CN111360395A - 一种用于激光加工的表面自动跟踪方法及系统、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光加工技术领域，公开了一种用于激光加工的表面自动跟踪方法及系统、存储介质。所述方法包括：初始时刻，识别待加工件表面的激光光斑的状态；若为失焦状态，则调整显微镜头与待加工件表面的相对距离，同时对激光光斑的状态进行识别，直至识别为聚焦状态；激光光斑的状态识别方法包括：实时捕获激光光斑于待加工件表面的位置图像，据此识别激光光斑的状态。本发明在对激光焦点与待加工件的相对位置进行调节的同时，使用图像识别技术实时识别激光光斑的状态，直到激光光斑达到聚焦状态，不管待加工件表面的平整度如何或者是否受到外部冲击，均能够使得激光光斑调整为聚焦状态，有效提升了加工成功率、加工品质和加工精度，且经济高效。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种用于激光加工的表面自动跟踪方法及系统、存储介质。
背景技术
激光纳米加工，又称为激光纳米三维打印技术，具有加工设备简单、无需复杂制备工艺并且可以进行三维加工等优势，已经成为新兴的最重要的精密制造技术之一。
激光纳米三维打印技术，通过使用高数值孔径的显微镜头将激光聚焦在需要加工的位置，利用实现在焦点处的高光强，在不同介质(包括聚合物、玻璃、金属以及新型二维材料等)内改变材料性质，以加工形成纳米级精度的结构。
通过飞秒激光三维纳米打印技术，可以加工出具有不同功能的结构，包括聚合物光子晶体结构、超薄微透镜、微型光波导及光纤光栅；而且，其加工精度高，影响区域小(空间分辨率高)，可实现纳米级的精度控制。所以在一些需要超高精度的微加工方面引起了广泛关注。
由于其三维高精度的特点，在激光纳米加工过程中，控制激光焦点与所需要加工的样品的相对位置尤为关键。然而，在使用激光三维纳米加工的制造过程中，由于样品表面不平整，或者倾斜，或者样品扭曲，或外部机械冲击振动等原因，激光束经常无法准确的聚焦于所需的位置，这样会导致在激光纳米加工的过程中精度下降，从而降低了加工质量，影响了成品率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于激光加工的表面自动跟踪方法及系统、存储介质，解决现有技术存在的激光加工精度易受样品表面不平整、倾斜、扭曲或者外部机械冲击影响的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于激光加工的表面自动跟踪方法，包括：
初始时刻，识别待加工件表面的激光光斑的状态；若所述激光光斑的状态为失焦状态，则调整显微镜头与待加工件表面的相对距离，以实现激光焦点相对于待加工件表面的高度调节操作，同时对所述激光光斑的状态进行识别，直至识别出所述激光光斑的状态为聚焦状态；
所述激光光斑的状态的识别方法包括：实时捕获所述激光光斑于待加工件表面的位置图像，根据所述位置图像识别所述激光光斑的状态。
可选的，所述根据所述位置图像识别所述激光光斑的状态，包括：
根据所述位置图像，计算所述待加工件表面的激光照射区域的平均光强，所述激光照射区域至少覆盖所述激光光斑于待加工件表面的形成区域；
将所述平均光强与光强阈值相比较，所述光强阈值为预设的用于指示达到聚焦状态所需的最小光强；
若所述平均光强小于所述光强阈值，则判定所述激光光斑的状态为失焦状态；若所述平均光强不小于所述光强阈值，则判定所述激光光斑的状态为聚焦状态。
可选的，所述计算所述待加工件表面的激光照射区域的平均光强，包括：
计算所述位置图像中所述激光照射区域的灰度值；
对所述灰度值进行转换计算，得到所述平均光强。
可选的，所述根据所述位置图像识别所述激光光斑的状态，包括：
计算所述位置图像中激光光斑的尺寸；
将所述激光光斑的尺寸与尺寸阈值相比较，所述尺寸阈值为预设的用于指示达到聚焦状态所需的最大尺寸；
