[發明專利]基于結構光的激光切割頭防撞預警系統及方法

在審

• 申請號: 201811478426.2
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109702321A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 上海礪晟光電技術有限公司
• 主分類號: B23K26/03
• 分類號: B23K26/03;B23K26/70
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種激光切割頭防撞預警系統，由4個結構光探頭和一個控制器組成，其中：

所述的結構光探頭共有4個，分別布置于激光切割頭四周前后左右四個方位，與激光切割頭一同移動；每個結構光探頭均可以獨立向下投射圖案，在被切割工件表面形成一個探測區域，并對該區域內的凸起障礙物進行探測；4個結構光探頭的探測區域互相銜接，在激光切割點周圍形成一個封閉的探測區域；

所述的控制器位于激光切割系統主控制器旁，通過電纜分別與4個結構光探頭相連，為結構光探頭供電，并獲取每個結構光探頭的數據，通過處理判斷探測區域內是否存在凸起障礙物，并進行預警。

2.根據權利要求1所述的激光切割頭防撞預警系統，其特征還在于，所述的結構光探頭由圖案投影器、鏡頭、相機、濾光片、外殼、插座組成，其中：

所述的圖案投影器光軸為豎直方向，向下進行投影特殊的圖案，進而在被切割工件表面形成的一定大小和形狀的探測區域；

所述的鏡頭為工業鏡頭，直接安裝于相機之上，與圖案投影器存在一定距離，并且形成一定角度，以保證能夠獲取整個探測區域的圖像；

所述的外殼為輕質硬性材料制成的密閉殼體，保證良好的防水、防塵、防撞性能；

所述的濾光片置于外殼的下部，形成透光的測量窗，其中心頻率與圖案投影器光源的中心波長一致；

所述的插座置于外殼的頂部，用于連接電纜，并通過電纜與控制器相連。

3.根據權利要求1所述的激光切割頭防撞預警系統，其特征還在于，所述的圖案投影器由激光器、聚焦鏡、圖案板、放大鏡組成，其中：

所述的激光器為藍紫光激光器，可以產生藍紫色激光，可以有效避免激光切割過程產生的電弧光對防撞系統的影響；

所述的聚焦鏡為雙凸聚焦鏡，保證最大限度地匯聚激光器的所有光線，并保證產生最高亮度的投影圖案；

所述的圖案板由平面光學玻璃制作，以保證圖案的清晰度；

所述的放大鏡為超廣角鏡頭，以便獲得更大的投影探測范圍，覆蓋整個探測區域范圍，沒有死角。

4.根據權利要求1所述的激光切割頭防撞預警系統，其特征還在于，所述的圖案板的圖案為規則的直線型條紋或者網格，條紋可為等間隔的均勻條紋或者網格，也可為不等間隔的條紋或者網格；圖案線條的最小間隔應該保證在探測區域內的光柵間距不超過最小凸起障礙物尺寸的1/2為宜。

5.一種采用上述激光切割頭防撞預警系統的處理方法，其特征在于，應用權利要求1-4中任一項所述的激光切割頭防撞預警系統，所述方法包括：

（1）在切割開始之前，先將激光切割頭置于被切割工件的一個完整的無切割平面處，打開控制器的電源，每個結構光探頭中的圖案投影器向該表面投影一幅光柵圖案，每個結構光探頭中的相機分別拍攝探測區域的圖像，此時圖像中的光柵條紋應是連續的、完整的，此圖像定義為背景幀，該背景幀圖像直接送入控制器中；

（2）在激光切割頭開始對被切割工件進行切割的過程中，每個結構光探頭中的相機實時獲取探測區域的圖像，此圖像定位為當前幀，該當前幀圖像同樣送入控制器中；

（3）處理器將當前幀的圖像與背景幀的圖像進行差分操作，獲得差分圖像；

（4）根據差分圖像中線條信息的變化進行判斷：如果出現線條部分缺失的現象，則屬于被切割部分產生的空洞，為正常狀態；如果出現部分線條明顯傾斜或者彎曲的現象，則屬于凸起的障礙物，為危險狀態；

（5）如果發現凸起的障礙物，則控制器向激光切割系統發出警報信號，實現防撞預警。