双光路双成像视觉振镜扫描方头的成像系统和成像方法与流程

本发明涉及激光加工技术领域，更具体的说，特别涉及一种双光路双成像视觉振镜扫描方头的成像系统和成像方法。

背景技术：

传统的打标方头没有视觉进行辅助，其处于盲打的状态，一般通过夹具或者是固定的坐标位置进行打标，对于高精度的打标要求，传统的打标方头具有很多的因素限制，其难度大，复杂度也高。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种双光路双成像视觉振镜扫描方头的成像系统和成像方法，能够大大提高了打标方头的打标精度。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种双光路双成像视觉振镜扫描方头的成像系统，包括白光光源、大视场图像采集模块、第一镜片、第二镜片、小视场图像采集模块和振镜；外部的激光光束透过第二镜片到达振镜，经过振镜反射后，透过第一镜片作用在待打标物体上对其进行打标；

所述白光光源发出照明光路打亮待打标物体，待打标物体将照明光路反射到第一镜片上，部分照明光路经第一镜片反射到大视场图像采集模块中，用于采集待打标物体的整体图像，根据所述整体图像得到预打标位置的图像坐标，进而得到振镜的摆动角度，驱动振镜转动所述摆动角度；

部分照明光路透过第一镜片达到振镜，通过转动后的振镜被反射到第二镜片上，被第二镜片反射后进入小视场图像采集模块，用于采集待打标 物体的细节图像，根据所述细节图像得到预打标位置的精确坐标，用于完成打标操作。

所述大视场图像采集模块和小视场图像采集模块分别采用大视场相机和小视场相机来进行定位。

一种双光路双成像视觉振镜扫描方头的成像方法，该成像方法具体步骤如下：

步骤1：利用大视场图像采集模块以及小视场图像采集模块分别采集标定板图像以及十字型图像，分别得到大视场相机和小视场相机的标定系数、偏转角度，以及图像坐标与打标区域原点之间的位置关系；

步骤2：利用大视场图像采集模块采集待打标物体的整体图像,根据步骤1得到大视场相机的偏转角度，将所述待打标物体的整体图像旋转到水平位置，并获得预打标位置的图像坐标；

步骤3：根据步骤1中所得到图像坐标与打标区域原点之间的的位置关系，以及大视场相机的标定系数进行坐标转换，将步骤2得到的预打标位置的图像坐标转换成打标视场坐标；

步骤4：根据所述打标视场坐标得到振镜的偏转角度，驱动振镜转动所述偏转角度到相应的位置，白光光源发出的照明光路通过转动后的振镜反射到小视场图像采集模块中；

步骤5：小视场图像采集模块采集待打标物体的细节图像，根据所述细节图像并结合步骤1中得到小视场相机的标定系数和偏转角度，得到预打标位置的精确坐标，用于完成打标操作。

所述步骤1具体包括：

步骤S11：利用大视场图像采集模块采集标定板图像，根据所述标定板图像得到标定板图像中角点的坐标，利用所述角点的坐标以及标定板的标准值计算得到大视场相机的标定系数；

步骤S12：利用大视场图像采集模块采集十字形图像，得到十字形图像 中十字交叉点的坐标，根据所述十字交叉点的坐标计算得到十字形图像的坐标原点与打标区域原点之间的位置关系，以及大视场相机的偏转角度；

步骤S13：利用小视场图像采集模块采集标定板图像，根据所述标定板图像得到标定板图像中角点的坐标，利用所述角点的坐标以及标定板的标准值计算得到小视场相机的标定系数；

步骤S14：利用小视场图像采集模块采集十字形图像，得到十字形图像中十字交叉点的坐标，根据所述十字交叉点的坐标计算得到十字形图像的坐标原点与打标区域原点之间的位置关系，以及小视场相机的偏转角度。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明中通过大视场图像采集模块对预打标位置进行粗定位，通过小视场图像采集模块对预打标位置进行精定位，即可以得到打标位置的精确坐标，整个成像系统简单、可靠，成像方法易于实现，并能够大大提高了打标方头的打标精度。