若所述激光光斑的尺寸小于所述尺寸阈值，则判定所述激光光斑的状态为聚焦状态；若所述激光光斑的尺寸不小于所述尺寸阈值，则判定所述激光光斑的状态为失焦状态。
可选的，所述高度调节操作，包括：
在所述激光光斑的状态为失焦状态时，识别所述位置图像中激光光斑的形状是否对称，
若对称，则判定所述激光光斑为聚焦过浅状态，控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进下降；
若不对称，则判定所述激光光斑为聚焦过深状态，控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进上升。
可选的，所述高度调节操作，包括：
在所述激光光斑的状态为失焦状态时，根据所述位置图像中激光光斑的椭圆形长轴方向与指定方向的夹角大小，判断所述激光光斑为聚焦过浅状态还是聚焦过深状态；
若为聚焦过浅状态，则控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进下降；
若为聚焦过深状态，则控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进上升。
可选的，所述高度调节操作，包括：
先控制所述激光焦点由当前高度提升预设的第一高度，再控制所述激光焦点按照预设的步距步进下降。
一种表面自动跟踪系统，包括用于对激光光束进行聚焦的显微镜头；还包括：图像传感器、驱动器、焦点探测器和调整控制器；
所述图像传感器，用于实时捕获激光光斑于待加工件表面的位置图像；
所述驱动器，用于根据所述调整控制器的控制命令，通过调整所述显微镜头与待加工件表面的相对距离，实现激光焦点相对于待加工件表面的高度调节操作；
所述焦点探测器，用于在初始时刻以及在所述高度调节操作的过程中，根据实时捕获的所述位置图像识别所述激光光斑的状态，若识别为失焦状态则向所述调整控制器发送失焦信号，若识别为聚焦状态则向所述调整控制器发送聚焦信号；
所述调整控制器，用于在初始时刻接收到失焦信号时，按照预设的高度控制算法控制所述驱动器执行所述高度调节操作，直至接收到所述聚焦信号。
可选的，所述焦点探测器，包括：
平均光强计算模块，用于根据所述位置图像，计算所述待加工件表面的激光照射区域的平均光强，所述激光照射区域至少覆盖所述激光光斑于待加工件表面的形成区域；
光强比较模块，用于将所述平均光强与光强阈值相比较，所述光强阈值为预设的用于指示达到聚焦状态所需的最小光强；若所述平均光强小于所述光强阈值，则判定所述激光光斑的状态为失焦状态；若所述平均光强不小于所述光强阈值，则判定所述激光光斑的状态为聚焦状态。
可选的，所述平均光强计算模块，在计算所述平均光强时，具体用于：计算所述位置图像中所述激光照射区域的灰度值；对所述灰度值进行转换计算，得到所述平均光强。
可选的，所述焦点探测器，包括：
光斑大小计算模块，用于计算所述位置图像中激光光斑的尺寸；
光斑大小比较模块，用于将所述激光光斑的尺寸与尺寸阈值相比较，所述尺寸阈值为预设的用于指示达到聚焦状态所需的最大尺寸；若所述激光光斑的尺寸小于所述尺寸阈值，则判定所述激光光斑的状态为聚焦状态；若所述激光光斑的尺寸不小于所述尺寸阈值，则判定所述激光光斑的状态为失焦状态。
可选的，所述焦点探测器，还包括聚焦深度识别模块，用于在所述激光光斑为失焦状态时，识别所述位置图像中激光光斑的形状是否对称，若对称则判定所述激光光斑为聚焦过浅状态，否则判定所述激光光斑为聚焦过深状态；
所述调整控制器，在执行所述高度调节操作时，具体用于：若所述激光光斑为聚焦过浅状态，控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进下降；若所述激光光斑为聚焦过深状态，控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进上升。
