激光打标生产线自动定位系统的研究

摘要

在自动化技术发展热潮中，激光设备依靠其光束能量大、加工效率高、无污染、高环保等优点，已经广泛应用于工业加工、医疗、国防等领域。激光打标设备作为激光技术和计算机技术的结晶，是激光加工领域最具有发展潜力的技术之一。它是一门综合了机电数控、光电子和计算机等技术为一体的光机电一体化加工技术。
　　工业的发展趋势对激光标刻行业提出了提高打标效率、增加标刻精度、实现设备自动化和柔性化等新的要求，因此，本文在半自动激光打标机的基础上成功开发了一套激光打标生产线自动定位系统，该系统以LabVIEW虚拟软件和NIVision插件为开发平台，以工控机为控制主题，以单片机编程控制为中心，整合工控机与激光器、步进电机、视觉传感器等可控硬件资源，采用软硬件标准化、一体化、模块化设计，构建产品检测与标记系统，实现检测、打标等工序的一体化、流程化操作。且具备完善的保护报警功能及一定的错误自处理功能，具有自动化程度高、生产效率高、使用范围广等性能优势。本课题研究主要内容如下：
　　首先，在详细分析激光打标生产线自动定位系统设计必要性和可行性的基础上，构建了激光打标生产线自动定位系统的机械结构，其中包括：激光打标机单体、生产线传动设计方案、三维工作台设计方案三部分，并利用SlidWorks建立生产线的三维虚拟样机模型和激光打标生产线装配过程爆炸图。
　　其次，测距问题能不能实现对打标生产线的自动化程度影响很大，故设计自动调焦系统：采用超声波传感器作为信号采集终端，以单片机AT89C52作为调焦控制中心，负责控制超声波传感器发射和接受超声波信号、控制温湿度传感器测取工作区域内温湿度信号和协调自动调焦系统与上位机的工作状态等任务。
　　最后，设计开发激光打标生产线定位系统的上位机软件和运动控制方案，包括：视觉传感器图像采集系统设计、上位机图像处理系统设计和步进电机运动控制方案设计等，其中上位机图像处理程序选用LabVIEW虚拟软件设计，并将图像提取特征值与LMC-2控制卡函数库动态链接，实现激光打标生产线自动定位加工效果。
　　通过实验研究表明：本系统为中小功率激光打标生产线实现自动定位功能提供了一整套可行的解决方案。结合激光打标技术和图像识别技术，通过控制步进电机系统实现了标刻生产工序从半自动化向全自动化的跳跃。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 激光打标技术简介

1.3 激光打标技术国内外发展现状及发展趋势

1.4 生产线视觉技术概述

1.5 激光打标生产线视觉定位系统研发意义

1.6 本课题主要研究内容

第二章 激光打标生产线机械结构设计

2.1 引言

2.2 激光打标生产线机械结构设计方案

2.3 激光标刻生产线整体结构建模

2.4 激光打标生产线爆炸图设计

2.5 本章小结

第三章 激光打标生产线自动调焦系统设计

3.1 引言

3.2 激光打标生产线超声波测距模块设计

3.3 激光打标生产线调焦系统显示模块设计

3.4 激光打标生产线单片机及通讯接口方案设计

3.5 激光打标生产线自动调焦控制电路设计

3.6 本章小结

第四章 激光打标生产线视觉定位系统开发

4.1 引言

4.2 视觉定位总方案概述

4.3 视觉定位系统关键方案确定

4.4 视觉定位系统图像处理常用算法

4.5 图像定位系统模型设计

4.6 视觉定位系统相机初始标定

4.7 视觉定位系统图像处理模块开发

4.8 本章小结

第五章 激光打标生产线运动控制方案设计

5.1 前言

5.2 激光打标控制卡扩展轴开发设计

5.3 激光打标控制卡XY双轴参数调试

5.4 激光打标生产线步进电机控制方案

5.5 激光打标生产线定位系统运动仿真

5.6 激光打标生产线定位系统调试实验

5.7 本章小结

第六章 结论

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

附录A控制函数部分程序

附录B激光打标生产线各部分机械结构装配图

致谢