CN104475970B - 一种激光设备及激光扫描振镜阵列的校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光设备领域，尤其是涉及一种激光设备及激光扫描振镜阵列的校正方法，所述校正方法包括以下步骤：使所述校正装置获取与激光扫描振镜阵列的作业相对应的图像；使所述校正装置对所述图像进行图像处理操作以得到各个扫描振镜的校正值；及使各扫描振镜根据所述校正值来生成实际扫描位置以进行扫描。本发明可以在降低设备的制造精度要求的情况下，确保在大面积作业区域下的作业质量。
Description
技术领域
本发明涉及激光设备，尤其涉及到激光设备的激光扫描振镜阵列的校正。
背景技术
传统的激光设备，例如激光打标机的振镜扫描范围是固定的，其不能够实现大面积区域的扫描以及打标。现有的一种可以实现大面积区域作业的激光设备是通过采用扫描振镜的排列组合来实现的，为了保证大面积作业区域下的作业质量，对这种的激光设备的制造精度要求很高。之所以要求高的制造精度，其原因在于：一旦由于机械加工等因素的影响而导致扫描振镜组中的各个振镜之间出现一定程度的位置偏差，那么在这种情况下加工出来的产品，例如打标出来的形状或标签就会出现畸变，比如：在要打一系列的平行线的时候，就可能会打成相交断层的凌乱的线条。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光设备及激光扫描振镜阵列的校正方法，可以在降低设备的制造精度要求的情况下，确保在大面积作业区域下的作业质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光设备，包括扫描振镜阵列和与所述扫描振镜阵列相配合的校正装置，所述校正装置包括照相单元和图形处理单元，所述照相单元用以获取所述扫描振镜阵列中各扫描振镜校正前的扫描位置的示意性图形，所述图形处理单元用以根据所述示意性图形计算出各扫描振镜的扫描位置相对于标准扫描位置的校正值；所述扫描振镜阵列中各扫描振镜是根据所述校正值来生成实际扫描位置以进行扫描的。
本发明的更进一步优选方案是：所述扫描振镜阵列与一个大作业区域相对应，所述照相单元与一个照相区域相对应，所述照相区域与所述大作业区域在水平方向上相互间隔。
本发明的更进一步优选方案是：所述激光设备还包括校正样品及输送装置，其中，所述校正样品具有水平的打标平面，所述打标平面用以供所述扫描振镜阵列生成所述示意性图形于其上，所述输送装置用以将所述校正样品从所述大作业区域水平移送到所述照相区域。
本发明的更进一步优选方案是：所述扫描振镜阵列中各扫描振镜校正前的扫描位置的示意性图形与一个小作业区域相对应，所述大作业区域是由各扫描振镜的两两小作业区域融合而成，所述扫描振镜阵列中相邻的两个扫描振镜所对应的小作业区域之间存在部分重叠。
本发明的更进一步优选方案是：所述的各扫描振镜在校正前的扫描位置的示意性图形为一个十字图形，所述扫描振镜阵列所对应的多个十字图形是位于同一水平面的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案还是：提供一种激光扫描振镜阵列的校正方法，包括以下步骤：
使校正装置获取与激光扫描振镜阵列的作业相对应的图像；
使校正装置对所述图像进行图像处理操作以得到各个扫描振镜的校正值；及
使各扫描振镜根据所述校正值来生成实际扫描位置以进行扫描。
本发明的更进一步优选方案是：所述使校正装置获取与激光扫描振镜阵列的作业相对应的图像的步骤进一步包括：将校正样品放置在与扫描振镜阵列相对应的一个大作业区域，驱动所述激光扫描阵列中的各个扫描振镜，使得各个扫描振镜分别在所述校正样品的同一打标平面上打出一个十字图形；以及，将所述校正样品移送至与校正装置相对应的照相区域，使所述校正装置获取所述打标平面的图像。
本发明的更进一步优选方案是：所述使校正装置对所述图像进行图像处理操作以得到各个扫描振镜的校正值的步骤进一步包括：使所述校正装置对获得的打标平面的图像进行图像处理操作，得到各个扫描振镜当前所处的位置以及偏转的角度；以其中的一个扫描振镜为参考振镜，计算出其它的扫描振镜与所述参考振镜的位置偏移，并将这些位置偏移作为校正值分别传输给对应的各扫描振镜。