可选的，所述焦点探测器，还包括聚焦深度识别模块，用于在所述激光光斑为失焦状态时，根据所述位置图像中激光光斑的椭圆形长轴方向与指定方向的夹角大小，判断所述激光光斑为聚焦过浅状态还是聚焦过深状态；
所述调整控制器，在执行所述高度调节操作时，具体用于：若所述激光光斑为聚焦过浅状态，控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进下降；若所述激光光斑为聚焦过深状态，控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进上升。
可选的，所述调整控制器，在控制所述驱动器执行所述高度调节操作时，具体用于：
先控制所述激光焦点由当前高度提升预设的第一高度，再控制所述激光焦点按照预设的步距步进下降。
一种存储介质，所述存储介质存储有多条指令，所述指令适于处理器进行加载，以执行如上任一所述的表面自动跟踪方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例在对激光焦点与待加工件的相对位置进行调节的同时，使用图像识别技术实时识别激光光斑的状态，直到激光光斑达到聚焦状态，不管待加工件表面的平整度如何或者是否受到外部冲击，均能够使得激光光斑调整为聚焦状态，有效提升了加工成功率、加工品质和加工精度；
同时，由于本发明实施例主要采用软件实现，硬件部仅需要使用低成本的图像传感器，因此对现有的激光加工装置无需重大改动，经济高效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的表面自动跟踪方法流程图；
图2为本发明实施例提供的调节控制方法流程图；
图3为本发明实施例提供的激光焦点的高度调整控制曲线的一个示例图；
图4为本发明实施例提供的激光焦点的高度调整控制曲线的另一示例图；
图5为本发明实施例提供的基于光斑形状对称性实现高度调节的方法流程图；
图6为本发明实施例提供的基于椭圆形光斑的长轴方向实现高度调节的方法流程图；
图7为本发明实施例提供的表面自动跟踪系统结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明实施例一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
本发明实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，现有的激光加工系统主要包括：激光器和显微镜头。其中，激光器用于形成激光光束；显微镜头用于对激光光束进行聚焦。
为了能够将激光光束准确聚焦于待加工件表面，以利用激光焦点处的高光强对待加工件实现高效准确的激光加工操作，本发明实施例提供了一种适用于激光加工的表面自动跟踪方法，主要通过图像识别技术和控制算法技术，使得形成于待加工件表面的激光光斑能够保持聚焦状态，从而有效保证加工精度，提高加工品质和成功率。
请参阅图1，本发明实施例的表面自动跟踪方法包括：
步骤101、初始时刻，捕获激光光斑于待加工件表面的位置图像。
步骤102、根据初始时刻捕获的位置图像，识别激光光斑的当前状态，若激光光斑的当前状态为失焦状态，则执行下一步骤。
步骤103、通过调整显微镜头与待加工件表面的相对距离，实现激光焦点相对于待加工件表面的高度调节操作。
步骤104、在每执行一次高度调节操作时，捕获当前时刻激光光斑于待加工件表面的位置图像。
步骤105、根据当前时刻捕获的位置图像，识别激光光斑的当前状态，若激光光斑的当前状态为失焦状态，则返回至步骤103，执行下一次高度调节操作；若激光光斑的当前状态为聚焦状态，则结束本流程。
本实施例运用了图像识别技术来识别激光光斑的状态，且一边调整显微镜头与待加工件表面的相对距离、一边识别激光光斑的状态，直到激光光斑达到聚焦状态，从而实现待加工件表面的自动跟踪。
具体的，可以按照预设的亮点检测算法，来识别激光光斑的状态。该亮点检测算法可以为：
