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一种激光加工路径的控制方法、装置、处理器及存储介质

更新时间:2024-11-01
一种激光加工路径的控制方法、装置、处理器及存储介质 专利申请类型:发明专利;
地区:广东-深圳;
源自:深圳高价值专利检索信息库;

专利名称:一种激光加工路径的控制方法、装置、处理器及存储介质

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202410753238.5

专利申请(专利权)人:深圳市牧激科技有限公司
权利人地址:广东省深圳市龙岗区坂田街道布龙335龙景工业园F栋202室

专利发明(设计)人:岳国汉,肖婷婷,孙雅兰

专利摘要:本发明属于激光加工技术领域,公开了一种激光加工路径的控制方法、装置、处理器及存储介质,包括实时获取加工对象的图像信息,识别加工对象的激光加工轮廓线,并建立动态坐标系,选定一个起始激光加工点,并辨识出一系列的标定激光加工点;计算各个标定激光加工点的标定线长度和标定角度,以及基于激光加工轮廓线的激光加工路径;激光加工过程中,动态调整激光头的移动速度,并自动光学对焦技术,动态调整光路组件的设置,保持最佳对焦;通过实时视觉监测系统不仅实现了对加工轮廓线的精准识别和动态追踪,还提供了连续的反馈信息来指导激光头的移动和焦点的校正,确保了加工质量的一致性和精度,适应变化的生产需求,提高了加工的灵活性。

主权利要求:
1.一种激光加工路径的控制方法,其特征在于,包括:
通过视觉监测系统实时获取加工对象的图像信息,利用图像处理算法识别加工对象的激光加工轮廓线,并建立动态坐标系;
在动态坐标系中,选定一个起始激光加工点,并辨识出一系列的标定激光加工点,其中每个标定激光加工点与所述激光加工轮廓线的特征对应;
使用视觉监测系统中的图像处理软件,计算各个所述标定激光加工点的标定线长度和标定角度,以及基于所述激光加工轮廓线的激光加工路径;
激光加工过程中,根据所述激光加工路径上各个所述标定激光加工点的坐标和标定线,动态调整激光头的移动速度,并结合所述视觉监测系统实时获取的图像信息,采用自动光学对焦技术,动态调整光路组件的设置,使激光焦点在加工表面保持最佳对焦;
其中,所述激光加工过程中,根据所述激光加工路径上各个所述标定激光加工点的坐标和标定线,动态调整激光头的移动速度;具体包括:基于生成的激光加工路径,针对所述激光加工路径的每个标定激光加工点分别计算激光头从当前位置移至下一位置的最优点位移动速度;
对于所述激光加工路径上的直线段和曲线段,分别采用第一移动速度和第二移动速度,其中,所述第一移动速度大于所述第二移动速度;
综合所述最优点位移动速度、所述第一移动速度和第二移动速度,汇总形成适配于所述激光加工路径的速度控制合集;
驱动所述激光头从所述起始激光加工点开始以所述速度控制合集运行,在激光加工过程中,采用运动控制算法预测所述激光头下一位置,形成预测轨迹信息;
对比所述预测轨迹信息与所述激光加工轮廓线的偏差值,动态调整激光头的移动速度和移动轨迹。
2.根据权利要求1所述的激光加工路径的控制方法,其特征在于,所述通过视觉监测系统实时获取加工对象的图像信息,利用图像处理算法识别加工对象的激光加工轮廓线,并建立动态坐标系;具体包括:在工作台的上方配置视觉监测系统,所述视觉监测系统包括一个或多个机器视觉相机;
通过视觉监测系统实时获取所述工作台上的加工对象的图像信息,并将所述图像信息实时传输到集成有图像处理算法的计算系统中;
所述计算系统对所述图像信息进行图像预处理;其中,预处理过程包括图像去噪、对比度调整和亮度校正。
3.根据权利要求2所述的激光加工路径的控制方法,其特征在于,所述计算系统对所述图像信息进行图像预处理,之后还包括:在预处理后的图像信息上应用边缘检测与特征提取的图像处理算法,识别出加工对象的激光加工轮廓线;
基于识别的激光加工轮廓线,在所述计算系统中构建初始坐标系;
通过对所述机器视觉相机进行视角校正,使所述机器视觉相机的视角与激光加工区域对齐,并根据视角校正得到的参数更新初始坐标系,形成动态坐标系。
4.根据权利要求1所述的激光加工路径的控制方法,其特征在于,所述在动态坐标系中,选定一个起始激光加工点,并辨识出一系列的标定激光加工点,其中每个标定激光加工点与所述激光加工轮廓线的特征对应;具体包括:在所述动态坐标系内,通过图像处理算法选取加工轮廓线上的一个预设点位作为起始激光加工点;
