本發(fā)明屬于3d打印領(lǐng)域，特別涉及一種基于機(jī)器視覺的3d打印激光掃描異常檢測方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，工業(yè)領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用激光，如3d打印、激光掃描焊接、激光表面加工、激光淬火等領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，若激光掃描處于異常狀態(tài)，輕則損壞加工的產(chǎn)品，嚴(yán)重時(shí)會損壞設(shè)備，甚至危害工作人員。因此，對于激光掃描的狀態(tài)信息尤其是異常狀態(tài)的監(jiān)測便顯得尤為重要。

2、目前，在3d打印領(lǐng)域針對激光掃描異常狀態(tài)一般是工作人員在現(xiàn)場通過人工監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)自動處理的相關(guān)技術(shù)研究較少?，F(xiàn)有技術(shù)中，授權(quán)公告號為cn209231773u的專利，公布了一種激光振鏡監(jiān)測電路用于監(jiān)測激光振鏡報(bào)警信號，但該方法需要將監(jiān)測電路與原有電路進(jìn)行集成并解析，相對復(fù)雜。因此目前需要更為便捷的集成方案，來實(shí)現(xiàn)對激光掃描狀態(tài)的監(jiān)控特別是異常狀態(tài)的監(jiān)控。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺的3d打印激光掃描異常檢測方法與裝置，通過圖像采集、圖像處理、位置檢測、反饋控制系統(tǒng)方法，以實(shí)現(xiàn)對激光掃描狀態(tài)的監(jiān)控特別是異常狀態(tài)的反饋控制。本發(fā)明提供的裝置具有更為便捷的集成方案，節(jié)約了打印監(jiān)控中的時(shí)間成本及人力成本。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺的3d打印激光掃描異常檢測方法，其包括以下步驟：

3、s1，確定光斑移動速度及打印邊界：獲取3d打印的層填充數(shù)據(jù)，根據(jù)3d打印的層填充數(shù)據(jù)，確定并保存每次激光器開關(guān)時(shí)的打印序號、所對應(yīng)層的模型輪廓邊界坐標(biāo)集合和光斑移動速度；

4、s2，獲取平臺圖像序列，并記錄激光掃描的打印序號；平臺圖像序列中時(shí)刻采集的平臺圖像表示為；

5、s3，平臺圖像處理；

6、首先將平臺圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，然后對平臺圖像進(jìn)行分類、基板區(qū)域標(biāo)定、激光光斑檢測和激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；

7、s4，激光掃描的異常狀態(tài)檢測；

8、激光掃描的異常狀態(tài)檢測包括檢測激光器關(guān)光延時(shí)段不關(guān)光、檢測激光器開光時(shí)間段不出光、檢測振鏡偏轉(zhuǎn)超限、檢測振鏡未移動、檢測振鏡移動異常和檢測激光光斑超出模型邊界輪廓?；

9、其中檢測振鏡移動異常，具體為：將連續(xù)三張含有激光光斑的開光二值圖像中的激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)進(jìn)行矢量運(yùn)算，若激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)未發(fā)生移動，則產(chǎn)生振鏡未移動的停機(jī)報(bào)警信號并發(fā)送至3d打印系統(tǒng)的工控機(jī)；

10、其中檢測振鏡移動異常，具體為：根據(jù)激光光斑質(zhì)心移動位移、，分別計(jì)算三張開光二值圖像中的激光光斑移動速度、，如果速度超過設(shè)定的閾值范圍，則說明振鏡移動速度不符合打印設(shè)定范圍，產(chǎn)生振鏡移動異常的非停機(jī)報(bào)警信號并發(fā)送至3d打印系統(tǒng)的工控機(jī)；

11、s5，返回s2，等待下一次的激光掃描，重復(fù)執(zhí)行s2-s4直至3d打印系統(tǒng)停止工作。

12、優(yōu)選的，所述s4中，開光二值圖像中的激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)進(jìn)行矢量運(yùn)算，具體實(shí)現(xiàn)為：