根据位置图像，计算待加工件表面的激光照射区域的平均光强，激光照射区域至少覆盖激光光斑于待加工件表面的形成区域；
将平均光强与光强阈值相比较，该光强阈值为预设的用于指示达到聚焦状态所需的最小光强；
若平均光强小于光强阈值，则判定激光光斑的状态为失焦状态；若平均光强不小于光强阈值，则判定激光光斑的状态为聚焦状态。
由于在激光焦点相对于待加工件表面处于不同高度时，激光光束经显微镜头射至待加工件表面形成的激光光斑的大小有差别，因此为了确保状态识别的精确度和效率，激光照射区域优选大于激光光斑的形成区域，这样在激光焦点的高度调节过程中，不论激光光斑如何变化，只需要计算完全覆盖该激光光斑的固定区域的平均光强即可。
针对激光照射区域的平均光强，具体可以按照以下方法计算：先计算位置图像中激光照射区域的灰度值，再对灰度值进行转换计算，即可得到激光照射区域的平均光强。
除了亮点检测算法，还可根据激光光斑的大小来识别激光光斑的状态，具体包括：
计算位置图像中激光光斑的尺寸；
将激光光斑的尺寸与尺寸阈值相比较，该尺寸阈值为预设的用于指示达到聚焦状态所需的最大尺寸；
若激光光斑的尺寸小于尺寸阈值，则判定激光光斑的状态为聚焦状态；若激光光斑的尺寸不小于尺寸阈值，则判定激光光斑的状态为失焦状态。
失焦状态，具体包括两种情况：第一种，激光光束经显微镜头会聚后形成的激光焦点位于指定的焦点对准区域的上方，即聚焦过浅；第二种，激光光束经显微镜头会聚后形成的激光焦点位于指定的焦点对准区域的下方，即聚焦过深。
基于上述的亮点检测算法和光斑大小检测算法或者其他算法，在仅能识别出激光光斑是否处于失焦状态，无法确定当前失焦状态具体属于哪种情况时，为了提高表面自动跟踪的效率，使得激光光斑快速达到聚焦状态，请参阅图2，本实施例针对激光焦点的高度调节操作提供了一种较优的调节控制策略：
步骤201、控制激光焦点由当前高度提升预设的第一高度。
步骤202、识别激光光斑的当前状态，若激光光斑的当前状态为失焦状态，则继续执行下一步，否则结束本流程。
步骤203、控制激光焦点按照预设的步距由当前高度下降一级。
预设的步距，需要小于对焦区域的步距(通常为亚微米级)。
步骤204、识别激光光斑的当前状态，若激光光斑的当前状态为失焦状态，则返回至步骤203，否则结束本流程。
图3示出了在失焦状态为第一种情况时运用上述调整控制策略实现的控制曲线，在此调整控制策略下，能够在七个周期内将激光焦点调整到聚焦区域。图4示出了在失焦状态为第二种情况时运用上述调整控制策略实现的控制曲线，在此调整控制策略下，能够在三个周期内将激光焦点调整到聚焦区域。显然，图3显示了在更长的收敛时间方面的最坏情况。然而，这补充了图像识别技术存在的不能识别激光光束的失焦方向的缺陷，能够大大缩短调节周期。
在一些情况中，由于待加工件的特性，在聚焦过深或者聚焦过浅的情况下可能产生光斑对称性不同的情况。一般来说聚焦过浅的情况下，由于焦点没有经过待加工件，激光光斑的对称性能够较好的保持，而在聚焦过深的情况下，由于焦点经过待加工件而被待加工件散射，造成激光光斑的对称性被破坏。因此，在这种情况下可以利用光斑的对称性来判断激光的聚焦位置，进行相应调节。具体的调节流程如图5所示，包括：
在失焦状态下，识别位置图像中激光光斑的形状是否对称；
若对称，则判定激光光斑为聚焦过浅状态，控制激光焦点按照预设的步距由当前高度步进下降；若不对称，则判定激光光斑为聚焦过深状态，控制激光焦点按照预设的步距由当前高度步进上升。
在另一些情况中，通过给系统引入散光(一般是在观察的光路系统中，通过相位板或者柱面镜来引入)，在聚焦过深或者聚焦过浅的情况下可能产生光斑变形成椭圆的情况。一般来说，在聚焦过深或者过浅的情况下椭圆形的长轴会转动90°。在这种情况下，可以先定义椭圆长轴与某个方向的夹角(x轴或者y轴)，然后通过角度来观察激光光斑是否聚焦过深或者聚焦过浅。在本应用实例中，聚焦过浅的情况定义为90°，聚焦过深的情况定义为0°。但是，需要指出的是这里的定义可以灵活设置。具体的调节流程如图6所示，包括：
