CN112846485A

CN112846485A - 激光加工的监测方法、装置及激光加工设备

Info

Publication number: CN112846485A
Application number: CN202011628532.1A
Authority: CN
Inventors: 胡松; 许维; 雷桂明; 王雪辉; 王建刚
Original assignee: Wuhan Huagong Laser Engineering Co Ltd
Current assignee: Wuhan Huagong Laser Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2040-12-31
Also published as: WO2022142099A1; CN112846485B

Abstract

本发明实施例公开了一种激光加工的监测方法、装置及激光加工设备，激光加工的监测方法应用于激光加工设备，激光加工设备包括指示光光源、图像采集器，所述指示光光源发出的指示光的光路和所述图像采集器的光轴均与竖直方向呈夹角，方法包括：控制指示光光源发出指示光；通过图像采集器采集指示光在待加工工件的侧面形成的光斑的图像；根据光斑的图像，获取光斑的位置偏移量；根据预先确定的工件位置偏移量与光斑位置偏移量之间的对应关系、光斑的位置偏移量，计算待加工工件的位置偏移量；根据待加工工件的位置偏移量，得到待加工工件的状态信息。激光加工的监测方法能够监测工件的位置偏移量，从而保证了加工的精确度。

Description

激光加工的监测方法、装置及激光加工设备

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光加工的监测方法、装置及激光加工设备。

背景技术

目前，在生产流水线上，由于每次加工时工件的形态和位置可能有偏差，激光焊接前需要检测工件与焦平面的偏移量并进行调整。当焊接立体工件时，有时需要焊接竖直侧面，而一般的视觉系统都是针对水平面应用的，并且要相机垂直拍摄；当设备空间不足时，一般的视觉系统也无法满足安装要求。

可见，现有激光焊接精密立体工件的非水平面时，无法监测工件的位置偏移。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的目的是提供一种激光加工的监测方法、装置及激光加工设备，能够解决现有激光焊接精密立体工件的非水平面时，无法监测工件的位置偏移的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种激光加工的监测方法，应用于激光加工设备，所述激光加工设备包括指示光光源、图像采集器，所述指示光光源发出的指示光的光路和所述图像采集器的光轴均与竖直方向呈夹角，所述方法包括：

控制所述指示光光源发出指示光；

通过图像采集器采集指示光在待加工工件的侧面形成的光斑的图像；

根据所述光斑的图像，获取所述光斑的位置偏移量，其中，所述光斑的位置偏移量为所述光斑的质心位置与焦点位置之间的偏移量，所述焦点位置为所述待加工工件位于标准位置时形成的标准光斑的质心位置；

根据预先确定的工件位置偏移量与光斑位置偏移量之间的对应关系、所述光斑的位置偏移量，计算所述待加工工件的位置偏移量，其中，所述工件位置偏移量为工件的位置与标准位置之间的偏移量；

根据所述待加工工件的位置偏移量，得到所述待加工工件的状态信息。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述根据所述光斑的图像，获取所述光斑的位置偏移量，包括：

所述光斑的图像进行阈值二值化处理，得到仅包括所述光斑的图像；

根据仅包括所述光斑的图像，获取所述光斑的位置偏移量。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述激光加工设备还包括可编程逻辑控制器，所述控制所述指示光光源发出指示光，包括：

获取所述可编程逻辑控制器的线圈信息；

若所述线圈信息不为零，则控制所述指示光光源发出指示光。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述调节所述待加工工件的位置，包括：

沿所述待加工工件的可调轴方向，调节所述待加工工件的位置，其中，所述待加工工件的可调轴方向包括：沿所述待加工工件在传送带上的移动方向和/或竖直方向。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述工件位置偏移量与光斑位置偏移量之间的对应关系通过以下步骤得到：

