一種配有線陣相機(jī)的激光雕刻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于激光雕刻以及機(jī)器視覺領(lǐng)域，尤其是涉及一種配有線陣相機(jī)的激 光雕刻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光雕刻系統(tǒng)是利用數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)，激光為加工媒介，被加工材料在激光照射 下瞬間融化或氣化的物體特性，從而達(dá)到雕刻目的的系統(tǒng)。
[0003] 現(xiàn)有的激光雕刻方法一般是采用CorelDRAW、AutoCAD等圖像處理軟件，提取出圖 像的外圍輪廓，生成輪廓矢量圖，導(dǎo)入雕刻機(jī)控制軟件處理成激光頭的運(yùn)動(dòng)控制指令，雕刻 機(jī)執(zhí)行控制指令，雕刻出相應(yīng)的圖案。如果手工雕好一個(gè)圓柱雕刻品，需要將雕刻品上的圖 像進(jìn)行復(fù)制，首先就要進(jìn)行圖像采集，如何實(shí)現(xiàn)圖像的精確采集以及將采集到的圖像與激 光雕刻機(jī)實(shí)現(xiàn)很好的融合就成了現(xiàn)在亟待解決的技術(shù)問題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可以對(duì)大 尺寸柱狀雕刻物的圖像采集的配有線陣相機(jī)的激光雕刻系統(tǒng)。
[0005] 本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0006] 一種配有線陣相機(jī)的激光雕刻系統(tǒng)，包括
[0007] 激光頭，
[0008] 工業(yè)相機(jī)，
[0009] 放置激光頭及工業(yè)相機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，
[0010] 控制激光頭、工業(yè)相機(jī)以及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制機(jī)構(gòu)，
[0011] 放置雕刻品的蜂窩板。
[0012] 所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括橫梁導(dǎo)軌以及設(shè)置在橫梁導(dǎo)軌兩端與其垂直連接的垂直導(dǎo) 軌。
[0013] 所述的激光頭及工業(yè)相機(jī)連接安裝在橫梁導(dǎo)軌上，并沿橫梁導(dǎo)軌滑動(dòng)。
[0014] 所述的控制結(jié)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、控制器及上位機(jī)，
[0015] 所述的步進(jìn)電機(jī)連接橫梁導(dǎo)軌、垂直導(dǎo)軌以及通過(guò)編碼器連接雕刻品，利用控制 器控制步進(jìn)電機(jī)以控制橫梁導(dǎo)軌及垂直導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，
[0016] 所述的控制器與激光頭及上位機(jī)連接，
[0017] 所述的上位機(jī)與工業(yè)相機(jī)連接。
[0018] 所述的工業(yè)相機(jī)為線陣相機(jī)，通過(guò)Camera Link接口與上位機(jī)連接。
[0019] 所述的蜂窩板上設(shè)有帶動(dòng)雕刻品滾動(dòng)的滾軸。
[0020] 所述的上位機(jī)內(nèi)置有圖像采集卡和信號(hào)采集卡，所述的圖像采集卡將工業(yè)相機(jī)輸 出信號(hào)通過(guò)總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)內(nèi)存或顯存，所述的信號(hào)采集卡與編碼器連接獲取轉(zhuǎn)速信 息，該速度進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為線陣相機(jī)相應(yīng)的掃描頻率，利用頻率信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)線陣相機(jī)，實(shí) 現(xiàn)對(duì)滾軸的實(shí)時(shí)同步掃描。保證在單位時(shí)間內(nèi)線陣相機(jī)采集圖像的掃描行距之和與滾軸實(shí) 際轉(zhuǎn)過(guò)的距離相同。
[0021] 對(duì)于一些大型工件，由于相機(jī)視場(chǎng)的限制，一次拍照無(wú)法獲得完整的圖像信息，可 以使相機(jī)在導(dǎo)軌上沿著軌跡運(yùn)動(dòng)，每隔一段距離自動(dòng)采集一幅圖像，然后對(duì)采集到的圖像 進(jìn)行圖像拼接，形成一幅完整的畫面。
[0022] 得到原始圖像后，在用現(xiàn)在常用的圖像處理方式，提取出圖像的外圍輪廓，生成輪 廓矢量圖，導(dǎo)入雕刻機(jī)控制軟件處理成激光頭的運(yùn)動(dòng)控制指令，雕刻機(jī)執(zhí)行控制指令，雕刻 出相應(yīng)的圖案。完成對(duì)柱狀物的實(shí)時(shí)雕刻。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 1、采用線掃描工業(yè)相機(jī)，對(duì)物體進(jìn)行逐行掃描，可以獲得比較精確原始圖像。
