CN105128539B - 一种光学投影激光打标的方法及激光打标系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学投影激光打标的方法及激光打标系统，该激光系统包括激光打标振镜、与激光打标振镜连接的CCD同轴成像装置、以及位于打标系统侧边面的数字式微型投影仪。本发明中所采取的技术方案是通过软件与硬件相结合的方法进行物体打标的，由数字式微型投影仪将被标记的图案或形状投影到被标记物体上，CCD同轴成像装置对投影后的图案和物体进行图像采集并进行图像处理，激光打标系统根据CCD同轴成像装置处理的结果数据进行打标。本发明采将需要打标的图案或者图形投影到被标记的物体上，采用同轴成像的方法对物体进行成像，根据物体的特征来调整被标记图案或图形的位置，使得物体无论怎么摆放都可以保证打标位置的准确性和一致性。

Description

一种光学投影激光打标的方法及激光打标系统

技术领域

本发明适用于激光打标的技术领域，尤其涉及一种光学投影激光打标的方法及激光打标系统。

背景技术

激光打标广泛分布于众多工业领域中，其用于例如对序列号、条形码、LOGO等等进行打标。

图1所示为现有激光打标成像光路的示意图，激光打标机包括内部设有激光头11的打标头1、位于激光打标机侧面的聚焦镜2、位于激光打标机内部的反射镜3、接收反射镜3反射光线的镜头4、以及与镜头4连接的相机5。

在激光打标前，通过一束指示光AB来对打标物体6进行模拟，通过指示光AB将打标物体6的投影至反射镜3内，由反射镜3反射至镜头4，经镜头4至相机5，通过相机5模拟出打标图案7。

图2所示为现有激光打标的激光打标光路，往激光打标机内输入打标图案7，激光光线CD内含有打标图案7，激光光线CD经激光头8打标输入至XY扫描振镜9，由振镜9扫描至聚焦镜2，经聚焦镜2聚焦再分散至反射镜3，反光镜3反射出的激光光线CD经外部光源聚焦至打标物体6的表面。

现有在进行激光打标前，首先要编辑需要打标的图案或者图形，然后再对物体进行打标。目前市场上的打标机基本都是按照上述的方式进行打标，并没有精确的定位打标的位置，即使具有打标预览功能，也只是用一束指示光来模拟进行打标，人眼观察打标的位置是否合适，这种方法很难保证打标位置的稳定性和一致性。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种解决激光打标后打标位置准确性和一致性难题的光学投影激光打标的方法及激光打标系统。

本发明提供一种光学投影激光打标的方法，包括如下步骤：

A1：调整激光打标系统；

A2：放入被打标物体；

A3：定位被标记物体的位置；

A4：将被标记物体的图像或图形投影到被标记物体表面需要标记的位置；

A5：对投影的图案或图形进行梯形校正；

A6：调整校正后被标记的图案或图形的位置；

A7：将调整好的图案或图形的信息发送给激光打标系统。

A8：激光打标系统根据发送的图案或图形的信息进行激光打标；

A9：对打标完成后的物体进行图像采集；

A10：显示完成打标后的物体图像。

其中，所述步骤A5的梯形校正的具体方法，包括如下步骤：

101：读入图像数据；

102：接收外部输入的梯形校正角度；

103：空间变化；

104：选择插值算法进行差值运算；

105：输出梯形变化后的图像。

其中，所述步骤A2的具体方法为：首先将被标记的物体放在激光打标系统打标区域内，然后将激光打标系统的焦点聚焦到被标记物体表面。

本发明又提供一种光学投影激光打标系统，用于完成激光打标方法，该激光系统包括激光打标振镜、与激光打标振镜连接的CCD同轴成像装置、以及位于打标系统侧边面的数字式微型投影仪。

