本發(fā)明涉及激光加工技術領域，更具體的說，特別涉及一種雙光路雙成像視覺振鏡掃描方頭的成像系統(tǒng)和成像方法。

背景技術：

傳統(tǒng)的打標方頭沒有視覺進行輔助，其處于盲打的狀態(tài)，一般通過夾具或者是固定的坐標位置進行打標，對于高精度的打標要求，傳統(tǒng)的打標方頭具有很多的因素限制，其難度大，復雜度也高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，提供一種雙光路雙成像視覺振鏡掃描方頭的成像系統(tǒng)和成像方法，能夠大大提高了打標方頭的打標精度。

為了解決以上提出的問題，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種雙光路雙成像視覺振鏡掃描方頭的成像系統(tǒng)，包括白光光源、大視場圖像采集模塊、第一鏡片、第二鏡片、小視場圖像采集模塊和振鏡；外部的激光光束透過第二鏡片到達振鏡，經過振鏡反射后，透過第一鏡片作用在待打標物體上對其進行打標；

所述白光光源發(fā)出照明光路打亮待打標物體，待打標物體將照明光路反射到第一鏡片上，部分照明光路經第一鏡片反射到大視場圖像采集模塊中，用于采集待打標物體的整體圖像，根據(jù)所述整體圖像得到預打標位置的圖像坐標，進而得到振鏡的擺動角度，驅動振鏡轉動所述擺動角度；

部分照明光路透過第一鏡片達到振鏡，通過轉動后的振鏡被反射到第二鏡片上，被第二鏡片反射后進入小視場圖像采集模塊，用于采集待打標 物體的細節(jié)圖像，根據(jù)所述細節(jié)圖像得到預打標位置的精確坐標，用于完成打標操作。

所述大視場圖像采集模塊和小視場圖像采集模塊分別采用大視場相機和小視場相機來進行定位。

一種雙光路雙成像視覺振鏡掃描方頭的成像方法，該成像方法具體步驟如下：

步驟1：利用大視場圖像采集模塊以及小視場圖像采集模塊分別采集標定板圖像以及十字型圖像，分別得到大視場相機和小視場相機的標定系數(shù)、偏轉角度，以及圖像坐標與打標區(qū)域原點之間的位置關系；

步驟2：利用大視場圖像采集模塊采集待打標物體的整體圖像,根據(jù)步驟1得到大視場相機的偏轉角度，將所述待打標物體的整體圖像旋轉到水平位置，并獲得預打標位置的圖像坐標；

步驟3：根據(jù)步驟1中所得到圖像坐標與打標區(qū)域原點之間的的位置關系，以及大視場相機的標定系數(shù)進行坐標轉換，將步驟2得到的預打標位置的圖像坐標轉換成打標視場坐標；

步驟4：根據(jù)所述打標視場坐標得到振鏡的偏轉角度，驅動振鏡轉動所述偏轉角度到相應的位置，白光光源發(fā)出的照明光路通過轉動后的振鏡反射到小視場圖像采集模塊中；

步驟5：小視場圖像采集模塊采集待打標物體的細節(jié)圖像，根據(jù)所述細節(jié)圖像并結合步驟1中得到小視場相機的標定系數(shù)和偏轉角度，得到預打標位置的精確坐標，用于完成打標操作。

所述步驟1具體包括：

步驟S11：利用大視場圖像采集模塊采集標定板圖像，根據(jù)所述標定板圖像得到標定板圖像中角點的坐標，利用所述角點的坐標以及標定板的標準值計算得到大視場相機的標定系數(shù)；

步驟S12：利用大視場圖像采集模塊采集十字形圖像，得到十字形圖像 中十字交叉點的坐標，根據(jù)所述十字交叉點的坐標計算得到十字形圖像的坐標原點與打標區(qū)域原點之間的位置關系，以及大視場相機的偏轉角度；

步驟S13：利用小視場圖像采集模塊采集標定板圖像，根據(jù)所述標定板圖像得到標定板圖像中角點的坐標，利用所述角點的坐標以及標定板的標準值計算得到小視場相機的標定系數(shù)；

步驟S14：利用小視場圖像采集模塊采集十字形圖像，得到十字形圖像中十字交叉點的坐標，根據(jù)所述十字交叉點的坐標計算得到十字形圖像的坐標原點與打標區(qū)域原點之間的位置關系，以及小視場相機的偏轉角度。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明中通過大視場圖像采集模塊對預打標位置進行粗定位，通過小視場圖像采集模塊對預打標位置進行精定位，即可以得到打標位置的精確坐標，整個成像系統(tǒng)簡單、可靠，成像方法易于實現(xiàn)，并能夠大大提高了打標方頭的打標精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明雙光路雙成像視覺振鏡掃描方頭的成像系統(tǒng)原理圖。

