一種基於CCD導航定位的雷射打標方法與流程
2023-12-09 16:15:01 2
本發明涉及雷射打標技術領域，特別是涉及一種基於ccd導航定位的雷射打標方法。
背景技術：
雷射打標是雷射加工最大的應用領域之一，雷射打標是利用高能量密度的雷射對工件進行局部照射，使表層材料汽化或發生顏色變化的化學反應，從而留下永久性標記的一種方法。雷射打標可以打出各種文字、符號和圖案等，對產品的防偽和產品的追溯有特殊的意義。
隨著國內工業2020、國外工業4.0以及物聯網的快速發展，工廠對產品的追溯和管理日益重視，如原料的採購、產品過程和工藝、產品批次、生產廠家、生產日期、產品去向等信息，這些都可以通過生成二維碼，通過雷射打標雕刻在產品表面得以解決。同時隨著產品加工的精細化，對產品打標的位置精準度提出了更高的要求。因此ccd定位打標得到了日益廣泛的應用。一般的ccd定位打標需要以產品cad圖為基準，但在現實生產中客戶往往沒有產品的cad圖，比如pcb板行業，這會大大限制雷射打標的應用範圍。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種基於ccd導航定位的雷射打標方法，實現在沒有cad圖的前提下進行打標作業，拓展了現有的雷射打標機的應用範圍。
為解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種基於ccd導航定位的雷射打標方法，包括：
步驟1，對ccd相機與載物平臺進行校正，使得所述ccd相機的像素坐標與所述載物平臺的坐標系關聯；
步驟2，對所述ccd相機與振鏡進行校正，使得所述ccd相機的位置與所述振鏡的位置相關聯；
步驟3，進行打標樣品定位點與打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息圖。
其中，所述步驟1，包括：
將標定圖像放在所述ccd相機視野中；
以所述標定圖像為模板，捕捉所述標定圖像中心點；
將所述標定圖像移到所述ccd相機視野的右下方並對標定圖像進行中心捕捉；
按照預設的載物平臺運動距離，移動所述載物平臺，並對所述標定物進行中心捕捉；
對所述ccd相機的像素坐標系與所述載物平臺的坐標系進行轉換，實現坐標系統一。
其中，所述標定圖像為點標記圖像或正方形標記圖像。
其中，所述步驟2，包括：
將校正紙放在所述載物平臺上；
所述振鏡在打標範圍的中心點處通過雷射在所述校正紙上打一個十字叉a點，然後在所述點a的左側按預設距離打十字叉點b和右側按預設距離打十字叉c點；
將所述a點移動到所述ccd相機視野中，對所述a點做模板；
分別通過所述ccd相機捕捉所述a點、所述b點和所述c點的中心；
將所述相機位置與所述振鏡位置進行關聯。
其中，所述進行打標樣品定位點與打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息圖，為手動導航進行所述打標樣品定位點與所述打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息圖，或拼圖導航圖進行所述打標樣品定位點與所述打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息圖。
其中，所述手動導航進行所述打標樣品定位點與所述打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息圖，包括：
確定定位點位置，移動所述載物平臺使所述ccd相機中心與所述打標樣品定位點的m1點中心重合點擊確認，移動平臺使所述ccd相機中心與所述打標樣品定位點的m2點中心重合點擊確認，移動平臺使相機中心與所述打標樣品定位點的m3中心重合點擊確認；
確定打標位置，移動所述載物平臺使所述ccd相機中心與所述打標位置點的p1點中心重合併點擊確認，移動所述載物平臺使所述ccd相機中心與所述打標位置點的p2點中心重合併點擊確認；
生成所述打標樣品的定位打標信息圖；
進行所述樣品定位點與所述載物平臺坐標的關聯。
其中，所述m1點、所述m2點、所述m3點位於所構成等腰直角三角形的頂點。
其中，所述拼圖導航圖進行所述打標樣品定位點與所述打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息圖，包括：
測量所述ccd相機視野範圍；
移動所述載物平臺，使所述打標樣品左上角位於相機視野中；
設置所述打標樣品尺寸；
設置所述載物平臺在所述ccd相機每次拍照後在x方向與y方向的移動距離；
點擊所述ccd相機拍照生成的圖片並進行拼圖；
在所述拼圖上選擇定位點並進行命名，在所述拼圖上選擇打標區域，並進行命名；
生成所述打標樣品的定位打標信息圖；
進行所述樣品定位點與所述載物平臺坐標的關聯。
其中，相鄰所述圖片的重疊寬度為1mm～2mm。
其中，所述ccd相機每次拍照後在x方向或y方向的移動距離相等。
本發明實施例所提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法，與現有技術相比，具有以下優點：
