本發(fā)明涉及布料切割加工技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種高速激光振鏡切割機(jī)，以及一種高速激光振鏡切割方法。

背景技術(shù)：

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)布料切割加工流水線中所采用的手工切割加工方法，因?yàn)閭€(gè)體差異或疲勞狀況可能出現(xiàn)的誤差或錯(cuò)誤逐漸被激光切割裝置所取代。目前的激光打標(biāo)行業(yè)中一般采用振鏡裝置。

目前傳統(tǒng)振鏡裝置主要應(yīng)用在激光打標(biāo)行業(yè)，振鏡頭固定不動(dòng)完成打標(biāo)作業(yè)；另一方面，小型激光切割系統(tǒng)是在激光切割頭上安裝130W工業(yè)相機(jī)，每切割一個(gè)花型就要提取樣本并處理一次，即每次只能切割一個(gè)樣版，工作效率極低。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)大幅面視覺激光切割機(jī)，但只能使用單個(gè)激光頭進(jìn)行切割，切割效率較為低下。而且還存在因進(jìn)料時(shí)受到旋轉(zhuǎn)或拉伸方向的張力導(dǎo)致幅面布料變形、導(dǎo)致切割不準(zhǔn)確的問題。

為此，迫切需要一種新的多樣版并行切割方式，實(shí)現(xiàn)多個(gè)振鏡頭同時(shí)切割不同圖案、矯正布料張力變形、提高切割效率。高速大幅面振鏡機(jī)器視覺技術(shù)的飛速發(fā)展為我們解決上述問題提供了新思路，更為傳統(tǒng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)指明了方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高速激光振鏡切割機(jī)。

其采用的具體技術(shù)方案如下：

一種高速激光振鏡切割機(jī)，包括攝像裝置、激光切割機(jī)、送料機(jī)和控制終端機(jī)；所述送料機(jī)用于輸送待切割布料；所述攝像裝置包括攝像機(jī)架和攝像機(jī)，所述攝像機(jī)固定于攝像機(jī)架上，所述攝像機(jī)位于送料機(jī)的正上方；所述激光切割機(jī)包括二氧化碳激光器、振鏡頭、橫導(dǎo)軌、縱向槽和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括絲桿、滑塊和步進(jìn)電機(jī)；所述二氧化碳激光器用于產(chǎn)生切割激光、所述振鏡頭用于偏轉(zhuǎn)該切割激光并控制其發(fā)射至待切割的布料上，所述振鏡頭有兩個(gè)、且平行安裝于所述橫導(dǎo)軌上；所述步進(jìn)電機(jī)有兩個(gè)，且與所述振鏡頭一一對應(yīng)，各振鏡頭在對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下分別沿橫導(dǎo)軌作橫向運(yùn)動(dòng)；所述橫導(dǎo)軌在絲桿和滑塊的作用下沿縱向槽作縱向運(yùn)動(dòng)；所述控制終端機(jī)包括攝像單元、標(biāo)定單元、圖像處理單元、匹配單元、運(yùn)動(dòng)控制單元和樣板庫；所述樣板庫用于存儲(chǔ)預(yù)先寫入的產(chǎn)品樣板；所述攝像單元用于控制攝像機(jī)對待切割布料照相，并將拍攝到的圖像發(fā)送至標(biāo)定單元和圖像處理單元；所述標(biāo)定單元用于接受攝像單元輸入的圖像、并對該圖像的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定和矯正，將該圖像的參數(shù)由相機(jī)圖像參數(shù)轉(zhuǎn)換為切割坐標(biāo)圖像參數(shù)，并將該切割坐標(biāo)圖像參數(shù)發(fā)送給圖像處理單元和匹配單元；所述圖像處理單元用于接受攝像單元輸入的圖像以及標(biāo)定單元輸入的切割坐標(biāo)圖像參數(shù)，參照該切割坐標(biāo)圖像參數(shù)將攝像單元發(fā)送和圖像處理成灰度圖、并進(jìn)行邊緣增強(qiáng)和對比度拉伸處理、并將處理后的圖像發(fā)送給匹配單元；所述匹配單元用于接收圖像處理單元輸入的處理后的圖像以及標(biāo)定單元輸入的切割坐標(biāo)圖像參數(shù)、并讀取樣板庫在大幅面上并行的對多個(gè)樣板進(jìn)行匹配、在匹配完成后將得到的輸出切割軌跡坐標(biāo)信息發(fā)送至運(yùn)動(dòng)控制單元；所述運(yùn)動(dòng)控制單元用于接收匹配單元輸入的切割軌跡坐標(biāo)信息，根據(jù)該切割軌跡坐標(biāo)信息驅(qū)動(dòng)激光切割機(jī)工作，通過控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使所述振鏡頭運(yùn)動(dòng)到對應(yīng)位置對送料機(jī)上輸送的待切割布料進(jìn)行激光切割。

