CN109822224A - 一种激光打标方法和打标装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光打标装置和方法，包括工作台、振镜系统、分光镜、位于分光镜相对两侧一侧的摄像机和激光发射器，还包括计算机，振镜系统内的自然光和激光束逆向且同轴，摄像机连接计算机以将其拍摄视的图像传至计算机以使该图像实时的显示在所述显示器上，建立摄像机坐标系和世界坐标系，并使之相互关联，根据关联关系平移摄像机坐标系，使该坐标系的坐标原点位于图像中的打标起点，从而能够保证所述摄像机的拍摄视场将所述激光发生器的打标激光焦点覆盖在内，不仅能够跟踪激光焦点进行拍摄，不会出现视觉死角和盲角，并且可使显示器上显示的图像与实时打标的过程完全一致，达到业内一致想达到的所见即所得技术水平。

Description

一种激光打标方法和打标装置
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方法和打标装置。
背景技术
现有的激光打标机包括激光器、工作台和具有显示器的计算机，在计算机中设定好打标路径后，所述激光器即可执行打标操作对放置在工作台上的待打标件进行打标。但是现有技术具有如下不足：
(1)计算机只能根据预设的打标轨迹和激光头的移动速度来模拟达标过程，并将模拟的打标过程显示在显示器上，不仅不够真实，而且模拟的打标过程与真实的打标过程并不完全一致；
(2)因为安全起见，在进行激光打标时一般会遮挡工作台以防止火花飞溅出来，所以在打标过程中不能观看打标的效果，只有在打标结束后才能观看打标效果，不能在打标出现异常时制止打标然后修正数据，从而导致效率低且废品率高。
(3)有些激光打标机中安装有摄像机，通过摄像机来监拍打标的过程，但是由于摄像机一般都是对准工作台的中心，从而导致显示器显示的图像不能直观的反应激光在待打标工件上作用的过程。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种激光打标方法和打标装置，能够克服上述不足。
本发明的实施例提供一种激光打标方法，包括工作台、对准所述工作台的振镜系统、分光镜、位于所述分光镜一侧的摄像机和位于所述分光镜另一侧的激光发射器，还包括具有显示器的计算机，所述激光发射器发射的激光光束能够依次穿过所述分光镜和振镜系统射在所述工作台上，自然光通过所述振镜系统后被所述分光镜反射至所述摄像机中成像，所述振镜系统内的自然光和激光束逆向且同轴，所述振镜系统用于调整通过其的光路，所述摄像机连接所述计算机以将其拍摄视的图像传至计算机以使该图像实时的显示在所述显示器上，该激光打标方法包括如下步骤，
S1：调整所述工作台并观察所述显示器，使所述工作台完全落在所述摄像机的视场内并使所述工作台的图像完全显示在所述显示器上；
S2：以所述摄像机的光轴与所述工作台的交点作为原点o，构建二维的成像平面坐标系oxy，该原点o在所述显示器中显示的位置为图像中点；
S3：以所述摄像机的光心所在点为原点OC构建三维的摄像机坐标系OCXCYCZC，XC轴和YC轴分别与所述图像坐标系oxy中的x轴和y轴平行,ZC为所述摄像机的光轴，oOC为所述摄像机的焦距；
S4：以工作台上的打标起点为原点构建三维的世界坐标系，通过关联式使所述摄像机坐标系和世界坐标系相互关联，关联式为：C＝RW+t，C为摄像机坐标系，W为世界坐标系，R为旋转矩阵，t为平移向量；
S5：保持上述关联式中的旋转矩阵R和世界坐标系W不变，修改平移向量t构建一个新的摄像机坐标系C′，使新的摄像机坐标系C′的坐标原点落在所述显示器中的图像的打标起点位置；
S6：将待打标件对齐所述工作台上，启动所述激光发射器和所述振镜系统对所述待打标件进行打标。
进一步地，步骤S5中新的摄像机坐标系C′的坐标原点落在所述显示器中的图像的打标起点位置体现在所述摄像机的光心落在所述显示器中的图像的打标起点位置。
进一步地，在步骤S5之后，步骤S6之前，还包括步骤S5.1，步骤S5.1：以新的摄像机坐标系C′的坐标原点为起点，根据打标方向并结合待打标件的大小在图像上绘制打标区域；步骤S6还包括调整所述的待打标件在工作台上的位置，使摄像机拍摄的该待打标件位于所述达标区域内，然后再进行打标作业。