圖2為本發(fā)明雙光路雙成像視覺振鏡掃描方頭的成像方法流程圖。

圖3為本發(fā)明大小視場圖像采集模塊采集標定板圖像和十字型圖像的流程圖。

圖4為本發(fā)明實際成像方法的原理圖。

附圖標記說明：11-待打標物體，12-白光光源，13-大視場圖像采集模塊，14-第一鏡片，15-第二鏡片，16-小視場圖像采集模塊，17-振鏡，18-激光光束。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的 形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。

參閱圖1所示，本發(fā)明提供的一種雙光路雙成像視覺振鏡掃描方頭的成像系統(tǒng)，包括白光光源12、大視場圖像采集模塊13、第一鏡片14、第二鏡片15、小視場圖像采集模塊16和振鏡17。

外部的激光光束18透過第二鏡片15到達振鏡17，經過振鏡17反射后，透過第一鏡片14后，作用在待打標物體11上對其進行打標。

所述白光光源12發(fā)出照明光路打亮待打標物體11，待打標物體11將照明光路反射到透激光反藍光的第一鏡片14上，部分照明光路經第一鏡片14反射到大視場圖像采集模塊13中，大視場圖像采集模塊13采集待打標物體11的整體圖像，并將采集到的整體圖像進行圖像分析，計算預打標位置的圖像坐標，將所述圖像坐標轉換成平面坐標，再將平面坐標轉換成振鏡17的擺動角度，驅動振鏡17旋轉所述擺動角度到目標位置。

部分照明光路透過第一鏡片14達到振鏡17，通過轉動后的振鏡17被反射到透激光反紅光的第二鏡片15上，被第二鏡片15反射后進入小視場圖像采集模塊16，利用小視場圖像采集模塊16進行采集待打標物體11的細節(jié)圖像，經過細節(jié)圖像的分析得到打標位置的精確坐標，以供完成打標操作。

上述成像系統(tǒng)采用大視場圖像采集模塊13進行粗定位，采用小視場圖像采集模塊16進行精定位，兩者均采用相機即大視場相機和小視場相機來進行定位，如附圖2所示，具體成像方法如下：

步驟1：分別利用大視場圖像采集模塊13以及小視場圖像采集模塊16采集標定板圖像以及十字型圖像，分別得到大視場相機和小視場相機的標 定系數(shù)、偏轉角度，以及圖像坐標與打標區(qū)域原點之間的位置關系，所述打標區(qū)域為打標方頭進行打標時的區(qū)域，其原點一般位于打標區(qū)域的中心。如附圖3所示，具體包括：

步驟S11：利用大視場圖像采集模塊13采集標定板圖像，利用所述標定板圖像結合圖像處理方法得到標定板圖像中角點的坐標，利用所述角點的坐標以及標定板的標準值計算得到大視場相機的標定系數(shù)；

本步驟中，當標定板確定后，則標定板的標準值也就是固定的。

步驟S12：利用大視場圖像采集模塊13采集十字形圖像，所述十字形圖像包含打標區(qū)域原點在內的一系列的水平十字交叉點，即得到十字交叉點的坐標，其中帶有數(shù)字0的十字交叉點即為打標區(qū)域原點，從而計算得到十字形圖像的坐標原點與實際的打標區(qū)域原點之間的位置關系，以及大視場相機的偏轉角度。

步驟S13：利用小視場圖像采集模塊16采集標定板圖像，利用所述標定板圖像結合圖像處理方法得到標定板圖像中角點的坐標，利用所述角點的坐標以及標定板的標準值計算得到小視場相機的標定系數(shù)；

步驟S14：利用小視場圖像采集模塊16采集十字形圖像，所述十字形圖像包含打標區(qū)域原點在內的一系列的水平十字交叉點，即得到十字交叉點的坐標，其中帶有數(shù)字0的十字交叉點即為打標區(qū)域原點，從而計算得到十字形圖像的坐標原點與實際的打標區(qū)域原點之間的位置關系，以及小視場相機的偏轉角度。

上述中，利用大視場圖像采集模塊13和小視場圖像采集模塊16得到的圖像坐標是一樣的。

步驟2：利用大視場圖像采集模塊13采集待打標物體11的整體圖像,根據(jù)步驟1得到大視場相機的偏轉角度，將所述待打標物體11的整體圖像旋轉到水平位置，再利用圖像處理方法獲得預打標位置的圖像坐標。

