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1 DMV雙攝像機(jī)檢測原理
激光切割機(jī)是利用經(jīng)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(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)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(gè)個(gè)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(shí)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(dá)到要求。所以考慮只拍攝該板材上的上下兩個(gè)MARK（標(biāo)記）的位置，獲知兩個(gè)MARK點(diǎn)的偏移量后可通過推導(dǎo)得出該板材的整體偏移量以及旋轉(zhuǎn)角度。
為確保檢測精度，所以考慮采用一個(gè)相機(jī)各拍攝一個(gè)MARK的方法。本系統(tǒng)中采用2個(gè)相機(jī)和4個(gè)光源的架構(gòu)。
圖2 相機(jī)拍攝MARK
在材料無任何旋轉(zhuǎn)以及偏移的情況下，兩個(gè)MARK點(diǎn)的理論坐標(biāo)為X1，Y1與X2，Y2。在實(shí)際上料以后，相機(jī)拍攝后會(huì)獲取實(shí)際的坐標(biāo)X3，Y3和X4，Y4。由此就可得：
ΔX1=X1-X3；ΔX2=X2-X4；ΔY1=Y1-Y3；ΔY2=Y2-Y2
根據(jù)上位機(jī)軟件的計(jì)算，實(shí)際坐標(biāo)之間的連線與理論坐標(biāo)的連線就可獲知該板材的旋轉(zhuǎn)角度θ角。結(jié)合水平ΔX1，ΔX2以及垂直方向的ΔY1以及ΔY2，就可準(zhǔn)確獲知板材的整體偏移及旋轉(zhuǎn)角度。
圖3 計(jì)算板材的整體偏移及旋轉(zhuǎn)角度
由于本案檢測精度要求較高，MARK點(diǎn)的設(shè)置也變的尤為重要，經(jīng)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(gè)增倍鏡頭以及接環(huán)。由此可獲得如下視野：
圖5 拍攝視野
本項(xiàng)目都采用80萬像素的相機(jī)，分辨率為1024×768，可根據(jù)分布像素推算檢測精度:
4mm/1024pixel= 0.004mm/pixel（一個(gè)像素值代表0.003mm）；考慮到系統(tǒng)存在檢測誤差以及外部光源干擾與振動(dòng)干擾，可以計(jì)算，本系統(tǒng)檢測精度在0.012mm。
使用“邊形匹配”工具，定位Mark點(diǎn)的位置：
圖6 確定MARK位置界面界面圖
使用“邊緣位置”工具，檢測Mark點(diǎn)的交叉點(diǎn)X，Y軸坐標(biāo)。
圖7 確定MARK點(diǎn)坐標(biāo)界面顯示
同時(shí)，本DMV系統(tǒng)支持以太網(wǎng)通訊功能，可將檢測到的坐標(biāo)偏移量，通過以太網(wǎng)通訊的方式送到上位機(jī)，并進(jìn)行處理。本案中客戶采用的上位機(jī)是工業(yè)電腦。
圖8 數(shù)據(jù)輸出界面顯示
圖9 雙相機(jī)架設(shè)
2 系統(tǒng)配置
系統(tǒng)配置如表1所示。
表1 系統(tǒng)配置
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名稱
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說明
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型號(hào)
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視覺控制器
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機(jī)器視覺控制器(控制器單機(jī))
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DMV1000-80GXC
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相機(jī)
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80萬像素1394型相機(jī)，配相機(jī)線纜
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DMV-CD80GS
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操作器
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手持操作編程器
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DMV1000-KEY
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相機(jī)線纜
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1394相機(jī)線纜
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DMV-CA45
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鏡頭
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100mm百萬像素鏡頭
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DMV-LN100MK
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鏡頭配件
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2X增倍鏡頭
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DMV-EX2C
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鏡頭配件
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鏡頭轉(zhuǎn)接環(huán)
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DMV-VM100
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光源控制器
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24V頻閃光源控制器4路輸出
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DMV-P1024F
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光源
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24V藍(lán)色條形環(huán)形光
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DMV-LDBB090022P
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3 結(jié)束語
在本切割系統(tǒng)中，視覺定位為其精度的切割提供了最前端的檢測數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)提供了一種全新的解決方案。
作者簡介：
宗偉，出生于1981 年 06 月，畢業(yè)于上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械系機(jī)械設(shè)備及自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于中達(dá)電通股份有限公司儀表產(chǎn)品開發(fā)處，主要專注于臺(tái)達(dá)儀表的技術(shù)支持以及市場開發(fā)。
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