CN103350281A - 激光打标机自动调焦装置及自动调焦方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光打标机自动调焦装置及自动调焦方法，包括放置标记物体的基准平面，CCD图像采集模块，其包括控制图像采集装置，以及控制该图像采集装置移动的驱动装置，通过该驱动装置调节图像采集装置与标记物体之间的距离而获取标记物体序列图像；图像处理模块，其利用获取的序列图像进行标记物体的三维重构，得到标记物体表面上每个点的位置信息；自动调焦模块，其通过得到的标记物体的位置信息来自动控制焦距的调节；激光扫描系统，其通过标物体的位置信息控制激光扫描在标记物上形成图像，本发明改善传统方式下调焦方法的缺陷，通过本发明的装置进行图像采集，能够得到清晰的图像，达到很好的自动调焦的效果。

Description

激光打标机自动调焦装置及自动调焦方法
技术领域
本发明涉及激光打标技术领域，尤其涉及一种激光打标机自动调焦装置及自动调焦方法。
背景技术
在激光打标机领域，激光打标机在打标前必须精确调整激光聚焦镜和标记物体表面的距离，以保证激光的焦点位置正好落在标记物体的表面上，同时标记物体表面上的点是否在焦平面上也严重影响着激光打标机打出来的标记点的质量，如果标记物表面上的点处在焦平面上，则激光打出来的标记是最清晰准确的，相反的标记点就会变的模糊不清甚至标记不上。根据标记物体的不同，对激光打标机的焦距要求就会产生差异，对于表面是平面的标记物体而言，就可以直接调整物体使物体表面处在焦平面上即可，操作较简单方便，但是对于表面是非平面的标记物体，例如标记物的表面是曲面等等一切凹凸不平的表面的情况而言，调整激光打标机的焦距就会变得复杂。
现有技术中的激光打标机的激光扫描头与标记物之间的焦距调整有以下几种方式：第一种调焦的方式为试打调焦，这种方式会造成试打工件的损坏，尤其是贵重的工件，损失相对来说是比较大的；第二种方法是靠人工进行调整，也就是机械式的手动旋钮的调节方式，这种调整方式费时费力，调节精度低，调节不方便，而且更重要的是人工调整的调整水平是因人而异的，它很难使打标质量保持一致；第三种方法是预先获得标记物体的三维信息，通过物体的三维信息进行焦距的调整，这种调整方式虽然能够做到自动调整焦距，但具有局限性，一方面，当需要标记的物体的三维信息不清楚的情况下，这种调焦方式是不能实现的，另一方面，这种调焦方式工序复杂，且打标的效率不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术的不足，而提供一种激光打标机自动调焦装置，该解决现有技术中标记物表面不确定的情况下激光打标焦距的调节。
本发明要解决的另一个技术问题在于：提供一种激光打标机自动调焦的方法，该方法工序简单，且不会损坏打标的工件，能对三维结构的产品进行自动调焦，打标机打出清晰的图案。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种激光打标机自动调焦装置，包括放置标记物体的基准平面，其中：所述的自动调焦装置还包括：
CCD图像采集模块，其包括图像采集装置，以及控制该图像采集装置移动的驱动装置，通过该驱动装置调节图像采集装置与标记物体之间的距离而获取标记物体序列图像；
图像处理模块，其获取序列图像的位置信息，并通过该位置信息进行标记物体的三维重构；
自动调焦模块，其通过三维重构后的标记物体的位置信息来自动控制焦距的调节。
本发明进一步的优选方案是：所述的位置信息是高度信息。
本发明进一步的优选方案是：所述的激光扫描系统包括X、Y振镜，控制X、Y振镜的电机，以及聚焦镜。
本发明进一步的优选方案是：还包括激光扫描系统，该激光扫描系统和所述的图像采集装置同轴设置。
本发明进一步的优选方案是：所述的自动调焦装置还包括光源模块，用于辅助图像采集装置获取序列图像。
本发明进一步的优选方案是：所述的自动调焦模块包括可自动对焦的驱动装置。
本发明还提供一种激光打标机自动调焦方法，包括以下步骤：
（1）CCD图像采集模块获取不同焦距下标记物体的序列图像；
（2）图像处理模块获取序列图像的位置信息，并通过该位置信息对标记物体进行三维重构；
（3）自动调焦模块通过标记物体三维重构后的的位置信息进行自动焦距调节。
本发明上述方法更进一步的方案是：所述的CCD图像采集模块是通过驱动装置调节图像采集装置与标记物体之间的距离，得到序列图像。
本发明上述方法更进一步的方案是：所述的步骤（2）中的位置信息通过以下步骤获取：
（1）获取各个序列图像的边缘信息，并将各个序列图像划分为相同的区域；