通过轮廓追踪算法,从所述起始激光加工点开始沿轮廓线方向识别出一系列标定激光加工点,以定义激光头的加工路径;其中,所述标定激光加工点对应于所述激光加工轮廓线上的显著特征点;所述显著特征点包括角点、变曲点和易变区点;
对识别出的一系列标定激光加工点进行重复性筛选,并与所述动态坐标系进行同步设置,形成一组标定点数据结构。
5.根据权利要求4所述的激光加工路径的控制方法,其特征在于,所述使用视觉监测系统中的图像处理软件,计算各个所述标定激光加工点的标定线长度和标定角度,以及基于所述激光加工轮廓线的激光加工路径;具体包括:采用计算系统对所述标定点数据结构进行解析,以计算出每个所述标定激光加工点的多维空间坐标;所述多维空间坐标包括X轴、Y轴和Z轴的坐标值;
所述计算系统通过各个所述标定激光加工点的多维空间坐标,计算每个所述标定激光加工点至相连标定激光加工点间的标定线长度,以设定激光加工路径中各线段的长度参数;
结合动态坐标系和激光加工轮廓线的空间特性,所述计算系统计算沿着加工轮廓的各标定线的曲线走向,以确定每组相连标定激光加工点之间的标定角度;
综合所述标定激光加工点的标定线长度和标定角度,使用激光控制算法,生成一条符合所述激光加工轮廓线的激光加工路径图;
在所述激光加工路径图生成过程中,所述计算系统对选定的激光加工路径进行能量优化和平滑处理,获得激光加工路径。
6.根据权利要求1所述的激光加工路径的控制方法,其特征在于,所述并结合所述视觉监测系统实时获取的图像信息,采用自动光学对焦技术,动态调整光路组件的设置,使激光焦点在加工表面保持最佳对焦;具体包括:整合所述视觉监测系统实时采集到的加工区域的图像信息,并通过机器视觉算法对激光焦点在加工区域进行质量评估;
根据质量评估结果,判断对焦位置是否需要调整,若否,则继续执行当前光路组件的设置;若否,则执行光路组件的设置的动态调整;
在激光头移动过程中,根据质量评估结果识别对焦偏差,动态调整光路组件的设置以补偿所述对焦偏差,使激光束聚焦在加工区域的预定位置,进行最佳对焦;
设定光路调整参数,以优化对焦过程中的调整精度和响应速度;所述光路调整参数包括光学组件的移动速度、移动范围和反应时间。
7.一种激光加工路径的控制装置,其特征在于,用于实现如权利要求1至6任一项所述的激光加工路径的控制方法,所述控制装置包括:视觉监测系统,包括一个或多个机器视觉相机,用于实时获取加工对象的图像信息;
图像处理单元,用于接收自视觉监测系统的图像信息进行图像预处理,并通过内置的图像处理算法识别加工对象的激光加工轮廓线;
坐标生成模块,用于根据激光加工轮廓线建立初始坐标系,并根据视角校正得到的参数更新所述初始坐标系,形成动态坐标系;
激光标定模块,用于在动态坐标系中,选定一个起始激光加工点,并辨识出一系列的标定激光加工点;
路径规划模块,计算各个所述标定激光加工点的标定线长度和标定角度,以及基于所述激光加工轮廓线的激光加工路径;
路径控制单元,用于激光加工过程中,根据所述激光加工路径上各个所述标定激光加工点的坐标和标定线,形成速度控制合集;
运动控制单元,用于将所述路径控制单元形成的速度控制集合转化为具体的运动控制指令;
光路调节单元,用于结合所述视觉监测系统实时获取的图像信息,采用自动光学对焦技术,动态调整光路组件的设置。
8.一种处理器,其特征在于,包括存储器和至少一个处理器,所述存储器中存储有指令;
所述处理器调用所述存储器中的所述指令,以使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的激光加工路径的控制方法。
9.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有指令,所述指令用于实现如权利要求1至6中任一项所述的激光加工路径的控制方法。 说明书 : 一种激光加工路径的控制方法、装置、处理器及存储介质技术领域[0001] 本发明涉及激光加工技术领域,尤其涉及一种激光加工路径的控制方法、装置、处理器及存储介质。背景技术[0002] 激光加工作为现代制造业的重要组成部分,广泛应用于金属切割、焊接、标记以及各类材料的雕刻处理等领域。随着工业技术的进步,对激光加工的精度、速度和灵活性要求日益提高,这推动了激光加工设备和控制技术的持续创新与发展。特别是在汽车制造、精密工程和微电子制造等领域,激光加工的精确性和效率至关重要,这些行业经常需要处理复杂的零件形状,并且对加工质量和生产效率有严格的要求。