CN104439698B - 用于激光加工系统的标定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于激光加工系统的标定方法及装置，该申请中，首先根据预先编辑的标定图形，控制振镜中的镜片进行调整，并驱动激光器，以使激光器产生的激光光束透过振镜后，在预先放置在加工平台上的打标纸上蚀刻出所述标定图形；再获取相机拍摄的加工平台的图像，所述图像中包含有所述标定图形；然后根据所述图像，以及蚀刻在打标纸上的标定图形，进行畸变校正，获取图像坐标系和振镜坐标系之间的对应关系。本申请通过打标纸上的标定图形，实现畸变校正，不需要使用靶标，在保证精度的前提下节约了成本，简化了标定操作。

Description

用于激光加工系统的标定方法及装置

技术领域

本公开涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种用于激光加工系统的标定方法及装置。

背景技术

激光加工指的是将激光的能量聚焦在特定的焦点，使其达到较高的能量密度，靠光热效应实现对材料加工，如激光打标、激光焊接、激光切割和激光钻孔等。激光加工具有加工速度快、表面变形小和适用于多种材料等优势，被应用于众多工业领域。近年来，为了提高设备的加工精度、效率及稳定性，引入机器视觉到激光加工系统已成为必然的趋势。目前，较为常见的含机器视觉的激光加工系统的结构示意图如图1和图2所示，其中，所述激光加工系统包括：相机、镜头、光源、激光器、振镜和工控机等组件，振镜是一种激光加工设备的器件，它的作用是改变激光器的出光光路。其中，振镜所在的坐标系称为振镜坐标系，所述振镜坐标系为二维的坐标系，所述振镜坐标系的原点为振镜的扫描中心，所述振镜坐标系的X轴与所述振镜扫描的X方向相平行，并且，所述振镜坐标系的Y轴与所述振镜扫描的Y方向相平行。相机用于拍摄加工平台，所述加工平台用于放置需要加工的材料，振镜安放在所述加工平台上侧。相机和振镜的安装方式一般包括共轴安装和非共轴安装两种。例如，图1所示的激光加工系统中，相机和振镜非共轴安装，相机倾斜于所述加工平台；图2所示的激光加工系统中，相机和振镜共轴安装，相机垂直于所述加工平台。所述激光器和振镜与工控机相连接，并且激光器产生的激光光束会透过振镜投射在加工平台上的待加工材料上。当需要进行激光加工时，工控机控制相机采集待加工材料的实时的图像，其中，所述图像形成图像坐标系，所述工控机需要根据振镜坐标系和图像坐标系之间的对应关系，调整所述振镜中镜片的位置，使激光光束投射在材料需要加工的位置。其中，获取振镜坐标系和图像坐标系之间对应关系的过程，称为标定。

图1所示的激光加工系统在进行标定时，通常采用分步标定的方法。该方法中，首先在加工平台放置靶标，利用靶标上绘制的靶标图案对相机进行畸变校正，以解决相机拍摄图像时存在的投影畸变和镜头畸变的问题；然后，工控机驱动振镜，以使激光器透过振镜后，在加工平台标刻出预设图形，畸变校正后的相机拍摄加工平台，获取包含所述预设图形的图像，并将该图像传输至工控机，工控机根据所述图像，以及标刻在加工平台的预设图形，建立图像坐标系与振镜坐标系间的关系，从而完成标定。图2所示的激光加工系统在进行标定时，由于相机和振镜共轴安装，并且基本垂直于加工平台，通常认为投影畸变较小，不再进行畸变校正，而是由工控机直接驱动振镜，在加工平台上标刻出预设图形，并根据所述图像，以及标刻在加工平台的预设图形，建立图像坐标系与振镜坐标系间的关系，从而完成标定。

但是，图1的激光加工系统在标定的过程中，需要使用靶标进行畸变校正，而靶标的价格较为昂贵，导致标定成本较大；而图2的激光加工系统在标定时，不再进行畸变校正，这种情况下，受到相机本身镜头畸变以及投影畸变的影响，标定误差较大，影响加工效果。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种用于激光加工系统的标定方法及装置。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种用于激光加工系统的标定方法，包括：