将待加工工件放置于标准位置，控制所述指示光光源发出指示光；

通过图像采集器采集指示光在所述位于标准位置的待加工工件的侧面形成的标准光斑的图像；

根据所述标准光斑的图像，获取所述标准光斑的质心位置并设为焦点位置；

将待加工工件移动到预设位置，通过图像采集器采集指示光在位于预设位置的待加工工件的侧面形成的预设光斑的图像；

根据所述预设光斑的图像，获取预设光斑与标准光斑之间的偏移量；

根据多个预设位置与标准位置之间的偏移量及对应的预设光斑与标准光斑之间的偏移量，得到工件位置偏移量与光斑位置偏移量之间的对应关系。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述待加工工件的状态信息包括：第一正常状态、第二正常状态、超限状态、超差状态及无工件状态，其中，所述第一正常状态为所述待加工工件的位置偏移量小于或等于第一预设阈值的0.6倍，所述第二正常状态为所述待加工工件的位置偏移量大于所述第一预设阈值的0.6倍且小于或等于所述第一预设阈值，所述超限状态为所述待加工工件的位置偏移量大于所述第一预设阈值且小于或等于第二预设阈值，所述超差状态为所述待加工工件的位置偏移量大于所述第二预设阈值，所述无工件状态为未检测到所述光斑，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值。

第二方面，本申请实施例提供了一种激光加工的监测装置，应用于激光加工设备，所述激光加工设备包括指示光光源、图像采集器，所述指示光光源发出的指示光的光路和所述图像采集器的光轴均与竖直方向呈夹角，所述装置包括：

发光模块，用于控制所述指示光光源发出指示光；

采集模块，用于通过图像采集器采集指示光在待加工工件的侧面形成的光斑的图像；

获取模块，用于根据所述光斑的图像，获取所述光斑的位置偏移量，其中，所述光斑的位置偏移量为所述光斑的质心位置与焦点位置之间的偏移量，所述焦点位置为所述待加工工件位于标准位置时形成的标准光斑的质心位置；

计算模块，用于根据预先确定的工件位置偏移量与光斑位置偏移量之间的对应关系、所述光斑的位置偏移量，计算所述待加工工件的位置偏移量，其中，所述工件位置偏移量为工件的位置与标准位置之间的偏移量；

得到模块，用于根据所述待加工工件的位置偏移量，得到所述待加工工件的状态信息。

根据本申请公开的一种具体实施方式，所述获取模块包括：

处理子模块，用于对所述光斑的图像进行阈值二值化处理，得到仅包括所述光斑的图像；

获取子模块，用于根据仅包括所述光斑的图像，获取所述光斑的位置偏移量。

第三方面，本申请实施例提供了一种激光加工设备，包括指示光光源、图像采集器、处理器和存储器，所述指示光光源发出的指示光的光路和所述图像采集器的光轴均与竖直方向呈夹角，所述存储器上存储有程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第一方面所述的激光加工的监测方法的步骤。

第四方面，本申请实施例提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的激光加工的监测方法的步骤。

本申请的上述实施例提供的激光加工的监测方法、装置及激光加工设备，激光加工的监测方法，通过图像采集器采集指示光光源发出的指示光在待加工工件的侧面形成的光斑的图像，根据光斑的图像获取光斑的位置偏移量，并计算待加工工件的位置偏移量。这样，能够监测工件的位置偏移量，从而保证了加工的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本申请实施例提供的一种激光加工的监测方法的流程图；

图2示出了本申请实施例提供的激光加工设备使用时的结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种激光加工的监测装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

210-指示光光源；220-图像采集器；230-待加工工件；240-图像采集器的光轴；250-光路；260-激光器；270-振镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的激光加工的监测方法的流程图，激光加工的监测方法应用于激光加工设备，所述激光加工设备包括指示光光源、图像采集器，所述指示光光源发出的指示光的光路和所述图像采集器的光轴均与竖直方向呈夹角，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101、控制所述指示光光源发出指示光。