[0003] 现有技术中的激光加工控制主要依赖预设的程序和路径来指导激光头沿着加工轮廓线移动,这些程控方法通常要求事先设计好激光的加工路径,并根据设定路径执行加工任务;然而,这些方法面临着一些问题,比如对加工对象形状变化的适应性较差,一旦加工对象在制造过程中发生位移或变形,就可能导致激光头与加工表面的相对位置发生误差,从而影响激光焦点的准确对焦以及加工精度,另外,由于缺乏实时的反馈机制,激光加工的临时微调较为困难,这限制了加工过程的灵活性和效率。[0004] 鉴于此,需要对现有技术中的激光加工技术加以改进,以解决加工过程中激光头适应性调整能力较差的技术问题。发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种激光加工路径的控制方法、装置、处理器及存储介质,解决以上的技术问题。[0006] 为达此目的,本发明采用以下技术方案:[0007] 一种激光加工路径的控制方法,包括:[0008] 通过视觉监测系统实时获取加工对象的图像信息,利用图像处理算法识别加工对象的激光加工轮廓线,并建立动态坐标系;[0009] 在动态坐标系中,选定一个起始激光加工点,并辨识出一系列的标定激光加工点,其中每个标定激光加工点与所述激光加工轮廓线的特征对应;[0010] 使用视觉监测系统中的图像处理软件,计算各个所述标定激光加工点的标定线长度和标定角度,以及基于所述激光加工轮廓线的激光加工路径;[0011] 激光加工过程中,根据所述激光加工路径上各个所述标定激光加工点的坐标和标定线,动态调整激光头的移动速度,并结合所述视觉监测系统实时获取的图像信息,采用自动光学对焦技术,动态调整光路组件的设置,使激光焦点在加工表面保持最佳对焦。[0012] 可选的,所述通过视觉监测系统实时获取加工对象的图像信息,利用图像处理算法识别加工对象的激光加工轮廓线,并建立动态坐标系;具体包括:[0013] 在工作台的上方配置视觉监测系统,所述视觉监测系统包括一个或多个机器视觉相机;[0014] 通过视觉监测系统实时获取所述工作台上的加工对象的图像信息,并将所述图像信息实时传输到集成有图像处理算法的计算系统中;[0015] 所述计算系统对所述图像信息进行图像预处理;其中,预处理过程包括图像去噪、对比度调整和亮度校正;[0016] 可选的,所述计算系统对所述图像信息进行图像预处理,之后还包括:[0017] 在预处理后的图像信息上应用边缘检测与特征提取的图像处理算法,识别出加工对象的激光加工轮廓线;[0018] 基于识别的激光加工轮廓线,在所述计算系统中构建初始坐标系;[0019] 通过对所述机器视觉相机进行视角校正,使所述机器视觉相机的视角与激光加工区域对齐,并根据视角校正得到的参数更新初始坐标系,形成动态坐标系。[0020] 可选的,所述在动态坐标系中,选定一个起始激光加工点,并辨识出一系列的标定激光加工点,其中每个标定激光加工点与所述激光加工轮廓线的特征对应;具体包括:[0021] 在所述动态坐标系内,通过图像处理算法选取加工轮廓线上的一个预设点位作为起始激光加工点;[0022] 通过轮廓追踪算法,从所述起始激光加工点开始沿轮廓线方向识别出一系列标定激光加工点,以定义激光头的加工路径;其中,所述标定激光加工点对应于所述激光加工轮廓线上的显著特征点;所述显著特征点包括角点、变曲点和易变区点;[0023] 对识别出的一系列标定激光加工点进行重复性筛选,并与所述动态坐标系进行同步设置,形成一组标定点数据结构。[0024] 可选的,所述使用视觉监测系统中的图像处理软件,计算各个所述标定激光加工点的标定线长度和标定角度,以及基于所述激光加工轮廓线的激光加工路径;具体包括:[0025] 采用计算系统对所述标定点数据结构进行解析,以计算出每个所述标定激光加工点的多维空间坐标;所述多维空间坐标包括X轴、Y轴和Z轴的坐标值;[0026] 所述计算系统通过各个所述标定激光加工点的多维空间坐标,计算每个所述标定激光加工点至相连标定激光加工点间的标定线长度,以设定激光加工路径中各线段的长度参数;[0027] 结合动态坐标系和激光加工轮廓线的空间特性,所述计算系统计算沿着加工轮廓的各标定线的曲线走向,以确定每组相连标定激光加工点之间的标定角度;[0028] 综合所述标定激光加工点的标定线长度和标定角度,使用激光控制算法,生成一条符合所述激光加工轮廓线的激光加工路径图;[0029] 在所述激光加工路径图生成过程中,所述计算系统对选定的激光加工路径进行能量优化和平滑处理,获得激光加工路径。[0030] 可选的,所述激光加工过程中,根据所述激光加工路径上各个所述标定激光加工点的坐标和标定线,动态调整激光头的移动速度;具体包括:[0031] 基于生成的激光加工路径,针对所述激光加工路径的每个标定激光加工点分别计算激光头从当前位置移至下一位置的最优点位移动速度;[0032] 对于所述激光加工路径上的直线段和曲线段,分别采用第一移动速度和第二移动速度,其中,所述第一移动速度大于所述第二移动速度;[0033] 综合所述最优点位移动速度、所述第一移动速度和第二移动速度,汇总形成适配于所述激光加工路径的速度控制合集;[0034] 驱动所述激光头从所述起始激光加工点开始以所述速度控制合集运行,在激光加工过程中,采用运动控制算法预测所述激光头下一位置,形成预测轨迹信息;[0035] 对比所述预测轨迹信息与所述激光加工轮廓线的偏差值,动态调整激光头的移动速度和移动轨迹。[0036] 可选的,所述并结合所述视觉监测系统实时获取的图像信息,采用自动光学对焦技术,动态调整光路组件的设置,使激光焦点在加工表面保持最佳对焦;具体包括:[0037] 整合所述视觉监测系统实时采集到的加工区域的图像信息,并通过机器视觉算法对激光焦点在加工区域进行质量评估;[0038] 根据质量评估结果,判断对焦位置是否需要调整,若否,则继续执行当前光路组件的设置;若否,则执行光路组件的设置的动态调整;[0039] 在激光头移动过程中,根据质量评估结果识别对焦偏差,动态调整光路组件的设置以补偿所述对焦偏差,使激光束聚焦在加工区域的预定位置,进行最佳对焦;[0040] 设定光路调整参数,以优化对焦过程中的调整精度和响应速度;所述光路调整参数包括光学组件的移动速度、移动范围和反应时间。[0041] 本发明还提供了一种激光加工路径的控制装置,用于实现如上所述的激光加工路径的控制方法,所述控制装置包括:[0042] 视觉监测系统,包括一个或多个机器视觉相机,用于实时获取加工对象的图像信息;[0043] 图像处理单元,用于接收自视觉监测模块的图像信息进行图像预处理,并通过内置的图像处理算法识别加工对象的激光加工轮廓线;[0044] 坐标生成模块,用于根据激光加工轮廓线建立初始坐标系,并根据视角校正得到的参数更新所述初始坐标系,形成动态坐标系;[0045] 激光标定模块,用于在动态坐标系中,选定一个起始激光加工点,并辨识出一系列的标定激光加工点;[0046] 路径规划模块,计算各个所述标定激光加工点的标定线长度和标定角度,以及基于所述激光加工轮廓线的激光加工路径;[0047] 路径控制单元,用于激光加工过程中,根据所述激光加工路径上各个所述标定激光加工点的坐标和标定线,形成速度控制合集;[0048] 运动控制单元,用于将所述路径控制单元形成的速度控制集合转化为具体的运动控制指令;[0049] 光路调节单元,用于结合所述视觉监测系统实时获取的图像信息,采用自动光学对焦技术,动态调整光路组件的设置。[0050] 本发明还提供了一种处理器,包括存储器和至少一个处理器,所述存储器中存储有指令;[0051] 所述处理器调用所述存储器中的所述指令,以使得所述处理器执行如上所述的激光加工路径的控制方法。[0052] 本发明还提供了一种存储介质,所述存储介质上存储有指令,所述指令用于实现如上所述的激光加工路径的控制方法。[0053] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:加工时,通过视觉监测系统实时捕捉加工对象的图像,并通过图像处理算法从中识别出加工轮廓线,以此信息建立动态坐标系,在动态坐标系中,选定起始激光加工点并确定一系列沿轮廓线分布的标定激光加工点;图像处理软件继续计算这些点的标定线长和标定角度并生成精确的激光加工路径,在激光加工过程中,控制系统会根据预定路径上每个点的位置和距离信息来动态调整激光头移动的速度;同时结合视觉监测系统提供的实时反馈,自动光学对焦技术将被用于实时调整激光头的光路组件,确保激光焦点在加工表面保持最佳对焦状态;本方法通过实时视觉监测系统不仅实现了对加工轮廓线的精准识别和动态追踪,还提供了连续的反馈信息来指导激光头的移动和焦点的校正,确保了加工质量的一致性和精度;同时动态调整激光头速度和光路组件相结合的方法极大增强了系统对不规则或变化形状加工物的适应能力,适应变化的生产需求,提高了加工的灵活性。附图说明[0054] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。[0055] 本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。[0056] 图1为本实施例一的激光加工路径的控制方法的流程示意图之一;[0057] 图2为本实施例一的激光加工路径的控制方法的流程示意图之二;[0058] 图3为本实施例一的激光加工路径的控制方法的流程示意图之三。具体实施方式[0059] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而非全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。[0060] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是,当一个组件被认为是“连接”另一个组件,它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。[0061] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。[0062] 实施例一:[0063] 结合图1至图3所示,本发明实施例提供了一种激光加工路径的控制方法,包括:[0064] S1,通过视觉监测系统实时获取加工对象的图像信息,利用图像处理算法识别加工对象的激光加工轮廓线,并建立动态坐标系;[0065] 此步骤中,视觉监测系统用于实时捕获加工对象的图像信息,利用图像处理算法,如边缘检测、形态学操作等,系统能够准确识别加工对象的激光加工轮廓线。这一过程中,将从捕获到的图像中提取出加工对象的外形轮廓并转换为计算机可识别和处理的数据格式,基于这些信息,进一步建立起一个动态坐标系,确保无论加工对象如何定位,所定义的加工轮廓都正确映射到实际的空间位置,这一步骤是后续精确控制激光加工路径的关键基础。[0066] S2,在动态坐标系中,选定一个起始激光加工点,并辨识出一系列的标定激光加工点,其中每个标定激光加工点与激光加工轮廓线的特征对应;[0067] 在建立的动态坐标系中进行关键加工点的选取,通过图像处理软件,系统能够在加工轮廓线上选取适当的起始加工点,这个点是加工开始的位置,同时也定义了一系列沿轮廓线的标定激光加工点。这些标定点的选取基于轮廓线的显著特征,如边角、曲线最高点等,对应着实际加工过程中的关键切入点、转角或停顿点。此步骤保证了激光加工可以沿着最佳路径进行,同时为下一步的具体路径规划提供了必要的空间数据参照。[0068] S3,使用视觉监测系统中的图像处理软件,计算各个标定激光加工点的标定线长度和标定角度,以及基于激光加工轮廓线的激光加工路径;[0069] 对标定点进行定量分析和路径规划,在这一步骤中,系统根据视觉监测系统中图像处理软件的计算结果,针对选定的每个标定激光加工点计算出其标定线长度和与相邻标定点之间的标定角度;这些数据是确定激光头的移动路径和定位的依据,用于生成表征激光加工轮廓线的路径指令。[0070] S4,激光加工过程中,根据激光加工路径上各个标定激光加工点的坐标和标定线,动态调整激光头的移动速度,并结合视觉监测系统实时获取的图像信息,采用自动光学对焦技术,动态调整光路组件的设置,使激光焦点在加工表面保持最佳对焦。[0071] 在激光加工进行的过程中,控制系统依据路径上各个标定激光加工点的坐标信息和相互之间的距离,不断调整激光头的移动速度,以确保加工速度与特定的加工需求相匹配。同时,结合视觉监测系统实时提供的图像信息,系统通过自动光学对焦技术实施动态调整光路组件,比如反射镜或透镜的位置,以保障激光焦点在加工表面始终保持最佳对焦。该步骤的智能反馈机制能够适应加工过程中的材料属性变化或环境因素,保障加工过程的稳定性和精确性。[0072] 本发明的工作原理为:加工时,通过视觉监测系统实时捕捉加工对象的图像,并通过图像处理算法从中识别出加工轮廓线,以此信息建立动态坐标系,在动态坐标系中,选定起始激光加工点并确定一系列沿轮廓线分布的标定激光加工点;图像处理软件继续计算这些点的标定线长和标定角度并生成精确的激光加工路径,在激光加工过程中,控制系统会根据预定路径上每个点的位置和距离信息来动态调整激光头移动的速度;同时结合视觉监测系统提供的实时反馈,自动光学对焦技术将被用于实时调整激光头的光路组件,确保激光焦点在加工表面保持最佳对焦状态;相较于现有技术中的激光加工技术,本方法通过实时视觉监测系统不仅实现了对加工轮廓线的精准识别和动态追踪,还提供了连续的反馈信息来指导激光头的移动和焦点的校正,确保了加工质量的一致性和精度;同时动态调整激光头速度和光路组件相结合的方法极大增强了系统对不规则或变化形状加工物的适应能力,适应变化的生产需求,提高了加工的灵活性。