在失焦状态下，根据位置图像中激光光斑的椭圆形长轴方向与指定方向的夹角大小，判断激光光斑为聚焦过浅状态还是聚焦过深状态；
若为聚焦过浅状态，则控制激光焦点按照预设的步距由当前高度步进下降；若为聚焦过深状态，则控制激光焦点按照预设的步距由当前高度步进上升。
综上，本实施例通过使用图像识别和控制算法技术，能够快速准确地将激光焦点调节待加工件表面，有效提高了加工精度和加工品质。
请参阅图7，本发明实施例还提供了一种表面自动跟踪系统，包括：图像传感器、驱动器和数字控制器；其中，数字控制器包括焦点探测器和调整控制器。
图像传感器，用于实时捕获激光加工过程中激光光斑相对于待加工件表面的位置图像。
驱动器，用作马达，用于根据调整控制器的控制命令，通过调整显微镜头与待加工件表面的相对距离，实现激光焦点相对于待加工件表面的高度调节操作。
焦点探测器，用于在初始时刻以及在上述的高度调节操作的过程中，根据实时捕获的位置图像，识别激光光斑的状态，若识别为失焦状态则向调整控制器发送失焦信号，若识别为聚焦状态则向调整控制器发送聚焦信号。
调整控制器，用于在初始时刻接收到失焦信号时，按照预设的高度控制算法控制驱动器执行高度调节操作，直至接收到来自焦点探测器的聚焦信号。
在本实施例中，在初始时刻识别到激光光斑的状态为失焦状态时，控制驱动器调整激光焦点的高度，在高度调整过程中基于图像识别技术识别激光光斑的状态，在激光光斑的状态由失焦状态转变为聚焦状态时，即表明激光焦点达到待加工件表面，此时停止高度调节操作即可。
需要说明的是，图像传感器，具体可以为CCD相机，也可以采用其他具有图像或视频采集功能的器件，具体不限。以CCD相机为例，可以按照相机规格确定的帧速率捕获激光光斑相对于待加工件表面的位置视频，进而从该位置视频中抓取所需时刻的位置图像；为了更快地调整激光焦点至所需的聚焦位置，可采用更高的帧速率。
进一步的，焦点探测器，可根据平均光强来识别激光光斑是否聚焦，具体包括：
平均光强计算模块，用于根据位置图像，计算待加工件表面的激光照射区域的平均光强，激光照射区域至少覆盖激光光斑于待加工件表面的形成区域；
光强比较模块，用于将平均光强与光强阈值相比较，光强阈值为预设的用于指示达到聚焦状态所需的最小光强；若平均光强小于光强阈值，则判定激光光斑的状态为失焦状态；若平均光强不小于光强阈值，则判定激光光斑的状态为聚焦状态。
其中，平均光强计算模块，在计算平均光强时，具体用于：计算位置图像中激光照射区域的灰度值；对灰度值进行转换计算，得到平均光强。
可选的，焦点探测器，还可根据光斑大小来识别激光光斑是否聚焦，具体包括：
光斑大小计算模块，用于计算位置图像中激光光斑的尺寸；
光斑大小比较模块，用于将激光光斑的尺寸与尺寸阈值相比较，该尺寸阈值为预设的用于指示达到聚焦状态所需的最大尺寸；若激光光斑的尺寸小于尺寸阈值，则判定激光光斑的状态为聚焦状态，否则判定激光光斑的状态为失焦状态。
调整控制器，在控制驱动器执行高度调节操作时，具体用于：先控制激光焦点由当前高度提升预设的第一高度，再控制激光焦点按照预设的步距步进下降，该步距小于对焦区域的步距(通常为亚微米级)。
在一些情况中，在聚焦过深或者聚焦过浅的情况下可能产生光斑对称性不同的情况。基于此，焦点探测器，还可包括聚焦深度识别模块，用于在光斑为失焦状态下，进一步识别位置图像中激光光斑的形状是否对称，若对称则判定激光光斑为聚焦过浅状态，否则判定为聚焦过深状态。
在另一些情况中，在聚焦过深或者聚焦过浅的情况下可能产生光斑变形成椭圆的情况。基于此，焦点探测器，还可包括聚焦深度识别模块，用于在光斑为失焦状态时，根据位置图像中激光光斑的椭圆形长轴方向与指定方向的夹角大小，判断激光光斑为聚焦过浅状态还是聚焦过深状态。