13、設(shè)三張開光二值圖像的激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)分別為，?，，記錄的時(shí)間分別為，，，且;計(jì)算相鄰兩張開光二值圖像的激光光斑質(zhì)心移動位移、，分別為，，若、均為0，則表示激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)未發(fā)生移動。

14、優(yōu)選的，所述s4中，計(jì)算三張開光二值圖像中的激光光斑移動速度、，以及設(shè)定閾值范圍，具體為：

15、根據(jù)激光光斑質(zhì)心移動位移、，分別計(jì)算三張開光二值圖像中的激光光斑移動速度、：

16、；

17、；

18、根據(jù)s2得到的激光掃描的打印序號，獲取s1中相同打印序號所對應(yīng)的光斑移動速度，根據(jù)光斑移動速度，設(shè)定激光光斑移動速度、的閾值范圍；

19、光斑移動速度取值范圍為層填充數(shù)據(jù)中光斑移動速度的0.5到1.5倍之間，判斷式就為：

20、；

21、；

22、其中，為根據(jù)層填充數(shù)據(jù)得到的打印序號所對應(yīng)的光斑移動速度。

23、優(yōu)選的，所述s4激光掃描的異常狀態(tài)檢測中，

24、檢測激光器關(guān)光延時(shí)段不關(guān)光，具體為：激光器關(guān)光延時(shí)段采集的延時(shí)平臺圖像中存在激光光斑，則產(chǎn)生激光器不關(guān)光異常的停機(jī)報(bào)警信號并發(fā)送至3d打印系統(tǒng)的工控機(jī)；

25、檢測激光器開光時(shí)間段不出光，具體為：激光器開光時(shí)間段采集的開光二值圖像中不存在激光光斑，則產(chǎn)生激光器不出光異常報(bào)警信號并發(fā)送至3d打印系統(tǒng)的工控機(jī)；

26、檢測振鏡偏轉(zhuǎn)超限，具體為：激光器開光時(shí)間段采集的開光二值圖像，若激光光斑坐標(biāo)位置超出基板區(qū)域，則產(chǎn)生振鏡偏轉(zhuǎn)超限異常的停機(jī)報(bào)警信號并發(fā)送至3d打印系統(tǒng)的工控機(jī)；

27、檢測激光光斑超出模型邊界輪廓，具體為：根據(jù)s2得到的激光掃描的打印序號，獲取s1中相同打印序號所對應(yīng)的模型輪廓邊界坐標(biāo)集合，判斷基板坐標(biāo)系中激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)與模型輪廓邊界坐標(biāo)集合的關(guān)系，若激光光斑質(zhì)心在模型輪廓邊界外部，則產(chǎn)生振鏡移動范圍異常的非停機(jī)報(bào)警信號并發(fā)送至3d打印系統(tǒng)的工控機(jī)。

28、優(yōu)選的，所述s3中將平臺圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，然后對平臺圖像進(jìn)行分類、基板區(qū)域標(biāo)定、激光光斑檢測和激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；具體步驟為：

29、s31，將平臺圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，二值圖像中背景為黑色，而激光光斑為白色；

30、s32，對平臺圖像進(jìn)行分類，根據(jù)激光器開關(guān)光時(shí)間將二值圖像分類為激光器開光時(shí)間段采集的開光二值圖像，或激光器關(guān)光延時(shí)段采集的延時(shí)二值圖像；

31、s33，平臺圖像中基板區(qū)域標(biāo)定，以標(biāo)定線或者裁剪的方法將采集圖像分為基板區(qū)域和超出基板的外圍區(qū)域；

32、s34，激光光斑檢測，從二值圖像中提取激光光斑坐標(biāo)集合;根據(jù)激光光斑坐標(biāo)集合，確定激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)；

33、s35，激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將平臺像素坐標(biāo)系中的激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至基板坐標(biāo)系中，基板坐標(biāo)系中激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)為：

34、?；

35、其中，為基板區(qū)域在基板坐標(biāo)系中坐標(biāo)的最大值，為基板區(qū)域在基板坐標(biāo)系中坐標(biāo)的最大值；,分別為基板區(qū)域在平臺像素坐標(biāo)系中坐標(biāo)的最小和最大值；,分別為基板區(qū)域在平臺像素坐標(biāo)系中坐標(biāo)的最小和最大值。