根据预先编辑的标定图形，控制振镜中的镜片进行调整，并驱动激光器，以使激光器产生的激光光束透过振镜后，在预先放置在加工平台上的打标纸上蚀刻出所述标定图形；

获取相机拍摄的所述加工平台的图像，所述图像中包含所述标定图形；

根据所述图像和蚀刻在所述打标纸上的标定图形，对所述图像进行畸变校正，获取畸变校正后的图像；

根据所述畸变校正后的图像，获取图像坐标系和振镜坐标系之间的标定信息，通过所述标定信息表征所述图像坐标系和振镜坐标系之间的对应关系。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，

若所述标定图形为网格线，所述图像坐标系的中心设置有预设标识，并且所述预设标识为与所述图像坐标系的中心最近的四个角点构建的四条45度线段；

若所述标定图形为棋盘格，所述图像坐标系的中心设置有预设标识，并且所述预设标识为圆形标记。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述标定信息包括：

像素当量值和振镜中心点在图像中的坐标。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，获取所述像素当量值的方法包括：

获取所述图像中包含的标定图形的各个角点，以及所述加工平台上与所述各个角点相对应的物理点，并建立图像角点和物理点间的映射关系；

获取所述图像中各个角点构成的最小外接矩形；

确定与所述最小外接矩形的四个顶点位置最近的四个角点；

根据所述图像角点和物理点间的映射关系，分别获取所述四个角点在图像中的图像坐标，以及所述四个角点对应的物理点的物理坐标，其中，所述四个角点在图像中的位置分别为：左上、右上、左下、右下；

分别计算左上点与右下点，右上点与左下点的图像距离和实际物理距离；

分别用左上点与右下点的实际物理距离，以及右上点与左下点的实际物理距离除以相对应的图像距离，获取两个商值，将所述两个商值的平均值作为像素当量值。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，若所述标定图形为网格线，获取所述振镜中心点在图像中的坐标的方法包括：

提取畸变校正后的图像的图像轮廓；

对所述图像轮廓进行拟合操作，获取拟合直线；

将所述拟合直线的角度与预设的拟合误差角度阈值相对比，获取角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线，判断剩余拟合直线对应的图像轮廓是否处于有效区域内，并确定处于有效区域内的图像轮廓为有效轮廓，其中，所述剩余拟合直线为所述角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线；

根据所述有效轮廓所处的位置，将所述有效轮廓划分为四种类型，分别为：左上、右下、右上和左下；

将同一类型内的有效轮廓拟合为一条直线，获取四条拟合直线，分别求左上、右下与右上、左下的四个交点；

连接对角的交点，构建两条直线，并确定所述两条直线的交点的坐标为所述振镜中心点在图像中的坐标。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，若所述标定图形为棋盘格，获取所述振镜中心点在图像中的坐标的方法包括：

提取所述畸变校正后的图像的图像轮廓；

分析所述图像轮廓，筛选获取其中的圆形轮廓；

对获取的圆形轮廓进行圆拟合，获取所述圆形轮廓的圆心，确定所述圆心的坐标为所述振镜中心点在图像中的坐标。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种用于激光加工系统的标定装置，包括：

蚀刻模块，用于根据预先编辑的标定图形，控制振镜中的镜片进行调整，并驱动激光器，以使激光器产生的激光光束透过振镜后，在预先放置在加工平台上的打标纸上蚀刻出所述标定图形；

图像获取模块，用于获取相机拍摄的所述加工平台的图像，所述图像中包含所述标定图形；

畸变校正模块，用于根据所述图像和蚀刻在所述打标纸上的标定图形，对所述图像进行畸变校正，获取畸变校正后的图像；

标定模块，用于根据所述畸变校正后的图像，获取图像坐标系和振镜坐标系之间的标定信息，通过所述标定信息表征所述图像坐标系和振镜坐标系之间的对应关系。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，

若所述标定图形为网格线，所述图像坐标系的中心设置有预设标识，并且所述预设标识为与所述图像坐标系的中心最近的四个角点构建的四条45度线段；

若所述标定图形为棋盘格，所述图像坐标系的中心设置有预设标识，并且所述预设标识为圆形标记。

结合第二方面第一种可能的实现方式，在第二方面第二种可能的实现方式中，所述标定信息包括：

像素当量值和振镜中心点在图像中的坐标。

结合第二方面第二种可能的实现方式，在第二方面第三种可能的实现方式中，所述标定模块包括用于获取像素当量值的第一标定子模块，所述第一标定子模块包括：

第一获取单元，用于获取所述图像中包含的标定图形的各个角点，以及所述加工平台上与所述各个角点相对应的物理点，并建立图像角点和物理点间的映射关系；

第二获取单元，用于获取所述图像中各个角点构成的最小外接矩形；

确定单元，用于确定与所述最小外接矩形的四个顶点位置最近的四个角点；

第三获取单元，用于根据所述图像角点和物理点间的映射关系，分别获取所述四个角点在图像中的图像坐标，以及所述四个角点对应的物理点的物理坐标，其中，所述四个角点在图像中的位置分别为：左上、右上、左下、右下；

