[发明专利]基于结构光的激光切割头防撞预警系统及方法

权利要求书

1.一种激光切割头防撞预警系统，由4个结构光探头和一个控制器组成，其中：

所述的结构光探头共有4个，分别布置于激光切割头四周前后左右四个方位，与激光切割头一同移动；每个结构光探头均可以独立向下投射图案，在被切割工件表面形成一个探测区域，并对该区域内的凸起障碍物进行探测；4个结构光探头的探测区域互相衔接，在激光切割点周围形成一个封闭的探测区域；

所述的控制器位于激光切割系统主控制器旁，通过电缆分别与4个结构光探头相连，为结构光探头供电，并获取每个结构光探头的数据，通过处理判断探测区域内是否存在凸起障碍物，并进行预警。

2.根据权利要求1所述的激光切割头防撞预警系统，其特征还在于，所述的结构光探头由图案投影器、镜头、相机、滤光片、外壳、插座组成，其中：

所述的图案投影器光轴为竖直方向，向下进行投影特殊的图案，进而在被切割工件表面形成的一定大小和形状的探测区域；

所述的镜头为工业镜头，直接安装于相机之上，与图案投影器存在一定距离，并且形成一定角度，以保证能够获取整个探测区域的图像；

所述的外壳为轻质硬性材料制成的密闭壳体，保证良好的防水、防尘、防撞性能；

所述的滤光片置于外壳的下部，形成透光的测量窗，其中心频率与图案投影器光源的中心波长一致；

所述的插座置于外壳的顶部，用于连接电缆，并通过电缆与控制器相连。

3.根据权利要求1所述的激光切割头防撞预警系统，其特征还在于，所述的图案投影器由激光器、聚焦镜、图案板、放大镜组成，其中：

所述的激光器为蓝紫光激光器，可以产生蓝紫色激光，可以有效避免激光切割过程产生的电弧光对防撞系统的影响；

所述的聚焦镜为双凸聚焦镜，保证最大限度地汇聚激光器的所有光线，并保证产生最高亮度的投影图案；

所述的图案板由平面光学玻璃制作，以保证图案的清晰度；

所述的放大镜为超广角镜头，以便获得更大的投影探测范围，覆盖整个探测区域范围，没有死角。

4.根据权利要求1所述的激光切割头防撞预警系统，其特征还在于，所述的图案板的图案为规则的直线型条纹或者网格，条纹可为等间隔的均匀条纹或者网格，也可为不等间隔的条纹或者网格；图案线条的最小间隔应该保证在探测区域内的光栅间距不超过最小凸起障碍物尺寸的1/2为宜。

5.一种采用上述激光切割头防撞预警系统的处理方法，其特征在于，应用权利要求1-4中任一项所述的激光切割头防撞预警系统，所述方法包括：

（1）在切割开始之前，先将激光切割头置于被切割工件的一个完整的无切割平面处，打开控制器的电源，每个结构光探头中的图案投影器向该表面投影一幅光栅图案，每个结构光探头中的相机分别拍摄探测区域的图像，此时图像中的光栅条纹应是连续的、完整的，此图像定义为背景帧，该背景帧图像直接送入控制器中；

（2）在激光切割头开始对被切割工件进行切割的过程中，每个结构光探头中的相机实时获取探测区域的图像，此图像定位为当前帧，该当前帧图像同样送入控制器中；

（3）处理器将当前帧的图像与背景帧的图像进行差分操作，获得差分图像；

（4）根据差分图像中线条信息的变化进行判断：如果出现线条部分缺失的现象，则属于被切割部分产生的空洞，为正常状态；如果出现部分线条明显倾斜或者弯曲的现象，则属于凸起的障碍物，为危险状态；

（5）如果发现凸起的障碍物，则控制器向激光切割系统发出警报信号，实现防撞预警。