[發明專利]一種基于單目視覺的激光切割隨動系統及方法

在審

• 申請號: 202010099314.7
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111185664A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 張延波;李向東;許兆霞;趙興文;葛兆斌;劉成業
• 申請（專利權）人: 山東省科學院自動化研究所
• 主分類號: B23K26/046
• 分類號: B23K26/046;B23K26/38
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種基于單目視覺的激光切割隨動系統，其特征在于，包括：檢測模塊、終端、驅動機構、傳動機構和切割頭；

所述檢測模塊包括CCD攝像機和激光器，CCD攝像機與終端通過接口模塊連接，由CCD攝像機采集經激光器發射光斑至加工工件后的光斑圖像；

所述驅動機構包括伺服電機和驅動器，所述傳動機構包括聯軸器和直線運動單元，所述驅動器與終端通過系統總線連接，所述伺服電機通過聯軸器與直線運動單元連接，通過直線運動單元驅動切割頭升降運動。

2.如權利要求1所述的一種基于單目視覺的激光切割隨動系統，其特征在于，所述檢測模塊還包括安裝在CCD攝像機上的濾光鏡和遮光罩；所述濾光鏡為固定波長的窄帶濾光鏡，安裝在CCD攝像機鏡頭前方，保留激光器發射波長的光線進入，所述遮光罩用于避免外部干擾光源進入。

3.如權利要求1所述的一種基于單目視覺的激光切割隨動系統，其特征在于，在所述切割頭一側設置滑塊，所述滑塊與切割頭處于同一高度，在滑塊上安裝激光器與CCD攝像機。

4.如權利要求3所述的一種基于單目視覺的激光切割隨動系統，其特征在于，所述激光器與CCD攝像機的水平距離保持不變。

5.如權利要求1所述的一種基于單目視覺的激光切割隨動系統，其特征在于，所述驅動機構通過PCI總線與終端連接，所述CCD攝像機通過網口接口與終端連接。

6.如權利要求1所述的一種基于單目視覺的激光切割隨動系統，其特征在于，所述驅動機構還包括安裝在伺服電機尾部的編碼器。

7.如權利要求1所述的一種基于單目視覺的激光切割隨動系統，其特征在于，所述激光器發射固定波長的紅色圓點激光光斑至加工工件表面。

8.一種基于單目視覺的激光切割隨動方法，其特征在于，包括：

CCD攝像機采集經激光器發射光斑至加工工件后的光斑圖像，根據CCD攝像機與激光器之間水平距離以及激光器與加工工件的初始高度，對光斑圖像進行光斑像素標定，得到光斑像素標定值；

終端接收切割過程中采集的光斑圖像并進行圖像處理，根據確定的光斑質心得到光斑像素數量，根據光斑像素數量和光斑像素標定值得到激光器與加工工件的實際高度；

根據激光器與加工工件的初始高度與實際高度的差值，驅動切割頭進行升降運動。

9.如權利要求8所述的一種基于單目視覺的激光切割隨動方法，其特征在于，所述光斑像素標定中，計算光斑像素標定值的公式為：

θ＝N×Ar+F

其中，D為CCD攝像機與激光器之間水平距離，H為激光器與加工工件的初始高度，Ar為每個像素弧度值，F為弧度誤差，N為光斑像素個數，θ為角度；

通過多次測量激光器與加工工件的初始高度，重復計算每個像素弧度值和弧度誤差，求其均值后作為光斑像素標定值。

10.如權利要求8所述的一種基于單目視覺的激光切割隨動方法，其特征在于，所述實際高度計算過程包括：

終端對切割過程中采集的光斑圖像進行灰度轉化、平滑處理以及光斑邊緣檢測，確定光斑輪廓并計算出輪廓矩；

確定的光斑質心，根據光斑質心得到光斑像素數量，根據光斑像素數量和光斑像素標定值計算激光器與加工工件的實際高度。