用于辨识在加工头上构造的开口的边缘轮廓的方法以及加工机器技术

本发明专利技术涉及一种用于辨识在加工头(3)上构造的开口(7)的边缘轮廓(9)、尤其加工喷嘴(6)的开口(7)的边缘轮廓(9)的方法，所述方法包括：在时间上彼此相继地拍摄多个图像，所述多个图像分别包含穿过所述开口(7)观察的、与所述加工头(3)间隔开的、优选被照射的参考面(8)的部分区域(21)以及在所述加工头(3)上的围绕所述开口(7)的区域，其中，在所述图像的拍摄时刻之间改变所述参考面(8)的亮度特性，以及通过所拍摄的图像的比较式分析处理来辨识所述边缘轮廓(9)。本发明专利技术也涉及用于实施所述方法的加工机器(1)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于辨识在加工头上构造的开口的边缘轮廓、尤其加工喷嘴的开口的边缘轮廓的方法。本专利技术也涉及一种加工机器。
技术介绍
在激光加工工艺中、尤其在激光切割工艺中使用加工喷嘴、尤其切割喷嘴以便实现均匀有规律的且高品质的切割结果。所述加工喷嘴的开口几何结构、尤其所述加工喷嘴的开口的边缘轮廓——激光射束和工艺气体射束穿过所述加工喷嘴的开口——直接作用于气体流动并且因此以直接的方式影响加工结果。在加工工艺中，发生所述加工喷嘴的磨损，所述磨损例如可能在加工材料的熔化物(Schmelze)的粘附性残渣和粘附性污迹中或者在燃尽物(Ausbrennungen)中通过掠式(streifend)的或反射回来的激光射束以及通过所述加工喷嘴与工件或与其他构件的碰撞产生。通过所述磨损，所述加工喷嘴的边缘轮廓可能发生改变并且例如与(圆)无角的几何结构不同，这可能导致方向相关地变化的切割结果。为了应付对切割结果的负面作用，已知的是：在碰撞之后通过操作人员手动地检查所述加工喷嘴或所述加工喷嘴的开口。然而这决定所述激光加工机的时间密集的且成本密集的耐用时间。由DE 43 36 136 A1已知用于检测激光射束加工设备的加工状态的方法和设备。自发的材料去除过程的出现能够通过测量从工件出发的、穿过切割头的所谓的尖嘴形孔(Rüsselloch)的辐射来探测。也能够检测切割头尖嘴从所述激光射束的射束轴线的偏移并且如果需要则补偿所述偏移。由EP 1 600 247 A2已知：借助光学检查装置检查切割喷嘴口。所述切割头的检查通过从外面或从下面照射切割喷嘴进行。借助摄像机拍摄切割喷嘴的图像并且确定喷嘴开口的直径或喷嘴开口的直径的平均值。如果所述切割喷嘴的开口的不圆度(Unrundheit)处于公差范围之外，则可以触发
告警。
技术实现思路
专利技术任务本专利技术的任务在于，说明一种方法和一种加工机器，借助所述方法和加工机器能够克服现有技术的这些缺点。尤其应改善所述边缘轮廓的辨识相对于干扰的稳健性。专利技术主题该任务通过一种用于辨识在加工头上构造的开口、尤其加工喷嘴的开口的边缘轮廓的方法来解决，所述方法包括：在时间上彼此相继地拍摄多个图像，所述多个图像分别包含穿过所述开口观察的、与所述加工头间隔开的、优选被照射的参考面的部分区域以及在所述加工头上的围绕所述开口的区域，其中，在所述图像的拍摄时刻之间改变所述参考面的亮度特性，以及通过所拍摄的图像的比较式分析处理来辨识所述边缘轮廓。与根据本专利技术的方法相关的优点在于，能够实现所述方法的主时间并行的(hauptzeitparallel)、也就是说与加工过程同时发生的实施。通过这种方式能够立即识别可能出现的缺陷(例如加工头的开口的、通过所述加工头与工件的碰撞引起的变形)并且能够实现对所述缺陷的提前干预或反应，以便避免在进一步的工件加工时废品的形成。通过所述比较式分析处理还能够实现在辨识所述边缘轮廓时提高的精确度以及所述辨识相对于干扰、例如在所述开口的内部出现的反射的高的稳健性。对于在所述加工头上的开口的边缘轮廓的辨识需要的是：在配属给所述开口的图像区域与配属给所述加工头的图像区域之间产生亮度对比。通常通过从内部或从外部或者通过外部的均匀的照射装置照射所述加工喷嘴的开口来产生该亮度对比，所述照射装置由所述加工喷嘴的开口限界。外部照射例如能够通过LED照射实现，所述LED照射借助散射板产生所述加工喷嘴的开口的尽可能均匀有规律的照亮。如果希望如上所述主时间并行的检测，则必须照射待加工工件的表面。这例如可以通过LED、激光二极管或其他照射源的与所述激光射束或观察同轴地耦合输入的照射射束实现。粗糙的(金属的)工件表面或喷嘴表面的这种照射一般不完全均匀地
