一种基于单目视觉的激光切割随动系统技术方案

本实用新型专利技术公开了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；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。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单目视觉的激光切割随动系统
本技术涉及激光切割
，特别是涉及一种基于单目视觉的激光切割随动系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本技术相关的
技术介绍
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，专利技术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。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提出了一种基于单目视觉的激光切割随动系统，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，本技术采用如下技术方案：本技术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。与现有技术相比，本技术的有益效果为：本技术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。本技术的切割随动系统利用单目视觉测量方法实现切割头与加工工件表面的位置检测，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，可以适应不同厚度的金属、非金属材料的切割，解决了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。附图说明构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。图1为本技术实施例1提供的基于单目视觉的激光切割随动系统结构框图；图2为本技术实施例1提供的激光切割随动系统传动机构结构图；图3为本技术实施例2提供的激光切割随动系统工作流程图；图4为本技术实施例2提供的基于单目视觉测距原理图；其中，1.平台，2.加工工件，3.切割头，4.传动机构，5.驱动机构，6.检测模块，7.计算机终端，8.CCD摄像机，9.滤光镜，10.激光器，11.遮光罩，12.伺服电机，13.驱动器，14.编码器，15.联轴器，16.直线运动单元。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本技术做进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例1如图1所示，本实施例提供一种基于单目视觉的激光切割随动系统，包括：切割头3，传动机构4、驱动机构5、检测模块6、计算机终端7；所述传动机构4包括联轴器15和直线运动单元16；所述驱动机构5包括伺服电机12、驱动器13、编码器14，用于驱动传动机构4；其中，所述伺服电机12通过联轴器15与直线运动单元16相连，直线运动单元16驱动切割头3实现升降运动，如图2所示，在本实施例中，直线运动单元采用滚珠丝杠运动单元；所述编码器14安装在电机尾部，实时反馈电机当前运行位置，构成一个闭环控制系统。所述检测模块6包括CCD摄像机8、滤光镜9、激光器10、遮光罩11，实现位置检测功能；在本实施例中，CCD摄像机8采用配备工业级摄像头；激光器10发射固定波长的红色圆点激光光斑至加工工件2表面；滤光镜9为固定波长的窄带滤光镜，安装在CCD摄像机8镜头前方，保留激光器10发射波长的光线进入，从而可以一定程度的避免加工过程中光线干扰；遮光罩11用于避免外部干扰光源；在本实施例中，选用镜头焦距50mm、130万像素分辨率的工业摄像机，650nm红光激光器，650nm窄带滤光镜，本实施例的检测模块采用遮光罩、滤光镜避免了外部干扰光源，将背景光和检测用激光源隔离，有效地保证了检测光源的稳定可靠性。在本实施例中，在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；激光器10与CCD摄像机8的水平距离保持不变，并且在切割加工前，将激光器10与切割头3的水平距离调节到1-2厘米范围内。所述计算机终端7完成激光器光斑图像CCD采集与单目视觉测距处理后控制传动机构带动切割头3进行升降运动；CCD摄像机与终端通过接口模块连接，驱动器与终端通过系统总线连接；在本实施例中，驱动机构5的驱动器13通过PCI总线与计算机终端7连接，CCD摄像机8通过网口与计算机终端7连接。实施例2如图3所示，本实施例提供一种基于单目视觉的激光切割随动方法，包括：(1)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；(2)标定完成后，启动工件切割加工；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；(3)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；(4)重复步骤(2-3)，直至切割加工工件结束。所述步骤(1)中还包括系统自检与初始化，具体为：(1.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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，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。


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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张延波，李向东，许兆霞，赵兴文，葛兆斌，刘成业，
申请(专利权)人：山东省科学院自动化研究所，
类型：新型
国别省市：山东;37