（2）计算每一个区域的平均梯度，获取各个区域聚焦清晰的位置，得到每个区域清晰的图像；
（3）通过聚集分析得到聚集位置信息，对该聚焦位置信息进行了插补拟合，获得精确的位置信息。
本发明上述方法更进一步的方案是：所述步骤（2）中的三维重构包括以下步骤：
（1）将得到的位置信息中的高度信息作为Z轴，各个图像中的每一个点生成X、Y、Z的三维坐标；
（2）通过图像中各个点的三维坐标重构三维物体。
本发明上述方法更进一步的方案是：所述的三维物体的图像包括标记物体上各个点的高度信息，自动调焦模块通过该高度信息进行焦距调节。
实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：通过CCD图像采集模块对标记物进行序列图像采集，利用图像处理模块对采集到的序列图像进行相应的图像处理操作获得标记物体的位置信息，最后通过获得的位置信息控制自动调焦模块实现焦距的自动调整，本发明改善传统方式下调焦方法的缺陷，通过本发明的装置进行图像采集，能够得到清晰的图像，达到很好的自动调焦的效果。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的激光打标机自动调焦装置的结构简图；
图2是本发明实施例的焦距与成像关系示意图；
图3是本发明实施例恢复深度信息的原理图；
图4是本发明实施例标记物体三维重构的示意图；
图5是本发明实施例激光打标机三维自动调焦的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1所示，本发明实施例提供一种激光打标机自动调焦装置，包括激光扫描系统11，标记物体12、基准平面13、光源模块14、CCD图像采集模块15、图像处理模块16和自动调焦模块17。其中基准平面13为标记物体12三维重构时的参考平面，将此基准平面作为零位置。本发明所述的激光扫描系统包括X、Y振镜，控制X、Y振镜的电机，以及聚焦镜；所述的自动调焦模块包括可自动对焦的驱动装置。
如图1-3所示，本发明实施例所述的CCD图像采集模块15包括采集图像的装置，以及控制该图像采集装置移动的驱动装置，通过该驱动装置调节图像采集装置与标记物体之间的距离而获取标记物体序列图像；所述的图像采集装置与激光扫描系统同轴设置，以利于图像采集装置能精确采集到标记物体的序列图像。本发明实施例所述的自动调焦装置还包括光源模块，用于辅助图像采集装置获取序列图像。
如图2所示，其为焦距与成像关系的示意图：其中f为焦距，d为清晰成像的范围，Zj，Zj-1，Zj+1分别为物体所处的不同的位置，由于标记物体的位置的变化或者是图像采集装置的位置变化都会影响成像的效果，不同的位置所成的像中的各个区域的清晰程度是存在差异的，如图中所示当标记物体处在d的范围内所成的像是清晰的，当处在此范围外所成的像的各区域的清晰程度是随着变化的，也就是它们的聚焦区域不同导致的区域清晰度不同。
如图2和图3所示，本发明实施例通过移动图像采集装置拍摄物体的一系列的图像，这些序列图像包含其位置及高度的信息，他们的顺序具有一定的规律；将得到的序列图像划分为相同的区域，找到各个区域聚焦清晰的位置，例如区域的灰度特征和梯度特征等等，最后根据聚焦分析恢复标记物体深位置信息，优选高度信息，从而获得物体的高度索引图。
如图2-图4所示，本发明实施例所述的图像处理模块利用获取的序列图像进行标记物体的三维重构，得到标记物体表面上每个点的位置信息；自动调焦模块，其通过得到的标记物体的位置信息来自动控制焦距的调节；激光扫描系统，其通过标物体的位置信息控制激光扫描在标记物上形成图像。
本发明实施例提供一种激光打标机自动调焦方法，包括以下步骤：
（1）CCD图像采集模块获取标记物体的序列图像；
（2）图像处理模块获取序列图像的位置信息，并通过该位置信息对标记物体进行三维重构；
（3）自动调焦模块通过三维重构后标记物体的位置信息进行自动焦距调节；
（4）通过上述三维重构后标记物体获得的位置信息，利用激光扫描系统对标记物体进行打标。
本发明实施例所述的CCD图像采集模块是通过驱动装置调节图像采集装置与标记物体之间的距离，得到序列图像。
本发明实施例位置信息通过以下步骤获取：
（1）获取各个序列图像的边缘信息，并将各个序列图像划分为相同的区域；
（2）计算每一个区域的平均梯度，获取各个区域聚焦清晰的位置，得到每个区域清晰的图像；
（3）通过聚集分析得到聚集位置信息，对该聚焦位置信息进行了插补拟合，获得精确的位置信息。
所述的图像处理模块进行三维重构包括以下步骤：