本发明的实施例提供一种激光打标装置，包括工作台、对准所述工作台的振镜系统、分光镜、位于所述分光镜一侧的摄像机和位于所述分光镜另一侧的激光发射器，还包括具有显示器的计算机，所述激光发射器发射的激光光束能够依次穿过所述分光镜和振镜系统射在所述工作台上，自然光通过所述振镜系统后被所述分光镜反射至所述摄像机中成像，所述振镜系统内的自然光和激光束逆向且同轴，所述振镜系统用于调整通过其的光路，所述摄像机连接所述计算机以将其拍摄视的图像传至计算机以使该图像实时的显示在所述显示器上，所述计算机内装有坐标系转换计算器和坐标系调整计算器，该坐标系转换计算器基于所述工作台的平面用于将摄像机坐标系与以工作台上的打标起点为原点的世界坐标系相互关联，所述坐标系调整计算器连接所述坐标系转换计算器，所述坐标系调整计算器能够基于摄像机坐标系与世界坐标系之间的关联来平移所述摄像机坐标系使该坐标系的原点与显示器中的图像的打标起点位置重合。
进一步地，还包括具有遮光作用的分光体，所述分光体内设有光路通道，所述分光镜和激光发生器均位于所述光路通道中，所述振镜系统设于所述分光体的一侧且与所述光路通道连通，所述摄像机设于所述分光体的上端且其镜头对准所述光路通道中的分光镜的一侧，所述工作台位于所述分光体的下方。
进一步地，所述分光体的下端设有环形照明灯，所述环形照明灯的环形区域大于或者等于打标区域。
进一步地，所述环形照明灯包括四条长形灯管或者灯带，这四条长行灯管或者灯带围成框形，且任意相邻的二所述灯管或者灯带部接触。
进一步地，所述分光体的下端还设有中央照明灯，所述中央照明灯位于所述环形照明灯的中央区域，且该中央照明灯为圆形或者球形或者半球形。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的激光打标方法和打标装置，首先采用摄像机和激光发射器在振镜系统中的光路同轴但相逆，从而能够保证所述摄像机的拍摄视场将所述激光发生器的打标激光焦点覆盖在内，不仅能够跟踪所述打标激光焦点进行拍摄，而且不会出现视觉死角和盲角；然后通过构建摄像机坐标系和世界坐标系并使之相互关联，然后调整所述摄像机坐标系使新的摄像机坐标系的原点与打标起点重合，从而来纠正和调整所述摄像机的拍摄的图像在显示器上显示位置和角度，使所述显示器上显示的图像与实时打标的过程完全一致，达到业内一致想达到的所见即所得技术水平。利用本发明所述的激光打标方法和打标装置进行打标时，因为能够实时的观看打标的过程和打标的效果，不仅真实，还能在发生异常的初期就能马上采取修正和补救措施，避免浪费，提高效率。
附图说明
图1是本发明激光打标方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明的实施例提供了一种激光打标装置，包括工作台、对准所述工作台的振镜系统、分光镜、位于所述分光镜一侧的摄像机和位于所述分光镜另一侧的激光发射器，还包括具有显示器的计算机，所述激光发射器发射的激光光束能够依次穿过所述分光镜和振镜系统射在所述工作台上，自然光通过所述振镜系统后被所述分光镜反射至所述摄像机中成像，所述振镜系统内的自然光和激光束逆向且同轴，所述振镜系统用于调整通过其的光路，所述摄像机连接所述计算机以将其拍摄视的图像传至计算机以使该图像实时的显示在所述显示器上，所述计算机内装有坐标系转换计算器和坐标系调整计算器，该坐标系转换计算器基于所述工作台的平面用于将摄像机坐标系与以工作台上的打标起点为原点的世界坐标系相互关联，所述坐标系调整计算器连接所述坐标系转换计算器，所述坐标系调整计算器能够基于摄像机坐标系与世界坐标系之间的关联来平移所述摄像机坐标系使该坐标系的原点与显示器中的图像的打标起点位置重合。
所述的激光打标装置还包括具有遮光作用的分光体，所述分光体内设有光路通道，所述分光镜位于所述光路通道中，所述振镜系统设于所述分光体的一侧且与所述光路通道连通，所述光路通道包括两支道，所述摄像机设于所述分光体的上端，其镜头通过其中一所述支道对准所述分光镜的相应一侧，所述激光发射器位于另一所述支道中，对准所述分光镜的与之对应的一侧。所述工作台位于所述分光体的下方。