上述两种情况下，均可以识别出失焦状态的两种不同情况，因此调整控制器在控制驱动器执行高度调节操作时，可按照下述方式实现快速调节：若激光光斑为聚焦过浅状态，控制激光焦点按照预设的步距由当前高度步进下降；若激光光斑为聚焦过深状态，控制激光焦点按照预设的步距由当前高度步进上升。
本领域普通技术人员可以理解，上述表面自动跟踪方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。
为此，本发明实施例还提供一种存储介质，其中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本发明实施例所提供的表面自动跟踪方法中的步骤。
其中，该存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (15)
1.一种用于激光加工的表面自动跟踪方法，其特征在于，包括：
初始时刻，识别待加工件表面的激光光斑的状态；若所述激光光斑的状态为失焦状态，则调整显微镜头与待加工件表面的相对距离，以实现激光焦点相对于待加工件表面的高度调节操作，同时对所述激光光斑的状态进行识别，直至识别出所述激光光斑的状态为聚焦状态；
所述激光光斑的状态的识别方法包括：实时捕获所述激光光斑于待加工件表面的位置图像，根据所述位置图像识别所述激光光斑的状态。
2.根据权利要求1所述的表面自动跟踪方法，其特征在于，所述根据所述位置图像识别所述激光光斑的状态，包括：
根据所述位置图像，计算所述待加工件表面的激光照射区域的平均光强，所述激光照射区域至少覆盖所述激光光斑于待加工件表面的形成区域；
将所述平均光强与光强阈值相比较，所述光强阈值为预设的用于指示达到聚焦状态所需的最小光强；
若所述平均光强小于所述光强阈值，则判定所述激光光斑的状态为失焦状态；若所述平均光强不小于所述光强阈值，则判定所述激光光斑的状态为聚焦状态。
3.根据权利要求2所述的表面自动跟踪方法，其特征在于，所述计算所述待加工件表面的激光照射区域的平均光强，包括：
计算所述位置图像中所述激光照射区域的灰度值；
对所述灰度值进行转换计算，得到所述平均光强。
4.根据权利要求1所述的表面自动跟踪方法，其特征在于，所述根据所述位置图像识别所述激光光斑的状态，包括：
计算所述位置图像中激光光斑的尺寸；
将所述激光光斑的尺寸与尺寸阈值相比较，所述尺寸阈值为预设的用于指示达到聚焦状态所需的最大尺寸；
若所述激光光斑的尺寸小于所述尺寸阈值，则判定所述激光光斑的状态为聚焦状态；若所述激光光斑的尺寸不小于所述尺寸阈值，则判定所述激光光斑的状态为失焦状态。
5.根据权利要求2至4任一所述的表面自动跟踪方法，其特征在于，所述高度调节操作，包括：
在所述激光光斑的状态为失焦状态时，识别所述位置图像中激光光斑的形状是否对称，
若对称，则判定所述激光光斑为聚焦过浅状态，控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进下降；
若不对称，则判定所述激光光斑为聚焦过深状态，控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进上升。
6.根据权利要求2至4任一所述的表面自动跟踪方法，其特征在于，所述高度调节操作，包括：
在所述激光光斑的状态为失焦状态时，根据所述位置图像中激光光斑的椭圆形长轴方向与指定方向的夹角大小，判断所述激光光斑为聚焦过浅状态还是聚焦过深状态；
若为聚焦过浅状态，则控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进下降；
若为聚焦过深状态，则控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进上升。
7.根据权利要求1所述的表面自动跟踪方法，其特征在于，所述高度调节操作，包括：
先控制所述激光焦点由当前高度提升预设的第一高度，再控制所述激光焦点按照预设的步距步进下降。
8.一种表面自动跟踪系统，包括用于对激光光束进行聚焦的显微镜头；其特征在于，还包括：图像传感器、驱动器、焦点探测器和调整控制器；