本發明實施例提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法，包括：
步驟1，對ccd相機與載物平臺進行校正，使得所述ccd相機的像素坐標與所述載物平臺的坐標系關聯；
步驟2，對所述ccd相機與振鏡進行校正，使得所述ccd相機的位置與所述振鏡的位置相關聯；
步驟3，進行打標樣品定位點與打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息圖。
所述基於ccd導航定位的雷射打標方法，通過ccd相機與載物平臺、振鏡分別進行校正，實現ccd相機的像素坐標與載物平臺的坐標系關聯、振鏡的位置相關聯，然後進行打標樣品定位點與打標位置點的導航，生成打標樣品的定位打標信息圖，這樣的定位打標信息圖由於類似樣品的定位打標信息cad圖，實現在沒有樣品cad圖的定位打標信息情況下的精準定位打標，提高了現有的雷射打標機臺的使用範圍，同時由於無需進行對現有的雷射打標機臺的硬體改造，使用成本較低。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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，對於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為本發明實施例提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法的一種具體實施方式的步驟流程示意圖；
圖2為本發明實施例提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法中的打標機臺機械結構示意圖；
圖3為本發明實施例提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法中ccd相機與載物平臺校正的示意圖；
圖4為本發明實施例提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法中一種獲取定位打標信息圖的導航示意圖；
圖5為本發明實施例提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法中另一種獲取定位打標信息圖的導航示意圖。
具體實施方式
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、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，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，都屬於本發明保護的範圍。
請參考圖1～圖5，圖1為本發明實施例提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法的一種具體實施方式的步驟流程示意圖；圖2為本發明實施例提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法中的打標機臺機械結構示意圖；圖3為本發明實施例提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法中ccd相機與載物平臺校正的示意圖；圖4為本發明實施例提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法中一種獲取定位打標信息圖的導航示意圖；圖5為本發明實施例提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法中另一種獲取定位打標信息圖的導航示意圖。
在一種具體實施方式中，所述基於ccd導航定位的雷射打標方法，包括：
步驟1，對ccd相機與載物平臺進行校正，使得所述ccd相機的像素坐標與所述載物平臺的坐標系關聯；便於後期進行定位導航。
步驟2，對所述ccd相機與振鏡進行校正，使得所述ccd相機的位置與所述振鏡的位置相關聯；
步驟3，進行打標樣品定位點與打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息圖，通過上述的兩種校正實現了三者之間位置的確定以及坐標的統一換算，而通過步驟3，進行打標樣品定位點與打標位置點的導航，在振鏡以及ccd相機中確定了打標點的位置，生成所述打標樣品的定位打標信息圖，這種定位打標信息圖類似於現有的樣品的定位打標信息cad圖，通過該定位打標信息圖可以實現振鏡精確定位打標。
通過ccd相機與載物平臺、振鏡分別進行校正，實現ccd相機的像素坐標與載物平臺的坐標系關聯、振鏡的位置相關聯，然後進行打標樣品定位點與打標位置點的導航，生成打標樣品的定位打標信息圖，這樣的定位打標信息圖由於類似樣品的定位打標信息cad圖，實現在沒有樣品cad圖的定位打標信息情況下的精準定位打標，提高了現有的雷射打標機臺的使用範圍。同時，由於無需進行對現有的雷射打標機臺的硬體改造，使用成本較低。