本申请实施例提供的激光加工的监测方法，主要用于在对待加工供的非水平面进行激光加工的过程中，对待加工工件的位置进行监测和调节。

激光加工的监测方法应用于激光加工设备，请一并参阅图2，图2为本申请实施例提供的激光加工设备使用时的结构示意图，激光加工设备包括指示光光源210、图像采集器220及激光器260，指示光光源210用于发出指示光，优选地，指示光为可见光，例如红光。指示光与激光器260发出的焊接激光通过振镜270耦合后共用光路250。图像采集器220用于采集指示光光源发出的指示光在待加工工件230的加工面上形成的光斑的图像。在本实施方式中，图像采集器220为工业相机，图像采集器220与上位机相连并通过上位机控制。可以理解的是，待加工工件230在进行激光加工时通常通过夹具进行定位。指示光光源发出的指示光的光路250和图像采集器的光轴240均与竖直方向呈夹角，优选地，夹角的角度大于0°且小于或等于90°，具体角度可以根据实际需求设定。

待加工工件的检测可以通过多种方式实现。一种可选的实施方式中，所述激光加工设备还包括可编程逻辑控制器，所述控制所述指示光光源发出指示光，包括：

获取所述可编程逻辑控制器的线圈信息；

具体的，可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)用于控制待加工工件进行激光加工。PLC的线圈信息不等于0时，说明按照预设加工程序，待加工工件已到位，可以开始监测待加工工件的状态。可以理解的是，可能会出现待加工工件并未到位的情况。

步骤102、通过图像采集器采集指示光在待加工工件的侧面形成的光斑的图像。

具体的，指示光光源发出指示光后，照射在待加工工件的侧面，进而形成光斑。通过图像采集器采集光斑的图像。

步骤103、根据所述光斑的图像，获取所述光斑的位置偏移量，其中，所述光斑的位置偏移量为所述光斑的质心位置与焦点位置之间的偏移量，所述焦点位置为所述待加工工件位于标准位置时形成的标准光斑的质心位置。

具体的，光斑的图像通常为圆形，为了便于计算，将光斑的质心位置认定为光斑的位置。通常情况下，光斑的质心位置为光斑的图像的中心。

一种可选的实施方式中，所述根据所述光斑的图像，获取所述光斑的位置偏移量，包括：

根据仅包括所述光斑的图像，获取所述光斑的位置偏移量。

具体的，在通过图像采集器采集光斑的图像时，可以将曝光值调高，使得采集到的光斑的图像中，除光斑以外的物体在图像中的灰度值低，再通过阈值二值化处理，将进行阈值二值化处理后的所述光斑的图像中，除光斑以外的物体的图像滤除，得到仅包括所述光斑的图像。再根据仅包括所述光斑的图像，获取光斑的位置偏移量。

步骤104、根据预先确定的工件位置偏移量与光斑位置偏移量之间的对应关系、所述光斑的位置偏移量，计算所述待加工工件的位置偏移量，其中，所述工件位置偏移量为工件的位置与标准位置之间的偏移量。

具体的，由于工件位置偏移量与光斑位置偏移量之间的对应关系已预先确认，根据所述光斑的位置偏移量，可以计算得出所述待加工工件的位置偏移量。

一种可选的实施方式中，所述预先确定的工件位置偏移量与光斑位置偏移量之间的对应关系，通过以下步骤得到：

具体的，将待加工工件放置于标准位置，控制所述指示光光源发出指示光，指示光在待加工工件的侧面上形成标准光斑，标准光斑具有标准直径。通过上位机调整图像采集器曝光，保证采集到的标准光斑的图像中，标准光斑的直径达到预设范围内，然后将标准光斑的质心位置设为焦点位置。在本实施方式中，由于待加工工件被夹具固定，因此待加工工件只能沿两个方向调整位置，即待加工工件的可调轴方向包括：沿所述待加工工件在传送带上的移动方向和/或竖直方向，如图2所示，沿所述待加工工件在传送带上的移动方向为X1方向，竖直方向为X3方向。此时光斑的偏移量为(0，0)，待加工工件的偏移量(ΔX1，ΔX3)也为(0，0)。