计算单元，用于分别计算左上点与右下点，右上点与左下点的图像距离和实际物理距离；

第四获取单元，用于分别用左上点与右下点的实际物理距离，以及右上点与左下点的实际物理距离除以相对应的图像距离，获取两个商值，将所述两个商值的平均值作为像素当量值。

结合第二方面第二种可能的实现方式，在第二方面第四种可能的实现方式中，所述标定模块包括用于获取所述振镜中心点在图像中的坐标的第二标定子模块，若所述标定图形为网格线，所述第二标定子模块包括：

第一提取单元，用于提取畸变校正后的图像的图像轮廓；

拟合单元，用于对所述图像轮廓进行拟合操作，获取拟合直线；

第一确定单元，用于将所述拟合直线的角度与预设的拟合误差角度阈值相对比，获取角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线，判断剩余拟合直线对应的图像轮廓是否处于有效区域内，并确定处于有效区域内的图像轮廓为有效轮廓，其中，所述剩余拟合直线为所述角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线；

划分单元，用于根据所述有效轮廓所处的位置，将所述有效轮廓划分为四种类型，分别为：左上、右下、右上和左下；

获取单元，用于将同一类型内的有效轮廓拟合为一条直线，获取四条拟合直线，分别求左上、右下与右上、左下的四个交点；

第二确定单元，用于连接对角的交点，构建两条直线，并确定所述两条直线的交点的坐标为所述振镜中心点在图像中的坐标。

结合第二方面第二种可能的实现方式，在第二方面第五种可能的实现方式中，所述标定模块包括用于获取所述振镜中心点在图像中的坐标的第二标定子模块，若所述标定图形为棋盘格，所述第二标定子模块包括：

第二提取单元，用于提取所述畸变校正后的图像的图像轮廓；

筛选单元，用于分析所述图像轮廓，筛选获取其中的圆形轮廓；

获取单元，用于对获取的圆形轮廓进行圆拟合，获取所述圆形轮廓的圆心，确定所述圆心的坐标为所述振镜中心点在图像中的坐标。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请公开的用于激光加工系统的标定方法和装置，不需要使用靶标，节约成本。现有的常规方法中，在标定时都需要配备一块靶标来帮助实现相机的畸变校正，较便宜的例如菲林靶标成本为几百元，在精度要求高的激光加工系统中，需要定制高精度的靶标，例如精度在几个微米的陶瓷靶标，而陶瓷靶标往往需要上千元，成本较高。本申请公开的方案中，通过激光器和振镜，在工作平台上铺设的打标纸上蚀刻出标定图形，利用所述标定图形进行畸变校正，制作方法简单，打标纸的价格低廉，而且可以多次使用，在保证了精度的前提下，大大地节约了加工设备的成本，解决了图1的激光加工系统进行标定时，由于需要采用靶标，从而导致标定成本大的问题，并且能够通过在打标纸上蚀刻的标定图形进行畸变校正，解决了图2的激光加工系统进行标定时，标定误差大，影响加工效果的问题。

另外，本申请公开的方案，采用的直接蚀刻标定图形的做法更能体现振镜本身的特征，与常规方法相比，精度高，且标定速度快。而且，本申请公开的方法，对于相机与振镜共轴安装或非共轴安装时均可以适应，弥补了部分常规方法中适应性较差的缺点，具有适应性强的优势。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是现有技术中公开的一种激光加工系统的示意图。

图2是现有技术中公开的又一种激光加工系统的示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种用于激光加工系统的标定方法的工作流程示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种用于激光加工系统的标定方法中，标定图形的示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的又一种用于激光加工系统的标定方法中，标定图形的示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的一种用于激光加工系统的标定方法中，获取像素当量值的示意图。

图7是根据一示例性实施例示出的一种用于激光加工系统的标定方法中，获取振镜中心的图像坐标的示意图。

图8是根据一示例性实施例示出的又一种用于激光加工系统的标定方法中，获取振镜中心的图像坐标的示意图。

图9是根据一示例性实施例示出的一种用于激光加工系统的标定装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