36、優(yōu)選的，步驟s2得到平臺圖像序列的具體步驟為：當(dāng)激光器開始激光掃描時(shí)，持續(xù)采集平臺圖像，平臺圖像包含基板及根據(jù)基板擴(kuò)展的外圍區(qū)域；當(dāng)激光掃描結(jié)束時(shí)，在激光器關(guān)光后延時(shí)結(jié)束平臺圖像收集，得到此次激光掃描時(shí)的平臺圖像序列。

37、本發(fā)明還公開了一種基于機(jī)器視覺的3d打印激光掃描異常檢測的裝置，用于實(shí)現(xiàn)上述基于機(jī)器視覺的3d打印激光掃描異常檢測的方法，其包括圖像采集模塊、通信模塊、平臺圖像處理模塊和異常狀態(tài)檢測模塊，其中通信模塊分別與圖像采集模塊、平臺圖像處理模塊和異常狀態(tài)檢測模塊相連接，平臺圖像處理模塊分別與圖像采集模塊和異常狀態(tài)檢測模塊相連接，具體為：

38、所述圖像采集模塊用于獲取包含基板區(qū)域的平臺圖像序列，將每一次的平臺圖像序列發(fā)送至平臺圖像處理模塊；

39、所述通信模塊用于信號和數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)和保存，至少包括：從工控機(jī)接收激光器開光信號和關(guān)光信號并發(fā)送給圖像采集模塊；從工控機(jī)接收層填充數(shù)據(jù)，得到打印序號、相應(yīng)光斑移動速度和模型輪廓邊界坐標(biāo)集合；通信模塊為異常狀態(tài)檢測模塊提供數(shù)據(jù)；通信模塊從異常狀態(tài)檢測模塊接收報(bào)警信號并轉(zhuǎn)發(fā)給3d打印系統(tǒng)的工控機(jī)；

40、所述平臺圖像處理模塊用于對平臺圖像序列進(jìn)行圖像處理，依次包括：二值化子模塊、平臺圖像分類子模塊、平臺圖像基板標(biāo)定子模塊、光斑檢測子模塊和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換子模塊；平臺圖像處理模塊將處理完成后的具有附加信息的平臺圖像序列發(fā)送至異常狀態(tài)檢測模塊；

41、所述異常狀態(tài)檢測模塊用于根據(jù)從平臺圖像處理模塊得到的具有附加信息的平臺圖像序列依次經(jīng)過激光器不關(guān)光檢測子模塊、激光器不出光檢測子模塊、振鏡偏轉(zhuǎn)超限檢測子模塊、振鏡未移動檢測子模塊、振鏡移動異常子模塊和超模型輪廓邊界檢測子模塊進(jìn)行激光器狀態(tài)的檢測。

42、優(yōu)選的，所述從工控機(jī)接收激光器開光信號和關(guān)光信號并發(fā)送給圖像采集模塊，具體為：

43、通信模塊從3d打印系統(tǒng)的工控機(jī)接收用于表示激光器啟停狀態(tài)的信號激光器啟停信號；當(dāng)3d打印系統(tǒng)啟動激光器時(shí)，通信模塊會同時(shí)從工控機(jī)收到激光器開光信號，通信模塊立即發(fā)送啟動信號來啟動圖像采集模塊；當(dāng)3d打印系統(tǒng)關(guān)閉激光器時(shí)，通信模塊會同時(shí)收到激光器關(guān)光信號，通信模塊延遲指定時(shí)間段后發(fā)送關(guān)閉信號來關(guān)閉圖像采集模塊。

44、優(yōu)選的，所述平臺圖像處理模塊中的二值化子模塊、平臺圖像分類子模塊、平臺圖像基板標(biāo)定子模塊、光斑檢測子模塊和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換子模塊，具體為：

