一种配有线阵相机的激光雕刻系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于激光雕刻以及机器视觉领域，尤其是涉及一种配有线阵相机的激 光雕刻系统。
【背景技术】
[0002] 激光雕刻系统是利用数控技术为基础，激光为加工媒介，被加工材料在激光照射 下瞬间融化或气化的物体特性，从而达到雕刻目的的系统。
[0003] 现有的激光雕刻方法一般是采用CorelDRAW、AutoCAD等图像处理软件，提取出图 像的外围轮廓，生成轮廓矢量图，导入雕刻机控制软件处理成激光头的运动控制指令，雕刻 机执行控制指令，雕刻出相应的图案。如果手工雕好一个圆柱雕刻品，需要将雕刻品上的图 像进行复制，首先就要进行图像采集，如何实现图像的精确采集以及将采集到的图像与激 光雕刻机实现很好的融合就成了现在亟待解决的技术问题。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以对大 尺寸柱状雕刻物的图像采集的配有线阵相机的激光雕刻系统。
[0005] 本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006] 一种配有线阵相机的激光雕刻系统，包括
[0007] 激光头，
[0008] 工业相机，
[0009] 放置激光头及工业相机的旋转机构，
[0010] 控制激光头、工业相机以及旋转机构运动轨迹的控制机构，
[0011] 放置雕刻品的蜂窝板。
[0012] 所述的旋转机构包括横梁导轨以及设置在横梁导轨两端与其垂直连接的垂直导 轨。
[0013] 所述的激光头及工业相机连接安装在横梁导轨上，并沿横梁导轨滑动。
[0014] 所述的控制结构包括步进电机、控制器及上位机，
[0015] 所述的步进电机连接横梁导轨、垂直导轨以及通过编码器连接雕刻品，利用控制 器控制步进电机以控制横梁导轨及垂直导轨的运动，
[0016] 所述的控制器与激光头及上位机连接，
[0017] 所述的上位机与工业相机连接。
[0018] 所述的工业相机为线阵相机，通过Camera Link接口与上位机连接。
[0019] 所述的蜂窝板上设有带动雕刻品滚动的滚轴。
[0020] 所述的上位机内置有图像采集卡和信号采集卡，所述的图像采集卡将工业相机输 出信号通过总线传输到上位机内存或显存，所述的信号采集卡与编码器连接获取转速信 息，该速度进一步转换为线阵相机相应的扫描频率，利用频率信号发生器驱动线阵相机，实 现对滚轴的实时同步扫描。保证在单位时间内线阵相机采集图像的扫描行距之和与滚轴实 际转过的距离相同。
[0021] 对于一些大型工件，由于相机视场的限制，一次拍照无法获得完整的图像信息，可 以使相机在导轨上沿着轨迹运动，每隔一段距离自动采集一幅图像，然后对采集到的图像 进行图像拼接，形成一幅完整的画面。
[0022] 得到原始图像后，在用现在常用的图像处理方式，提取出图像的外围轮廓，生成轮 廓矢量图，导入雕刻机控制软件处理成激光头的运动控制指令，雕刻机执行控制指令，雕刻 出相应的图案。完成对柱状物的实时雕刻。
[0023] 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
[0024] 1、采用线扫描工业相机，对物体进行逐行扫描，可以获得比较精确原始图像。
[0025] 2、使用图像拼接技术，突破了相机对幅面的限制。
[0026] 3、借助现有激光雕刻机以及旋转装置，改造成本低。
【附图说明】
[0027] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0028] 图2为工业相机的运动轨迹。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
[0030] 一种配有线阵相机的激光雕刻系统，其结构如图1所示，包括位于底部的蜂窝板 1、带动雕刻品3滚动的滚轴2,位于蜂窝板1上方用来控制激光头6和工业相机7在X轴方 向上运动的横梁导轨4、位于横梁导轨4左右两侧用来控制横梁导轨4在Y轴方向上运动 的垂直导轨52和垂直导轨54,安装在横梁导轨4上的激光头6及工业相机7、与各步进电 机相连的控制器8,其中，步进电机92和步进电机94分别拖动导轨在X、Y两个方向运动、 步进电机96拖动滚轴的转动、编码器10通过联轴器与滚轴2相连，上位机11通过Camera Link接口与工业相机7相连进行图像采集、图像处理并对雕刻机发出控制指令，使用的工 业相机7为线阵相机。
[0031] 使用方法包括以下步骤：
