[发明专利]一种基于单目视觉的激光切割随动系统及方法

权利要求书

1.一种基于单目视觉的激光切割随动系统，其特征在于，包括：检测模块、终端、驱动机构、传动机构和切割头；

所述检测模块包括CCD摄像机和激光器，CCD摄像机与终端通过接口模块连接，由CCD摄像机采集经激光器发射光斑至加工工件后的光斑图像；

所述驱动机构包括伺服电机和驱动器，所述传动机构包括联轴器和直线运动单元，所述驱动器与终端通过系统总线连接，所述伺服电机通过联轴器与直线运动单元连接，通过直线运动单元驱动切割头升降运动。

2.如权利要求1所述的一种基于单目视觉的激光切割随动系统，其特征在于，所述检测模块还包括安装在CCD摄像机上的滤光镜和遮光罩；所述滤光镜为固定波长的窄带滤光镜，安装在CCD摄像机镜头前方，保留激光器发射波长的光线进入，所述遮光罩用于避免外部干扰光源进入。

3.如权利要求1所述的一种基于单目视觉的激光切割随动系统，其特征在于，在所述切割头一侧设置滑块，所述滑块与切割头处于同一高度，在滑块上安装激光器与CCD摄像机。

4.如权利要求3所述的一种基于单目视觉的激光切割随动系统，其特征在于，所述激光器与CCD摄像机的水平距离保持不变。

5.如权利要求1所述的一种基于单目视觉的激光切割随动系统，其特征在于，所述驱动机构通过PCI总线与终端连接，所述CCD摄像机通过网口接口与终端连接。

6.如权利要求1所述的一种基于单目视觉的激光切割随动系统，其特征在于，所述驱动机构还包括安装在伺服电机尾部的编码器。

7.如权利要求1所述的一种基于单目视觉的激光切割随动系统，其特征在于，所述激光器发射固定波长的红色圆点激光光斑至加工工件表面。

8.一种基于单目视觉的激光切割随动方法，其特征在于，包括：

CCD摄像机采集经激光器发射光斑至加工工件后的光斑图像，根据CCD摄像机与激光器之间水平距离以及激光器与加工工件的初始高度，对光斑图像进行光斑像素标定，得到光斑像素标定值；

终端接收切割过程中采集的光斑图像并进行图像处理，根据确定的光斑质心得到光斑像素数量，根据光斑像素数量和光斑像素标定值得到激光器与加工工件的实际高度；

根据激光器与加工工件的初始高度与实际高度的差值，驱动切割头进行升降运动。

9.如权利要求8所述的一种基于单目视觉的激光切割随动方法，其特征在于，所述光斑像素标定中，计算光斑像素标定值的公式为：

θ＝N×Ar+F

其中，D为CCD摄像机与激光器之间水平距离，H为激光器与加工工件的初始高度，Ar为每个像素弧度值，F为弧度误差，N为光斑像素个数，θ为角度；

通过多次测量激光器与加工工件的初始高度，重复计算每个像素弧度值和弧度误差，求其均值后作为光斑像素标定值。

10.如权利要求8所述的一种基于单目视觉的激光切割随动方法，其特征在于，所述实际高度计算过程包括：

终端对切割过程中采集的光斑图像进行灰度转化、平滑处理以及光斑边缘检测，确定光斑轮廓并计算出轮廓矩；

确定的光斑质心，根据光斑质心得到光斑像素数量，根据光斑像素数量和光斑像素标定值计算激光器与加工工件的实际高度。