其中，CCD同轴成像装置包括与激光打标振镜连接的镜头、以及与镜头连接的CCD相机。

其中，采用CCD同轴成像装置对被标记物体进行图像采集并进行图像处理，定位到被标记物体的位置。

其中，CCD同轴成像装置对打标完成后的物体进行图像采集。

其中，CCD同轴成像装置显示完成打标后的物体图像。

其中，数字式微型投影仪将被标记物体的图像或图形投影到被标记物体表面需要标记的位置。

其中，激光打标系统根据数字式微型投影仪发送的图案或图形的信息进行激光打标

本发明采用光栅投影的方法将需要打标的图案或者图形投影到被标记的物体上，采用同轴成像的方法对物体进行成像，根据物体的特征来调整被标记图案或图形的位置，使得物体无论怎么摆放都可以保证打标位置的准确性和一致性。

附图说明

图1所示为现有激光打标成像光路的示意图；

图2所示为现有激光打标的激光打标光路的示意图；

图3所示为本发明光学投影打标系统的结构示意图；

图4所示为本发明数字式微型投影仪垂直梯形校正原理图；

图5所示为本发明数字式微型投影仪的梯形校正算法的流程图；

图6所示为本发明有进行梯形校正的投影二维码图像；

图7所示为本发明梯形校正后的投影二维码图像；

图8所示为本发明光学投影打标系统流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图3所示为本发明一种光学投影打标系统的结构示意图，本激光打标系统通过激光扫描方头实时、快速获取物体需要的打标信息并实时显示打标后的物体图像，本光学投影激光打标系统100包括激光打标振镜10、与激光打标振镜10连接的CCD同轴成像装置23、以及位于打标系统侧边面的数字式微型投影仪40，

CCD同轴成像装置23包括与激光打标振镜10连接的镜头20、以及与镜头20连接的CCD相机30，激光打标振镜10内设有扫描振镜和激光头。

首先，CCD同轴成像装置23根据打标物体200的表面特征确定打标位置，数字式微型投影仪40采用投影光路50扫描打标物体200的图形或图片(图3所示为二维码图片)，数字式微型投影仪40将打标物体200的图形或图片通过投影光路50投影到被打标的物体表面，将图形或图片精确的调整到被打标的位置，由激光打标振镜10对打标物体200通过打标光路60进行打标操作，再由CCD同轴成像装置23确认打标位置的准确性。

数字式微型投影仪60的位置与被投影的打标物体200成直角才能保证投影效果，如果无法保证二者的垂直，投影出来的图形就会产生梯形，在这种情况下，我们需要对梯形进行校正，保证图像成标准的矩形。

梯形校正通常有二种方法：一种是光学梯形校正，另一种是数码梯形校正，光学梯形校正是指通过调整镜头的物理位置来达到调整梯形的目的，数码梯形校正是通过软件的方法来实现梯形校正。本发明采用的是软件校正方法的数码梯形校正。

软件校正法是通过图像处理方法对投影前的图像进行形状调整和补偿以消除投影图像的梯形失真。软件梯形校正的原理是针对投影仪投影光路将要产生的梯形失真由插值算法对原图像进行几何变化，产生一个反向的补偿梯形图像，以抵偿投影光路产生的图像梯形失真，使得投影后的图像呈现规整的矩形。

图4所示为本发明数字式微型投影仪垂直梯形校正原理图，图4(a)为待投影的原始图像，图4(b)为经梯形校正投影产生的梯形失真图像，图4(c)为投影前经数码梯形校正处理后产生的补偿梯形图像，图4(d)为梯形校正后得到的规整的矩形投影图像。从上面的原理图可以看出梯形校正的主要工作就是由原规整的矩形图4(a)经图像处理中的插值算法通过几何变换得到补偿梯形图4(c)。

图5所示为本发明数字式微型投影仪的梯形校正算法的流程图，通过图4实现梯形校正的实现过程，投影仪梯形校正算法的步骤如下：

101：读入图像数据。

102：接收外部输入的梯形校正角度。

103：空间变化；如图4(a)至图4(c)。

104：选择插值算法进行差值运算。

105：输出梯形变化后的图像。

根据所述投影仪梯形校正的原理，需要从原图出发通过图像几何变换得到一个能补偿光路失真的梯形图像。

待投影图像的补偿梯形图像是通过对待投影图像进行几何变换来实现的。图像几何运算需要2个独立的算法：一个算法是用来定义空间变换，规定了图像像素如何移动；另一个算法就是插值算法。

