DMV双摄像机在激光切割定位应用

1  DMV双摄像机检测原理

       激光切割机是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。客户目前的需要激光切割的板材尺寸约为1m×1.2m，需要利用激光切割出如图1的一个个小矩形，切割精度要求为0.05mm。由于被切割材料本体比较长，在上料的时候，往往很难保证其一致性，所以需要考虑采用视觉（又称CCD）来检测板材的倾斜角度以及偏移量。

图1 板材切割形状

       由于材料本体尺寸比较大，如果将被测物完全拍摄到，则其检测精度必然无法达到要求。所以考虑只拍摄该板材上的上下两个MARK（标记）的位置，获知两个MARK点的偏移量后可通过推导得出该板材的整体偏移量以及旋转角度。

       为确保检测精度，所以考虑采用一个相机各拍摄一个MARK的方法。本系统中采用2个相机和4个光源的架构。

 图2 相机拍摄MARK

       在材料无任何旋转以及偏移的情况下，两个MARK点的理论坐标为X1，Y1与X2，Y2。在实际上料以后，相机拍摄后会获取实际的坐标X3，Y3和X4，Y4。由此就可得：

        ΔX1=X1-X3；ΔX2=X2-X4；ΔY1=Y1-Y3；ΔY2=Y2-Y2

       根据上位机软件的计算，实际坐标之间的连线与理论坐标的连线就可获知该板材的旋转角度θ角。结合水平ΔX1，ΔX2以及垂直方向的ΔY1以及ΔY2，就可准确获知板材的整体偏移及旋转角度。

图3 计算板材的整体偏移及旋转角度

       由于本案检测精度要求较高，MARK点的设置也变的尤为重要，经过多方讨论，最终确定MARK采用如下方案：

图4 精确确定MARK位置的方案示意

       由于拍摄距离客户要求330mm的物距，以及考虑到检测精度要求，所以采用2个增倍镜头以及接环。由此可获得如下视野：

图5 拍摄视野

       本项目都采用80万像素的相机，分辨率为1024×768，可根据分布像素推算检测精度:

       4mm/1024pixel= 0.004mm/pixel（一个像素值代表0.003mm）；考虑到系统存在检测误差以及外部光源干扰与振动干扰，可以计算，本系统检测精度在0.012mm。

       使用“边形匹配”工具，定位Mark点的位置：

图6 确定MARK位置界面界面图

       使用“边缘位置”工具，检测Mark点的交叉点X，Y轴坐标。

图7 确定MARK点坐标界面显示

       同时，本DMV系统支持以太网通讯功能，可将检测到的坐标偏移量，通过以太网通讯的方式送到上位机，并进行处理。本案中客户采用的上位机是工业电脑。

图8 数据输出界面显示
   
图9 双相机架设

2  系统配置

系统配置如表1所示。

表1 系统配置

3  结束语

       在本切割系统中，视觉定位为其精度的切割提供了最前端的检测数据。为其最终获得满足要求的切割精度提供了保证。视觉检测为许多先前无法检测或者难以检测的数据提供了一种全新的解决方案。

作者简介：

宗伟，出生于1981 年 06 月，毕业于上海电机学院机械系机械设备及自动化专业，现就职于中达电通股份有限公司仪表产品开发处，主要专注于台达仪表的技术支持以及市场开发。