成。
[0018] 进一步的所述的摄像工位有两个，包括第一摄像工位和第二摄像工位，对应的加 工工位有两个，分别为与第一摄像工位对应的第一加工工位和与第二摄像工位对应的第二 加工工位，加工方法包括以下步骤：
[0019] 1)、将零部件放置在第一摄像工位上，摄像头位于第一摄像工位附近的等待位置， 聚焦头位于第一加工工位处于等待状态；
[0020] 2)、零部件放置完成后，摄像头移动到第一摄像工位对零部件进行图像信息采集， 此时聚焦头位于第一加工工位处于等待状态；
[0021] 3)、在摄像头采集第一摄像工位上的零部件图像信息的同时，将另一个零部件放 置在第二摄像工位上，聚焦头位于第一加工工位处于等待状态；
[0022] 4)、摄像头对第一摄像工位上的零部件的图像信息采集完成后移动到第二摄像工 位，开始对第二摄像工位上的零部件进行图像信息采集，同时驱动第一摄像工位上的零部 件至第一加工工位，聚焦头利用摄像头的采集信息对第一加工工位上的零部件进行加工处 理；
[0023] 5)、第一加工工位上的零部件经过激光加工处理后移除，同时驱动第二摄像工位 上的零部件至第二加工工位，聚焦头移动到第二加工工位对第二加工工位上的零部件进行 加工，摄像头同时运动到第一摄像工位附近的等待位置；
[0024] 6)、在第一摄像工位上放置新的零部件后，摄像头准备移动到第一摄像工位对零 部件进行图像信息采集，同时移除第二加工工位上的已经加工完成的零部件，聚焦头停留 在第二加工工位处于等待状态；
[0025] 7)、重复上述步骤，直至所有的零部件全部加工完成。
[0026] 进一步的所述的摄像头从第一摄像工位运动到第二摄像工位的运动轨迹与聚焦 头从第一加工工位运动到第二加工工位的运动轨迹不交叉。
[0027] 进一步的所述的步骤5中的处于第一加工工位上的零部件经过聚焦头的处理后 移动到第一摄像工位被移除。
[0028] -种高效机器视觉辅助激光的加工装置，包括底板，其特征在于：所述的底板上端 面设置有相对布置的第一三轴直线位移台和第二三轴直线位移台，第一三轴直线位移台和 第二三轴直线位移台下方布置有不少于两套的多套并列排布的治具；所述的