空间变换采用仿射变换的方法。

图像像素平移、比例缩放和旋转变换都是一种称为仿射变换的特殊情况。仿射变换的意思是：在几何上定义为两个向量空间之间的一个仿射变换或者仿射映射由一个线性变换接上一个平移组成。

仿射变换可以用一个3×3的矩阵来表示，其最后一行为(0,0,1)，仿射变换变换矩阵将原坐标(x,y)变换为新坐标(u,v)，原坐标(x,y)和新坐标(u,v)皆视为最末一行为(1)的三维列向量，原列向量左乘变换矩阵得到新的列向量，其表达式为：

仿射变换具有如下性质：

第一：仿射变换只有6个自由度(对应变换中的6个系数)，因此，仿射变换后互相平行直线仍然为平行直线，三角形映射后仍是三角形。但却不能保证将四边形以上的多边形映射为等边数的多边形。

第二：仿射变换的乘积和逆变换仍是仿射变换。

第三：仿射变换能够实现平移、旋转、缩放等几何变换。

图像先进性平移，然后进行比例变换，最后进行旋转的复合几何变换表达式为：

显然上式是线性的，故可以表示成如下的线性表达式

从上式可见，平移、比例缩放和旋转变换是仿射变换的特殊情况。设定加权银子a_i和b_i的值，可以得到不同的变换。

故空间变换(平移、比例缩放和旋转变换)是仿射变换的一种。空间变换是将目标图像中(即要得到的梯形图像)的像素点坐标经过变换，得到基于原图像的像素点坐标；然后对该坐标点的像素值运用插值算法计算得到一个新的像素值作为目标图像中相应点的像素值。

对垂直梯形校正，理论上变换后得到的梯形图像中每一行像素点的个数都不一样，对图像中的每一行，变换比例都不一样，故应将目标图像逐行变换到原图像。

如图4(c)所示，令变换后的梯形图像上边长为s，下边长等于原图像边长为t，原图像高为h；如图4(a)所示，设目标图像中任一像素O点的坐标为(x,y)，如图4(c)所示，变换后对应于原图像的像素点的坐标为(X，Y)。

对于垂直梯形校正，得到空间变换公式为：

Y＝y，0≤y≤h

在程序中对得到的X<0和X>t的点做舍去处理，相应的x值处的像素点填充白色像素点。从表达式可以看出对应目标图像中的每一行像素，x与X之间呈线性关系，且线性系数随目标图像所在行的y值而变化。

该空间变换式既保证了变换之间的线性关系，又使得程序中对于像素点的处理和显示变得方便简洁，但由于像素点坐标只能为整数，不可避免地在程序中对像素点取整时会使得相邻若干行像素点数目一样，从而产生比较明显的边缘锯齿。

用差值算法实现梯形变换：插值算法-三次卷积法，三次卷积法由变换后浮点坐标周围16个邻近点得到目标像素点的像素值，算法的具体计算公式为：

f(t+u，f+v)＝[A][B][C]