为了解决现有技术中，图1的激光加工系统进行标定时，由于需要采用靶标，从而导致标定成本大的问题，以及图2的激光加工系统进行标定时，标定误差大，影响加工效果的问题，本申请公开了一种用于激光加工系统的标定方法。

图3是根据一示例性实施例示出的一种用于激光加工系统的标定方法的流程图，该方法应用于激光加工系统中的工控机，如图3所示，所述用于激光加工系统的标定方法包括：

步骤S11、根据预先编辑的标定图形，控制振镜中的镜片进行调整，并驱动激光器，以使激光器产生的激光光束透过振镜后，在预先放置在加工平台上的打标纸上蚀刻出所述标定图形。

振镜能够改变激光器的出光光路。本申请中，预先通过对工控机的操作，在工控机中设置预先编辑的标定图形。所述工控机根据预先编辑的标定图形，调整振镜中的镜片，以改变激光器的出光光路，使激光器在打标纸上蚀刻出所述标定图形。

蚀刻在所述打标纸上的标定图形能够替代靶标，以便后续根据所述标定图形实现标定。

步骤S12、获取相机拍摄的所述加工平台的图像，所述图像中包含所述标定图形。

激光加工系统中包含相机，其中，所述相机与工控机相连接，相机的作用是拍摄加工平台。当相机拍摄加工平台后，会将拍摄后的图像传输至工控机，以便所述工控机根据所述图像执行后续的标定操作。其中，所述图像中包含所述标定图形。

步骤S13、根据所述图像和蚀刻在所述打标纸上的标定图形，对所述图像进行畸变校正，获取畸变校正后的图像。

步骤S14、根据所述畸变校正后的图像，获取图像坐标系和振镜坐标系之间的标定信息，通过所述标定信息表征所述图像坐标系和振镜坐标系之间的对应关系。

本申请的步骤S11至步骤S14公开了一种用于激光加工系统的标定方法，该方法中，首先根据预先编辑的标定图形，控制振镜中的镜片进行调整，并驱动激光器，以使激光器产生的激光光束透过振镜后，在预先放置在加工平台上的打标纸上蚀刻出所述标定图形；再获取相机拍摄的加工平台的图像，所述图像中包含有所述标定图形；然后根据所述图像，以及蚀刻在打标纸上的标定图形，进行畸变校正，获取图像坐标系和振镜坐标系之间的对应关系。

本申请公开的用于激光加工系统的标定方法中，不需要使用靶标，节约成本。现有的常规方法中，在标定时都需要配备一块靶标来帮助实现相机的畸变校正，较便宜的例如菲林靶标成本为几百元，在精度要求高的激光加工系统中，需要定制高精度的靶标，例如精度在几个微米的陶瓷靶标，而陶瓷靶标往往需要上千元，成本较高。本申请公开的方法中，通过激光器和振镜，在工作平台上铺设的打标纸上蚀刻出标定图形，通过所述标定图形实现畸变校正，制作方法简单，打标纸的价格低廉，而且可以多次使用，在保证了精度的前提下，大大地节约了加工设备的成本，解决了图1的激光加工系统进行标定时，由于需要采用靶标，从而导致标定成本大的问题，并且能够通过在打标纸上蚀刻的标定图形进行畸变校正，解决了图2的激光加工系统进行标定时，标定误差大，影响加工效果的问题。

另外，本申请公开的方法中，采用的直接蚀刻标定图形的做法更能体现振镜本身的特征，与常规方法相比，精度高，且标定速度快。而且，本申请公开的方法，对于相机与振镜共轴安装或非共轴安装时均可以适应，弥补了部分常规方法中适应性较差的缺点，具有适应性强的优势。

其中，所述标定图形一般选择网格线或棋盘格。当然，也可以选择其他能够进行标定的图形，本申请对此不做限定。

若所述标定图形为网格线，参见图4，所述图像坐标系的中心设置有预设标识，并且所述预设标识为与所述图像坐标系的中心最近的四个角点构建的四条45度线段；若所述标定图形为棋盘格，参见图5，所述图像坐标系的中心设置有预设标识，并且所述预设标识为圆形标记。

通过在标定图形上设置所述预设标识，工控机在接收到相机传输的图像后，对所述图像进行图像处理，获取所述预设标识在图像中的图像坐标，即可将其作为振镜中心点在图像中的坐标。