本步驟中，利用大視場圖像采集模塊13采集待打標物體11的圖像， 要保證圖像視場的大小滿足振鏡17所在打標方頭的打標范圍。所得到的圖像坐標只是一個大概的位置。

步驟3：根據(jù)步驟1中所得到圖像坐標與打標區(qū)域原點之間的的位置關系，以及大視場相機的標定系數(shù)進行坐標轉換，將步驟2得到的預打標位置的圖像坐標轉換成打標視場坐標。

上述中，由于得到的圖像和圖像坐標都是針對圖像坐標系而言的，圖像坐標系的原點一般位于其左上角，而振鏡的擺動等接收的坐標信號都是依據(jù)打標視場坐標系，因此要將圖像上得到的坐標應用到實際的打標視場中，需要進行圖像坐標轉換。

步驟4：將轉換后的打標視場坐標傳輸給打標方頭，驅動振鏡17偏轉到指定位置，使白光光源12發(fā)出的照明光路通過轉動后的振鏡17反射到小視場圖像采集模塊15中以供抓圖。

本步驟中，打標方頭內部包含已經校正好的一個校正表，結合校正表的數(shù)據(jù)以及步驟3中的得到的打標視場坐標，就可以得到所述打標視場坐標對應振鏡17的實際偏轉角度，此時通過電機驅動振鏡17使兩個振鏡片擺動到相應的位置。

步驟5：利用小視場圖像采集模塊16采集待打標物體11的細節(jié)圖像，根據(jù)所述細節(jié)圖像并結合步驟1中得到小視場相機的標定系數(shù)和偏轉角度，再利用圖像處理方法得到預打標位置的精確坐標，以進行實際的打標操作。

本步驟中，在步驟4的基礎上，依據(jù)振鏡17反射光的作用并利用小視場圖像采集模塊16進行圖像采集，對采集的細節(jié)圖像進行圖像處理得到預打標位置的精確坐標。

下面通過實例來闡述上述成像方法：

如附圖4所示，圖中A為棋盤格標定板的圖像，B為標記出角點的標定板的圖像,C為大視場圖像采集模塊13的十字圖形圖像，D為小視場圖像采 集模塊15的十字圖形圖像。E為大視場圖像采集模塊13中相機存在角度的示意圖，F(xiàn)為小視場圖像采集模塊15中相機存在角度示意圖，其中虛線為圖像中心的水平線，實線為各個十字點中心的連線，若相機不存在角度則兩條線是平行的。G為圖像坐標系，其中左上角為坐標系的原點，H為平臺的坐標系，其中平臺坐標系的原點為振鏡原點。

為了更直觀的體現(xiàn)出標定的過程以大視場圖像采集模塊13的標定過程為例進行說明，小視場的標定過程與大視場的標定過程相同。

假設棋盤格標定板的規(guī)格為：每一個小方格的尺寸為n*n(mm)。

具體的實現(xiàn)過程為：

(1)利用圖像處理方法提取出棋盤格標定板的角點坐標設為：

p₁(x₁,y₁)～p_n(x_n,y_n)，設共有n個角點，通過n個角點的坐標可以計算出各個相鄰角點的水平方向以及垂直方向的像素距離，并且求出兩個方向的平均距離分別設為Dis_H和Dis_V，則相機的標定系數(shù)計算如下所示：

Calibration_X＝n/Dis_H

Calibration_Y＝n/Dis_V

(2)利用圖像處理方法得到一系列的十字交叉點的像素坐標，其中0點的坐標設為O(x_o,y_o)，此點實際為打標原點即(0,0)點，設圖中任意一個非0點的坐標設為p(x_p,y_p)，假設相機的偏轉角度為a度，則在圖像上的坐標旋轉變換公式如下：其旋轉中心為0點其坐標為O(x_o,y_o)；

(3)將其換算成平面坐標的方式為：

X＝X_new-x_o

Y＝Y_new-y_o

此時(X,Y)為平面上的坐標，單位是像素。

(4)將像素坐標轉換成毫米，轉換方式為：

X_mm＝X*Calibration_X

Y_mm＝Y*Calibration_Y

此時的X_mm和Y_mm為實際的打標平面坐標，將此時的坐標點根據(jù)打標方頭內部的校正表轉換成振鏡17的擺動角度，驅動振鏡17擺動到此角度就可以利用小視場圖像采集模塊16采集到包含P在內的細節(jié)圖像。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。