通過采用這種技術(shù)手段：結(jié)合機(jī)器視覺，解決了現(xiàn)有技術(shù)中大幅面切割系統(tǒng)多樣版切割效率低下的問題；通過弱化人工在切割過程中的作用，大大提高產(chǎn)品的成品率。同時(shí)，利用控制終端機(jī)各功能單元的配合實(shí)現(xiàn)圖像的變形匹配，實(shí)現(xiàn)在一定變形尺度范圍內(nèi)的變形匹配，解決了進(jìn)料張力導(dǎo)致幅面布料變形的難題。實(shí)現(xiàn)激光頭在x軸、y軸上的運(yùn)動(dòng)切割，并且實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)振鏡頭在同一水平面上對布料上的不同圖案進(jìn)行同步激光切割。相對于傳統(tǒng)技術(shù)大幅減少了振鏡頭的重復(fù)行程，提高了四倍的激光切割效率。

優(yōu)選的是，上述高速激光振鏡切割機(jī)中：所述圖像處理單元預(yù)先寫入有樣板檢測與輪廓處理算法，所述樣板檢測與輪廓處理算法用于提取各個(gè)樣板的外部輪廓以及內(nèi)部特征定位信息，并將對應(yīng)樣板的外部輪廓以及內(nèi)部特征定位信息發(fā)送至匹配單元；所述匹配單元預(yù)先寫入基于輪廓線形狀匹配算法；該基于輪廓線形狀匹配算法在非變形匹配模式和變形匹配模式之間切換；所述非變形匹配模式僅改變對應(yīng)樣板的方向和位置來匹配所述圖像處理單元輸入的處理后的圖像；所述變形匹配模式不僅改變對應(yīng)樣板的方向和位置，且通過改變樣板在行列方向上的給定縮放系數(shù)、在受應(yīng)力較大區(qū)域給定的拉伸自由度和旋轉(zhuǎn)角度來匹配圖像處理單元輸入的處理后的圖像。

更優(yōu)選的是，上述高速激光振鏡切割機(jī)中：所述振鏡頭包括擴(kuò)束鏡、第一旋轉(zhuǎn)軸鏡、第二旋轉(zhuǎn)軸鏡和激光場鏡；所述運(yùn)動(dòng)控制單元實(shí)時(shí)控制第一旋轉(zhuǎn)軸鏡和第二旋轉(zhuǎn)軸鏡作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述二氧化碳激光器射出的切割激光，依次經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束、第一旋轉(zhuǎn)軸鏡第一次折射、第二旋轉(zhuǎn)軸鏡第二次折射、到達(dá)激光場鏡并由激光場鏡射出。

通過采用這種技術(shù)手段：實(shí)現(xiàn)振鏡頭沿第一旋轉(zhuǎn)軸鏡和第二旋轉(zhuǎn)軸鏡所在的兩個(gè)方向上對切割激光進(jìn)行方向微調(diào)。進(jìn)一步提升了激光切割的多樣性和靈活性。

更優(yōu)選的是，上述高速激光振鏡切割機(jī)中：還包括照明設(shè)備，所述照明設(shè)備位于送料機(jī)的正上方，用于照明所述送料機(jī)；所述照明設(shè)備采用全封閉密封光源，所述控制終端機(jī)包括照明控制單元，所述照明控制單元用于控制所述照明設(shè)備開啟/關(guān)閉和亮度調(diào)節(jié)。

通過采用這種技術(shù)手段：利用照明單元對送料機(jī)上輸送的待切割布料提供充分的照明，使攝像單元能夠拍攝出待切割布料的清晰圖像。

進(jìn)一步優(yōu)選的是，上述高速激光振鏡切割機(jī)中：還包括水冷裝置，所述水冷裝置連接二氧化碳激光器、用于為所述二氧化碳激光器提供水冷。

通過采用這種技術(shù)手段：利用水冷裝置提供循環(huán)冷水對二氧化碳激光器進(jìn)行冷卻，從而保證了二氧化碳激光器能夠長時(shí)間的連續(xù)工作。

進(jìn)一步優(yōu)選的是，上述高速激光振鏡切割機(jī)中：所述照明設(shè)備為條形LED光源、漫反射LED光源、環(huán)形LED光源中的任一種；所述照明設(shè)備的光源色調(diào)采用紅光和白光的間隔布置；所述攝像機(jī)為單反相機(jī)、工業(yè)相機(jī)、微單相機(jī)中的任一種。

