[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

本公開公開了一種基于單目視覺的激光切割隨動系統及方法，包括檢測模塊、終端、驅動機構、傳動機構和切割頭；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；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，驅動器與終端通過系統總線連接，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。基于單目視覺測量方法測量切割頭與加工工件表面的距離，快速調節切割頭與加工工件表面位置，適用于金屬、非金屬材料的切割，解決加工工件表面不平和變形影響切割質量的問題，提高了切割效果和切割效率。

技術領域

本公開涉及激光切割技術領域，特別是涉及一種基于單目視覺的激光切割隨動系統及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

在激光切割加工過程中，由于被加工工件存在表面起伏，切割頭噴嘴與工件之間的間隙會有較大的變化，若保持切割頭與工件表面高度不變，則無法保證切割質量。因此在加工過程中需要實時檢測切割頭激光焦點與加工工件表面的位置，控制切割頭隨著加工件表面的起伏而作同步的升降運動，保證其工作距離的基本恒定，實現切割頭隨動系統功能。

目前，激光切割頭隨動系統主要分為接觸式和非接觸檢測兩種模式。但是，發明人發現現有技術中至少存在以下問題：基于接觸式傳感器的激光切割頭隨動系統，無法加工復雜曲面工件，且存在接觸磨損問題，效率較低。基于電容位移傳感器的非接觸式檢測方法，多應用割金屬材料切割，檢測精度較高，結構簡單，但受溫度波動、光焰濺射、表面異物等噪聲擾動影響使得采集信號比較困難。基于激光位移傳感器非接觸式檢測方法，在連續測量中可以保持一定的測量精度，該方法只利用了部分反射光能量使測量靈敏度有所降低。

發明內容

為了解決上述問題，本公開提出了一種基于單目視覺的激光切割隨動系統及方法，基于單目視覺測量方法測量切割頭與加工工件表面的距離，通過驅動機構帶動傳動機構直線運動，以此驅動切割頭升降運動，能夠快速調節切割頭與加工工件表面位置，適用于金屬、非金屬材料的切割，解決加工工件表面不平和變形影響切割質量的問題，提高了切割效果和切割效率。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

第一方面，本公開提供一種基于單目視覺的激光切割隨動系統，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。

第二方面，本公開提供一種基于單目視覺的激光切割隨動方法，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。

與現有技術相比，本公開的有益效果為：

本公開的切割隨動系統能夠快速調節切割頭與加工工件表面距離，結構簡單，調節范圍廣，響應速度快，檢測精度高。