一种光腔闭环调节装置及其调节方法与流程

本发明属于一种激光光路控制装置及其控制方法，具体涉及一种光腔闭环调节装置及其调节方法。

背景技术：

传统光腔光路反射系统在激光光路的控制方面，使用的是费时费力的开环人工调节，需要手动操作调节旋钮进行反射镜片水平、俯仰角度调节，这大大阻碍了光路反射系统工程化及智能化应用的实现。

激光在反射装置中长距离传输时，激光光路会因为平震抖动、气流扰动及自身漂移等原因发生偏移，无疑大大增大了开环人工调节的调节难度。

闭环调节已广泛应用于工业制造、农业生产等各个领域。闭环调节以计算机代替人工，节省人力物力的同时，更有着稳定、准确、快速响应三个重要特点。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种光腔闭环调节装置及其调节方法。

本发明的技术方案是：一种光腔闭环调节装置，包括工控机，所述工控机与步进电机控制器、摄像头相连，所述步进电机控制器与镜架反射装置相连，所述摄像头采集镜架反射装置中的光斑。

所述步进电机控制器包括连接并驱动步进电机的步进电机驱动模块、实现计算机与控制箱的1比4通讯的RS232转RS485模块、对计算机发送过来的信号进行解码分析并获取相应的控制命令和控制参数控制步进电机运行的单片机主控模块、供电用的电源模块。

所述步进电机控制器通过步进电机对镜架反射装置的镜片水平、俯仰角度调节。

根据上述的任意一种光腔闭环调节装置的调节方法，包括以下步骤：

（ⅰ）开始。

（ⅱ）自动调节程序初始化

开辟内存并给摄像头和步进电机通电。

（ⅲ）各连接通信是否成功

如果连接通信未成功，进入步骤（ⅳ）；如果连接通信成功，进入步骤（ⅴ）。

（ⅳ）检查线路连接

检查步骤（ⅲ）中通信未成功的线路连接。

（ⅴ）是否有电机正在运转

如果有电机正在运转，进入步骤（ⅵ）；如果没有电机正在运转，进入步骤（ⅶ）。

（ⅵ）停止正在运行的电机。

（ⅶ）图像采集

采集程序调用接口程序的摄像头，对镜架反射装置中的光斑进行采集。

（ⅷ）图像预处理

对步骤（ⅶ）中采集的图像进行预处理，获得目标区域图像数据并进行保存。

（ⅸ）图像处理

对步骤（ⅷ）中目标区域图像进行进一步图像处理，获得目标参数并进行保存。

（ⅹ）数据处理

计算各步进电机移动步长和方向，得到反馈控制信号。

（ⅹⅰ）运行电机

将（ⅹ）中的反馈控制信号传输到步进电机控制器，驱动电机。

（ⅹⅱ）电机是否全部停止

判断电机是否全部停止，如果电机未全部停止，进入步骤（ⅹⅲ），如果电机全部停止，进入步骤（ⅹⅳ）。

（ⅹⅲ）等待全部电机停止。

（ⅹⅳ）是否暂停自动调节。

如果暂停自动调节进入步骤（ⅹⅴ），如果不暂停自动调节进入步骤（ⅶ）。

（ⅹⅴ）暂停。

所述步骤（ⅷ）中目标区域图像数据指对连续采集的图像进行固定时间间隔抽样、镜片识别处理并切割，从而准确提取出矩形镜片图像。

所述步骤（ⅸ）中目标参数指镜片中心坐标和光斑中心坐标，目标参数通过提取出的镜片图像上先后进行单通道灰度图转化、阈值分割及形态学滤波、椭圆拟合获得。

本发明中摄像头以一定的采样频率拍摄采集镜架反射装置图像传入工控机，图像在工控机中进行相应处理后，计算出镜片上激光光斑的位置坐标与基准坐标之间函数关系，确定控制反射镜片角度的步进电机移动方向及步长，再通过控制器进行实施，使光斑实时处于镜片中心，从而实现闭环调节。