本发明的更进一步优选方案是：所述使校正装置对所述图像进行图像处理操作以得到各个扫描振镜的校正值的步骤进一步包括：提取所述图像的各个十字图形区域；提取水平与竖直线条区域并骨架化；利用区域骨架拟合直线；以及，根据拟合直线计算各扫描振镜的夹角以及位置坐标。
本发明的更进一步优选方案是：所述各扫描振镜的夹角是计算水平拟合线与水平参考线的夹角得到；所述位置坐标是计算两条拟合直线的交点得到。
本发明的有益效果在于，通过增设与激光扫描振镜阵列相配合的校正装置，可以实现激光扫描振镜阵列的校正，从而可以在降低设备的制造精度要求的情况下，确保在大面积作业区域下的作业质量。
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是本发明的激光设备的框图示意。
图2是本发明的激光设备的结构示意。
图3A是本发明的激光设备中的扫描振镜阵列的结构示意，图3B是本发明的激光设备中的校正装置的结构示意。
图4A是本发明的激光设备在进行校正前的打标效果示意，图4B是本发明的激光设备在进行校正后的打标效果示意。
图5A至5F是本发明的激光设备的校正过程的示意，其中，图5A示出了一个2*4的扫描振镜阵列在校正前对应形成8个十字图形，图5B示出了定位后得到的8个十字区域，图5C示出了根据户定位得到的十字区域利用形态学方法提取骨架后拟合出来的两条直线，图5D示出了各个十字图像与水平方向以及垂直方向的位置关系，图5E示出了十字图形进行旋转后的情形，图5F示出了经校正最后得到的扫描轨迹。
图6是本发明的激光扫描振镜阵列的校正方法的流程示意。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
图1是本发明的激光设备的框图示意。图2是本发明的激光设备的结构示意。图3A是本发明的激光设备中的扫描振镜阵列的结构示意，图3B是本发明的激光设备中的校正装置的结构示意。如图1至3B所示，本发明提出一种激光设备，其大致包括扫描振镜阵列11和与扫描振镜阵列11相配合的校正装置12。在本实施例中，扫描振镜阵列11为2×4结构，包括位于第一排的第一扫描振镜111、第二扫描振镜112、第三扫描振镜113和第四扫描振镜114以及位于第二排的第五扫描振镜115、第六扫描振镜116、第七扫描振镜117和第八扫描振镜118。校正装置12包括照相单元和图形处理单元。其中，照相单元用以获取扫描振镜阵列11中各扫描振镜111-118校正前的扫描位置的示意性图形21-28(请结合参见图5A)，具体而言，照相单元可包括CCD相机、光源以及镜头等组成部分，以保证获得高清晰高质量的图像。图形处理单元用以根据示意性图形21-28计算出各扫描振镜111-118的扫描位置相对于标准扫描位置的校正值。扫描振镜阵列中各扫描振镜111-118是根据这些校正值来生成实际扫描位置以进行扫描的，具体而言，图形处理单元可包括工控机之类的计算设备。
参见图2，扫描振镜阵列11与一个大作业区域相对应，照相单元与一个照相区域相对应。其中，照相区域与大作业区域在水平方向上相互间隔。本发明的激光设备还包括校正样品及输送装置，其中，所述校正样品具有水平的打标平面2，所述打标平面2用以供所述扫描振镜阵列11生成所述示意性图形21-28于其上。所述输送装置用以将所述校正样品从所述大作业区域水平移送到所述照相区域。需要说明的是，参见图3A，所述扫描振镜阵列中各扫描振镜111-118校正前的扫描位置的示意性图形21-28与一个小作业区域相对应，所述大作业区域是由各扫描振镜111-118的小作业区域21-28融合而成，所述扫描振镜阵列中相邻的两个扫描振镜所对应的小作业区域之间存在部分重叠。这种设计，有利于图像的融合处理。在本实施例中，所述的各扫描振镜111-118在校正前的扫描位置的示意性图形21-28为一个十字图形，所述扫描振镜阵列所对应的多个十字图形是位于同一水平面的。
图4A是本发明的激光设备在进行校正前的打标效果示意，图4B是本发明的激光设备在进行校正后的打标效果示意。参见图4A与4B，校正前，在大作业区域中各小工作区域21-28(与各扫描振镜111-118的扫描相对应)是凌乱的，存在相交断层；校正后，各扫描振镜111-118物理上的位置偏差已经通过引入校正值而透过软件予以修正。