进行，因为反射比率与所述表面的局部面法线的方向或角度强烈地相关(在此例如与DE 102005010381对比)。由此得到在所述开口的边缘处的区域，所述区域在自动的图像处理中不能够被明确地配属给所述加工喷嘴或所述开口。如果如这里提出的那样以恒定的光比例照射所述加工头或加工喷嘴，而通过所述开口观察的参考面在所述图像的拍摄之间在其亮度特性方面被改变，则通过考虑两个或更多个用于分析处理或图像处理的图像能够改善所述边缘轮廓的辨识。通过这种方式能够在比较式分析处理时辨识以下区域：所述区域在所有所拍摄的图像中具有相同的或相似的亮度并且被配属给所述加工喷嘴或所述加工头。还能够辨识以下区域：所述区域在拍摄之间发生变化并且被配属给在所述加工头上或所述加工喷嘴上的开口。通过在分析处理时考虑大量图像能够逐渐提高在识别所述边缘轮廓时的精确度。在一种优选的变型方案中，为了改变所述亮度特性，使所述参考面和所述加工头尤其在横向于所述开口的方向上，也即横向地，互相相对运动。所述参考面如每个表面那样具有粗糙度或不平度(Unebenheit)。通过所述相对运动，在互相前后拍摄的图像中穿过所述开口地观察所述参考面的分别不同的部分区域，从而通过所述参考面的粗糙度决定的、位置相关的亮度区别通过多个互相前后拍摄的图像运动。所述参考面的照射优选均匀地从垂直于或近似垂直于所述参考面走向的方向进行，例如穿过所述加工喷嘴的开口地或以环形照射形式，所述环形照射围绕所述加工喷嘴。在另一种优选的变型方案中，所述参考面构成待加工工件的表面。该变型方案是特别有利的，因为能够在加工工件期间进行所述边缘轮廓的根据本专利技术的辨识。如上所述，一般金属的工件的表面具有足够的粗糙度，从而在所拍摄的图像中能够测量所述粗糙的工件表面的通过在工件与加工头之间的相对运动决定的亮度区别的相对运动。以下变型方案也是优选的：在所述变型方案中，为了改变所述参考面的亮度特性，在时间上改变所述参考面的照射。为了在时间上改变所述亮度特性，可以越过不同的拍摄时刻改变照射装置的照射强度和/或设置具有越过所述拍摄时刻局部发生变化的照射强度的照射图案。替代地，也能够
在其亮度特性方面改变由所述参考面自身出发的或被所述参考面反射的照射辐射，其方式是，例如越过拍摄时刻在时间上和/或局部地改变所述照射辐射的照射强度。在这些情况中的每一个情况下，必要时可以放弃所述参考面相对于所述加工头的相对运动。在另一种变型方案中，优选沿着与穿过所述开口的加工射束、尤其与激光射束同轴的观察方向拍摄图像。因为所述观察方向在这种情况下典型地垂直于所述开口的边缘轮廓走向，所以能够实现所述边缘轮廓的精确辨识。也能由与所述加工射束同轴走向的观察方向特别简单地识别所述边缘轮廓的可能存在的缺陷或偏差。在一种优选的变型方案中，所述参考面的照射沿着与穿过所述开口的加工射束、尤其与激光射束同轴的或近似同轴的照射方向进行。通过这种方式，实现所述参考面的穿过所述开口的照射、也就是说从内部向外部。在这种情况下不需要(附加的)外部的照射装置。所述照射辐射和加工射束或激光射束在这种情况下典型地至少部分地叠加。一种变型方案是优选的，在所述变型方案中，在比较式分析处理中由所拍摄的图像中的两个构造至少一个差值图像(Differenzbild)。在差值图像的产生中静态干扰(例如在所述加工喷嘴上的内反射)被减去，使得仅仅在所观察的参考面上的亮度变化保持，所述亮度变化例如应归因于所述参考面的运动。