CN208289218U - 基于图像处理的激光微加工自动调焦装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出基于图像处理的激光微加工自动调焦装置，包括控制模块、标准图像采集机构及激光加工平台；激光加工平台包括校对图像机构和激光加工机构，校对图像机构和激光加工机构共用调焦机构；标准图像采集机构包括成像设备、光源、双色镜、调焦平台和聚焦物镜；光源的光线经聚焦物镜聚焦后，对加工对象表面进行照射；成像设备经双色镜采集加工对象表面的反射光，并通过调焦平台调节聚焦物镜相对加工对象表面的距离以生成加工对象表面最优清晰度数码图像；控制模块根据最优图像生成清晰度标准值；当进行调焦时，校对图像机构采集加工部位表面图像，并根据控制模块提供的清晰度标准值进行调焦；本产品可以在加工对象表面稳定地维持激光焦点。

Description

基于图像处理的激光微加工自动调焦装置

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术领域，尤其是基于图像处理的激光微加工自动调焦装置。

背景技术

激光微加工技术已经被广泛的应用于材料微纳加工领域。在加工过程中如何保持焦点始终位于材料表面一直是个难题。这个问题直接影响到激光微加工的精度。

传统的自动调焦方式是基于测距原理，利用激光测距、超声波测距的方式计算物体与镜头之间的距离，从而驱动电机调整镜头的位置。还有电容感应调焦，这种方法测量激光头部与金属板材之间的电容大小，从而测出焦距。此外，还有一些场合根据特定的加工工艺，设计出专用的机械结构来实现调焦。随着 CCD/CMOS技术发展，以图像处理为基础的自动调焦技术开始发展，这种方法是直接根据图像清晰度来判别离焦程度，比传统测距方法更加直接有效，广泛的应用于单反相机上。

本专利将这一技术应用于激光微加工领域，实现焦点在加工平面上的自动调焦。图像清晰度是通过一个清晰度评价函数来评定的。一个理想的评价函数具有单峰性、高灵敏度、抗干扰等特点。

发明内容

本实用新型提出基于图像处理的激光微加工自动调焦装置，可以在激光加工对象表面稳定地维持激光焦点。

本实用新型采用以下技术方案。

基于图像处理的激光微加工自动调焦装置，所述自动调焦装置包括控制模块、与控制模块相连的标准图像采集机构及激光加工平台；所述激光加工平台包括校对图像机构和激光加工机构，所述校对图像机构的成像焦距与激光加工机构的激光加工聚焦焦距相同；校对图像机构和激光加工机构共用调焦机构；所述标准图像采集机构包括成像设备、光源、双色镜、调焦平台和固定于调焦平台处的聚焦物镜；所述光源的光线经聚焦物镜聚焦后，对加工对象表面进行照射；所述成像设备经双色镜采集加工对象表面的反射光，并通过调焦平台调节聚焦物镜相对加工对象表面的距离以生成加工对象表面最优清晰度数码图像；所述控制模块根据最优清晰度数码图像生成清晰度标准值；当进行调焦时，所述校对图像机构采集加工部位表面图像，并根据控制模块提供的清晰度标准值进行调焦，当校对图像机构的采集图像符合清晰度标准值时，所述激光加工机构以校对图像机构此时的聚焦距离为激光加工时的聚焦距离。

所述光源为同轴光源；所述成像设备为CCD数码相机。

所述标准图像采集机构的调焦平台为手动平台；所述激光加工平台以电动方式进行调焦。

所述控制模块为可通过灰度方差函数对图像进行评估并生成清晰度标准值的控制模块。

所述灰度方差函数为

其中I(x，y)表示(x，y)像素点处灰度值。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：可以达到更高的调焦精度，传统的基于测距原理的调焦方法很难做到微纳级别的调焦精度，而利用图像处理的方式，直接根据图像清晰度直接进行调焦程度判别，比传统方法更加直接有效，且成本更低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