所述图像传感器，用于实时捕获激光光斑于待加工件表面的位置图像；
所述驱动器，用于根据所述调整控制器的控制命令，通过调整所述显微镜头与待加工件表面的相对距离，实现激光焦点相对于待加工件表面的高度调节操作；
所述焦点探测器，用于在初始时刻以及在所述高度调节操作的过程中，根据实时捕获的所述位置图像识别所述激光光斑的状态，若识别为失焦状态则向所述调整控制器发送失焦信号，若识别为聚焦状态则向所述调整控制器发送聚焦信号；
所述调整控制器，用于在初始时刻接收到失焦信号时，按照预设的高度控制算法控制所述驱动器执行所述高度调节操作，直至接收到所述聚焦信号。
9.根据权利要求8所述的表面自动跟踪系统，其特征在于，所述焦点探测器，包括：
平均光强计算模块，用于根据所述位置图像，计算所述待加工件表面的激光照射区域的平均光强，所述激光照射区域至少覆盖所述激光光斑于待加工件表面的形成区域；
光强比较模块，用于将所述平均光强与光强阈值相比较，所述光强阈值为预设的用于指示达到聚焦状态所需的最小光强；若所述平均光强小于所述光强阈值，则判定所述激光光斑的状态为失焦状态；若所述平均光强不小于所述光强阈值，则判定所述激光光斑的状态为聚焦状态。
10.根据权利要求9所述的表面自动跟踪系统，其特征在于，所述平均光强计算模块，在计算所述平均光强时，具体用于：计算所述位置图像中所述激光照射区域的灰度值；对所述灰度值进行转换计算，得到所述平均光强。
11.根据权利要求8所述的表面自动跟踪系统，其特征在于，所述焦点探测器，包括：
光斑大小计算模块，用于计算所述位置图像中激光光斑的尺寸；
光斑大小比较模块，用于将所述激光光斑的尺寸与尺寸阈值相比较，所述尺寸阈值为预设的用于指示达到聚焦状态所需的最大尺寸；若所述激光光斑的尺寸小于所述尺寸阈值，则判定所述激光光斑的状态为聚焦状态；若所述激光光斑的尺寸不小于所述尺寸阈值，则判定所述激光光斑的状态为失焦状态。
12.根据权利要求9至11任一所述的表面自动跟踪系统，其特征在于，所述焦点探测器，还包括聚焦深度识别模块，用于在所述激光光斑为失焦状态时，识别所述位置图像中激光光斑的形状是否对称，若对称则判定所述激光光斑为聚焦过浅状态，否则判定所述激光光斑为聚焦过深状态；
所述调整控制器，在执行所述高度调节操作时，具体用于：若所述激光光斑为聚焦过浅状态，控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进下降；若所述激光光斑为聚焦过深状态，控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进上升。
13.根据权利要求9至11任一所述的表面自动跟踪系统，其特征在于，所述焦点探测器，还包括聚焦深度识别模块，用于在所述激光光斑为失焦状态时，根据所述位置图像中激光光斑的椭圆形长轴方向与指定方向的夹角大小，判断所述激光光斑为聚焦过浅状态还是聚焦过深状态；
所述调整控制器，在执行所述高度调节操作时，具体用于：若所述激光光斑为聚焦过浅状态，控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进下降；若所述激光光斑为聚焦过深状态，控制所述激光焦点按照预设的步距由当前高度步进上升。
14.根据权利要求8所述的表面自动跟踪系统，其特征在于，所述调整控制器，在控制所述驱动器执行所述高度调节操作时，具体用于：
先控制所述激光焦点由当前高度提升预设的第一高度，再控制所述激光焦点按照预设的步距步进下降。
15.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有多条指令，所述指令适于处理器进行加载，以执行权利要求1、2、3、4或7所述的表面自动跟踪方法中的步骤。
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