图5A至5F是本发明的激光设备的校正过程的示意，其中，图5A示出了一个2*4的扫描振镜阵列在校正前对应形成8个十字图形，111-114属于第一行，115-118属于第二行；图5B示出了定位后得到的8个十字区域；图5C示出了根据户定位得到的十字区域利用形态学方法提取骨架后拟合出来的两条直线；图5D示出了各个十字图像与水平方向以及垂直方向的位置关系，其中虚线为参考水平线41、42和参考垂直线43，这些虚线41、42、43是以十字图形21，即扫描振镜111扫出来的图像的中心为基础绘制的；图5E示出了十字图形进行旋转后的情形，根据旋转后的图形就可以判断出各个十字图形21-28的平移方向以及平移量，图中标记出来的箭头即表示平移方向，平移量可以根据中心点的位置坐标获得，从以上的过程中，可以得到每一个扫描振镜111-118的偏转角度以及与参考振镜的平移量，依据偏移角度以及平移量对扫描数据进行校正处理；图5F示出了经校正最后得到的扫描轨迹，这时，每一个十字图形21-28的水平线以及竖直线要分别与参考水平线41、42与参考垂直线43重合。
图6是本发明的激光扫描振镜阵列的校正方法的流程示意。参见图5A至图6所示，本发明的激光设备所采用的校正方法可以对各扫描振镜111-118的扫描位置进行修正，包括位置偏移和旋转角度。其大致包括以下步骤：
S101、使校正装置获取与激光扫描振镜阵列的作业相对应的图像；
S102、使校正装置对所述图像进行图像处理操作以得到各个扫描振镜的校正值；及
S103、使各扫描振镜根据所述校正值来生成实际扫描位置以进行扫描。
其中，所述步骤S101进一步包括：
S1011、将校正样品放置在与扫描振镜阵列相对应的一个大作业区域，驱动所述激光扫描阵列中的各个扫描振镜，使得各个扫描振镜分别在所述校正样品的同一打标平面上打出一个十字图形；以及，
S1012、将所述校正样品移送至与校正装置相对应的照相区域，使所述校正装置获取所述打标平面的图像。
所述步骤S102进一步包括：使所述校正装置对获得的打标平面的图像进行图像处理操作，得到各个扫描振镜当前所处的位置以及偏转的角度；以其中的一个扫描振镜为参考振镜，计算出其它的扫描振镜与所述参考振镜的位置偏移，并将这些位置偏移作为校正值分别传输给对应的各扫描振镜。具体而言，所述步骤S102可包括：
S1021、提取所述图像的各个十字图形区域；
S1022、提取水平与竖直线条区域并骨架化；
S1023、利用区域骨架拟合直线；以及，
S1024、根据拟合直线计算各扫描振镜的夹角以及位置坐标。
其中，所述各扫描振镜的夹角是计算水平拟合线与水平参考线的夹角得到；所述位置坐标是计算两条拟合直线的交点得到。
所述步骤S103进一步包括：
S1031、各扫描振镜根据偏转角度以及位置偏移计算实际扫描位置；及
S1032、各扫描振镜根据实际的扫描位置进行扫描。
需要说明的是，在上述步骤S1011中，在激光扫描阵列的下方放入一打标平面2，要保证打标平面2的大小满足激光扫描阵列11的打标范围，同时打标平面2要与水平面平行，不可以存在角度偏差，之后，在打标平面2上打出十字图形。在上述步骤S1012中，可通过输送装置将打标平面2平移到校正装置12下，利用校正装置12中的相机获得打标平面2的图像，同样要求打标平面保持水平。在本实施例中，扫描振镜阵列11中含有2*4个扫描振镜，即两行，每一行有4个扫描振镜，编号分别为111～114，115～118，以编号为111的扫描振镜为参考振镜，其它的7个扫描振镜都要依据扫描振镜111的位置进行相应的位置校正。在上述步骤S1031中，假设参考振镜111与水平参考线的夹角为a111，位置坐标为(x111，y111)，以上述方式分别计算得到扫描振镜112～118与水平参考线的夹角为a112～a118，坐标位置为(x112，y112)～(x118，y118)，依据图像坐标系来说，对于同一行的十字图形而言，由于坐标位置都是以水平方向来计算的，因此x方向的位置是不需要考虑的，只考虑y方向的位置，即y方向的偏移量。所以各个扫描振镜112-118相对于参考振镜111的偏移量为(y112～y118)-y111，对于不同行的十字图形，由于坐标位置是以垂直方向来计算的，因此y方向的位置是不需要考虑的，只考虑x方向的位置，即x方向的偏移量，所以扫描振镜115与参考振镜111之间的位置偏移为x115-x111，第二行的扫描振镜都要依据第一行相对应位置上的扫描振镜获得位置偏移，再利用扫描振镜阵列实现打标的过程中需要用到此值进行相应的位置校正。