附图1是本实用新型的示意图；

附图2是调焦平台调节聚焦物镜时采集的不同聚焦距离的图像示意图(焦距偏离0μm时最优)；

附图3是自动调焦装置使用前后的加工效果对比示意图(左为未使用，右为使用)；

图中：1-成像设备；2-双色镜；3-光源；4-调焦平台；5-聚焦物镜；6-校对图像机构；7-控制模块；8-加工对象表面。

具体实施方式

如图1-3所示，基于图像处理的激光微加工自动调焦装置，所述自动调焦装置包括控制模块7、与控制模块相连7的标准图像采集机构及激光加工平台；所述激光加工平台包括校对图像机构6和激光加工机构，所述校对图像机构6的成像焦距与激光加工机构的激光加工聚焦焦距相同；校对图像机构和激光加工机构共用调焦机构；所述标准图像采集机构包括成像设备1、光源3、双色镜2、调焦平台4和固定于调焦平台4处的聚焦物镜5；所述光源3的光线经聚焦物镜5 聚焦后，对加工对象表面8进行照射；所述成像设备经双色镜2采集加工对象表面8的反射光，并通过调焦平台调节聚焦物镜5相对加工对象表面8的距离以生成加工对象表面8最优清晰度数码图像；所述控制模块7根据最优清晰度数码图像生成清晰度标准值；当进行调焦时，所述校对图像机构6采集加工部位表面图像，并根据控制模块提供的清晰度标准值进行调焦，当校对图像机构6的采集图像符合清晰度标准值时，所述激光加工机构以校对图像机构此时的聚焦距离为激光加工时的聚焦距离。

所述光源为同轴光源；所述成像设备为CCD数码相机。

所述标准图像采集机构的调焦平台为手动平台；所述激光加工平台以电动方式进行调焦。

所述控制模块为可通过灰度方差函数对图像进行评估并生成清晰度标准值的控制模块。

所述灰度方差函数为

其中I(x，y)表示(x，y)像素点处灰度值。

实施例：

本产品的使用过程可按以下步骤；

步骤S1:打开同轴光源，通过二向色镜后照亮物体表面；

步骤S2:打开CCD数码相机，利用控制模块(计算机)采集CCD图像，手动调整平移台，使图像清晰；

步骤S3:控制模块利用灰度方差函数评价当前图像清晰度值，并设置为标准值；

步骤S4:打开“自动调焦”，***就将自动实时采集的图像清晰度值与标准值比较，根据偏差，自动移动激光加工机构内部的校对图像机构电动平移平台，使图像保持清晰；

步骤S5:打开激光，开始加工过程。

以上是本设计的较佳实施例，凡依本设计方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本设计方案的范围时，均属于本设计的保护范围。

Claims (5)

1.基于图像处理的激光微加工自动调焦装置，其特征在于：所述自动调焦装置包括控制模块、与控制模块相连的标准图像采集机构及激光加工平台；所述激光加工平台包括校对图像机构和激光加工机构，所述校对图像机构的成像焦距与激光加工机构的激光加工聚焦焦距相同；校对图像机构和激光加工机构共用调焦机构；所述标准图像采集机构包括成像设备、光源、双色镜、调焦平台和固定于调焦平台处的聚焦物镜；所述光源的光线经聚焦物镜聚焦后，对加工对象表面进行照射；所述成像设备经双色镜采集加工对象表面的反射光，并通过调焦平台调节聚焦物镜相对加工对象表面的距离以生成加工对象表面最优清晰度数码图像；所述控制模块根据最优清晰度数码图像生成清晰度标准值；当进行调焦时，所述校对图像机构采集加工部位表面图像，并根据控制模块提供的清晰度标准值进行调焦，当校对图像机构的采集图像符合清晰度标准值时，所述激光加工机构以校对图像机构此时的聚焦距离为激光加工时的聚焦距离。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的激光微加工自动调焦装置，其特征在于：所述光源为同轴光源；所述成像设备为CCD数码相机。

3.根据权利要求1所述的基于图像处理的激光微加工自动调焦装置，其特征在于：所述标准图像采集机构的调焦平台为手动平台；所述激光加工平台以电动方式进行调焦。

4.根据权利要求1所述的基于图像处理的激光微加工自动调焦装置，其特征在于：所述控制模块为可通过灰度方差函数对图像进行评估并生成清晰度标准值的控制模块。

5.根据权利要求4所述的基于图像处理的激光微加工自动调焦装置，其特征在于：所述灰度方差函数为

其中I(x，y)表示(x，y)像素点处灰度值。