在步骤S14中，公开了获取图像坐标系和振镜坐标系之间的标定信息，并根据所述标定信息计算所述图像坐标系和振镜坐标系之间的对应关系的步骤。其中，所述标定信息包括：像素当量值和振镜中心点在图像中的坐标。

参见图6所示的流程示意图，获取所述像素当量值的方法包括：

步骤S21、获取所述图像中包含的标定图形的各个角点，以及所述加工平台上与所述各个角点相对应的物理点，并建立图像角点和物理点间的映射关系。

其中，角点指的是两条边的交点。该步骤中，将工作平台上的物理点，以及拍摄工作平台后，该物理点在图像上形成的图像角点形成映射关系。

所述映射关系可以通过图像角点索引值和物理点索引值来表示，这种情况下，为工作平台上的各个物理点设置物理点索引值，并为各个物理点在图像上形成的图像角点设置相应的图像角点索引值。例如，可为工作平台上第一行中第一个物理点设置“A-1”这一物理点索引值，该物理点在图像上形成的图像角点的图像角点索引值则可相应的设置为“B-1”，从而通过物理点索引值和图像角点索引值能够确定图像角点和物理点间的映射关系。当然，所述映射关系还可以通过其他形式表现，本申请对此不做限定。

步骤S22、获取所述图像中各个角点构成的最小外接矩形。

步骤S23、确定与所述最小外接矩形的四个顶点位置最近的四个角点。

步骤S24、根据所述图像角点和物理点间的映射关系，分别获取所述四个角点在图像中的图像坐标，以及所述四个角点对应的物理点的物理坐标，其中，所述四个角点在图像中的位置分别为：左上、右上、左下、右下。

在确定与所述四个角点对应的物理点时，需要根据图像角点和物理点间的映射关系来确定。若预先为图像角点设置了图像角点索引值，并为物理点设置了物理点索引值，当获取与所述最小外接矩形的四个顶点位置最近的四个角点后，查询所述四个角点的图像角点索引值，然后根据图像角点索引值和物理点索引值之间的映射关系，即可获取所述四个角点对应的物理点的物理点索引值，进而根据所述物理点索引值确定所述四个角点对应的物理点的物理坐标。

步骤S25、分别计算左上点与右下点，右上点与左下点的图像距离和实际物理距离。

步骤S26、分别用左上点与右下点的实际物理距离，以及右上点与左下点的实际物理距离除以相对应的图像距离，获取两个商值，将所述两个商值的平均值作为像素当量值。

通过上述步骤S21至步骤S26公开的方法，即可获取像素当量值。

另外，参见图7，若所述标定图形为网格线，获取所述振镜中心点在图像中的坐标的方法包括：

步骤S31、提取畸变校正后的图像的图像轮廓。

其中，提取图像轮廓时，通常可采用边缘检测的方法。通过提取图像轮廓，能够获取图像中亮度变化明显的各个像素点。

步骤S32、对所述图像轮廓进行拟合操作，获取拟合直线。

通过拟合操作，能够将图像中亮度变化明显的各个像素点形成拟合直线。

步骤S33、将所述拟合直线的角度与预设的拟合误差角度阈值相对比，获取角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线，判断剩余拟合直线对应的图像轮廓是否处于有效区域内，并确定处于有效区域内的图像轮廓为有效轮廓，其中，所述剩余拟合直线为所述角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线。

其中，所述拟合直线的角度指的是拟合直线与水平面的角度。

相机在对工作平台进行拍摄时，根据相机和工作平台的摆放位置，拍摄到的工作平台有时会有一定的倾斜角度。这种情况下，获取到的拟合直线也会倾斜一定的角度，该步骤中，根据所述倾斜角度预先设置拟合误差角度阈值。另外工作平台中往往存在干扰线条，有时在拟合过程中也会出现拟合错误，这种情况下，获取到的拟合直线中，有可能存在与标定图形无关的拟合直线，因此，需要将各条拟合直线的角度与预设的拟合误差角度阈值相对比，获取角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线。有效区域指的是真实存在的图片区域，例如，相机在拍摄工作平台时，会将一部分不属于工作平台的区域拍摄进去，这部分区域即为无效区域，而图像中的工作平台区域即为有效区域，因此，该步骤中还需要删除处于无效区域内的图像轮廓。

