[发明专利]基于结构光的激光切割头防撞预警系统及方法

说明书

本发公开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，结构光探头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；结构光探头由图案投影器、镜头、相机、滤光片、外壳、插座组成，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，通过图像处理判断图像中是否存在凸起的障碍物，当发现凸起的障碍物时，发出警报，从而实现防撞功能。

技术领域

本发明涉及一种激光切割头防撞预警系统。具体地，是一种基于结构光的激光切割头防撞预警系统及其方法。

背景技术

在激光切割现场，当激光切割头移动切割的过程中，由于被切割材料受热变形等因素会在切割平面上形成凸起的障碍物，很有可能会与激光切割头发生碰撞，导致切割头的损坏。这不仅仅会造成设备财产损失，而且导致生产过程中断，研制影响生产进程。因此，非常需要对激光切割头移动过程中实时监测前锋的障碍物，并向激光切割控制器发出预警，避免发生碰撞，是非常有价值的工作。

目前在激光切割头防撞预警系统方面主要有以下几种方法：

(1)使用一维高度传感器测量距离：这种方法是在激光切割头内部(或者外部一侧)安置一个高度传感器，直接测量激光切割头正下方(或者一侧前方)被切割材料与激光切割头之间的距离，并控制激光切割头与被切割材料保持一个恒定的距离。但是，对于内置高度传感器的方法，只能测量激光切割头正下方的切割材料与激光切割头之间的距离，当附近出现突起障碍物时碰撞已经发生，并不能起到预警防撞的作用。对于外置高度传感器的方法，由于高度传感器的横向测量范围极为有限，因此防撞的探测区域小，需要再激光切割头周围不知多个高度传感器，才能起到可靠的防撞作用。此外，该方案只能预防变化比较平缓的凸起物体，但是对于变化剧烈的凸起物体，传感器就无法及时做出预警。

(2)可分离式激光切割头：这种方法是将激光切割头分离成两截，中间使用某种连接方式进行连接。在激光切割头遇到障碍物时，激光切割头自动断成两截来保护切割头。这种方案是在碰撞发生之后再采取相应的措施，这时可能已经造成了激光切割头的损坏，并且由于分离式的设计，激光切割头上下两部分可能会存在对正不准的问题。

(3)压力传感器方法：这种方法是在激光切割头上安装压力传感器，当激光切割头碰撞上障碍物时，压力传感器感应到压力，然后控制器控制激光切割头停止或朝反方向运行。这种方案与上一种方案一样，都是在碰撞发生之后采取措施，无法做到事先预警。

发明内容

本发明针对目前激光切割机工作时缺少激光切割头防碰撞系统的现状，提出一种基于结构光的激光切割头防撞预警系统，在激光切割头的四周布置若干结构光探头，通过图案投影器在激光切割头周围区域产生特殊图案，利用摄像头获取该区域的图像，通过图像处理判断区域内是否存在凸起的障碍物，如果存在凸起障碍物，则发出警报，从而实现防撞预警功能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明的激光切割头防撞预警系统的特征在于，所述的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。

本发明的激光切割头防撞预警系统的特征还在于，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；