45、二值化子模塊用于對平臺圖像進(jìn)行二值化處理得到二值化平臺圖像；平臺圖像分類子模塊用于將輸入的平臺圖像分類為激光器開光時(shí)間段圖像與激光器關(guān)光延時(shí)段圖像兩種；平臺圖像基板標(biāo)定子模塊將平臺圖像分為基板區(qū)域和外圍區(qū)域兩部分；光斑檢測子模塊用于判斷是否存在激光光斑和獲得激光光斑位置；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換子模塊用于將激光光斑位置從平臺像素坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至基板坐標(biāo)系。

46、優(yōu)選的，所述異常狀態(tài)檢測模塊中激光器不關(guān)光檢測子模塊、激光器不出光檢測子模塊、振鏡偏轉(zhuǎn)超限檢測子模塊、振鏡未移動檢測子模塊、振鏡移動異常子模塊和超模型輪廓邊界檢測子模塊，具體為：

47、激光器不關(guān)光檢測子模塊用于當(dāng)平臺圖像分類為激光器關(guān)光延時(shí)段圖像但檢測到光斑時(shí)發(fā)送停機(jī)報(bào)警信號到通信模塊；激光器不出光檢測子模塊用于當(dāng)平臺圖像分類為激光器開光時(shí)間段圖像但未檢測到光斑時(shí)發(fā)送非停機(jī)報(bào)警信號到通信模塊；振鏡偏轉(zhuǎn)超限檢測子模塊用于當(dāng)光斑位置不在基板區(qū)域時(shí)發(fā)送停機(jī)報(bào)警信號到通信模塊；振鏡未移動檢測子模塊用于對連續(xù)三張開光平臺圖像中光斑位置進(jìn)行矢量運(yùn)算得到光斑位置移動值，當(dāng)光斑位置都未發(fā)生移動時(shí)發(fā)送停機(jī)報(bào)警信號到通信模塊；振鏡移動異常子模塊用于對連續(xù)三張開光平臺圖像中光斑位置根據(jù)每張平臺圖像的獲取時(shí)間，計(jì)算光斑移動速度，若速度超過設(shè)定閾值發(fā)送非停機(jī)報(bào)警信號到通信模塊；超模型輪廓邊界檢測子模塊用于根據(jù)模型輪廓邊界判斷激光光斑是否位于打印的設(shè)定區(qū)域，若激光光斑未處于打印設(shè)定區(qū)域發(fā)送非停機(jī)報(bào)警信號到通信模塊。

48、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

49、1、本發(fā)明以機(jī)器視覺代替人工，避免了從業(yè)人員受激光對視覺的危害，同時(shí)在長時(shí)間的打印過程中，做到對設(shè)備狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控，提升了系統(tǒng)自動化程度和集成度。

50、2、本發(fā)明可對3d打印過程中的多種激光掃描異常情況進(jìn)行檢測和處理，實(shí)現(xiàn)了使用一個(gè)設(shè)備就完成激光器延時(shí)段不關(guān)光、激光器開光時(shí)間段中激光器不出光、振鏡偏轉(zhuǎn)超限、振鏡未移動、振鏡移動異常和激光光斑超超模型邊界等多種異常狀態(tài)的檢測并給出異常情況提示，對于會導(dǎo)致3d打印系統(tǒng)損傷或者危害操作人員的異常情況及時(shí)進(jìn)行停機(jī)，減少危害。

51、3、本發(fā)明不需要對現(xiàn)有3d打印系統(tǒng)進(jìn)行額外的改造，就可實(shí)現(xiàn)3d打印激光掃描異常的檢測。

52、4、本發(fā)明創(chuàng)新的在3d打印中提出根據(jù)獲取的平臺圖像序列對激光掃描異常進(jìn)行檢測，尤其是使用激光光斑質(zhì)心移動位移和移動速度來對振鏡進(jìn)行檢測，簡化了激光掃描異常檢測的裝置。

53、5.本發(fā)明在檢測中發(fā)出的異常報(bào)警信號，有助于提醒操作人員及時(shí)調(diào)整設(shè)備狀態(tài)，可以提高打印零件成功率，以節(jié)約打印時(shí)間及打印成本。