圖2為本發明中所用打標機臺機械結構圖，其中1為x軸、2為y軸、3為z軸、4為大理石平臺、5為載物平臺、6為振鏡頭、7為相機。在打標過程中將打標樣品放在載物平臺上，z軸用於雷射焦點調節，相機用於定位，振鏡頭用於雷射打標，x軸與y軸帶動載物平臺進行運動。
對於ccd相機與載物平臺之間的坐標系關聯的方法，在一種實施例中，所述步驟1，包括：
將標定圖像放在所述ccd相機視野中；
以所述標定圖像為模板，捕捉所述標定圖像中心點；
將所述標定圖像移到所述ccd相機視野的右下方並對標定圖像進行中心捕捉；
按照預設的載物平臺運動距離，移動所述載物平臺，並對所述標定物進行中心捕捉；
對所述ccd相機的像素坐標系與所述載物平臺的坐標系進行轉換，實現坐標系統一。
相機與載物平臺的校正原理如下：
以ccd相機的像素為500萬像素為例，如圖3所示，500萬相機解析度為2448*2048，表示每行的像元數量是2448，像元的行數是2048。設a點的像素坐標為為a(xa,ya)，b點的像素坐標為b(xb,yb)，c點的像素坐標為c(xc,yc)。a點所對應的機臺坐標為a(x'a,y′a)，b點所對應的機臺坐標為b(x'b,y′b)，c點所對應的機臺坐標為c(x'c,y′c)。通過兩個坐標系中三個點的坐標對應即可求出兩個坐標系的一一對應關係，實現兩個坐標系的統一。
本發明對於標定圖像不做具體限定，目的是在ccd相機的圖片以及機臺中，通過測定在二者各自系統中的實際的距離差值，實現坐標的換算，本發明對於其形狀以及數量不做具體限定，一般所述標定圖像為點標記圖像或正方形標記圖像。
而對於ccd相機與振鏡的方法，本發明不作限定，在一實施例中，所述步驟2，包括：
將校正紙放在所述載物平臺上；由於校正紙的厚度對整個雷射打標的影響可以忽略不計，使用校正紙模擬雷射打標的過程，實現振鏡與ccd相機位置的關聯。如果打標對象具有一定的厚度，會自動對振鏡、ccd相機的高度進行校正，補償該厚度帶來的誤差。
所述振鏡在打標範圍的中心點處通過雷射在所述校正紙上打一個十字叉a點，然後在所述點a的左側按預設距離打十字叉點b和右側按預設距離打十字叉c點；
將所述a點移動到所述ccd相機視野中，對所述a點做模板；
分別通過所述ccd相機捕捉所述a點、所述b點和所述c點的中心；
將所述相機位置與所述振鏡位置進行關聯。
本發明中，ccd相機與振鏡校正的原理，在一個實施例中，振鏡打標a點時所對應的工具機坐標為a(xa,ya)，相機捕捉a點中心是所對應的工具機坐標為a(x'a,y'a)，通過此兩個坐標即可求出振鏡與相機之間的位置相對關係(說明：此處a(x'a,y'a)為相機中心與a點中心重合時的坐標)。通過捕捉b點中心與c點中心可以得出振鏡坐標系與工具機坐標系之間的角度(理想情況下振鏡坐標系與工具機坐標系之間的角度為零，但因為機械裝配與機加件的原因導致振鏡坐標系與工具機坐標系之間的角度不為零)。
在實際雷射打標的過程中，打標樣品定位點與打標位置點的導航，是指打標樣品在ccd相機圖像中進行顯示，類似於地圖的全貌，然後確定定位點與打標位置點，即獲得了打標的信息圖，而根據打標樣品的定位打標信息複雜程度，本發明中，所述進行打標樣品定位點與打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息圖，一般為手動導航進行所述打標樣品定位點與所述打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息，或拼圖導航圖進行所述打標樣品定位點與所述打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息。
即手動導航一般應用於所打樣品較為簡單的情況，拼圖導航應用於所打樣品較為複雜的情況。
對於手動導航，一般用於打標樣品的打標點較少的情況，在一個實施例中，如圖4所示，所述手動導航進行所述打標樣品定位點與所述打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息圖，包括：
確定定位點位置，移動所述載物平臺使所述ccd相機中心與所述打標樣品定位點的m1點中心重合點擊確認，移動平臺使所述ccd相機中心與所述打標樣品定位點的m2點中心重合點擊確認，移動平臺使相機中心與所述打標樣品定位點的m3中心重合點擊確認；
確定打標位置，移動所述載物平臺使所述ccd相機中心與所述打標定位點的p1點中心重合併點擊確認，移動所述載物平臺使所述ccd相機中心與所述打標定位點的p2點中心重合併點擊確認；
生成所述打標樣品的定位打標信息圖；
進行所述樣品定位點與所述載物平臺坐標的關聯。
通過ccd相機的中心與m1點、m2點和m3點的中心重合確認，確定了打標樣品的定位點，再通過與打標位置點p1、p2重合確認，然後再生成定位打標信息圖，利用該定位打標信息圖進行打標作業。本發明中的打標的定位點的確認，用於確定後續樣品的放置位置和方向，以此為基準，推斷出需要打標的位置點的坐標，實現打標樣品的定位打標信息圖的生成。