式中：[A]＝(S(1+u)S(u)S(1-u)S(2-u))；

[C]＝(S(1+v)S(u)S(1-u)S(2-v))；

其中，

它是对S(w)＝stn(w)/w的逼近。三次卷积法计算精度高，能够明显消除图像边缘的锯齿，只是损失了少量的图像细节，能满足大部分图像的质量要求。

根据前述投影仪梯形校正的原理，需要从原图像出发通过图像的几何变换得到一个能补偿光路失真的梯形图像，整个算法的流程图如图5。

图6为有进行梯形校正的投影二维码图像，图7为梯形校正后的投影二维码图像，图8为光学投影打标系统流程图，其方法包括如下步骤：

201：开始：启动激光打标系统的电源。

202：调整激光打标系统。

203：放入被打标物体，首先将被标记的物体放在激光打标系统打标区域内，然后将激光打标系统的焦点聚焦到被标记物体表面。

204：CCD同轴成像装置定位被标记物体的位置，采用CCD同轴成像装置对被标记物体进行图像采集并进行图像处理，定位到被标记物体的位置。

205：根据定位到被标记物体的位置信息，由数字式微型投影仪将被标记物体的图像或图形投影到被标记物体表面需要标记的位置。

206：对投影的图案或图形进行梯形校正。

207：调整校正后被标记的图案或图形的位置。

208：将调整好的图案或图形的信息发送给激光打标系统。

209：激光打标系统根据数字式微型投影仪发送的图案或图形的信息进行激光打标；

210：CCD同轴成像装置对打标完成后的物体进行图像采集。

211：CCD同轴成像装置显示完成打标后的物体图像。

212：结束。

本发明中所采取的技术方案是通过软件与硬件相结合的方法进行物体打标的，由数字式微型投影仪将被标记的图案或形状投影到被标记物体上，CCD同轴成像装置对投影后的图案和物体进行图像采集并进行图像处理，激光打标系统根据CCD同轴成像装置处理的结果数据进行打标。

本发明采用光栅投影的方法将需要打标的图案或者图形投影到被标记的物体上，采用同轴成像的方法对物体进行成像，根据物体的特征来调整被标记图案或图形的位置，使得物体无论怎么摆放都可以保证打标位置的准确性和一致性。

本发明通过相机采集投影在物体上的图案或图形的图像，实时调整投影到物体上的图案或图形的位置，激光打标系统根据物体的形状确认最终的打标位置并进行打标。

本发明可以减少传统方式下对人的需求，很好的提高打标图案或图形的准确性和一致性。

Claims (9)

1.一种光学投影激光打标的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A1：调整激光打标系统；

A2：放入被打标物体；

A3：定位被标记物体的位置；

A4：将需要打标的图像或图形投影到被标记物体表面需要标记的位置；

A5：对投影的图案或图形进行梯形校正；

A6：调整校正后被标记的图案或图形的位置；

A7：将调整好的图案或图形的信息发送给激光打标系统；

A8：激光打标系统根据发送的图案或图形的信息进行激光打标；

A9：对打标完成后的物体进行图像采集；

A10：显示完成打标后的物体图像；

其中，所述步骤A5的梯形校正具体包括：

101：读入图像数据；

102：接收外部输入的梯形校正角度；

103：空间变化；

104：选择插值算法进行插值 运算；

105：输出梯形变化后的图像。

2.根据权利要求1所述光学投影激光打标的方法，其特征在于：所述步骤A2的具体方法为：首先将被标记的物体放在激光打标系统打标区域内，然后将激光打标系统的焦点聚焦到被标记物体表面。

3.一种光学投影激光打标系统，其特征在于：用于完成权利要求1-2任一所述光学投影激光打标的方法，该激光打标系统包括激光打标振镜、与激光打标振镜连接的CCD同轴成像装置、以及位于打标系统侧边面的数字式微型投影仪。

4.根据权利要求3所述的光学投影激光打标系统，其特征在于：CCD同轴成像装置包括与激光打标振镜连接的镜头、以及与镜头连接的CCD相机。

5.根据权利要求3或4所述的光学投影激光打标系统，其特征在于：采用CCD同轴成像装置对被标记物体进行图像采集并进行图像处理，定位被标记物体的位置。

6.根据权利要求3或4所述的光学投影激光打标系统，其特征在于：CCD 同轴成像装置对打标完成后的物体进行图像采集。

7.根据权利要求3或4所述的光学投影激光打标系统，其特征在于：CCD同轴成像装置显示完成打标后的物体图像。

8.根据权利要求3或4所述的光学投影激光打标系统，其特征在于：数字式微型投影仪将需要打标的图像或图形投影到被标记物体表面需要标记的位置。

9.根据权利要求3或4所述的光学投影激光打标系统，其特征在于：激光打标系统根据数字式微型投影仪发送的图案或图形的信息进行激光打标。