基于机器视觉的激光切割控制系统的探讨

基于机器视觉的激光切割控制系统的探

讨

[摘要]我国现有激光切割各项控制技术目前虽有所进步发展，但在精度及加

工效率上仍然需得到提升。那么，为充分满足高精度、高效率化的控制需求，本

文主要以机器视觉为基础探讨激光切割控制系统，仅供业内相关人士参考。

[关键词]激光切割；机器视觉；控制系统；

前言：

伴随现代机械制造业持续的进步发展，对激光切割相关技术提出更高要求。

那么，为更好地对整个切割过程予以有效控制，则对机器视觉之下激光切割控制

系统开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。

1、关于激光切割的概述

所谓激光切割，它是依托高功率及高密度的激光束，直接照射于所需切割材

料部位，材料经由快速加热之后，便会达到一定的汽化温度，再经蒸发后，便会

形成孔洞，光束持续在待切割材料部位移动，则孔洞位置随之连续形成较窄切缝，则材料切割完成。

2、机器视觉之下激光切割控制系统

2.1在系统架构层面

选定ARMCortexTM-A8作为硬件开发的一个重要平台，并配置Linux操作运

行系统，依托PC机完成相应的图像处理操作，配置好数控运动的平台装置，使

得机器视觉之下激光切割控制系统得以实现。总系统架构当中，主控板涉及到系

统网络存储及数据储存、插补运算、信号发射各项功能。该主控板，需要借由网

线接口密切连接着PC端，用虚拟装置实现对Linux内核Ubuntu的操作系统有效

挂载，针对ARM架构当中的Linux操作，则以TFTP方式可快速下载至主控板当中，为后期的系统调试提供便利条件。依托PC端实施图像处理，数据发送至ARM

主控端，对数据实施插补运算。因Linux系统有着高稳定性、实时性、开源性等，故此控制系统选定Linux嵌入形式的软件系统，且机器视觉之下激光切割的整个

控制系统当中，还设有提取图像轮廓、运动控制这两个功能系统模块，便于更好

地实现机器视觉之下激光切割高效控制[1]。

2.2在嵌入形式Linux的系统平台层面

以机器视觉为基础下激光切割整个控制系统当中，嵌入形式系统平台主要选

定三星S5PV210型号开发板为主控器，并维持Linux系统良好运行状态，实现与PC机有效性的数据通信。所设控制装置经PC端的图像处理相关数据，开展插补

运算操作，把脉冲信号发射传递至控制平台当中。根结合控制系统基本需要，针

对主控板S5PV210当中应设处理装置、静态内存、DM9000网卡芯片、Flash等，

设RS232串口的通信接口。此次选定九鼎公司所研发设计X210开发系统平台为

主控制装置，并选定S5PV210处理装置为核心板，结合具体需求，外设底板，使

得核心板的结合底板一种复式结构得以形成[2]。

2.3在嵌入形式激光切割控制系统硬软件层面

2.3.1在硬件部分

针对机器视觉之下嵌入式激光切割控制系统当中，硬件部分以网络的接口电路、串联的通信电路、输出信号的放大电路为主，详细如下：一是，在网络的接

口电路层面。因PC机及控制系统的端口对文件传输有着便捷化层面需求，故控

制系统当中需设以太网的接口芯片。嵌入形式控制系统当中，选定DM9000网络

接口，此芯片有着较快的传输速度，且数据发送极具稳定性，价格低廉。DM9000

芯片进而主流ARM处理装置以总线方式予以连接，实现各项网络功能。DM9000所

在CMD端口和S5PV210当中ADDR2端口经由引脚连接。为确保芯片的引脚数能够

减少，数据线及地址线实行复用方式；二是，在串联的通信电路层面。针对主控

板及PC的计算机，经串口通信，使得图像轮廓信息数据传输得以实现。此控制

系统实施串口通信期间，选定SP3232E嵌入形式串口常用芯片，传输速率达

115200bit/s。此次设计当中控制系统实际传输距离并不是较长，故串口数据线实施数据传输期间，不会影响到传输速度及其稳定性。串口通信系统模块整个电路情况详见图1；三是，在输出信号的放大电路层面。因主控板S5PV210当中

I/O引脚所输出电平是3.3V，控制系统当中输入电压的最低值则是5V，考虑到3.3V对驱动装置来说驱动能力明显不足，故需设驱动电路。此控制系统，其主要是借助弱电对强电予以控制，所以，选定缓冲芯片针对输出端予以有效隔离，防止信号会干扰到整个的控制系统有效运行。此外，选定74HC244芯片，使得3.3V 至5V转换得以实现。

图1串口通信系统模块整个电路情况示意图

2.3.2在系统软件部分

此次所设计的控制系统软件分以两部分位置，即依托PC端实施图像处理部分，以S5PV210作为核心主控板部分。依托主控板及PC端实现数据通信，该主控板负责接收源自PC端相应的轮廓信息，解析数据后，实施插补量的计算，激光切割的系统平台当中切割任务即可完成。激光切割控制系统，其与PC、主控板相结合，主控板搭载着Linux嵌入形式操作系统，可便捷化地接收所需数据信息[3]。那么，针对串口通信层面，即ARM主控及PC机相互间实施数据通信。串口传输的图像轮廓相关信息数据传输至主控装置当中，便可实现运动控制。此外，针对人机界面之下，用户可采集并处理图像。用户操作期间，依托工业相机针对图像实施采集，还可选取相关已有照片，对图像统一实施预处理，再对边界轮廓予以提取操作，实施多边形的有效拟合，获取到待激光切割的切割装置相应操作

路径，通过人机界面的合理化设计期间，需考虑到用户实操直观性及使用便捷性，便于达到良好的设计应用效果。通过人机交互操作界面的合理设计，使得操作者

能够实时监督整个控制系统，随时修改或设置相应参考，达到人机交互良好控制

运行目的。

2.4在提取图像轮廓实施流程层面

识别目标源相应图像、轮廓提取，均应当考虑加工期间实际情况，故此次这

电脑PC机部分，借助USB摄像头针对待切割处理实物实施图像采集，对图像开

展灰度化及滤波、提取轮廓及拟合等各项操作。那么，针对执行拟合整个过程当，因考虑到会有特殊情况出现，即p（i-1），p（i＋1），p（i＋1）三个不同像素

点位于共线状态情况下，像素p（i）此时权值为0，借助像素点p（i-1）及p

（i+1）来表示曲线，故可直接选取0权值各个像素点。先对边界轮廓位置像素

点权值予以计算，对所有权值和预设弦高值TH实施对比分析比较，倘若高于所

设弦高值，则图像总体的预处理得以顺利完成。那么，针对此次图像轮廓总体处

理流程详见图2。

图2提取图像轮廓具体流程示意图

2.5在运动控制层面