步骤S34、根据所述有效轮廓所处的位置，将所述有效轮廓划分为四种类型，分别为：左上、右下、右上和左下。

步骤S35、将同一类型内的有效轮廓拟合为一条直线，获取四条拟合直线，分别求左上、右下与右上、左下的四个交点。

步骤S36、连接对角的交点，构建两条直线，并确定所述两条直线的交点的坐标为所述振镜中心点在图像中的坐标。

通过上述步骤S31至步骤S36的操作，能够在标定图形为网格线时，获取所述振镜中心点在图像中的坐标。

另外，参见图8，若所述标定图形为棋盘格，获取所述振镜中心点在图像中的坐标的方法包括：

步骤S41、提取所述畸变校正后的图像的图像轮廓。

步骤S42、分析所述图像轮廓，筛选获取其中的圆形轮廓。

步骤S43、对获取的圆形轮廓进行圆拟合，获取所述圆形轮廓的圆心，确定所述圆心的坐标为所述振镜中心点在图像中的坐标。

在棋盘格形式的标定图形中，在图像坐标系的中心设置有圆形标记，通过步骤S41至步骤S43的操作，能够获取棋盘格中的圆形轮廓的圆心，并将所述圆心的坐标作为振镜中心的图像坐标。

相应的，本申请还公开一种用于激光加工系统的标定装置，参见图9，所述用于激光加工系统的标定装置包括：蚀刻模块100、图像获取模块200、畸变校正模块300和标定模块400。

其中，所述蚀刻模块100，用于根据预先编辑的标定图形，控制振镜中的镜片进行调整，并驱动激光器，以使激光器产生的激光光束透过振镜后，在预先放置在加工平台上的打标纸上蚀刻出所述标定图形；

所述图像获取模块200，用于获取相机拍摄的所述加工平台的图像，所述图像中包含所述标定图形；

所述畸变校正模块300，用于根据所述图像和蚀刻在所述打标纸上的标定图形，对所述图像进行畸变校正，获取畸变校正后的图像；

所述标定模块400，用于根据所述畸变校正后的图像，获取图像坐标系和振镜坐标系之间的标定信息，通过所述标定信息表征所述图像坐标系和振镜坐标系之间的对应关系。

进一步的，若所述标定图形为网格线，所述图像坐标系的中心设置有预设标识，并且所述预设标识为与所述图像坐标系的中心最近的四个角点构建的四条45度线段；

若所述标定图形为棋盘格，所述图像坐标系的中心设置有预设标识，并且所述预设标识为圆形标记。

相应的，所述标定信息包括：

像素当量值和振镜中心点在图像中的坐标。

其中，所述标定模块400包括用于获取像素当量值的第一标定子模块，所述第一标定子模块包括：

第一获取单元，用于获取所述图像中包含的标定图形的各个角点，以及所述加工平台上与所述各个角点相对应的物理点，并建立图像角点和物理点间的映射关系；

第二获取单元，用于获取所述图像中各个角点构成的最小外接矩形；

确定单元，用于确定与所述最小外接矩形的四个顶点位置最近的四个角点；

第三获取单元，用于根据所述图像角点和物理点间的映射关系，分别获取所述四个角点在图像中的图像坐标，以及所述四个角点对应的物理点的物理坐标，其中，所述四个角点在图像中的位置分别为：左上、右上、左下、右下；

计算单元，用于分别计算左上点与右下点，右上点与左下点的图像距离和实际物理距离；

第四获取单元，用于分别用左上点与右下点的实际物理距离，以及右上点与左下点的实际物理距离除以相对应的图像距离，获取两个商值，将所述两个商值的平均值作为像素当量值。

进一步的，所述标定模块包括用于获取所述振镜中心点在图像中的坐标的第二标定子模块，若所述标定图形为网格线，所述第二标定子模块包括：

第一提取单元，用于提取畸变校正后的图像的图像轮廓；

拟合单元，用于对所述图像轮廓进行拟合操作，获取拟合直线；

第一确定单元，用于将所述拟合直线的角度与预设的拟合误差角度阈值相对比，获取角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线，判断剩余拟合直线对应的图像轮廓是否处于有效区域内，并确定处于有效区域内的图像轮廓为有效轮廓，其中，所述剩余拟合直线为所述角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线；