调整待加工工件到预设位置，预设位置与标准位置之间具有偏移量(ΔX1，ΔX3)，同时通过图像采集器采集指示光在位于预设位置的待加工工件的侧面形成的预设光斑的图像，获取预设光斑的偏移量(ΔX,ΔY)。重复该步骤，得到多个预设位置与标准位置之间的偏移量及对应的预设光斑与标准光斑之间的偏移量，进而得到预设光斑的位置偏移量和待加工工件的位置偏移量的矩阵，然后得到它们的对应关系。一般情况下，焊接面与X1、X3均不平行，此时工件位置偏移量与光斑位置偏移量之间的对应关系用如下方程组表示：

其中a1、a2、b1、b2、c1、c2为6个拟合参数。

当待加工工件的侧面与某个方向平行时，该方向可以忽略，比如当图1中，待加工工件的侧面与X3方向平行时，拟合方程为：

ΔX1＝b*ΔY+c

其中b和c为拟合参数，其余参数为零。

步骤105、根据所述待加工工件的位置偏移量，得到所述待加工工件的状态信息。

具体的，所述待加工工件的状态信息包括：第一正常状态、第二正常状态、超限状态、超差状态及无工件状态，其中，所述第一正常状态为所述待加工工件的位置偏移量小于或等于第一预设阈值的0.6倍，所述第二正常状态为所述待加工工件的位置偏移量大于所述第一预设阈值的0.6倍且小于或等于所述第一预设阈值，所述超限状态为所述待加工工件的位置偏移量大于所述第一预设阈值且小于或等于第二预设阈值，所述超差状态为大于所述待加工工件的位置偏移量所述第二预设阈值，所述无工件状态为未检测到所述光斑，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值。

具体的，所述第一正常状态表示待加工工件的位置正常，无需调整。所述第二正常状态表示待加工工件仍处于正常范围内，但具有较大偏移，暂时还不用进行调整，可发出提醒信息，提醒信息用于提醒操作人员注意工件有可能会超出限制范围，进而判断是否应采取预防措施。所述超限状态表示待加工工件的位置超过限额，需要沿所述待加工工件的可调轴方向，调节所述待加工工件的位置。所述超差状态表示光斑在待加工工件上的位置超出焊接范围，需要调节指示光耦合进入光路的角度，使光斑在待加工工件上的位置位于焊接范围内。所述无工件状态表示未检测到所述待加工工件，可发出提醒信息，提醒信息用于提醒操作人员检查是否放置有所述待加工工件。

一种可选的实施方式中，上述方法还包括：

根据所述待加工工件的位置偏移量，沿所述待加工工件的可调轴方向，调节所述待加工工件的位置，其中，所述待加工工件的可调轴方向包括：沿所述待加工工件在传送带上的移动方向和/或竖直方向。

可以理解的是，按照待加工工件的位置偏移量相反的方向，调节待加工工件的位置，使得待加工工件处于标准位置。

本申请实施例中提供的激光加工的监测方法，通过图像采集器采集指示光光源发出的指示光在待加工工件的侧面形成的光斑的图像，根据光斑的图像获取光斑的位置偏移量，并计算待加工工件的位置偏移量。这样，能够监测工件的位置偏移量，从而保证了加工的精确度。

与上述方法实施例相对应，请参阅图3，图3为本申请实施例提供的激光加工的监测装置的结构示意图，激光加工的监测装置应用于激光加工设备，所述激光加工设备包括指示光光源、图像采集器，所述指示光光源发出的指示光的光路和所述图像采集器的光轴均与竖直方向呈夹角，如图3所示，激光加工的监测装置1000包括：

