本发明涉及激光标刻领域，更具体地，涉及一种激光精确标刻设备及激光精确标刻方法。
背景技术：
激光具有定向发光、准直性高、能量密度高等优点，因此应用在多个领域，例如，激光焊接、激光切割、激光治疗、激光打标、激光热处理以及激光涂覆等等。
在激光标刻技术是通过将激光聚焦于加工表面，利用相应的物理或化学变化在该表面形成标记的一种标刻方式，其对标刻的准确度要求极高。
传统的激光标刻方式有两种，一种是按照预设的标刻模式和固定的形状进行标刻，另一种是由操作者完全手动控制激光标刻设备进行自由的标刻。上述两种激光标刻方式存在两个问题：1.需要标刻的目标范围不在预设形状内、操作者的操作失误均会导致实际标刻范围的偏差或误差；2.由于设备内的标刻程序没有与待标刻区域完美契合的预设形状，从而无法完美吻合待标刻区域，导致标刻的不准确。在金属加工领域，这些误差对加工效果的影响已经慢慢引起人们的关注。在激光与医疗相结合的领域，激光标刻的自动性与精确性的地位则尤为凸显。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的一个方面提出了一种激光精确标刻设备，该激光精确标刻设备包括摄像头、主控装置、激光发生器、振镜系统和振镜控制板，其中：
摄像头用于获取预标刻区域的图像并将图像传送到主控装置；
主控装置用于接收图像并根据图像设定预标刻区域内的多个标刻点和多个标刻点中的每一个的标刻次数n；
激光发生器根据主控装置的指令生成标刻用的激光；
振镜系统设置在激光的光路上以调整激光的传播方向；和
振镜控制板能够根据主控装置的指令控制振镜系统的动作。
在一个实施例中，主控装置还包括显示装置，显示装置能够显示图像以使操作者能够根据图像绘制标刻图案并设定标刻激光的能量密度e，主控装置能够根据标刻图案和能量密度e设定标刻图案内的多个标刻点以及多个标刻点中的每一个的标刻次数n。
在一个实施例中，摄像头为ccd摄像头。
在一个实施例中，激光发生器为co2激光器、半导体激光器、光纤激光器或者固体激光器。
本发明的另一个方面出了一种激光精确标刻方法，该激光精确标刻方法包括以下步骤：
通过摄像头获取预标刻区域的图像并将图像传送到主控装置；
通过主控装置根据图像设定预标刻区域内的多个标刻点和多个标刻点中的每一个的标刻次数n；
激光发生器根据主控装置的指令生成标刻用的激光；和
振镜控制板根据主控装置的指令控制振镜系统的动作以改变激光的传播方向。
在一个实施例中，主控装置生成多个标刻点和多个标刻点中的每一个的标刻次数n的步骤包括：
主控装置显示图像；
操作者根据图像绘制标刻图案并设定标刻激光的能量密度e；和
主控装置根据标刻图案和能量密度e设定标刻图案内的多个标刻点以及多个标刻点中的每一个的标刻次数n。
在一个实施例中，在激光发生器生成激光标刻标刻图案之前，激光精确标刻方法还包括缩放比校正步骤，缩放比校正步骤包括校正主控装置的主控程序中的长度数据与相应的标刻实际长度：
使用激光发生器标刻坐标长度为k个单位的线；
量取线的实际长度kmm；
将线的实际长度k和坐标长度k的比值k/k写入主控装置的配置文件；和
主控装置对其发出的全部指令中的长度数据均做乘以k/k的操作。
在一个实施例中，在执行校正主控程序中的长度数据与相应的标刻实际长度之前，缩放比校正步骤还包括校正主控装置中的主控程序的坐标系与振镜系统的坐标系的表示范围：
设定振镜系统的坐标系中x轴和y轴的总长度分别为ax和ay；
设定主控装置中绘制的标刻图像中x轴和y轴的总长度分别为bx和by；和
主控装置对其发送到振镜控制板的全部指令中的坐标数据均做乘以b/a的操作。
在一个实施例中，使用激光发生器标刻标刻图案之前，激光精确标刻方法还包括偏移量校正步骤，偏移量校正步骤包括：
读取主控装置的配置文件中x轴和y轴的偏移量rx和ry；
通过激光发生器标刻交叉点坐标为(0+rx，0+ry)的十字形；