所述一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于辨识在加工头(3)上构造的开口(7)的边缘轮廓(9)、尤其加工喷嘴(6)的开口(7)的边缘轮廓(9)的方法，所述方法包括：在时间上彼此相继地拍摄多个图像(B(n),B(n‑1),…)，所述多个图像分别包含穿过所述开口(7)观察的、与所述加工头(3)间隔开的、优选被照射的参考面(8)的部分区域(21)以及在所述加工头(3)上的围绕所述开口(7)的区域(22)，其中，在所述图像(B(n),B(n‑1),…)的拍摄时刻(n,n‑1,…)之间改变所述参考面(8)的亮度特性，以及通过所拍摄的图像(B(n),B(n‑1),…)的比较式分析处理来辨识所述边缘轮廓(9)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.06 DE 102014202176.61.一种用于辨识在加工头(3)上构造的开口(7)的边缘轮廓(9)、尤其加工喷嘴(6)的开口(7)的边缘轮廓(9)的方法，所述方法包括：在时间上彼此相继地拍摄多个图像(B(n),B(n-1),…)，所述多个图像分别包含穿过所述开口(7)观察的、与所述加工头(3)间隔开的、优选被照射的参考面(8)的部分区域(21)以及在所述加工头(3)上的围绕所述开口(7)的区域(22)，其中，在所述图像(B(n),B(n-1),…)的拍摄时刻(n,n-1,…)之间改变所述参考面(8)的亮度特性，以及通过所拍摄的图像(B(n),B(n-1),…)的比较式分析处理来辨识所述边缘轮廓(9)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了改变所述亮度特性，使所述参考面(8)和所述加工头(3)尤其在横向于所述开口(7)的方向(X，Y)上互相相对运动。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述参考面(8)是待加工工件(4)的表面。4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了改变所述参考面(8)的亮度特性，在时间上改变所述参考面(8)的照射。5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，沿着与穿过所述开口(7)的加工射束、尤其与激光射束(2)同轴的观察方向(23)拍摄所述图像(B(n),B(n-1),…)。6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考面(8)的照射沿着与穿过所述开口(7)的加工射束、尤其与激光射束(2)同轴的照射方向(15)进行。7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述比较
\t式分析处理中由所拍摄的图像(B(n),B(n-1)；B(n),B(n-2)；B(n),B(n-3),…)中的各两个构造至少一个差值图像(D(n))。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在构造所述至少一个差值图像(D(n))之前借助图像处理算法加工所述图像(B(n),B(n-1)；B(n),B(n-2)；B(n),B(n-3),…)。9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，由所述差值图像(D(n),D(n-1),…)中的至少两个产生一个结果图像(E(n))，在所述结果图像上进行所述边缘轮廓(9)的辨识。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，由预给定数量m个在彼此相继的拍摄时刻n,n-1,…,n-m+1拍摄的图像B(n)根据公式：E(n)＝B(n)-B(n-1)+B(n)-B(n-2)+...+B(n-m+1)构造所述结果图像E(n)。11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，作为预给定数量(...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·雷加阿尔德，S·诺伊德克，
申请(专利权)人：通快机床两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE