具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔設(shè)備及打孔方法
【專利摘要】具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔設(shè)備及打孔方法。目前在激光打孔還主要停留在人為的操作下，感知系統(tǒng)檢測(cè)被加工材料的位置，憑借操作者的視覺(jué)來(lái)感知聚焦位置進(jìn)而手動(dòng)的調(diào)整運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)到達(dá)指定的位置，進(jìn)行激光打孔。具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔設(shè)備，包括：打孔機(jī)，高分辨同軸CCD傳感器、圖像采集卡構(gòu)成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，所述的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)裝有高精度運(yùn)動(dòng)控制卡，所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制卡連接所述的打孔機(jī)的步進(jìn)電機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)裝有圖像處理軟件，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)迅速精確的聚焦球體的最高點(diǎn)位置。本發(fā)明位于球體最高點(diǎn)位置的激光打孔。
【專利說(shuō)明】具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔設(shè)備及打孔方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光打孔系統(tǒng)中球體最高點(diǎn)位置的自動(dòng)檢測(cè)的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種精確的對(duì)球體最高點(diǎn)位置自動(dòng)定位并進(jìn)行打孔的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光打孔過(guò)程中，為了保證孔的形狀及尺寸要求，需要確定激光的聚焦位置，并且保證此聚焦位置的恒定不變。針對(duì)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔，則激光束焦點(diǎn)聚焦球體最高點(diǎn)的精確程度是保證孔的形狀和尺寸要求的關(guān)鍵因素。
[0003]目前在激光打孔的工藝過(guò)程中，還主要停留在人為的操作下，感知系統(tǒng)檢測(cè)被加工材料的位置，憑借操作者的視覺(jué)來(lái)感知聚焦位置進(jìn)而手動(dòng)的調(diào)整運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)到達(dá)指定的位置，進(jìn)行激光打孔。這種方法在檢測(cè)過(guò)程中的誤差和后續(xù)的控制過(guò)程的誤差很大，很難保持孔的形狀和尺寸精度；而且自動(dòng)化的程度很低，激光打孔的時(shí)間長(zhǎng)。因此，為解決激光打孔精確聚焦問(wèn)題，設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化程度高的激光打孔的系統(tǒng)，提高激光打孔的質(zhì)量和效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]目前應(yīng)用于激光打孔系統(tǒng)中的自動(dòng)聚焦方法分為基于物方測(cè)距的主動(dòng)式聚焦方法和基于像檢測(cè)法的被動(dòng)式聚焦方法?；谖锓綔y(cè)距的主動(dòng)式聚焦方法主要通過(guò)三角測(cè)距、紅外線測(cè)距、超聲波測(cè)距的方法測(cè)量物鏡與被加工材料的距離，來(lái)達(dá)到自動(dòng)聚焦的目的。但這種方法的缺點(diǎn)在于:針對(duì)透明材料會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的散焦現(xiàn)象而造成很大的測(cè)量誤差；硬件系統(tǒng)的成本高；系統(tǒng)的振動(dòng)對(duì)其的影響比較敏感。故基于像檢測(cè)法的被動(dòng)式聚焦方法被廣泛的使用，并且計(jì)算機(jī)圖像處理的不斷發(fā)展也為此方法提供了很好的支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔設(shè)備及打孔方法，采用圖像處理技術(shù)，能夠提高激光聚焦的精度，同時(shí)還能夠解決激光打孔效率低的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔設(shè)備，包括:打孔機(jī)，高分辨同軸CCD傳感器、圖像采集卡構(gòu)成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，所述的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)裝有高精度運(yùn)動(dòng)控制卡，所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制卡連接所述的打孔機(jī)的步進(jìn)電機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)裝有圖像處理軟件，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)迅速精確的聚焦球體的最高點(diǎn)位置。
[0007]所述的具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔設(shè)備，所述的CCD傳感器光源與激光束光路與的光路同軸，并且所述的CCD傳感器支架應(yīng)保證其軸線方向與載物臺(tái)平面垂直，所述的CCD傳感器與所述的圖像采集卡之間采用USB2.0進(jìn)行連接，所述的圖像采集卡和所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制卡則直接插入計(jì)算機(jī)的PCI插槽中，保證檢測(cè)結(jié)果使得采用圖像處理得到的球體最高點(diǎn)位置即為激光束聚焦位置。
[0008]一種利用所述的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，所述的通過(guò)高分辨率同軸CCD傳感器的準(zhǔn)確識(shí)別、圖像采集卡的模數(shù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)圖像處理軟件的濾波處理及圖像增強(qiáng)處理、高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制打孔機(jī)，實(shí)現(xiàn)打孔。
[0009]所述的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，所述的通過(guò)高分辨率同軸CXD傳感器的準(zhǔn)確識(shí)別，是指手動(dòng)調(diào)整運(yùn)動(dòng)控制卡，將被測(cè)物體置于CXD傳感器的視場(chǎng)范圍內(nèi)，對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行照射，利用反射光透過(guò)物鏡與CCD感光部位成像，并使球體二維圖像最清晰。
[0010]自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，所述的計(jì)算機(jī)圖像處理軟件的濾波處理及圖像增強(qiáng)處理是將圖像數(shù)據(jù)通過(guò)圖像采集卡送入計(jì)算機(jī)，對(duì)二維圖像邊緣進(jìn)行邊緣點(diǎn)的采集；利用采集的邊緣點(diǎn)，根據(jù)曲線擬合，擬合被測(cè)球體的二維圖像邊緣；根據(jù)所擬合的二維圖像邊緣求取圖像的圓心位置，確定球體二維圖像的圓心位置，采用所述的曲線擬合最終確定球體的最高點(diǎn)位置，以控制擬合誤差，使得到的球體最高點(diǎn)位置更加精確。
[0011]自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制打孔機(jī)，實(shí)現(xiàn)打孔，是指在控制載物臺(tái)時(shí)，使在X/Y平面到達(dá)已經(jīng)確定的圓心位置；建立針對(duì)該被測(cè)球體最高點(diǎn)位置的自動(dòng)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)；控制載物臺(tái)沿Z軸的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值增大的方向進(jìn)行變步長(zhǎng)移動(dòng)，即:開(kāi)始搜索采用大步長(zhǎng)的搜索，逐步減小步長(zhǎng)大小進(jìn)行搜索，連續(xù)獲得相應(yīng)位置圖像數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)位置聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)的值，直到聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值出現(xiàn)第一次減小為止；采用變步長(zhǎng)的搜索方法，有效的減小搜索的時(shí)間，控制載物臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)，重復(fù)以上的搜索過(guò)程；取聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值達(dá)到最大的位置及其附近的5個(gè)位置，利用這些位置進(jìn)行曲線擬合，根據(jù)所得曲線得出聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值最大的位置，將其作為最后的確定的球體最高點(diǎn)位置，從而迅速的確定球體最高點(diǎn)位置。
[0012]所述的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制打孔機(jī)，實(shí)現(xiàn)打孔的方法是通過(guò)PC機(jī)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)控制運(yùn)動(dòng)控制卡X/Y方向，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)準(zhǔn)確的到達(dá)指定的圓心位置；在圓心位置控制載物臺(tái)Z方向的運(yùn)動(dòng)，即給一個(gè)步長(zhǎng)使得CCD傳感器大致聚焦于球體最高點(diǎn)附近，選擇相應(yīng)的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)，沿聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值變大的方向搜索，直到出現(xiàn)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值減小的情況，在所有的步長(zhǎng)都要記錄相應(yīng)的載物臺(tái)的位置，采用曲線擬合的方式獲得載物臺(tái)Z向位置與聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值之間的曲線，求取曲線的極大點(diǎn)位置則為聚焦點(diǎn)位置，完成聚焦；控制激光器，在聚焦位置進(jìn)行精確打孔。
[0013]所述的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，所述的計(jì)算機(jī)圖像處理軟件的濾波處理及圖像增強(qiáng)處理是通過(guò)PCI接口，將數(shù)字圖像送入PC機(jī)，利用圖像處理軟件先對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理、圖像增強(qiáng)處理，提高圖像與背景之間的對(duì)比度；對(duì)圖像處理后的圖像進(jìn)行智能邊緣提取，利用邊緣提取的采集點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，準(zhǔn)確的得出球體二維圖像的圓心位置。
[0014]有益效果:
本發(fā)明提出的具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
(1)球體二維圖像的邊緣檢測(cè)采用了智能邊緣提取的方法，在減少檢測(cè)時(shí)間的基礎(chǔ)上更好的提取邊緣檢測(cè)點(diǎn)；
(2)對(duì)于球體二維圖像的圓心位置的檢測(cè)采用曲線擬合的方法，減小了傳統(tǒng)的圓心確定的原理性誤差；
(3)球體最高點(diǎn)位置的確定則建立相應(yīng)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)，采用變步長(zhǎng)的搜索方法，保證最高點(diǎn)位置確定的快速性和準(zhǔn)確性。
[0015]本發(fā)明通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)功能的高分辨率同軸CCD傳感器、高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及檢測(cè)方法，能夠迅速的獲得球體二維平面的圓心位置，能夠自動(dòng)的檢測(cè)球體的最高點(diǎn)位置及進(jìn)行精確的控制，在盡可能減少加工時(shí)間的基礎(chǔ)上保證孔的形狀和尺寸要求。
[0016]通過(guò)高分辨率同軸C⑶傳感器的準(zhǔn)確識(shí)別、圖像采集卡的模數(shù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)圖像處理軟件的濾波處理及圖像增強(qiáng)處理、高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了球體最高點(diǎn)位置的自動(dòng)檢測(cè)，并且檢測(cè)的精度高、控制時(shí)間短，真正的實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化程度高的激光打孔過(guò)程。同時(shí)，該系統(tǒng)中對(duì)于球體二維圖像的圓心位置的確定，通過(guò)高分辨率CCD的硬件支持上，盡可能的減小軟件算法擬合誤差；對(duì)于球體最高點(diǎn)位置的確定，則采用變步長(zhǎng)的搜索方法，盡可能的減小調(diào)焦的時(shí)間。通過(guò)硬件的支持和軟件的優(yōu)化，形成了一套響應(yīng)快、精度高的自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)的激光打孔系統(tǒng)。
[0017]
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔系統(tǒng)原理示意圖。
[0019]圖2自動(dòng)檢測(cè)球體二維圖像的圓心位置原理示意圖。
[0020]圖3自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的原理示意圖。
[0021]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
一種具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔設(shè)備，包括:打孔機(jī)，高分辨同軸CCD傳感器、圖像采集卡構(gòu)成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，所述的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)裝有高精度運(yùn)動(dòng)控制卡，所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制卡連接所述的打孔機(jī)的步進(jìn)電機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)裝有圖像處理軟件，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)迅速精確的聚焦球體的最高點(diǎn)位置。
[0022]實(shí)施例2:
所述的具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔設(shè)備，所述的CCD傳感器光源與激光束光路與的光路同軸，并且所述的CCD傳感器支架應(yīng)保證其軸線方向與載物臺(tái)平面垂直，所述的CCD傳感器與所述的圖像采集卡之間采用USB接口進(jìn)行連接，所述的圖像采集卡和所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制卡則直接插入計(jì)算機(jī)的PCI插槽中，保證檢測(cè)結(jié)果使得采用圖像處理得到的球體最高點(diǎn)位置即為激光束聚焦位置。
[0023]實(shí)施例3:
一種利用實(shí)施例1或2所述的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，所述的通過(guò)高分辨率同軸CCD傳感器的準(zhǔn)確識(shí)別、圖像采集卡的模數(shù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)圖像處理軟件的濾波處理及圖像增強(qiáng)處理、高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制打孔機(jī)，實(shí)現(xiàn)打孔。
[0024]實(shí)施例4:
實(shí)施例3所述的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，所述的通過(guò)高分辨率同軸CXD傳感器的準(zhǔn)確識(shí)別，是指手動(dòng)調(diào)整運(yùn)動(dòng)控制卡，將被測(cè)物體置于CXD傳感器的視場(chǎng)范圍內(nèi)，對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行照射，利用反射光透過(guò)物鏡與CCD感光部位成像，并使球體二維圖像最清晰。
[0025]實(shí)施例5: 實(shí)施例3或4所述的自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，所述的計(jì)算機(jī)圖像處理軟件的濾波處理及圖像增強(qiáng)處理是將圖像數(shù)據(jù)通過(guò)圖像采集卡送入計(jì)算機(jī)，對(duì)二維圖像邊緣進(jìn)行邊緣點(diǎn)的采集；利用采集的邊緣點(diǎn)，根據(jù)曲線擬合，擬合被測(cè)球體的二維圖像邊緣；根據(jù)所擬合的二維圖像邊緣求取圖像的圓心位置，確定球體二維圖像的圓心位置，采用所述的曲線擬合最終確定球體的最高點(diǎn)位置，以控制擬合誤差，使得到的球體最高點(diǎn)位置更加精確。
[0026]實(shí)施例6:
實(shí)施例3或4或5所述的自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制打孔機(jī)，實(shí)現(xiàn)打孔，是指在控制載物臺(tái)時(shí)，使在X/Y平面到達(dá)已經(jīng)確定的圓心位置；建立針對(duì)該被測(cè)球體最高點(diǎn)位置的自動(dòng)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)；控制載物臺(tái)沿Z軸的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值增大的方向進(jìn)行變步長(zhǎng)移動(dòng)，即:開(kāi)始搜索采用大步長(zhǎng)的搜索，逐步減小步長(zhǎng)大小進(jìn)行搜索，連續(xù)獲得相應(yīng)位置圖像數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)位置聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)的值，直到聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值出現(xiàn)第一次減小為止；采用變步長(zhǎng)的搜索方法，有效的減小搜索的時(shí)間，控制載物臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)，重復(fù)以上的搜索過(guò)程；取聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值達(dá)到最大的位置及其附近的5個(gè)位置，利用這些位置進(jìn)行曲線擬合，根據(jù)所得曲線得出聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值最大的位置，將其作為最后的確定的球體最高點(diǎn)位置，從而迅速的確定球體最高點(diǎn)位置。
[0027]實(shí)施例7:
實(shí)施例3或4或5所述的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，其特征是:所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制打孔機(jī)，實(shí)現(xiàn)打孔的方法是通過(guò)PC機(jī)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)控制運(yùn)動(dòng)控制卡X/Y方向，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)準(zhǔn)確的到達(dá)指定的圓心位置；在圓心位置控制載物臺(tái)Z方向的運(yùn)動(dòng)，即給一個(gè)步長(zhǎng)使得CCD傳感器大致聚焦于球體最高點(diǎn)附近，選擇相應(yīng)的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)，沿聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值變大的方向搜索，直到出現(xiàn)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值減小的情況，在所有的步長(zhǎng)都要記錄相應(yīng)的載物臺(tái)的位置，采用曲線擬合的方式獲得載物臺(tái)Z向位置與聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值之間的曲線，求取曲線的極大點(diǎn)位置則為聚焦點(diǎn)位置，完成聚焦；控制激光器，在聚焦位置進(jìn)行精確打孔。
[0028]實(shí)施例8:
實(shí)施例3或4或5或6或7所述的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，所述的計(jì)算機(jī)圖像處理軟件的濾波處理及圖像增強(qiáng)處理是通過(guò)PCI接口，將數(shù)字圖像送入PC機(jī)，利用圖像處理軟件先對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理、圖像增強(qiáng)處理，提高圖像與背景之間的對(duì)比度；對(duì)圖像處理后的圖像進(jìn)行智能邊緣提取，利用邊緣提取的采集點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，準(zhǔn)確的得出球體二維圖像的圓心位置。
[0029]實(shí)施例9:
具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔系統(tǒng)，包括硬件和軟件兩大部分。本方案的核心主要包括兩個(gè)方面:一是球體二維圖像的圓心位置的檢測(cè)；二是球體最高點(diǎn)位置的快速準(zhǔn)確的定位。
[0030]硬件系統(tǒng)包括:大功率激光器、激光束與照明光束同軸的高分辨率CCD傳感器、圖像采集卡、PC機(jī)、高精度運(yùn)動(dòng)控制卡、步進(jìn)電機(jī)、具有X/Y/Z向運(yùn)動(dòng)的載物臺(tái)、CCD傳感器支架。軟件系統(tǒng)包括:系統(tǒng)軟件、圖像處理軟件、運(yùn)動(dòng)控制軟件。其中對(duì)于CCD傳感器支架應(yīng)保證其軸線方向與載物臺(tái)平面嚴(yán)格的垂直，CXD傳感器與圖像采集卡之間采用USB2.0進(jìn)行連接，圖像采集卡和運(yùn)動(dòng)控制卡則直接插入PC機(jī)的PCI插槽中。
[0031]所述的具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔系統(tǒng)的工作原理是通過(guò)CCD傳感器和圖像采集卡將圖像送入PC機(jī)，圖像處理軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，利用二維圖像邊緣的采集點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合得到二維圖像的圓心位置，運(yùn)動(dòng)控制卡調(diào)整載物臺(tái)X/Y方向到該位置。在此基礎(chǔ)上，調(diào)整載物臺(tái)Z方向的位置，采用變步長(zhǎng)的搜索方法得到球體的最高點(diǎn)位置。
[0032]所述的具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔系統(tǒng)在自動(dòng)定位時(shí)的包括以下步驟:
(1)手動(dòng)調(diào)整運(yùn)動(dòng)控制卡，將被測(cè)物體置于CCD傳感器的視場(chǎng)范圍內(nèi)，對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行照射，利用反射光透過(guò)物鏡與CXD感光部位成像；
(2)將圖像送入圖像采集卡，進(jìn)行模擬圖像到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)變；
(3)通過(guò)PCI接口，將數(shù)字圖像送入PC機(jī)，利用圖像處理軟件先對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理、圖像增強(qiáng)處理，提高圖像與背景之間的對(duì)比度；
(4)對(duì)圖像處理后的圖像進(jìn)行智能邊緣提取，利用邊緣提取的采集點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，準(zhǔn)確的得出球體二維圖像的圓心位置；
(5)通過(guò)PC機(jī)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)控制運(yùn)動(dòng)控制卡X/Y方向，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)準(zhǔn)確的到達(dá)指定的圓心位置；
(6)在圓心位置控制載物臺(tái)Z方向的運(yùn)動(dòng)，即給一個(gè)較大的步長(zhǎng)使得CXD傳感器大致聚焦于球體最高點(diǎn)附近，選擇相應(yīng)的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)，沿聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值變大的方向搜索，直到出現(xiàn)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值減小的情況，在所有的步長(zhǎng)都要記錄相應(yīng)的載物臺(tái)的位置，采用曲線擬合的方式獲得載物臺(tái)Z向位置與聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值之間的曲線，求取曲線的極大點(diǎn)位置則為聚焦點(diǎn)位置，完成聚焦；
(7)控制激光器，在聚焦位置進(jìn)行精確打孔。
【權(quán)利要求】
1.一種具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔設(shè)備，包括:打孔機(jī)，其特征是:高分辨同軸CCD傳感器、圖像采集卡構(gòu)成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，所述的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)裝有高精度運(yùn)動(dòng)控制卡，所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制卡連接所述的打孔機(jī)的步進(jìn)電機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)裝有圖像處理軟件，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)迅速精確的聚焦球體的最高點(diǎn)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置的激光打孔設(shè)備，其特征是:所述的CCD傳感器光源與激光束光路與的光路同軸，并且所述的CCD傳感器支架應(yīng)保證其軸線方向與載物臺(tái)平面垂直，所述的CCD傳感器與所述的圖像采集卡之間采用USB接口進(jìn)行連接，所述的圖像采集卡和所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制卡則直接插入計(jì)算機(jī)的PCI插槽中，保證檢測(cè)結(jié)果使得采用圖像處理得到的球體最高點(diǎn)位置即為激光束聚焦位置。
3.一種利用權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，其特征是:所述的通過(guò)高分辨率同軸CCD傳感器的準(zhǔn)確識(shí)別、圖像采集卡的模數(shù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)圖像處理軟件的濾波處理及圖像增強(qiáng)處理、高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制打孔機(jī)，實(shí)現(xiàn)打孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，其特征是:所述的通過(guò)高分辨率同軸CCD傳感器的準(zhǔn)確識(shí)別，是指手動(dòng)調(diào)整運(yùn)動(dòng)控制卡，將被測(cè)物體置于CCD傳感器的視場(chǎng)范圍內(nèi)，對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行照射，利用反射光透過(guò)物鏡與CCD感光部位成像，并使球體二維圖像最清晰。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，其特征是:所述的計(jì)算機(jī)圖像處理軟件的濾 波處理及圖像增強(qiáng)處理是將圖像數(shù)據(jù)通過(guò)圖像采集卡送入計(jì)算機(jī)，對(duì)二維圖像邊緣進(jìn)行邊緣點(diǎn)的采集；利用采集的邊緣點(diǎn)，根據(jù)曲線擬合，擬合被測(cè)球體的二維圖像邊緣；根據(jù)所擬合的二維圖像邊緣求取圖像的圓心位置，確定球體二維圖像的圓心位置，采用所述的曲線擬合最終確定球體的最高點(diǎn)位置，以控制擬合誤差，使得到的球體最高點(diǎn)位置更加精確。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，其特征是:所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制打孔機(jī)，實(shí)現(xiàn)打孔，是指在控制載物臺(tái)時(shí)，使在X/Y平面到達(dá)已經(jīng)確定的圓心位置；建立針對(duì)該被測(cè)球體最高點(diǎn)位置的自動(dòng)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)；控制載物臺(tái)沿Z軸的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值增大的方向進(jìn)行變步長(zhǎng)移動(dòng)，即:開(kāi)始搜索采用大步長(zhǎng)的搜索，逐步減小步長(zhǎng)大小進(jìn)行搜索，連續(xù)獲得相應(yīng)位置圖像數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)位置聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)的值，直到聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值出現(xiàn)第一次減小為止；采用變步長(zhǎng)的搜索方法，有效的減小搜索的時(shí)間，控制載物臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)，重復(fù)以上的搜索過(guò)程；取聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值達(dá)到最大的位置及其附近的5個(gè)位置，利用這些位置進(jìn)行曲線擬合，根據(jù)所得曲線得出聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值最大的位置，將其作為最后的確定的球體最高點(diǎn)位置，從而迅速的確定球體最高點(diǎn)位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，其特征是:所述的高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制打孔機(jī)，實(shí)現(xiàn)打孔的方法是通過(guò)PC機(jī)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)控制運(yùn)動(dòng)控制卡X/Y方向，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)準(zhǔn)確的到達(dá)指定的圓心位置；在圓心位置控制載物臺(tái)Z方向的運(yùn)動(dòng)，即給一個(gè)步長(zhǎng)使得CCD傳感器大致聚焦于球體最高點(diǎn)附近，選擇相應(yīng)的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)，沿聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值變大的方向搜索，直到出現(xiàn)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值減小的情況，在所有的步長(zhǎng)都要記錄相應(yīng)的載物臺(tái)的位置，采用曲線擬合的方式獲得載物臺(tái)Z向位置與聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值之間的曲線，求取曲線的極大點(diǎn)位置則為聚焦點(diǎn)位置，完成聚焦；控制激光器，在聚焦位置進(jìn)行精確打孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)球體最高點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)激光打孔方法，其特征是:所述的計(jì)算機(jī)圖像處理軟件的濾波處理及圖像增強(qiáng)處理是通過(guò)PCI接口，將數(shù)字圖像送入PC機(jī)，利用圖像處理軟件先對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理、圖像增強(qiáng)處理，提高圖像與背景之間的對(duì)比度；對(duì)圖像處理后的圖像進(jìn)行智能邊緣提取，利用邊緣提取的采集點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，準(zhǔn)確的 得出球體二維圖像的圓心位置。
【文檔編號(hào)】B23K26/046GK103785956SQ201410047588
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月11日
【發(fā)明者】楊立軍, 王揚(yáng), 張宏志, 侯超劍, 劉俊巖, 王懋露 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)