为了提高所述摄像机的拍摄质量，防止在拍摄的过程因为有阴影而出现被遮挡或者画面不清晰等问题，所述分光体的下端设有环形照明灯，所述环形照明灯的环形区域大于或者等于打标区域。所述环形照明灯包括四条长形灯管或者灯带，这四条长行灯管或者灯带围成框形，且任意相邻的二所述灯管或者灯带部接触。所述分光体的下端还设有中央照明灯，所述中央照明灯位于所述环形照明灯的中央区域，且该中央照明灯为圆形或者球形或者半球形。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种激光打标方法，利用上述的激光打标装置，对待打标件进行打标作业，包括如下步骤：
S1：调整所述工作台并观察所述显示器，使所述工作台完全落在所述摄像机的视场内并使所述工作台的图像完全显示在所述显示器上；
S2：以所述摄像机的光轴与所述工作台的交点作为原点o，构建二维的成像平面坐标系oxy，该原点o在所述显示器中显示的位置为图像中点；
S3：以所述摄像机的光心所在点为原点OC构建三维的摄像机坐标系OCXCYCZC，XC轴和YC轴分别与所述图像坐标系oxy中的x轴和y轴平行,ZC为所述摄像机的光轴，oOC为所述摄像机的焦距。
S4：以工作台上的打标起点为原点构建三维的世界坐标系，通过关联式使所述摄像机坐标系和世界坐标系相互关联，关联式为：C＝RW+t，C为摄像机坐标系，W为世界坐标系，R为旋转矩阵，t为平移向量。
在三维空间中，当物体不发生形变时，对一个几何物体作旋转、平移的运动，称之为刚体变换(如旋转)。因为世界坐标系和摄像机坐标系都是右手坐标系，所以其不会发生形变。把世界坐标系下的坐标转换到摄像机坐标下的坐标，可以通过刚体变换的方式。空间中有一个旋转矩阵R和平移向量t，可以通过刚体变换转换使世界坐标系和摄像机坐标系。根据已知的世界坐标系和摄像机坐标系，通过内置于计算机中的计算方法，能够很快的求解出该旋转矩阵R和平移向量t。
上式中，XC、YC、ZC代表摄像机坐标系，X、Y、Z代表世界坐标系，rXX代表3*3的旋转矩阵R，TX、TY、TZ代表移向量t。
S5：保持上述关联式中的旋转矩阵R和世界坐标系W不变，修改平移向量t构建一个新的摄像机坐标系C′，使新的摄像机坐标系C′的坐标原点落在所述显示器中的图像的打标起点位置。
步骤S5中新的摄像机坐标系C′的坐标原点落在所述显示器中的图像的打标起点位置体现在所述摄像机的光心落在所述显示器中的图像的打标起点位置。
S6：将待打标件对齐所述工作台上，启动所述激光发射器和所述振镜系统对所述待打标件进行打标。
在步骤S5之后，步骤S6之前，还包括步骤S5.1，步骤S5.1：以新的摄像机坐标系C′的坐标原点为起点，根据打标方向并结合待打标件的大小在图像上绘制打标区域；步骤S6还包括调整所述的待打标件在工作台上的位置，使摄像机拍摄的该待打标件位于所述达标区域内，然后再进行打标作业。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的激光打标方法和打标装置，首先采用摄像机和激光发射器在振镜系统中的光路同轴但相逆，从而能够保证所述摄像机的拍摄视场将所述激光发生器的打标激光焦点覆盖在内，不仅能够跟踪所述打标激光焦点进行拍摄，而且不会出现视觉死角和盲角，；然后通过构建摄像机坐标系和世界坐标系并使之相互关联，然后调整所述摄像机坐标系使新的摄像机坐标系的原点与打标起点重合，从而来纠正和调整所述摄像机的拍摄的图像在显示器上显示位置和角度，使所述显示器上显示的图像与实时打标的过程完全一致，达到业内一致想达到的所见即所得技术水平。利用本发明所述的激光打标方法和打标装置进行打标时，因为能够实时的观看打标的过程和打标的效果，不仅真实，还能在发生异常的初期就能马上采取修正和补救措施，避免浪费，提高效率。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光打标方法，其特征在于，包括工作台、对准所述工作台的振镜系统、分光镜、位于所述分光镜一侧的摄像机和位于所述分光镜另一侧的激光发射器，还包括具有显示器的计算机，所述激光发射器发射的激光光束能够依次穿过所述分光镜和振镜系统射在所述工作台上，自然光通过所述振镜系统后被所述分光镜反射至所述摄像机中成像，所述振镜系统内的自然光和激光束逆向且同轴，所述振镜系统用于调整通过其的光路，所述摄像机连接所述计算机以将其拍摄视的图像传至计算机以使该图像实时的显示在所述显示器上，该激光打标方法包括如下步骤，