通過采用這種技術(shù)手段：利用紅光和白光間隔布置的光源選擇，針對不同待切割布料的顏色最大程度的提高了色調(diào)光的對比度。

本發(fā)明還公開了一種基于上述高速激光振鏡切割機(jī)所實(shí)現(xiàn)的高速激光振鏡切割方法，包括如下步驟：

S1：啟動(dòng)送料機(jī)和控制終端機(jī)，以送料機(jī)輸送待切割的布料，以攝像單元控制攝像機(jī)對待切割布料照相，并將拍攝到的圖像發(fā)送至標(biāo)定單元和圖像處理單元；

S2：標(biāo)定單元接受攝像單元輸入的圖像、以標(biāo)定單元對該圖像的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定和矯正，將該圖像的參數(shù)由相機(jī)圖像參數(shù)轉(zhuǎn)換為切割坐標(biāo)圖像參數(shù)，并將該切割坐標(biāo)圖像參數(shù)發(fā)送給圖像處理單元和匹配單元；

S3：圖像處理單元接受攝像單元輸入的圖像以及標(biāo)定單元輸入的切割坐標(biāo)圖像參數(shù)、以圖像處理單元參照該切割坐標(biāo)圖像參數(shù)將攝像單元發(fā)送和圖像處理成灰度圖、并進(jìn)行邊緣增強(qiáng)和對比度拉伸處理、并將處理后的圖像發(fā)送給匹配單元；

S4：匹配單元接收圖像處理單元輸入的處理后的圖像以及標(biāo)定單元輸入的切割坐標(biāo)圖像參數(shù)、同時(shí)讀取樣板庫中存儲(chǔ)的樣本、在大幅面上并行的對多個(gè)樣板進(jìn)行匹配、在匹配完成后將得到的輸出切割軌跡坐標(biāo)信息發(fā)送至運(yùn)動(dòng)控制單元；

S5：運(yùn)動(dòng)控制單元接收匹配單元輸入的切割軌跡坐標(biāo)信息，根據(jù)該切割軌跡坐標(biāo)信息，啟動(dòng)二氧化碳激光器發(fā)射切割激光、并控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作，控制所述振鏡頭在對應(yīng)位置對送料機(jī)上輸送的待切割布料進(jìn)行激光切割。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提高了產(chǎn)品的成品率，實(shí)現(xiàn)了圖像的變形匹配，解決了進(jìn)料張力導(dǎo)致幅面布料變形的難題。大幅減少了振鏡頭的重復(fù)行程，提高了激光切割效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖中省略示出照明設(shè)備以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；

圖2為圖1旋轉(zhuǎn)90°后的視圖，本圖中省略了送料機(jī)，且顯露出圖1中隱藏于機(jī)身中的二氧化碳激光器。

圖3為圖1這個(gè)振鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1中控制終端機(jī)的結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的工作流程示意圖。

上述附圖中各部件與附圖標(biāo)記的對應(yīng)關(guān)系如下：

1、攝像裝置；2、激光切割機(jī)；3、送料機(jī)；4、控制終端機(jī)；5、水冷裝置；11、攝像機(jī)架；12、攝像機(jī)；21、二氧化碳激光器；22、振鏡頭；23、橫導(dǎo)軌；24、縱向槽；41、攝像單元；42、標(biāo)定單元；43、圖像處理單元；44、匹配單元；45、運(yùn)動(dòng)控制單元；46、樣板庫；47、照明控制單元；221、擴(kuò)束鏡；222、第一旋轉(zhuǎn)軸鏡；223、第二旋轉(zhuǎn)軸鏡；224、激光場鏡。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

如圖1-5所示的本發(fā)明實(shí)施例1：

一種高速激光振鏡切割機(jī)，包括攝像裝置1、激光切割機(jī)2、送料機(jī)3、控制終端機(jī)4、水冷裝置5和照明設(shè)備。其中，所述送料機(jī)3用于輸送待切割布料；所述攝像裝置1包括攝像機(jī)架11和攝像機(jī)12，所述攝像機(jī)12固定于攝像機(jī)架11上，所述攝像機(jī)12位于送料機(jī)3的正上方。所述激光切割機(jī)2包括二氧化碳激光器21、振鏡頭22、橫導(dǎo)軌23、縱向槽24和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括絲桿、滑塊和步進(jìn)電機(jī)；所述二氧化碳激光器21的輸出功率為80~400w、用于產(chǎn)生切割激光、所述振鏡頭22用于偏轉(zhuǎn)該切割激光并控制其發(fā)射至待切割的布料上。所述振鏡頭22包括擴(kuò)束鏡221、第一旋轉(zhuǎn)軸鏡222、第二旋轉(zhuǎn)軸鏡223和激光場鏡224；所述運(yùn)動(dòng)控制單元45實(shí)時(shí)控制第一旋轉(zhuǎn)軸鏡221和第二旋轉(zhuǎn)軸鏡222作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述二氧化碳激光器21射出的切割激光，依次經(jīng)擴(kuò)束鏡221擴(kuò)束、第一旋轉(zhuǎn)軸鏡222第一次折射、第二旋轉(zhuǎn)軸鏡223第二次折射、到達(dá)激光場鏡224并由激光場鏡224射出。所述振鏡頭22共有兩個(gè)、且平行安裝于所述橫導(dǎo)軌23上。所述步進(jìn)電機(jī)有兩個(gè)，且與所述振鏡頭22一一對應(yīng)，兩個(gè)振鏡頭22在對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下分別沿橫導(dǎo)軌23作橫向運(yùn)動(dòng)；而所述橫導(dǎo)軌23在絲桿和滑塊的作用下沿縱向槽23作縱向運(yùn)動(dòng)；所述水冷裝置5連接二氧化碳激光器21、用于為所述二氧化碳激光器21提供水冷。所述照明設(shè)備位于送料機(jī)3的正上方，用于照明送料機(jī)3；所述照明設(shè)備采用全封閉密封光源，具體來說，采用條形LED光源、漫反射LED光源、環(huán)形LED光源中的任一種；所述照明設(shè)備的光源色調(diào)采用紅光和白光的間隔布置。所述控制終端機(jī)4包括攝像單元4、標(biāo)定單元42、圖像處理單元43、匹配單元44、運(yùn)動(dòng)控制單元45、樣板庫46和照明控制單元47。所述照明控制單元47用于控制照明設(shè)備的開啟/關(guān)閉以及照明亮度的調(diào)節(jié)。所述樣板庫46用于存儲(chǔ)預(yù)先寫入的產(chǎn)品樣板；所述攝像單元41用于控制攝像機(jī)12對待切割布料照相，并將拍攝到的圖像發(fā)送至標(biāo)定單元42和圖像處理單元43；所述標(biāo)定單元42用于接受攝像單元41輸入的圖像、并對該圖像的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定和矯正，將該圖像的參數(shù)由相機(jī)圖像參數(shù)轉(zhuǎn)換為切割坐標(biāo)圖像參數(shù)，并將該切割坐標(biāo)圖像參數(shù)發(fā)送給圖像處理單元43和匹配單元44；所述圖像處理單元43中預(yù)先寫入樣板檢測與輪廓處理算法，提取各個(gè)樣板的外部輪廓以及內(nèi)部特征定位信息、圖像處理單元4接受攝像單元41輸入的圖像以及標(biāo)定單元42輸入的切割坐標(biāo)圖像參數(shù)，參照該切割坐標(biāo)圖像參數(shù)將攝像單元41發(fā)送和圖像處理成灰度圖、并進(jìn)行邊緣增強(qiáng)和對比度拉伸處理、并將處理后的圖像發(fā)送給匹配單元44；并將對應(yīng)樣板的外部輪廓以及內(nèi)部特征定位信息發(fā)送至匹配單元44。所述匹配單元44預(yù)先寫入基于輪廓線形狀匹配算法；該基于輪廓線形狀匹配算法在非變形匹配模式和變形匹配模式之間切換，匹配單元44接收圖像處理單元43輸入的處理后的圖像以及標(biāo)定單元42輸入的切割坐標(biāo)圖像參數(shù)、讀取樣板庫46、在大幅面上并行的對多個(gè)樣板進(jìn)行匹配、在匹配完成后將得到的輸出切割軌跡坐標(biāo)信息發(fā)送至運(yùn)動(dòng)控制單元45；所述運(yùn)動(dòng)控制單元45接收匹配單元44輸入的切割軌跡坐標(biāo)信息，根據(jù)該切割軌跡坐標(biāo)信息驅(qū)動(dòng)激光切割機(jī)2工作，控制振鏡頭21運(yùn)動(dòng)到對應(yīng)位置對送料機(jī)3上輸送的待切割布料進(jìn)行激光切割。

實(shí)踐中：首先攝像單元41操縱攝像機(jī)12進(jìn)行拍照，同時(shí)讀入所需切割的模板文件；接著，調(diào)用圖像處理單元43對拍攝的圖像進(jìn)行處理，并提取其內(nèi)外輪廓特征，匹配單元44利用這些輪廓特征，首先調(diào)用非變形匹配模式進(jìn)行無變形匹配的粗定位操作。粗定位完成后，再調(diào)用變形匹配算法，對每個(gè)模板樣片輪廓進(jìn)行精確的定位和變形矯正，最后將所得到的輸出切割軌跡坐標(biāo)信息編碼成控制信號(hào)傳輸給運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)45，通過運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行實(shí)際的切割操作。使用變形匹配算法矯正后，旋轉(zhuǎn)和拉伸形變均得到了很好的矯正，完全能滿足現(xiàn)有大幅面切割要求。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的技術(shù)人員在本發(fā)明公開的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。