DMV雙攝像機在激光切割定位應用

　　1 DMV雙攝像機檢測原理

　　激光切割機是利用經聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。客戶目前的需要激光切割的板材尺寸約為1m×1.2m，需要利用激光切割出如圖1的一個個小矩形，切割精度要求為0.05mm。由于被切割材料本體比較長，在上料的時候，往往很難保證其一致性，所以需要考慮采用視覺(又稱CCD)來檢測板材的傾斜角度以及偏移量。

　　圖1 板材切割形狀

　　由于材料本體尺寸比較大，如果將被測物完全拍攝到，則其檢測精度必然無法達到要求。所以考慮只拍攝該板材上的上下兩個MARK(標記)的位置，獲知兩個MARK點的偏移量后可通過推導得出該板材的整體偏移量以及旋轉角度。

　　為確保檢測精度，所以考慮采用一個相機各拍攝一個MARK的方法。本系統中采用2個相機和4個光源的架構。

　　圖2 相機拍攝MARK

　　在材料無任何旋轉以及偏移的情況下，兩個MARK點的理論坐標為X1，Y1與X2，Y2。在實際上料以后，相機拍攝后會獲取實際的坐標X3，Y3和X4，Y4。由此就可得：

　　ΔX1=X1-X3;ΔX2=X2-X4;ΔY1=Y1-Y3;ΔY2=Y2-Y2

　　根據上位機軟件的計算，實際坐標之間的連線與理論坐標的連線就可獲知該板材的旋轉角度θ角。結合水平ΔX1，ΔX2以及垂直方向的ΔY1以及ΔY2，就可準確獲知板材的整體偏移及旋轉角度。

　　圖3 計算板材的整體偏移及旋轉角度

　　由于本案檢測精度要求較高，MARK點的設置也變的尤為重要，經過多方討論，最終確定MARK采用如下方案：

　　圖4 精確確定MARK位置的方案示意

　　由于拍攝距離客戶要求330mm的物距，以及考慮到檢測精度要求，所以采用2個增倍鏡頭以及接環。由此可獲得如下視野：

　　圖5 拍攝視野

　　本項目都采用80萬像素的相機，分辨率為1024×768，可根據分布像素推算檢測精度:

　　4mm/1024pixel= 0.004mm/pixel(一個像素值代表0.003mm);考慮到系統存在檢測誤差以及外部光源干擾與振動干擾，可以計算，本系統檢測精度在0.012mm。

　　　　使用“邊緣位置”工具，檢測Mark點的交叉點X，Y軸坐標。

　　同時，本DMV系統支持以太網通訊功能，可將檢測到的坐標偏移量，通過以太網通訊的方式送到上位機，并進行處理。本案中客戶采用的上位機是工業電腦。

　　圖8 數據輸出界面顯示

　3 結束語

　　在本切割系統中，視覺定位為其精度的切割提供了最前端的檢測數據。為其最終獲得滿足要求的切割精度提供了保證。視覺檢測為許多先前無法檢測或者難以檢測的數據提供了一種全新的解決方案。