划分单元，用于根据所述有效轮廓所处的位置，将所述有效轮廓划分为四种类型，分别为：左上、右下、右上和左下；

获取单元，用于将同一类型内的有效轮廓拟合为一条直线，获取四条拟合直线，分别求左上、右下与右上、左下的四个交点；

第二确定单元，用于连接对角的交点，构建两条直线，并确定所述两条直线的交点的坐标为所述振镜中心点在图像中的坐标。

进一步的，所述标定模块包括用于获取所述振镜中心点在图像中的坐标的第二标定子模块，若所述标定图形为棋盘格，所述第二标定子模块包括：

第二提取单元，用于提取所述畸变校正后的图像的图像轮廓；

筛选单元，用于分析所述图像轮廓，筛选获取其中的圆形轮廓；

获取单元，用于对获取的圆形轮廓进行圆拟合，获取所述圆形轮廓的圆心，确定所述圆心的坐标为所述振镜中心点在图像中的坐标。

本申请公开的用于激光加工系统的标定装置，不需要使用靶标，节约成本。现有的常规方法中，在标定时都需要配备一块靶标来帮助实现相机的畸变校正，较便宜的例如菲林靶标成本为几百元，在精度要求高的激光加工系统中，需要定制高精度的靶标，例如精度在几个微米的陶瓷靶标，而陶瓷靶标往往需要上千元，成本较高。本申请公开的装置中，通过激光器和振镜，在工作平台上铺设的打标纸上蚀刻出标定图形，通过所述标定图形实现畸变校正，制作方法简单，打标纸的价格低廉，而且可以多次使用，在保证了精度的前提下，大大地节约了加工设备的成本，解决了图1的激光加工系统进行标定时，由于需要采用靶标，从而导致标定成本大的问题，并且能够通过在打标纸上蚀刻的标定图形进行畸变校正，解决了图2的激光加工系统进行标定时，标定误差大，影响加工效果的问题。

另外，本申请公开的装置，采用的直接蚀刻标定图形的做法更能体现振镜本身的特征，与常规方法相比，精度高，且标定速度快。而且，本申请公开的装置，对于相机与振镜共轴安装或非共轴安装时均可以适应，弥补了部分常规方法中适应性较差的缺点，具有适应性强的优势。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种用于激光加工系统的标定方法，其特征在于，包括：

根据预先编辑的标定图形，控制振镜中的镜片进行调整，并驱动激光器，以使激光器产生的激光光束透过振镜后，在预先放置在加工平台上的打标纸上蚀刻出所述标定图形；

获取相机拍摄的所述加工平台的图像，所述图像中包含所述标定图形；

根据所述图像和蚀刻在所述打标纸上的标定图形，对所述图像进行畸变校正，获取畸变校正后的图像；

根据所述畸变校正后的图像，获取图像坐标系和振镜坐标系之间的标定信息，通过所述标定信息表征所述图像坐标系和振镜坐标系之间的对应关系；

若所述标定图形为网格线，所述图像坐标系的中心设置有预设标识，并且所述预设标识为与所述图像坐标系的中心最近的四个角点构建的四条45度线段；

若所述标定图形为棋盘格，所述图像坐标系的中心设置有预设标识，并且所述预设标识为圆形标记；

所述标定信息包括：像素当量值和振镜中心点在图像中的坐标；

其中，获取所述像素当量值的方法包括：

获取所述图像中包含的标定图形的各个角点，以及所述加工平台上与所述各个角点相对应的物理点，并建立图像角点和物理点间的映射关系；

获取所述图像中各个角点构成的最小外接矩形；

确定与所述最小外接矩形的四个顶点位置最近的四个角点；

根据所述图像角点和物理点间的映射关系，分别获取所述四个角点在图像中的图像坐标，以及所述四个角点对应的物理点的物理坐标，其中，所述四个角点在图像中的位置分别为：左上、右上、左下、右下；

分别计算左上点与右下点，右上点与左下点的图像距离和实际物理距离；

分别用左上点与右下点的实际物理距离，以及右上点与左下点的实际物理距离除以相对应的图像距离，获取两个商值，将所述两个商值的平均值作为像素当量值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述标定图形为网格线，获取所述振镜中心点在图像中的坐标的方法包括：

提取畸变校正后的图像的图像轮廓；

对所述图像轮廓进行拟合操作，获取拟合直线；

将所述拟合直线的角度与预设的拟合误差角度阈值相对比，获取角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线，判断剩余拟合直线对应的图像轮廓是否处于有效区域内，并确定处于有效区域内的图像轮廓为有效轮廓，其中，所述剩余拟合直线为所述角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线；