附图说明

图1为本发明双光路双成像视觉振镜扫描方头的成像系统原理图。

图2为本发明双光路双成像视觉振镜扫描方头的成像方法流程图。

图3为本发明大小视场图像采集模块采集标定板图像和十字型图像的流程图。

图4为本发明实际成像方法的原理图。

附图标记说明：11-待打标物体，12-白光光源，13-大视场图像采集模块，14-第一镜片，15-第二镜片，16-小视场图像采集模块，17-振镜，18-激光光束。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的 形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参阅图1所示，本发明提供的一种双光路双成像视觉振镜扫描方头的成像系统，包括白光光源12、大视场图像采集模块13、第一镜片14、第二镜片15、小视场图像采集模块16和振镜17。

外部的激光光束18透过第二镜片15到达振镜17，经过振镜17反射后，透过第一镜片14后，作用在待打标物体11上对其进行打标。

所述白光光源12发出照明光路打亮待打标物体11，待打标物体11将照明光路反射到透激光反蓝光的第一镜片14上，部分照明光路经第一镜片14反射到大视场图像采集模块13中，大视场图像采集模块13采集待打标物体11的整体图像，并将采集到的整体图像进行图像分析，计算预打标位置的图像坐标，将所述图像坐标转换成平面坐标，再将平面坐标转换成振镜17的摆动角度，驱动振镜17旋转所述摆动角度到目标位置。

部分照明光路透过第一镜片14达到振镜17，通过转动后的振镜17被反射到透激光反红光的第二镜片15上，被第二镜片15反射后进入小视场图像采集模块16，利用小视场图像采集模块16进行采集待打标物体11的细节图像，经过细节图像的分析得到打标位置的精确坐标，以供完成打标操作。

上述成像系统采用大视场图像采集模块13进行粗定位，采用小视场图像采集模块16进行精定位，两者均采用相机即大视场相机和小视场相机来进行定位，如附图2所示，具体成像方法如下：

步骤1：分别利用大视场图像采集模块13以及小视场图像采集模块16采集标定板图像以及十字型图像，分别得到大视场相机和小视场相机的标 定系数、偏转角度，以及图像坐标与打标区域原点之间的位置关系，所述打标区域为打标方头进行打标时的区域，其原点一般位于打标区域的中心。如附图3所示，具体包括：

步骤S11：利用大视场图像采集模块13采集标定板图像，利用所述标定板图像结合图像处理方法得到标定板图像中角点的坐标，利用所述角点的坐标以及标定板的标准值计算得到大视场相机的标定系数；

本步骤中，当标定板确定后，则标定板的标准值也就是固定的。

步骤S12：利用大视场图像采集模块13采集十字形图像，所述十字形图像包含打标区域原点在内的一系列的水平十字交叉点，即得到十字交叉点的坐标，其中带有数字0的十字交叉点即为打标区域原点，从而计算得到十字形图像的坐标原点与实际的打标区域原点之间的位置关系，以及大视场相机的偏转角度。

步骤S13：利用小视场图像采集模块16采集标定板图像，利用所述标定板图像结合图像处理方法得到标定板图像中角点的坐标，利用所述角点的坐标以及标定板的标准值计算得到小视场相机的标定系数；

步骤S14：利用小视场图像采集模块16采集十字形图像，所述十字形图像包含打标区域原点在内的一系列的水平十字交叉点，即得到十字交叉点的坐标，其中带有数字0的十字交叉点即为打标区域原点，从而计算得到十字形图像的坐标原点与实际的打标区域原点之间的位置关系，以及小视场相机的偏转角度。

上述中，利用大视场图像采集模块13和小视场图像采集模块16得到的图像坐标是一样的。

步骤2：利用大视场图像采集模块13采集待打标物体11的整体图像,根据步骤1得到大视场相机的偏转角度，将所述待打标物体11的整体图像旋转到水平位置，再利用图像处理方法获得预打标位置的图像坐标。