需要指出的是，本發明中對於m1點、m2點和m3點的選定方法不做限定，只要是能夠對打標樣品進行定位即可。
在一實施例中，所述m1點、所述m2點、所述m3點位於所構成等腰直角三角形的頂點，即以m2點為直角三角形的頂點，m1m2和m2m3為兩條直角邊。
通過以上步驟後同一型號產品只要保證其產品重複性即可實現雷射精準打標，即同一產品只要進行一次手動導航。
而對於拼圖導航，就是使用多次拍照獲得多幅圖像實現，適用於打標點較多的打標樣品，這時如果使用手動導航的方式，會非常複雜，打標效率定位打標信息獲得的情況，所述拼圖導航圖進行所述打標樣品定位點與所述打標位置點的導航，生成所述打標樣品的定位打標信息圖，包括：
測量所述ccd相機視野範圍；
移動所述載物平臺，使所述打標樣品左上角位於相機視野中；
設置所述打標樣品尺寸；
設置所述載物平臺在所述ccd相機每次拍照後在x方向與y方向的移動距離；
點擊所述ccd相機拍照生成的圖片並進行拼圖；
在所述拼圖上選擇定位點並進行命名，在所述拼圖上選擇打標區域，並進行命名；
生成所述打標樣品的定位打標信息圖；
進行所述樣品定位點與所述載物平臺坐標的關聯。
在一個具體實施例中，拼圖導航包括：
第一步：測量ccd相機視野範圍，ccd相機視野範圍為25mm*20mm(同一機臺在相機、相機鏡頭、接圈等硬體不變的情況下相機視野範圍保持不變)；
第二步：移動載物平臺，使打標樣品左上角位於相機視野中，如圖5中p1所示；
第三步：設置打標樣品尺寸，圖5中打標樣品尺寸為110mm*50mm；
第四步：設置平臺每次拍照後x方向與y方向移動距離，圖5中x方向移動距離為23mm，y方向移動距離為18mm；
第五步：點擊開始拼圖，圖5中機臺將進行15次拍照，分別為p1～p15，圖5中斜線部分為拼圖重疊區，拼圖時因儘量減小拼圖重疊區的面積；
第六步：在所生成的拼圖上選擇mark點，分別命名為m1、m2、m3；
第七步：在所生成的拼圖上選擇打標區域，分別命名為p1、p2、…、pn；
第八步：通過以上步驟即完成了打標樣品定位點與打標位置點的導航，即生成了樣品的定位打標信息圖，類似於現有的樣品的定位打標cad圖；
第九步：樣品定位點與平臺坐標的關聯，即設置定位點拍照位置。
在本發明中，為了保證在拍照過程中，不會有遺漏的地區沒有被拍到，相鄰的圖片必須進行重疊，這種重疊是指與周圍所有緊鄰的圖片發生重疊。另一方面，如果重疊區域過大，會造成浪費，因此在拼圖時也會儘量減小圖片的重疊區域的面積，同時由於雷射打標機的移動精確度非常高，一般相鄰所述圖片的重疊寬度為1mm～2mm。
需要指出的是，本發明對於相鄰圖片的重疊寬度不做具體限定。
由於打標位置的數量較少時，使用手動導航即可完成，而打標位置的數量很多時，使用拼圖導航會提高效率，拼圖導航中使用的圖片可以是幾十甚至是幾百張圖片，為了減少參數的設定，簡化打標的工藝步驟，提高打標效率，所述ccd相機每次拍照後在x方向或y方向的移動距離相等，這裡的移動距離相等是指在x方向或y方向的單一方向的移動距離相等，因為，每次在ccd相機每次拍照後，一般只在x方向或y方向發生移動。
需要指出的是，在本發明中，可以是進行行拍照，即完成一行的拍照後，即在x方向移動到終點後，再進行一次y方向的移動，然後進行另一行的x方向移動，也可以是進行列，即每次拍照時，有限進行y方向的拍照，從樣品的y方向的一端到另一端，然後進行x方向的移動，進行另一列的拍照，本發明對於ccd相機的拍照方式不做具體限定，對ccd相機的成像尺寸以及中的圖片的數量不做具體限定。
通過以上步驟後同一型號產品只要保證其產品重複性即可實現雷射精準打標，即同一產品只要進行一次拼圖導航。
本發明中拼圖導航的原理：通過先前的相機與平臺的校正，相機視野中任何像素坐標點均能關聯與之對應的平臺坐標。如圖5所示，中p1拍照時的平臺坐標為(xp1,yp1)，設此平臺坐標值對應p1中像素坐標的原點(0,0)，則p1中的像素坐標均以平臺坐標(xp1,yp1)為基準與之對應。以此類推，p1至p15中的像素點均可以通過平臺坐標與之關聯。因此拼圖後通過選擇mark點和打標位置可以生成類似於樣品定位打標信息的cad圖從而實現精準定位打標。
需要指出的是，本發明對於ccd相機以及拍照限度不做具體限定，可以根據不同的打標精度選擇不同精度的ccd相機。
綜上所述，本發明實施例提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法，通過ccd相機與載物平臺、振鏡分別進行校正，實現ccd相機的像素坐標與載物平臺的坐標系關聯、振鏡的位置相關聯，然後進行打標樣品定位點與打標位置點的導航，生成打標樣品的定位打標信息圖，這樣的定位打標信息圖由於類似現有的樣品的定位打標信息cad圖，實現了在沒有樣品cad圖的定位打標信息情況下的精準定位打標，提高了現有的雷射打標機臺的使用範圍，同時由於無需進行對現有的雷射打標機臺的硬體改造，使用成本較低。
以上對本發明所提供的基於ccd導航定位的雷射打標方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。