[發明專利]基于旁軸離線測量的激光精密加工方法

在審

• 申請號: 202110069264.2
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112935562A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 翟順誠;倫寶利;龍潛;張曉世;李捷;李逵
• 申請（專利權）人: 中國科學院云南天文臺;中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;B23K26/70
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 劉妮

本發明公開了一種基于旁軸離線測量的激光精密加工方法，通過相機成像獲得相機與待測物體的世界三維坐標系的一一對應關系得到圖像和世界坐標下的轉換矩陣，利用世界坐標與像素坐標的轉換關系，通過上述轉換矩陣得到待加工物體相對于激光加工平面的相對位置關系，以此跳過每次移動物體后繁瑣的重新匹配加工平面與加工物體的步驟，使用本發明所描述的方法可直接在加工平面上對任意移動后的物體進行精密加工。同時本發明可以實現相機與待加工物體在任意位姿的旁軸擺放，有效避免了同軸加工的繁瑣過程和精度不高等問題，此方法加工精度較高，過程簡單，為激光精密加工領域提供了一種低成本、高效率、較準確的新方法。

技術領域

本發明涉及激光精密加工領域，尤其涉及一種基于旁軸離線測量的激光精密加工方法。

背景技術

在傳統激光精密加工領域，激光加工是對精密物體進行符合需求的精密操作。激光加工系統主要包括用于反射激光的振鏡系統和用于辨別加工位置的CCD圖像采集系統，其中振鏡系統是通過多重反射折射的原理將激光匯集到激光加工操作平臺的待加工位置，而CCD圖像采集系統主要用于獲取待加工物體的圖像信息，便于激光進行準確加工。現有的激光加工技術主要利用同軸方法，其主要操作方式為：先將待加工物體放在激光加工操作平臺上，通過CCD圖像采集系統獲取待加工物體的準確圖像信息，在進行準確測量獲取待加工物體的信息后，將CCD圖像采集系統移開并換成用于激光加工的振鏡系統，通過提前標定好的振鏡系統與CCD圖像采集系統的關系，對待加工物體進行加工操作。

這種同軸加工方式，需要不斷變換振鏡系統與CCD圖像系統依次進行步驟操作，同時要保持待加工物體的位置恒定，若待加工物體位置變換，需要重新獲取CCD圖像系統與振鏡系統的對應關系，過程繁瑣且因為移動過程中存在的誤差，也造成加工精度不高的問題。

目前激光加工領域也由通過旁軸的方法進行加工，其主要通過旁軸相機的相對位置關系與待加工物體的圖像通過圖像變換和仿射變換的方式，兩者進行變換后再進行加工操作，這種方法對于相機鏡頭畸變要求很高，同時需要測量獲得相機的相對位置關系，步驟繁瑣且外界條件對精度影響大，對于精度要求很高的精密元件加工來說，仍存在需要改進的地方。因此，解決這一類的問題顯得尤為重要。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種基于旁軸離線測量的激光精密加工方法，通過相機成像獲得相機與待測物體的世界三維坐標系的一一對應關系得到圖像和世界坐標下的轉換矩陣，利用世界坐標與像素坐標的轉換關系，通過上述轉換矩陣得到待加工物體相對于激光加工平面的相對位置關系，以此跳過每次移動物體后繁瑣的重新匹配加工平面與加工物體的步驟，使用本發明所描述的方法可直接在加工平面上對任意移動后的物體進行精密加工。

為了實現上述技術方案，本發明提供了一種基于旁軸離線測量的激光精密加工方法，包括以下步驟：

步驟一：對拍攝圖片角點亞像素坐標的獲取，用焦距固定的相機對已知尺寸參數的棋盤格標定板進行變換任意位置、姿態的多張拍攝以獲取圖像，把圖像轉化為灰度圖，將上述處理后的灰度圖二值化后通過角點檢測算法判斷是否存在角點，若存在角點，則獲得角點的精確亞像素坐標；

步驟二：對相機設備內參數的獲取，定義對應圖像角點的相應世界坐標，獲得角點的世界坐標和圖像坐標的一一對應關系，選取若干組圖像上角點和對應的世界坐標系上的點，通過標定算法獲得拍攝該組圖片相機設備的內參數和畸變系數；

步驟三：對拍攝該組圖片的相機設備外參數的獲取，保持上述拍攝相機的焦距等內參數不變，在激光加工平面上選擇待加工物體周圍三個不共線的點用激光器打出，相機在任意位置、姿態下拍攝待加工物體獲得圖像，通過多點定位算法得到拍攝的相機設備的外參數；

步驟四：固定已得到內外參數的相機位置，在保持待加工物體成像在相機取景范圍內可任意移動待加工物體，相機重新獲取移動后的圖像，逐像素獲得拍攝圖像上的像素點，通過內外參數計算的轉換矩陣得到激光加工平面與圖像的可視化關系，即可在激光加工平面上對圖像上任意位置進行精密加工操作。