[0073] 在本实施例中,具体说明的是,步骤S1具体包括:[0074] S11,在工作台的上方配置视觉监测系统,视觉监测系统包括一个或多个机器视觉相机;[0075] 视觉监测系统安装在工作台上方,使其能够覆盖整个加工区域,觉监测系统包括一个或多个高质量的机器视觉相机,这些相机具备高分辨率和高动态范围的特性,被策略性地放置以捕获不同角度的图像,确保对加工对象的全面视觉覆盖和准确的图像信息获取。[0076] S12,通过视觉监测系统实时获取工作台上的加工对象的图像信息,并将图像信息实时传输到集成有图像处理算法的计算系统中;[0077] 由视觉监测系统实时获取的图像信息组成,在加工对象放置到工作台上并固定就位后,这些相机捕获该对象的图像,并将所得的图像信息实时传输到配备有图像处理算法的计算系统中。这一实时传输确保数据流在捕获后被送至处理单元,以便及时分析并响应任何加工中发生的变化。[0078] S13,计算系统对图像信息进行图像预处理;其中,预处理过程包括图像去噪、对比度调整和亮度校正;[0079] 计算系统会对接收到的图像信息进行初步的图像预处理,这个预处理过程旨在提升图像的质量,使得后续步骤中的图像识别与分析更加准确。预处理通常包括多个操作,如图像去噪、对比度调整和亮度校正,去噪有助于移除图像捕获过程中的随机噪声;对比度调整用于增强图像中的关键特征;亮度校正则确保图像亮度恰到好处,不致因过亮或过暗而影响后续的边缘检测结果。通过这些预处理步骤,以利于后续图像中的激光加工轮廓线的提取。[0080] 在本实施例中,进一步说明的是,步骤S11之后包括:[0081] S14,在预处理后的图像信息上应用边缘检测与特征提取的图像处理算法,识别出加工对象的激光加工轮廓线;激光加工轮廓线包括但不限于轮廓的边缘和角点。[0082] 通过边缘检测算法(如Canny边缘检测器),系统能够确定图像中加工对象的边缘,并将这些边缘转化为数学表示的轮廓线;同时,利用特征提取技术,能够标识出轮廓线上特殊的几何特征,如角点、凹点或突变点。[0083] S15,基于识别的激光加工轮廓线,在计算系统中构建初始坐标系;该坐标系能够实时响应加工对象位置和姿态的变化,并与加工对象的实际尺寸一一对应。[0084] 基于识别出的激光加工轮廓线,在计算系统中构建一个初始坐标系,这个坐标系起初是静态的,以加工对象当前的位置和姿态为参照建立,并确保所有后续操作,例如激光头的移动指令和路径规划,都是在这个坐标系的基础上进行。[0085] S16,通过对机器视觉相机进行视角校正,使机器视觉相机的视角与激光加工区域对齐,并根据视角校正得到的参数更新初始坐标系,形成动态坐标系。[0086] 将静态的初始坐标系转变为能够动态适应加工过程中物体位置变化的动态坐标系。通过对安装在工作台上的机器视觉相机进行视角校正,确保相机的视场与实际激光加工区域保持对齐。校正后,由于加工过程中物体移动或设备振动造成的图像偏置都将被准确校准,根据视角校正得到的新参数,更新初始坐标系,使之变为动态坐标系,能够反映物体实时位置,并为激光加工提供持续的空间定位支持。[0087] 在本实施例中,具体说明的是,步骤S2具体包括:[0088] S21,在动态坐标系内,通过图像处理算法选取加工轮廓线上的一个预设点位作为起始激光加工点;起始激光加工点需满足加工的启动条件并易于激光头定位和对焦;[0089] 在动态坐标系中选取起始激光加工点,在这个阶段,图像处理算法在之前识别的激光加工轮廓线上搜索并选取一个适当的预设点位。这个起始点是后续激光加工操作的初始位置,通常选择在加工效率和易操作性之间达到平衡的轮廓线位置;起始点的选取还会考虑到材料的加工特性和易于激光头定位和对焦,以确保加工过程的顺利开展。[0090] S22,通过轮廓追踪算法,从起始激光加工点开始沿轮廓线方向识别出一系列标定激光加工点,以定义激光头的加工路径;其中,标定激光加工点对应于激光加工轮廓线上的显著特征点;显著特征点包括角点、变曲点和易变区点;[0091] 通过轮廓追踪算法,从已确定的起始激光加工点出发,沿着激光加工轮廓线确定一系列用于指导激光头移动的标定激光加工点。这些标定点是按照轮廓线上显著的物理特征,如角点、变曲点、易变区点等,来选择的,每个标定点都是激光加工过程中可能需要改变激光头速度或功率的关键位置。