移动十字形的参考以获取十字形的交叉点的实际坐标(x,y)；
分别通过公式(1)和(2)计算x轴和y轴的实际偏移量：
(1)rx’＝rx-x,
(2)ry’＝ry-y；和
将计算获得的实际偏移量写入主控装置的配置文件。
在一个实施例中，通过公式(3)计算标刻次数n：
(3)n＝efd2/2pt,
其中，f为激光发生器的频率，d为激光发生器的标刻光斑的直径，p为激光发生器的功率，t为该点的标刻时长。
本发明提出的激光精准标刻设备和精准标刻方法中通过缩放比校正、偏移量校正，保证标刻的实际范围和深度与操作者在主控程序中设置的一致。从而实现激光自动且精确标刻的目的。
具体实施方式
下面详细描述本发明的说明性、非限制性实施例，对根据本发明的激光精确标刻设备和激光精确标刻方法进行进一步说明。
根据本发明的一个方面提出了一种激光精确标刻设备，该激光精确标刻设备包括摄像头、主控装置、激光发生器、振镜系统和振镜控制板，其中摄像头将于标刻区域的图像发送到主控装置，主控装置根据该图像生成控制指令分别发送至激光发生器和振镜控制板，激光发生器生成标刻用的激光，振镜控制本控制振镜系统的运动以调整激光传播路径，从而实现激光标刻。
本发明中使用的摄像头可以是本领域常用的可以获取图像的任意摄像设备，例如，ccd、cmos。主控装置与摄像头相连接，用于从摄像头接收预标刻区域的图像并根据该图像设定预标刻区域内的多个标刻点以及对多个标刻点中的每一个的标刻次数n。主控装置可以是电脑、智能手机能可以完成程序处理的智能设备，在此不做限定。激光发生器可以根据主控装置的指令生成标刻用的激光。在一个实施例中，该激光发生器为co2激光器、半导体激光器、光纤激光器或者固体激光器等。振镜系统设置在激光的光路上，用于调整激光的传播方向，从而实现对预标刻区域的标刻。振镜控制板为振镜系统的控制装置，它可以根据主控装置的指令控制振镜系统的动作，将激光折射到设定的标刻点。
在一个实施例中，主控装置包括显示装置以显示预标刻区域的图像。这样，操作者可以根据该图像清楚地了解预标刻区域的形状、颜色等特变，进而根据这些可视特征在主控装置中绘制预标刻区域的标刻图案并设定标刻激光的能量密度e。根据操作者绘制的标刻图案及设定的标刻激光的能量密度e，主控装置内的处理程序可以设定标刻图案内的多个标刻点以及多个标刻点中的每一个的标刻次数n。
本发明的另一个方面提出了一种使用上述激光精确标刻设备的激光精确标刻方法，该激光精确标刻方法包括以下步骤。
通过摄像头获取预标刻区域的图像并将图像传送到主控装置。在预标刻区域较隐蔽不方便人眼直接观察的情况，可以借助摄像头采集预标刻区域的图像，并且采集预标刻区域图像并传送到主控装置后允许操作者根据不同的图像特征对激光标刻的参数、需要标刻的范围进行人工设定(下文将做详细说明)，从而提高激光标刻的灵活性和精确性。需要说明的是，该激光精确标刻方法中使用的摄像头可以是各种型号的摄像头以适应不同的标刻环境，并该摄像头还可以与其它组件配合使用以方便采集预标刻区域的图像。在一个实施例中，摄像头为ccd摄像头或者cmos摄像头。
主控装置从摄像头获得预标刻区域的图像后，通过主控装置根据该图像设定预标刻区域内的多个标刻点和多个标刻点中的每一个的标刻次数n。在一个实施例中，通过主控装置设定预标刻区域内的多个标刻点和多个标刻点中的每一个的标刻次数n的方法如下：主控装置具有显示器，通过该显示器显示预标刻区域的图像，其中该图像可以显示预标刻区域的颜色特征、边界特征等特征信息，这些特征信息对后续的激光标刻的能量密度e和标刻范围相关；操作者根据图像中显示的上述特征信息绘制标刻图案并设定标刻激光的能量密度e；主控装置内的控制程序根据标刻图案设定激光标刻的多个标刻点，并且根据能量密度e计算多个标刻点中的每一个的标刻次数n。这里，由于标刻点的能量密度e由标刻点的面积、平均功率和标刻次数n决定，并且设定每个标刻点的面积由系统固定、默认设定为激光光斑直径d为边长的正方形且每个正方形的面积相当于两个标刻点的面积，标刻点的平均功率设定为激光发生器的功率p与激光发生器标刻该标刻点的时间t的乘积除以激光发生器的频率f，那么每个标刻点的能量密度e可以通过公式e＝2ntp/fd2计算得到，进一步计算得到标刻点的标刻次数n的计算公式为：n＝efd2/2nt。