根据所述有效轮廓所处的位置，将所述有效轮廓划分为四种类型，分别为：左上、右下、右上和左下；

将同一类型内的有效轮廓拟合为一条直线，获取四条拟合直线，分别求左上、右下与右上、左下的四个交点；

连接对角的交点，构建两条直线，并确定所述两条直线的交点的坐标为所述振镜中心点在图像中的坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述标定图形为棋盘格，获取所述振镜中心点在图像中的坐标的方法包括：

提取所述畸变校正后的图像的图像轮廓；

分析所述图像轮廓，筛选获取其中的圆形轮廓；

对获取的圆形轮廓进行圆拟合，获取所述圆形轮廓的圆心，确定所述圆心的坐标为所述振镜中心点在图像中的坐标。

4.一种用于激光加工系统的标定装置，其特征在于，包括：

蚀刻模块，用于根据预先编辑的标定图形，控制振镜中的镜片进行调整，并驱动激光器，以使激光器产生的激光光束透过振镜后，在预先放置在加工平台上的打标纸上蚀刻出所述标定图形；

图像获取模块，用于获取相机拍摄的所述加工平台的图像，所述图像中包含所述标定图形；

畸变校正模块，用于根据所述图像和蚀刻在所述打标纸上的标定图形，对所述图像进行畸变校正，获取畸变校正后的图像；

标定模块，用于根据所述畸变校正后的图像，获取图像坐标系和振镜坐标系之间的标定信息，通过所述标定信息表征所述图像坐标系和振镜坐标系之间的对应关系；

若所述标定图形为网格线，所述图像坐标系的中心设置有预设标识，并且所述预设标识为与所述图像坐标系的中心最近的四个角点构建的四条45度线段；

若所述标定图形为棋盘格，所述图像坐标系的中心设置有预设标识，并且所述预设标识为圆形标记；

所述标定信息包括：像素当量值和振镜中心点在图像中的坐标；

其中，所述标定模块包括用于获取像素当量值的第一标定子模块，所述第一标定子模块包括：

第一获取单元，用于获取所述图像中包含的标定图形的各个角点，以及所述加工平台上与所述各个角点相对应的物理点，并建立图像角点和物理点间的映射关系；

第二获取单元，用于获取所述图像中各个角点构成的最小外接矩形；

确定单元，用于确定与所述最小外接矩形的四个顶点位置最近的四个角点；

第三获取单元，用于根据所述图像角点和物理点间的映射关系，分别获取所述四个角点在图像中的图像坐标，以及所述四个角点对应的物理点的物理坐标，其中，所述四个角点在图像中的位置分别为：左上、右上、左下、右下；

计算单元，用于分别计算左上点与右下点，右上点与左下点的图像距离和实际物理距离；

第四获取单元，用于分别用左上点与右下点的实际物理距离，以及右上点与左下点的实际物理距离除以相对应的图像距离，获取两个商值，将所述两个商值的平均值作为像素当量值。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述标定模块包括用于获取所述振镜中心点在图像中的坐标的第二标定子模块，若所述标定图形为网格线，所述第二标定子模块包括：

第一提取单元，用于提取畸变校正后的图像的图像轮廓；

拟合单元，用于对所述图像轮廓进行拟合操作，获取拟合直线；

第一确定单元，用于将所述拟合直线的角度与预设的拟合误差角度阈值相对比，获取角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线，判断剩余拟合直线对应的图像轮廓是否处于有效区域内，并确定处于有效区域内的图像轮廓为有效轮廓，其中，所述剩余拟合直线为所述角度小于所述拟合误差角度阈值的拟合直线；

划分单元，用于根据所述有效轮廓所处的位置，将所述有效轮廓划分为四种类型，分别为：左上、右下、右上和左下；

获取单元，用于将同一类型内的有效轮廓拟合为一条直线，获取四条拟合直线，分别求左上、右下与右上、左下的四个交点；

第二确定单元，用于连接对角的交点，构建两条直线，并确定所述两条直线的交点的坐标为所述振镜中心点在图像中的坐标。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述标定模块包括用于获取所述振镜中心点在图像中的坐标的第二标定子模块，若所述标定图形为棋盘格，所述第二标定子模块包括：

第二提取单元，用于提取所述畸变校正后的图像的图像轮廓；

筛选单元，用于分析所述图像轮廓，筛选获取其中的圆形轮廓；

获取单元，用于对获取的圆形轮廓进行圆拟合，获取所述圆形轮廓的圆心，确定所述圆心的坐标为所述振镜中心点在图像中的坐标。