[0025] 2、使用圖像拼接技術(shù)，突破了相機(jī)對(duì)幅面的限制。
[0026] 3、借助現(xiàn)有激光雕刻機(jī)以及旋轉(zhuǎn)裝置，改造成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2為工業(yè)相機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0030] 一種配有線陣相機(jī)的激光雕刻系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括位于底部的蜂窩板 1、帶動(dòng)雕刻品3滾動(dòng)的滾軸2,位于蜂窩板1上方用來(lái)控制激光頭6和工業(yè)相機(jī)7在X軸方 向上運(yùn)動(dòng)的橫梁導(dǎo)軌4、位于橫梁導(dǎo)軌4左右兩側(cè)用來(lái)控制橫梁導(dǎo)軌4在Y軸方向上運(yùn)動(dòng) 的垂直導(dǎo)軌52和垂直導(dǎo)軌54,安裝在橫梁導(dǎo)軌4上的激光頭6及工業(yè)相機(jī)7、與各步進(jìn)電 機(jī)相連的控制器8,其中，步進(jìn)電機(jī)92和步進(jìn)電機(jī)94分別拖動(dòng)導(dǎo)軌在X、Y兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)、 步進(jìn)電機(jī)96拖動(dòng)滾軸的轉(zhuǎn)動(dòng)、編碼器10通過(guò)聯(lián)軸器與滾軸2相連，上位機(jī)11通過(guò)Camera Link接口與工業(yè)相機(jī)7相連進(jìn)行圖像采集、圖像處理并對(duì)雕刻機(jī)發(fā)出控制指令，使用的工 業(yè)相機(jī)7為線陣相機(jī)。
[0031] 使用方法包括以下步驟：
[0032] 步驟1、本系統(tǒng)工作平臺(tái)在蜂窩板1上面，用絲杠控制蜂窩板的高低位置。旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)放到蜂窩板1上，通過(guò)絲杠調(diào)整網(wǎng)帶的高度使?jié)L軸上雕刻品與激光頭的距離在合適的范 圍內(nèi)。
[0033] 步驟2、將編碼器10為增量式，每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，編碼器會(huì)提供一定數(shù)量的脈沖，根據(jù) 單位時(shí)間內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)可以得到滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。假設(shè)編碼器的輸出脈沖頻率為f〇,滾軸 直徑為D，轉(zhuǎn)動(dòng)速度為V，相機(jī)掃描所需要的行頻率為f，圖像像素尺寸（掃描行距）對(duì)應(yīng)物 體的實(shí)際尺寸為d，編碼器一周的脈沖個(gè)數(shù)為C。
[0034] 卷軸速度：
[0035] V = f X d (1)
[0036] 滾軸周長(zhǎng)：
[0037] L = π XD (2)
[0038] 滾軸旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間：
[0039] t = L/V (3)
[0040] 從編碼器脈沖的角度計(jì)算：
[0041] t = C/f〇 (4)
[0042] 得到f和fQ之間的關(guān)系：
[0044] 得到線陣相機(jī)相應(yīng)的掃描頻率后，利用頻率信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)線陣相機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)滾 軸的實(shí)時(shí)同步掃描。
[0045] 步驟3、工業(yè)相機(jī)7的掃描頻率與滾軸速度同步之后，控制工業(yè)相機(jī)7對(duì)雕刻品3 進(jìn)行同步掃描，掃描一圈以后，相機(jī)根據(jù)圖2所示的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，在每個(gè)數(shù)字段內(nèi)分別掃 描一圈采集一幅圖像，并通過(guò)圖像采集卡將輸出信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中并保存。
[0046] 步驟4、對(duì)采集到的圖像進(jìn)行圖像拼接，提出了一種基于特征點(diǎn)的圖像拼接方法。 該方法采用對(duì)于尺度具有魯棒性的SIFT算法進(jìn)行特征點(diǎn)的提取與匹配，并通過(guò)引導(dǎo)互匹 配及投票過(guò)濾的方法提高特征點(diǎn)的匹配精確度，使用穩(wěn)健的RANSAC算法求出圖像間變換 矩陣H的初值并使用LM非線性迭代算法精煉H，最終使用加權(quán)平均融合算法消除圖像拼接 處的縫合線，實(shí)現(xiàn)圖像的高質(zhì)量拼接。
[0047] 步驟5、將拼接好的圖像導(dǎo)入CorelDRAW軟件，提取出圖像的外圍輪廓，生成輪廓 矢量圖，導(dǎo)入雕刻機(jī)控制軟件處理成激光頭的運(yùn)動(dòng)控制指令。設(shè)置生產(chǎn)參數(shù)，保證雕刻機(jī)運(yùn) 行通暢，雕刻機(jī)執(zhí)行控制指令，雕刻出相應(yīng)的圖案。