发光模块1001，用于在检测到待加工工件时，控制所述指示光光源发出指示光；

采集模块1002，用于通过图像采集器采集指示光在所述待加工工件的侧面形成的光斑的图像；

获取模块1003，用于根据所述光斑的图像，获取所述光斑的位置偏移量，其中，所述光斑位置偏移量为所述光斑的质心位置与焦点位置之间的偏移量，所述焦点位置为所述待加工工件位于标准位置时形成的标准光斑的质心位置；

计算模块1004，用于根据预先确定的工件位置偏移量与光斑位置偏移量之间的对应关系、所述光斑的位置偏移量，计算所述待加工工件的位置偏移量，其中，所述工件位置偏移量为工件的位置与标准位置之间的偏移量；

得到模块1005，用于根据所述待加工工件的位置偏移量，得到所述待加工工件的状态信息。

可选的，获取模块1003包括：

本申请实施例提供的激光加工的监测装置能够实现图1的方法实施例中激光加工的监测方法的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。

可选的，本申请实施例还提供一种激光加工设备，包括指示光光源、图像采集器、处理器及存储器，所述指示光光源发出的指示光的光路和所述图像采集器的光轴均与竖直方向呈夹角，所述存储器上存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述激光加工的监测方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

可选的，本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述激光加工的监测方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

其中，所述处理器为上述实施例中所述的激光加工设备中的处理器。所述可读存储介质，包括计算机可读存储介质，如计算机只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种激光加工的监测方法，其特征在于，应用于激光加工设备，所述激光加工设备包括指示光光源、图像采集器，所述指示光光源发出的指示光的光路和所述图像采集器的光轴均与竖直方向呈夹角，所述方法包括：

控制所述指示光光源发出指示光；

2.根据权利要求1所述的激光加工的监测方法，其特征在于，所述根据所述光斑的图像，获取所述光斑的位置偏移量，包括：

对所述光斑的图像进行阈值二值化处理，得到仅包括所述光斑的图像；

根据仅包括所述光斑的图像，获取所述光斑的位置偏移量。

3.根据权利要求1所述的激光加工的监测方法，其特征在于，所述激光加工设备还包括可编程逻辑控制器，所述控制所述指示光光源发出指示光，包括：

获取所述可编程逻辑控制器的线圈信息；

4.根据权利要求1所述的激光加工的监测方法，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1所述的激光加工的监测方法，其特征在于，所述工件位置偏移量与光斑位置偏移量之间的对应关系通过以下步骤得到：

6.根据权利要求1所述的激光加工的监测方法，其特征在于，所述待加工工件的状态信息包括：第一正常状态、第二正常状态、超限状态、超差状态及无工件状态，其中，所述第一正常状态为所述待加工工件的位置偏移量小于或等于第一预设阈值的0.6倍，所述第二正常状态为所述待加工工件的位置偏移量大于所述第一预设阈值的0.6倍且小于或等于所述第一预设阈值，所述超限状态为所述待加工工件的位置偏移量大于所述第一预设阈值且小于或等于第二预设阈值，所述超差状态为所述待加工工件的位置偏移量大于所述第二预设阈值，所述无工件状态为未检测到所述光斑，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值。

7.一种激光加工的监测装置，其特征在于，应用于激光加工设备，所述激光加工设备包括指示光光源、图像采集器，所述指示光光源发出的指示光的光路和所述图像采集器的光轴均与竖直方向呈夹角，所述装置包括：

发光模块，用于控制所述指示光光源发出指示光；

8.根据权利要求7所述的激光加工的监测装置，其特征在于，所述获取模块包括：

9.一种激光加工设备，其特征在于，包括指示光光源、图像采集器、处理器及存储器，所述指示光光源发出的指示光的光路和所述图像采集器的光轴均与竖直方向呈夹角，所述存储器上存储有程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的激光加工的监测方法的步骤。

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的激光加工的监测方法的步骤。