本发明的工作原理是：首先利用校正装置12获得扫描振镜阵列11中的各个扫描振镜111-118的扫描轨迹图21-28；其次利用校正装置12进行图像处理得到直线区域，再采用形态学方法提取直线区域的骨架，最后利用直线骨架拟合出两条直线，并通过拟合后的两条直线计算出各扫描振镜111-118的旋转角度以及位置偏移。
本发明的有益效果在于，通过增设与激光扫描振镜阵列11相配合的校正装置12，可以实现激光扫描振镜阵列11的校正，从而可以在降低设备的制造精度要求的情况下，确保在大面积作业区域下的作业质量。
需要说明的是，本发明的激光扫描振镜阵列是指具有一定排列规则的扫描振镜的组合。本发明的激光设备除了应用上述示例性的激光打标之外，可以广泛应用于各种激光加工，比如：激光内雕，换言之，本发明所称的激光设备的作业，不以上述的激光打标为限。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种激光设备，包括扫描振镜阵列，其特征在于，还包括与所述扫描振镜阵列相配合的校正装置，所述校正装置包括照相单元和图形处理单元，所述照相单元用以获取所述扫描振镜阵列中各扫描振镜校正前的扫描位置的示意性图形，所述图形处理单元用以根据所述示意性图形计算出各扫描振镜的扫描位置相对于标准扫描位置的校正值；所述扫描振镜阵列中各扫描振镜是根据所述校正值来生成实际扫描位置以进行扫描的；所述扫描振镜阵列与一个大作业区域相对应，所述照相单元与一个照相区域相对应，所述照相区域与所述大作业区域在水平方向上相互间隔。
2.根据权利要求1所述的激光设备，其特征在于：所述激光设备还包括校正样品及输送装置，其中，所述校正样品具有水平的打标平面，所述打标平面用以供所述扫描振镜阵列生成所述示意性图形于其上，所述输送装置用以将所述校正样品从所述大作业区域水平移送到所述照相区域。
3.根据权利要求1所述的激光设备，其特征在于：所述扫描振镜阵列中各扫描振镜校正前的扫描位置的示意性图形与一个小作业区域相对应，所述大作业区域是由各扫描振镜的小作业区域融合而成，所述扫描振镜阵列中相邻的两个扫描振镜所对应的两两小作业区域之间存在部分重叠。
4.根据权利要求1至3任一项所述的激光设备，其特征在于：所述的各扫描振镜在校正前的扫描位置的示意性图形为一个十字图形，所述扫描振镜阵列所对应的多个十字图形是位于同一水平面的。
5.一种激光扫描振镜阵列的校正方法，其特征在于：包括以下步骤：
使校正装置获取与激光扫描振镜阵列的作业相对应的图像，将校正样品放置在与扫描振镜阵列相对应的一个大作业区域，驱动所述激光扫描振镜阵列中的各个扫描振镜，使得各个扫描振镜分别在所述校正样品的同一打标平面上打出一个十字图形；以及，将所述校正样品移送至与校正装置相对应的照相区域，使所述校正装置获取所述打标平面的图像；
使校正装置对所述图像进行图像处理操作以得到各个扫描振镜的校正值；及
使各扫描振镜根据所述校正值来生成实际扫描位置以进行扫描。
6.根据权利要求5所述的校正方法，其特征在于，所述使校正装置对所述图像进行图像处理操作以得到各个扫描振镜的校正值的步骤进一步包括：使所述校正装置对获得的打标平面的图像进行图像处理操作，得到各个扫描振镜当前所处的位置以及偏转的角度；以其中的一个扫描振镜为参考振镜，计算出其它的扫描振镜与所述参考振镜的位置偏移，并将这些位置偏移作为校正值分别传输给对应的各扫描振镜。
7.根据权利要求6所述的校正方法，其特征在于：所述使校正装置对所述图像进行图像处理操作以得到各个扫描振镜的校正值的步骤进一步包括：提取所述图像的各个十字图形区域；提取水平与竖直线条区域并骨架化；利用区域骨架拟合直线；以及，根据拟合直线计算各扫描振镜的夹角以及位置坐标。
8.根据权利要求7所述的校正方法，其特征在于：所述各扫描振镜的夹角是计算水平拟合线与水平参考线的夹角得到；所述位置坐标是计算两条拟合直线的交点得到。
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