[0048] 通過(guò)一系列的圖像采集、圖像處理、激光雕刻過(guò)程，能快速準(zhǔn)確的對(duì)某一柱狀物進(jìn) 行實(shí)時(shí)雕刻，效率更高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種配有線陣相機(jī)的激光雕刻系統(tǒng)，其特征在于，包括 激光頭， 工業(yè)相機(jī)， 放置激光頭及工業(yè)相機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)， 控制激光頭、工業(yè)相機(jī)以及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制機(jī)構(gòu)， 放置雕刻品的蜂窩板； 所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括橫梁導(dǎo)軌以及設(shè)置在橫梁導(dǎo)軌兩端與其垂直連接的垂直導(dǎo)軌； 所述的控制結(jié)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、控制器及上位機(jī)， 所述的步進(jìn)電機(jī)連接橫梁導(dǎo)軌、垂直導(dǎo)軌以及通過(guò)編碼器連接雕刻品，利用控制器控 制步進(jìn)電機(jī)以控制橫梁導(dǎo)軌及垂直導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)， 所述的控制器與激光頭及上位機(jī)連接， 所述的上位機(jī)與工業(yè)相機(jī)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配有線陣相機(jī)的激光雕刻系統(tǒng)，其特征在于，所述的激 光頭及工業(yè)相機(jī)連接安裝在橫梁導(dǎo)軌上，并沿橫梁導(dǎo)軌滑動(dòng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配有線陣相機(jī)的激光雕刻系統(tǒng)，其特征在于，所述的工 業(yè)相機(jī)為線陣相機(jī)，通過(guò)Camera Link接口與上位機(jī)連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配有線陣相機(jī)的激光雕刻系統(tǒng)，其特征在于，所述的上 位機(jī)內(nèi)置有圖像采集卡和信號(hào)采集卡，所述的圖像采集卡將工業(yè)相機(jī)輸出信號(hào)通過(guò)總線傳 輸?shù)缴衔粰C(jī)內(nèi)存或顯存，所述的信號(hào)采集卡與編碼器連接獲取轉(zhuǎn)速信息。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種配有線陣相機(jī)的激光雕刻系統(tǒng)，其特征在于，所述的信 號(hào)采集卡采集轉(zhuǎn)速并控制工業(yè)相機(jī)與激光頭對(duì)蜂窩板上放置的雕刻品進(jìn)行同步實(shí)時(shí)掃描。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配有線陣相機(jī)的激光雕刻系統(tǒng)，其特征在于，所述的蜂 窩板上設(shè)有帶動(dòng)雕刻品滾動(dòng)的滾軸。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種配有線陣相機(jī)的激光雕刻系統(tǒng)，包括激光頭，工業(yè)相機(jī)，放置激光頭及工業(yè)相機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，控制激光頭、工業(yè)相機(jī)以及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制機(jī)構(gòu)，放置雕刻品的蜂窩板，通過(guò)編碼器采集軸承旋轉(zhuǎn)速度來(lái)完成滾軸的轉(zhuǎn)速與相機(jī)掃描頻率的同步，工業(yè)相機(jī)能按設(shè)計(jì)好的直線運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，每隔一段距離自動(dòng)采集一幅圖像，在計(jì)算機(jī)上對(duì)這些圖像進(jìn)行拼接，拼接成一幅完整的畫面，隨后導(dǎo)入圖像處理軟件，提取出圖像的外圍輪廓，生成輪廓矢量圖，導(dǎo)入雕刻機(jī)控制軟件處理成激光頭的運(yùn)動(dòng)控制指令，雕刻出相應(yīng)的圖案，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)柱狀雕刻物的圖像采集、增強(qiáng)了激光雕刻機(jī)的功能。
【IPC分類】B23K26/362, B23K26/70
【公開號(hào)】CN204700440
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520299382
【發(fā)明人】張東, 余朝剛, 羅凱君, 黃煒鈺
【申請(qǐng)人】上海工程技術(shù)大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年5月11日