（1）将得到的位置信息中的高度信息作为Z轴，各个图像中的每一个点生成X、Y、Z的三维坐标；
（2）通过图像中各个点的三维坐标重构三维物体。
本发明实施例所述的三维物体的图像包括标记物体上各个点的高度信息，自动调焦模块通过该高度信息进行焦距调节
图4为物体三维重构示意图，图中a和b为聚焦区域不同的两幅图像，c为重构后的图像，d为高斯插补后的三维图像。三维重构的思想是：将得到的高度索引图中的高度信息作为三维坐标中的z轴，因此图中的每一个点都能够生成一个三维坐标(x,y,z)，根据得到的图像中的所有点的坐标重建三维物体，重构后的多图像进行高斯插补以得到物体表面的完整信息。通过三维物体重构后的物体的高度信息即物体表面上的点的z轴分量，可用利用z轴分量实现激光打标机打标焦距的自动调整。
图5为激光打标机的三维自动调焦流程图：
步骤51：由CCD图像采集模块采集标记物的图像序列。
CCD图像采集模块需要采集一系列的图像，这些图像是通过物体与图像采集装置的距离不同的情况下获得的。
步骤52：由图像处理模块对图像序列进行信息提取。
图像处理模块处理两方面内容：一是将图像序列中的每一个图像划分为相同的区域，划分区域的大小依赖于精度的要求，若对三维重构的精度要求不高，就可以将区域划分得大一些，若精度高求高，则可将区域划分得小一些；二是提取融合规则例如计算各个图像中相同区域的平均梯度。
步骤53：利用提取到的图像序列的信息恢复聚焦位置信息，优选高度信息。
根据步骤52得到的融合规则获取各个区域聚焦清晰的位置。
步骤54：利用二维图像进行三维重构。
步骤55：获得标记物各个点的高度信息。
三维重构后的图像包含物体上各个点的高度信息。
步骤56：利用高度信息控制自动调焦在装置进行焦距调整。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种激光打标机自动调焦装置，包括放置标记物体的基准平面，其特征在于：所述的自动调焦装置还包括：
CCD图像采集模块，其包括图像采集装置，以及控制该图像采集装置移动的驱动装置，通过该驱动装置调节图像采集装置与标记物体之间的距离而获取标记物体序列图像；
图像处理模块，其获取序列图像的位置信息，并通过该位置信息进行标记物体的三维重构；
自动调焦模块，其通过三维重构后的标记物体自动控制焦距的调节。
2.根据权利要求1所述的激光打标机自动调焦装置，其特征在于：所述的位置信息是高度信息。
3.根据权利要求2所述的激光打标机自动调焦装置，其特征在于：所述的激光扫描系统包括X、Y振镜，控制X、Y振镜的电机，以及聚焦镜。
4.根据权利要求1或2所述的激光打标机自动调焦装置，其特征在于：还包括激光扫描系统，该激光扫描系统和所述的图像采集装置同轴设置。
5.根据权利要求4所述的激光打标机自动调焦装置，其特征在于：所述的自动调焦装置还包括光源模块，用于辅助图像采集装置获取序列图像。
6.根据权利要求1所述的激光打标机自动调焦装置，其特征在于：所述的自动调焦模块包括可自动对焦的驱动装置。
7.一种激光打标机自动调焦方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）CCD图像采集模块获取标记物体的序列图像；
（2）图像处理模块获取序列图像的位置信息，并通过该位置信息对标记物体进行三维重构；
（3）自动调焦模块通过三维重构后的标记物体进行自动焦距调节。
8.根据权利要求7所述的激光打标机自动调焦方法，其特征在于：所述的CCD图像采集模块是通过驱动装置调节图像采集装置与标记物体之间的距离，得到序列图像。
9.根据权利要求7所述的激光打标机自动调焦方法，其特征在于：所述的步骤（2）中的位置信息通过以下步骤获取：
（1）获取各个序列图像的边缘信息，并将各个序列图像划分为相同的区域；
（2）计算每一个区域的平均梯度，获取各个区域聚焦清晰的位置，得到每个区域清晰的图像；
（3）通过聚集分析得到聚集位置信息，对该聚焦位置信息进行了插补拟合，获得精确的位置信息。
10.根据权利要求9所述的激光打标机自动调焦方法，其特征在于：所述步骤（2）中的三维重构包括以下步骤：
（1）将得到的位置信息中的高度信息作为Z轴，各个图像中的每一个点生成X、Y、Z的三维坐标；
（2）通过图像中各个点的三维坐标重构三维物体。
11.根据权利要求10所述的激光打标机自动调焦方法，其特征在于：所述的三维物体的图像包括标记物体上各个点的高度信息，自动调焦模块通过该高度信息进行焦距调节。
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