[發(fā)明專利]基于結構光的激光切割頭防撞預警系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109702321A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設計）人: 不公告發(fā)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

本發(fā)公開一種激光切割頭防撞預警系統(tǒng)，由4個結構光探頭和一個控制器組成，結構光探頭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；結構光探頭由圖案投影器、鏡頭、相機、濾光片、外殼、插座組成，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(qū)域，通過圖像處理判斷圖像中是否存在凸起的障礙物，當發(fā)現(xiàn)凸起的障礙物時，發(fā)出警報，從而實現(xiàn)防撞功能。

技術領域

本發(fā)明涉及一種激光切割頭防撞預警系統(tǒng)。具體地，是一種基于結構光的激光切割頭防撞預警系統(tǒng)及其方法。

背景技術

在激光切割現(xiàn)場，當激光切割頭移動切割的過程中，由于被切割材料受熱變形等因素會在切割平面上形成凸起的障礙物，很有可能會與激光切割頭發(fā)生碰撞，導致切割頭的損壞。這不僅僅會造成設備財產(chǎn)損失，而且導致生產(chǎn)過程中斷，研制影響生產(chǎn)進程。因此，非常需要對激光切割頭移動過程中實時監(jiān)測前鋒的障礙物，并向激光切割控制器發(fā)出預警，避免發(fā)生碰撞，是非常有價值的工作。

目前在激光切割頭防撞預警系統(tǒng)方面主要有以下幾種方法：

(1)使用一維高度傳感器測量距離：這種方法是在激光切割頭內(nèi)部(或者外部一側(cè))安置一個高度傳感器，直接測量激光切割頭正下方(或者一側(cè)前方)被切割材料與激光切割頭之間的距離，并控制激光切割頭與被切割材料保持一個恒定的距離。但是，對于內(nèi)置高度傳感器的方法，只能測量激光切割頭正下方的切割材料與激光切割頭之間的距離，當附近出現(xiàn)突起障礙物時碰撞已經(jīng)發(fā)生，并不能起到預警防撞的作用。對于外置高度傳感器的方法，由于高度傳感器的橫向測量范圍極為有限，因此防撞的探測區(qū)域小，需要再激光切割頭周圍不知多個高度傳感器，才能起到可靠的防撞作用。此外，該方案只能預防變化比較平緩的凸起物體，但是對于變化劇烈的凸起物體，傳感器就無法及時做出預警。

(2)可分離式激光切割頭：這種方法是將激光切割頭分離成兩截，中間使用某種連接方式進行連接。在激光切割頭遇到障礙物時，激光切割頭自動斷成兩截來保護切割頭。這種方案是在碰撞發(fā)生之后再采取相應的措施，這時可能已經(jīng)造成了激光切割頭的損壞，并且由于分離式的設計，激光切割頭上下兩部分可能會存在對正不準的問題。

(3)壓力傳感器方法：這種方法是在激光切割頭上安裝壓力傳感器，當激光切割頭碰撞上障礙物時，壓力傳感器感應到壓力，然后控制器控制激光切割頭停止或朝反方向運行。這種方案與上一種方案一樣，都是在碰撞發(fā)生之后采取措施，無法做到事先預警。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對目前激光切割機工作時缺少激光切割頭防碰撞系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出一種基于結構光的激光切割頭防撞預警系統(tǒng)，在激光切割頭的四周布置若干結構光探頭，通過圖案投影器在激光切割頭周圍區(qū)域產(chǎn)生特殊圖案，利用攝像頭獲取該區(qū)域的圖像，通過圖像處理判斷區(qū)域內(nèi)是否存在凸起的障礙物，如果存在凸起障礙物，則發(fā)出警報，從而實現(xiàn)防撞預警功能。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明的激光切割頭防撞預警系統(tǒng)的特征在于，所述的激光切割頭防撞預警系統(tǒng)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(qū)域，并對該區(qū)域內(nèi)的凸起障礙物進行探測；4個結構光探頭的探測區(qū)域互相銜接，在激光切割點周圍形成一個封閉的探測區(qū)域；

所述的控制器位于激光切割系統(tǒng)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(shù)據(jù)，通過處理判斷探測區(qū)域內(nèi)是否存在凸起障礙物，并進行預警。

本發(fā)明的激光切割頭防撞預警系統(tǒng)的特征還在于，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(qū)域；