本步骤中，利用大视场图像采集模块13采集待打标物体11的图像， 要保证图像视场的大小满足振镜17所在打标方头的打标范围。所得到的图像坐标只是一个大概的位置。

步骤3：根据步骤1中所得到图像坐标与打标区域原点之间的的位置关系，以及大视场相机的标定系数进行坐标转换，将步骤2得到的预打标位置的图像坐标转换成打标视场坐标。

上述中，由于得到的图像和图像坐标都是针对图像坐标系而言的，图像坐标系的原点一般位于其左上角，而振镜的摆动等接收的坐标信号都是依据打标视场坐标系，因此要将图像上得到的坐标应用到实际的打标视场中，需要进行图像坐标转换。

步骤4：将转换后的打标视场坐标传输给打标方头，驱动振镜17偏转到指定位置，使白光光源12发出的照明光路通过转动后的振镜17反射到小视场图像采集模块15中以供抓图。

本步骤中，打标方头内部包含已经校正好的一个校正表，结合校正表的数据以及步骤3中的得到的打标视场坐标，就可以得到所述打标视场坐标对应振镜17的实际偏转角度，此时通过电机驱动振镜17使两个振镜片摆动到相应的位置。

步骤5：利用小视场图像采集模块16采集待打标物体11的细节图像，根据所述细节图像并结合步骤1中得到小视场相机的标定系数和偏转角度，再利用图像处理方法得到预打标位置的精确坐标，以进行实际的打标操作。

本步骤中，在步骤4的基础上，依据振镜17反射光的作用并利用小视场图像采集模块16进行图像采集，对采集的细节图像进行图像处理得到预打标位置的精确坐标。

下面通过实例来阐述上述成像方法：

如附图4所示，图中A为棋盘格标定板的图像，B为标记出角点的标定板的图像,C为大视场图像采集模块13的十字图形图像，D为小视场图像采 集模块15的十字图形图像。E为大视场图像采集模块13中相机存在角度的示意图，F为小视场图像采集模块15中相机存在角度示意图，其中虚线为图像中心的水平线，实线为各个十字点中心的连线，若相机不存在角度则两条线是平行的。G为图像坐标系，其中左上角为坐标系的原点，H为平台的坐标系，其中平台坐标系的原点为振镜原点。

为了更直观的体现出标定的过程以大视场图像采集模块13的标定过程为例进行说明，小视场的标定过程与大视场的标定过程相同。

假设棋盘格标定板的规格为：每一个小方格的尺寸为n*n(mm)。

具体的实现过程为：

(1)利用图像处理方法提取出棋盘格标定板的角点坐标设为：

p₁(x₁,y₁)～p_n(x_n,y_n)，设共有n个角点，通过n个角点的坐标可以计算出各个相邻角点的水平方向以及垂直方向的像素距离，并且求出两个方向的平均距离分别设为Dis_H和Dis_V，则相机的标定系数计算如下所示：

Calibration_X＝n/Dis_H

Calibration_Y＝n/Dis_V

(2)利用图像处理方法得到一系列的十字交叉点的像素坐标，其中0点的坐标设为O(x_o,y_o)，此点实际为打标原点即(0,0)点，设图中任意一个非0点的坐标设为p(x_p,y_p)，假设相机的偏转角度为a度，则在图像上的坐标旋转变换公式如下：其旋转中心为0点其坐标为O(x_o,y_o)；

(3)将其换算成平面坐标的方式为：

X＝X_new-x_o

Y＝Y_new-y_o

此时(X,Y)为平面上的坐标，单位是像素。

(4)将像素坐标转换成毫米，转换方式为：

X_mm＝X*Calibration_X

Y_mm＝Y*Calibration_Y

此时的X_mm和Y_mm为实际的打标平面坐标，将此时的坐标点根据打标方头内部的校正表转换成振镜17的摆动角度，驱动振镜17摆动到此角度就可以利用小视场图像采集模块16采集到包含P在内的细节图像。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。