S1：调整所述工作台并观察所述显示器，使所述工作台完全落在所述摄像机的视场内并使所述工作台的图像完全显示在所述显示器上；
S2：以所述摄像机的光轴与所述工作台的交点作为原点o，构建二维的成像平面坐标系oxy，该原点o在所述显示器中显示的位置为图像中点；
S3：以所述摄像机的光心所在点为原点OC构建三维的摄像机坐标系OCXCYCZC，XC轴和YC轴分别与所述图像坐标系oxy中的x轴和y轴平行,ZC为所述摄像机的光轴，oOC为所述摄像机的焦距；
S4：以工作台上的打标起点为原点构建三维的世界坐标系，通过关联式使所述摄像机坐标系和世界坐标系相互关联，关联式为：C＝RW+t，C为摄像机坐标系，W为世界坐标系，R为旋转矩阵，t为平移向量；
S5：保持上述关联式中的旋转矩阵R和世界坐标系W不变，修改平移向量t构建一个新的摄像机坐标系C′，使新的摄像机坐标系C′的坐标原点落在所述显示器中的图像的打标起点位置；
S6：将待打标件对齐所述工作台上，启动所述激光发射器和所述振镜系统对所述待打标件进行打标。
2.如权利要求1所述的激光打标方法，其特征在于：步骤S5中新的摄像机坐标系C′的坐标原点落在所述显示器中的图像的打标起点位置体现在所述摄像机的光心落在所述显示器中的图像的打标起点位置。
3.如权利要求1所述的激光打标方法，其特征在于：在步骤S5之后，步骤S6之前，还包括步骤S5.1，步骤S5.1：以新的摄像机坐标系C′的坐标原点为起点，根据打标方向并结合待打标件的大小在图像上绘制打标区域；步骤S6还包括调整所述的待打标件在工作台上的位置，使摄像机拍摄的该待打标件位于所述达标区域内，然后再进行打标作业。
4.一种激光打标装置，其特征在于：包括工作台、对准所述工作台的振镜系统、分光镜、位于所述分光镜一侧的摄像机和位于所述分光镜另一侧的激光发射器，还包括具有显示器的计算机，所述激光发射器发射的激光光束能够依次穿过所述分光镜和振镜系统射在所述工作台上，自然光通过所述振镜系统后被所述分光镜反射至所述摄像机中成像，所述振镜系统内的自然光和激光束逆向且同轴，所述振镜系统用于调整通过其的光路，所述摄像机连接所述计算机以将其拍摄视的图像传至计算机以使该图像实时的显示在所述显示器上，所述计算机内装有坐标系转换计算器和坐标系调整计算器，该坐标系转换计算器基于所述工作台的平面用于将摄像机坐标系与以工作台上的打标起点为原点的世界坐标系相互关联，所述坐标系调整计算器连接所述坐标系转换计算器，所述坐标系调整计算器能够基于摄像机坐标系与世界坐标系之间的关联来平移所述摄像机坐标系使该坐标系的原点与显示器中的图像的打标起点位置重合。
5.如权利要求4所述的激光打标装置，其特征在于：还包括具有遮光作用的分光体，所述分光体内设有光路通道，所述分光镜和激光发生器均位于所述光路通道中，所述振镜系统设于所述分光体的一侧且与所述光路通道连通，所述摄像机设于所述分光体的上端且其镜头对准所述光路通道中的分光镜的一侧，所述工作台位于所述分光体的下方。
6.如权利要求5所述的激光打标装置，其特征在于：所述分光体的下端设有环形照明灯，所述环形照明灯的环形区域大于或者等于打标区域。
7.如权利要求6所述的激光打标装置，其特征在于：所述环形照明灯包括四条长形灯管或者灯带，这四条长行灯管或者灯带围成框形，且任意相邻的二所述灯管或者灯带部接触。
8.如权利要求6所述的激光打标装置，其特征在于：所述分光体的下端还设有中央照明灯，所述中央照明灯位于所述环形照明灯的中央区域，且该中央照明灯为圆形或者球形或者半球形。
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