附图说明

图1 是本发明中调节装置的连接示意图；

图2 是本发明中步进电机控制器的连接示意图；

图3 是本发明中调节装置的原理图；

图4 是本发明中调节方法的方法流程图

其中：

1 工控机 2 步进电机控制器

3 镜架反射装置 4 摄像头

21 步进电机驱动模块 22 RS232转RS485模块

23 单片机主控模块 24 电源模块。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1~2所示，一种光腔闭环调节装置，包括工控机1，所述工控机1与步进电机控制器2、摄像头4相连，所述步进电机控制器2与镜架反射装置3相连，所述摄像头4采集镜架反射装置3中的光斑。

所述步进电机控制器2包括连接并驱动步进电机的步进电机驱动模块21、实现计算机与控制箱的1比4通讯的RS232转RS485模块22、对计算机发送过来的信号进行解码分析并获取相应的控制命令和控制参数控制步进电机运行的单片机主控模块23、供电用的电源模块24。

所述步进电机控制器2通过步进电机对镜架反射装置3的镜片水平、俯仰角度调节。

如图3所示，激光在镜架反射装置3之间反射，并在镜片上形成光斑。摄像头4采集光斑将模拟图像转化为数字信号传入工控机1。工控机1经图像处理计算获得激光光斑相对于镜片中心在X坐标方向和Y坐标方向的偏移距离，作为反馈控制信号传入步进电机控制器2。步进电机控制器2根据控制信号控制镜架反射装置3中步进电机进行镜片水平、俯仰角度调节。

如图4所示，4.根据权利要求1~3所述的任意一种光腔闭环调节装置的调节方法，其特征在于：包括以下步骤：

（ⅰ）开始。

（ⅱ）自动调节程序初始化

开辟内存并给摄像头和步进电机通电。

（ⅲ）各连接通信是否成功

如果连接通信未成功，进入步骤（ⅳ）；如果连接通信成功，进入步骤（ⅴ）。

（ⅳ）检查线路连接

检查步骤（ⅲ）中通信未成功的线路连接。

（ⅴ）是否有电机正在运转

如果有电机正在运转，进入步骤（ⅵ）；如果没有电机正在运转，进入步骤（ⅶ）。

（ⅵ）停止正在运行的电机。

（ⅶ）图像采集

采集程序调用接口程序的摄像头（4），对镜架反射装置（3）中的光斑进行采集。

（ⅷ）图像预处理

对步骤（ⅶ）中采集的图像进行预处理，获得目标区域图像数据并进行保存。

（ⅸ）图像处理

对步骤（ⅷ）中目标区域图像进行进一步图像处理，获得目标参数并进行保存。

（ⅹ）数据处理

计算各步进电机移动步长和方向，得到反馈控制信号。

（ⅹⅰ）运行电机

将（ⅹ）中的反馈控制信号传输到步进电机控制器（2），驱动电机。

（ⅹⅱ）电机是否全部停止

判断电机是否全部停止，如果电机未全部停止，进入步骤（ⅹⅲ），如果电机全部停止，进入步骤（ⅹⅳ）。

（ⅹⅲ）等待全部电机停止。

（ⅹⅳ）是否暂停自动调节

如果暂停自动调节进入步骤（ⅹⅴ），如果不暂停自动调节进入步骤（ⅶ）。

（ⅹⅴ）暂停。

所述步骤（ⅷ）中目标区域图像数据指对连续采集的图像进行固定时间间隔抽样、镜片识别处理并切割，从而准确提取出矩形镜片图像。

所述步骤（ⅸ）中目标参数指镜片中心坐标和光斑中心坐标，目标参数通过提取出的镜片图像上先后进行单通道灰度图转化、阈值分割及形态学滤波、椭圆拟合获得。

本发明中摄像头以一定的采样频率拍摄采集镜架反射装置图像传入工控机，图像在工控机中进行相应处理后，计算出镜片上激光光斑的位置坐标与基准坐标之间函数关系，确定控制反射镜片角度的步进电机移动方向及步长，再通过控制器进行实施，使光斑实时处于镜片中心，从而实现闭环调节。