[0032] 步骤1、本系统工作平台在蜂窝板1上面，用丝杠控制蜂窝板的高低位置。旋转机 构放到蜂窝板1上，通过丝杠调整网带的高度使滚轴上雕刻品与激光头的距离在合适的范 围内。
[0033] 步骤2、将编码器10为增量式，每转动一圈，编码器会提供一定数量的脉冲，根据 单位时间内的脉冲计数可以得到滚轴转动的速度。假设编码器的输出脉冲频率为f〇,滚轴 直径为D，转动速度为V，相机扫描所需要的行频率为f，图像像素尺寸（扫描行距）对应物 体的实际尺寸为d，编码器一周的脉冲个数为C。
[0034] 卷轴速度：
[0035] V = f X d (1)
[0036] 滚轴周长：
[0037] L = π XD (2)
[0038] 滚轴旋转一周所需时间：
[0039] t = L/V (3)
[0040] 从编码器脉冲的角度计算：
[0041] t = C/f〇 (4)
[0042] 得到f和fQ之间的关系：
[0044] 得到线阵相机相应的扫描频率后，利用频率信号发生器驱动线阵相机，实现对滚 轴的实时同步扫描。
[0045] 步骤3、工业相机7的扫描频率与滚轴速度同步之后，控制工业相机7对雕刻品3 进行同步扫描，扫描一圈以后，相机根据图2所示的运动轨迹运动，在每个数字段内分别扫 描一圈采集一幅图像，并通过图像采集卡将输出信号传输到计算机中并保存。
[0046] 步骤4、对采集到的图像进行图像拼接，提出了一种基于特征点的图像拼接方法。 该方法采用对于尺度具有鲁棒性的SIFT算法进行特征点的提取与匹配，并通过引导互匹 配及投票过滤的方法提高特征点的匹配精确度，使用稳健的RANSAC算法求出图像间变换 矩阵H的初值并使用LM非线性迭代算法精炼H，最终使用加权平均融合算法消除图像拼接 处的缝合线，实现图像的高质量拼接。
[0047] 步骤5、将拼接好的图像导入CorelDRAW软件，提取出图像的外围轮廓，生成轮廓 矢量图，导入雕刻机控制软件处理成激光头的运动控制指令。设置生产参数，保证雕刻机运 行通畅，雕刻机执行控制指令，雕刻出相应的图案。
[0048] 通过一系列的图像采集、图像处理、激光雕刻过程，能快速准确的对某一柱状物进 行实时雕刻，效率更高。
【主权项】
1. 一种配有线阵相机的激光雕刻系统，其特征在于，包括 激光头， 工业相机， 放置激光头及工业相机的旋转机构， 控制激光头、工业相机以及旋转机构运动轨迹的控制机构， 放置雕刻品的蜂窝板； 所述的旋转机构包括横梁导轨以及设置在横梁导轨两端与其垂直连接的垂直导轨； 所述的控制结构包括步进电机、控制器及上位机， 所述的步进电机连接横梁导轨、垂直导轨以及通过编码器连接雕刻品，利用控制器控 制步进电机以控制横梁导轨及垂直导轨的运动， 所述的控制器与激光头及上位机连接， 所述的上位机与工业相机连接。2. 根据权利要求1所述的一种配有线阵相机的激光雕刻系统，其特征在于，所述的激 光头及工业相机连接安装在横梁导轨上，并沿横梁导轨滑动。3. 根据权利要求1所述的一种配有线阵相机的激光雕刻系统，其特征在于，所述的工 业相机为线阵相机，通过Camera Link接口与上位机连接。4. 根据权利要求1所述的一种配有线阵相机的激光雕刻系统，其特征在于，所述的上 位机内置有图像采集卡和信号采集卡，所述的图像采集卡将工业相机输出信号通过总线传 输到上位机内存或显存，所述的信号采集卡与编码器连接获取转速信息。5. 根据权利要求4所述的一种配有线阵相机的激光雕刻系统，其特征在于，所述的信 号采集卡采集转速并控制工业相机与激光头对蜂窝板上放置的雕刻品进行同步实时扫描。6. 根据权利要求1所述的一种配有线阵相机的激光雕刻系统，其特征在于，所述的蜂 窝板上设有带动雕刻品滚动的滚轴。
【专利摘要】本实用新型涉及一种配有线阵相机的激光雕刻系统，包括激光头，工业相机，放置激光头及工业相机的旋转机构，控制激光头、工业相机以及旋转机构运动轨迹的控制机构，放置雕刻品的蜂窝板，通过编码器采集轴承旋转速度来完成滚轴的转速与相机扫描频率的同步，工业相机能按设计好的直线运动轨迹运动，每隔一段距离自动采集一幅图像，在计算机上对这些图像进行拼接，拼接成一幅完整的画面，随后导入图像处理软件，提取出图像的外围轮廓，生成轮廓矢量图，导入雕刻机控制软件处理成激光头的运动控制指令，雕刻出相应的图案，从而实现了对柱状雕刻物的图像采集、增强了激光雕刻机的功能。
【IPC分类】B23K26/362, B23K26/70
【公开号】CN204700440
【申请号】CN201520299382
【发明人】张东, 余朝刚, 罗凯君, 黄炜钰
【申请人】上海工程技术大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月11日