通过精准识别并定位这些标定点,可以为激光头提供明确的加工轨迹,优化加工过程,并提高激光加工的质量和效率。[0092] S23,对识别出的一系列标定激光加工点进行重复性筛选,并与动态坐标系进行同步设置,形成一组标定点数据结构。[0093] 对所选定的标定点实施精细定位,确保每个标定点的位置准确度和重复性符合激光加工质量要求,并通过动态坐标系与实际加工对象保持同步,以确保轮廓线的每个特征点仅被记录一次,避免在加工过程中的重复操作;根据分析结果,形成一组标定点数据结构,作为激光加工头后续路径生成与调整的依据,从而在加工过程中实现精确的激光加工位置控制。[0094] 在本实施例中,具体说明的是,步骤S3具体包括:[0095] S31,采用计算系统对标定点数据结构进行解析,以计算出每个标定激光加工点的多维空间坐标;多维空间坐标包括X轴、Y轴和Z轴的坐标值;[0096] 计算系统在此步骤中对每个标定点的位置信息进行高精度的三维定位解析,以确立每个标定点在加工平面内的X轴、Y轴和Z轴的准确坐标,从而构建完整的空间几何体现。[0097] S32,计算系统通过各个标定激光加工点的多维空间坐标,计算每个标定激光加工点至相连标定激光加工点间的标定线长度,以设定激光加工路径中各线段的长度参数;其中,相连标定激光加工点,是指相邻且连接的两个标定激光加工点。[0098] 进一步使用计算系统通过多维空间坐标计算出每个标定点之间的精确距离,即标定线长度。标定线长度的参数是绘制激光加工路径图中的线段部分至关重要的量化数据,有助于设定激光头在加工对象表面移动时的具体加工线路和各线段的精确长度。[0099] S33,结合动态坐标系和激光加工轮廓线的空间特性,计算系统计算沿着加工轮廓的各标定线的曲线走向,以确定每组相连标定激光加工点之间的标定角度;[0100] 通过动态坐标系信息和加工轮廓的几何特性,计算每两个相邻标定点之间标定线的曲线方向和走向;标定角度信息对于确保激光头能够沿加工轮廓正确移动,特别是在转角处或复杂轮廓线形状部分,角度参数的精确度直接影响激光加工的质量和精细度。[0101] S34,综合标定激光加工点的标定线长度和标定角度,使用激光控制算法,生成一条符合激光加工轮廓线的激光加工路径图;[0102] 将每个标定点的标定线长度和角度综合起来,并使用专门的激光控制算法来生成符合加工轮廓要求的激光加工路径图。激光加工路径图不仅要符合设计图样和技术要求,还要考虑实际激光加工过程中的材料属性、激光头速度和激光聚焦等。[0103] S35,在激光加工路径图生成过程中,计算系统对选定的激光加工路径进行能量优化和平滑处理,获得激光加工路径。[0104] 计算系统对生成的激光加工路径图进行了优化与平滑处理。在此环节,利用算法对路径端点的转换处进行平滑处理,或者针对激光加工可能产生的能量积聚点进行优化处理,以预防在加工时发生烧蚀过度或材料损伤,提高加工质量,并确保整个激光加工路径的流畅和可行性。[0105] 在本实施例中,具体说明的是,步骤S4具体包括:[0106] S41,基于生成的激光加工路径,针对激光加工路径的每个标定激光加工点分别计算激光头从当前位置移至下一位置的最优点位移动速度;[0107] 通过分析生成的激光加工路径来确定激光头在激光加工过程中每个标定点的最佳移动速度,计算系统计算激光头应该以多快的速度从一个标定点移动到下一个点,以保证加工的连续性和精确性,同时尽量减少加工时间。[0108] S42,对于激光加工路径上的直线段和曲线段,分别采用第一移动速度和第二移动速度,其中,第一移动速度大于第二移动速度;考虑激光头转角速度的限制及加工精密度的要求,在直线段实施更高速度的移动,在曲线段适当降低速度,保证激光束的质量和加工的精细度。[0109] 考虑了激光加工路径中直线段和曲线段的不同性质,对其设定了不同的移动速度——即第一移动速度用于直线段比第二移动速度快,这是因为在直线段上激光头可以更高效地移动,而在曲线段则需要降低速度以保证加工精度和应对复杂的轮廓变化。[0110] S43,综合最优点位移动速度、第一移动速度和第二移动速度,汇总形成适配于激光加工路径的速度控制合集;[0111] 将上述不同的移动速度进行汇总,形成了一个适配于激光加工路径的速度控制指令合集,这包含了针对每个路径段落的详尽速度控制参数,包括各标定点的最优移动速度以及转角处的速度调整策略。[0112] S44,驱动激光头从起始激光加工点开始以速度控制合集运行,在激光加工过程中,采用运动控制算法预测激光头下一位置,形成预测轨迹信息;[0113] 通过形成预测轨迹信息来提前应对即将到来的路径变化,例如转角或停止点,确保激光头可以平滑过渡而不会因突然变速而影响加工质量。