通过主控装置生成激光标刻的相关参数后，主控装置向激光发生器发出控制指令以生成标刻用的激光。本发明中的激光发生器可以是本领域常用的标刻用激光发生器，例如，co2激光器、半导体激光器、光纤激光器或者固体激光器等，在此不做限制。
同时，主控装置根据生成的激光标刻相关参数向振镜控制板发出控制指令以控制振镜系统的动作将激光光束传送到多个标刻点。
另外，在激光标刻过程中，影响标刻精准度的因素包括：主控程序坐标与实际标刻的坐标的缩放比的一致性、预设标刻点与实际标刻点的偏移量。为了实现激光标刻的精确度，在本发明的一些实施例中对缩放比和偏移量进行校正。
缩放比校正包括两个校正步骤，首先校正主控装置中的主控程序的坐标系与振镜系统的坐标系的表示范围，其次校正主控程序中的程序长度与标刻的实际长度。校正主控装置中的主控程序的坐标系与振镜系统的坐标系的表示范围的步骤如下：设定振镜系统的坐标系中x轴和y轴的总长度分别为ax和ay；设定主控装置中绘制的标刻图像中x轴和y轴的总长度分别为bx和by；主控装置对其发送到振镜控制板的全部指令中的坐标数据均做乘以b/a的操作。校正主控程序中的程序长度与实际标刻的实际长度的步骤如下：使用激光发生器标刻坐标长度为k个单位的线；量取该线的实际长度k；将该线的实际长度k和坐标长度k的比值k/k写入主控装置的配置文件；主控装置对其发出的全部指令中的长度数据均做乘以k/k的操作。
使用激光发生器标刻标刻图案之前，对预设标刻点与实际标刻点的偏移量进行校正。偏移量校正包括以下步骤：读取主控装置的配置文件中x轴和y轴的偏移量rx和ry；通过激光发生器标刻交叉点坐标为(0+rx，0+ry)的十字形；移动十字形的参考以获取十字形的交叉点的实际坐标(x,y)；分别通过公式(1)和(2)计算x轴和y轴的实际偏移量：(1)rx’＝rx-x,(2)ry’＝ry-y；将计算获得的实际偏移量写入主控装置的配置文件。
需要说明的是，上述缩放比校正和偏移量校正的过程可以多次重复执行，以实现更高的标刻精度。
由上述说明可以知道，本发明提出的激光精准标刻设备和精准标刻方法中，通过摄像头将预标刻区域的图像展示给操作者，使操作者可以与程序计算相结合地手动绘制标刻区域，从而使激光标刻过程更加灵活；通过缩放比校正、偏移量校正，保证标刻的实际范围和深度与操作者在主控程序中设置的一致，从而实现精准标刻的目的。
本发明提出的激光精准标刻设备和精准标刻方法可以应用于多种激光加工领域，并且在激光与医疗结合应用领域的技术效果尤为突出。传统的与激光相关的医疗设备往往需要手术医生手动标刻病变区域，但是这种标刻方法对医生的经验、操作环境甚至视力的要求都较高，无法量化地控制每个标刻点的标刻时间，可能出现标刻时间过长导致患者进一步损伤，或者标刻时间过短而无法彻底治愈。本发明提出的技术方案通过摄像头获取预标刻区域图像、主控装置中的主控程序和医生对病变情况的判断的结合来灵活并准确地设定预标刻区域的标刻图案，从而实现实际标刻范围与预设标刻范围的吻合；通过医生对病变情况的判断输入标刻点标刻的能量密度，自动控制激光标刻时间，实现定点、定量的输出激光，避免出现标刻时间过短或过长的问题；另外，通过缩放比校正和偏移量校正实现主控程序、振镜系统和实际标刻图案中的坐标的统一，保证激光精确标刻。例如，在宫颈疾病治疗中，本发明公开的激光精确标刻设备和激光精确标刻方法可以帮助医生在较难获得病灶图像的情况中可视化地完成激光治疗，并且通过缩放比校正和偏移量校正实现激光精确标刻。