[发明专利]一种基于单目视觉的激光切割随动系统及方法

说明书

本公开公开了一种基于单目视觉的激光切割随动系统及方法，包括检测模块、终端、驱动机构、传动机构和切割头；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；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，驱动器与终端通过系统总线连接，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。基于单目视觉测量方法测量切割头与加工工件表面的距离，快速调节切割头与加工工件表面位置，适用于金属、非金属材料的切割，解决加工工件表面不平和变形影响切割质量的问题，提高了切割效果和切割效率。

技术领域

本公开涉及激光切割技术领域，特别是涉及一种基于单目视觉的激光切割随动系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在激光切割加工过程中，由于被加工工件存在表面起伏，切割头喷嘴与工件之间的间隙会有较大的变化，若保持切割头与工件表面高度不变，则无法保证切割质量。因此在加工过程中需要实时检测切割头激光焦点与加工工件表面的位置，控制切割头随着加工件表面的起伏而作同步的升降运动，保证其工作距离的基本恒定，实现切割头随动系统功能。

目前，激光切割头随动系统主要分为接触式和非接触检测两种模式。但是，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：基于接触式传感器的激光切割头随动系统，无法加工复杂曲面工件，且存在接触磨损问题，效率较低。基于电容位移传感器的非接触式检测方法，多应用割金属材料切割，检测精度较高，结构简单，但受温度波动、光焰溅射、表面异物等噪声扰动影响使得采集信号比较困难。基于激光位移传感器非接触式检测方法，在连续测量中可以保持一定的测量精度，该方法只利用了部分反射光能量使测量灵敏度有所降低。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提出了一种基于单目视觉的激光切割随动系统及方法，基于单目视觉测量方法测量切割头与加工工件表面的距离，通过驱动机构带动传动机构直线运动，以此驱动切割头升降运动，能够快速调节切割头与加工工件表面位置，适用于金属、非金属材料的切割，解决加工工件表面不平和变形影响切割质量的问题，提高了切割效果和切割效率。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，本公开提供一种基于单目视觉的激光切割随动系统，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。

第二方面，本公开提供一种基于单目视觉的激光切割随动方法，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。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开的切割随动系统能够快速调节切割头与加工工件表面距离，结构简单，调节范围广，响应速度快，检测精度高。