[0114] S45,对比预测轨迹信息与激光加工轮廓线的偏差值,动态调整激光头的移动速度和移动轨迹。[0115] 实时监测预测轨迹信息与实际激光加工轮廓线之间的偏离,并根据偏差值动态调整激光头的移动速度和轨迹,这一反馈调整流程保证激光头始终紧密跟随加工轮廓,及时纠正任何可能的路径偏差,从而优化激光加工的效率和精度。确保在接近转角或标定点时能准确减速,平滑地通过转角、避免激光加工中出现烧蚀过度或不足的问题。[0116] 在本实施例中,进一步说明的是,步骤S45之后包括:[0117] S46,整合视觉监测系统实时采集到的加工区域的图像信息,并通过机器视觉算法对激光焦点在加工区域进行质量评估;[0118] 视觉监测系统的实时功能,该系统在激光加工过程中不断采集加工区域的图像信息,并发送到计算系统;计算系统内的机器视觉算法将这些图像进行实时分析,专注于激光焦点的质量评估,这允许实时监控激光加工质量,确保每一次激光加工都符合预定的加工标准。[0119] S47,根据质量评估结果,判断对焦位置是否需要调整,若否,则继续执行当前光路组件的设置;若否,则执行光路组件的设置的动态调整;[0120] 基于得到的质量评估结果来判断激光焦点对焦位置是否需要调整。如果无必要调整,则系统将继续执行当前的光路组件设置;若有必要调整,则系统将执行动态调整光路组件的设置以达到最佳对焦效果,这种实时反馈机制确保在不断变化的加工条件下激光头始终能够保持最佳性能。[0121] S48,在激光头移动过程中,根据质量评估结果识别对焦偏差,动态调整光路组件的设置以补偿对焦偏差,使激光束聚焦在加工区域的预定位置,进行最佳对焦;[0122] 在激光头移动过程中,系统将根据实时质量评估结果来识别任何对焦偏差,并动态地调整光路组件的设置,如调整聚焦透镜的位置,以补偿这些偏差。通过这种动态调整,可以确保激光束始终准确聚焦在加工区域的预定位置,实现最佳的加工效果。[0123] S49,设定光路调整参数,以优化对焦过程中的调整精度和响应速度;光路调整参数包括光学组件的移动速度、移动范围和反应时间。使激光头能够快速适应加工表面的变动。[0124] 设置了光路调整的具体参数,包括光学组件的移动速度、移动范围和反应时间。这些参数的准确设定是实现快速、精确对焦调整的关键,确保激光头对快速变化的加工需求作出及时反应,提高加工效率和质量。[0125] 实施例二:[0126] 本发明还提供了一种激光加工路径的控制装置,用于实现如实施例一的激光加工路径的控制方法,控制装置包括:[0127] 视觉监测系统,包括一个或多个机器视觉相机,用于实时获取加工对象的图像信息;[0128] 图像处理单元,用于接收自视觉监测模块的图像信息进行图像预处理,并通过内置的图像处理算法识别加工对象的激光加工轮廓线;[0129] 坐标生成模块,用于根据激光加工轮廓线建立初始坐标系,并根据视角校正得到的参数更新初始坐标系,形成动态坐标系;[0130] 激光标定模块,用于在动态坐标系中,选定一个起始激光加工点,并辨识出一系列的标定激光加工点;[0131] 路径规划模块,计算各个标定激光加工点的标定线长度和标定角度,以及基于激光加工轮廓线的激光加工路径;[0132] 路径控制单元,用于激光加工过程中,根据激光加工路径上各个标定激光加工点的坐标和标定线,形成速度控制合集;[0133] 运动控制单元,用于将路径控制单元形成的速度控制集合转化为具体的运动控制指令;[0134] 光路调节单元,用于结合视觉监测系统实时获取的图像信息,采用自动光学对焦技术,动态调整光路组件的设置。[0135] 实施例三:[0136] 本发明还提供了一种处理器,包括存储器和至少一个处理器,存储器中存储有指令;[0137] 处理器调用存储器中的指令,以使得处理器执行如实施例一的激光加工路径的控制方法。[0138] 实施例四:[0139] 本发明还提供了一种存储介质,存储介质上存储有指令,指令用于实现如实施例一的激光加工路径的控制方法。[0140] 以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

专利地区:广东

专利申请日期:2024-06-12

专利公开日期:2024-09-03

专利公告号:CN118305479B


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