[發(fā)明專利]一種基于TwinCAT Vision的二維鏡架光路自動準(zhǔn)直系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113433711B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高煒;王維;韋明智;閆亞東;何俊華;李奇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G02B27/30
• 分類號: G02B27/30;G02B27/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本發(fā)明涉及一種光路準(zhǔn)直系統(tǒng)及方法，具體涉及一種基于TwinCAT Vision的二維鏡架光路自動準(zhǔn)直系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的模塊耦合性差、收斂速度慢的不足之處。該基于TwinCAT Vision的二維鏡架光路自動準(zhǔn)直系統(tǒng)，包括二維鏡架、CMOS相機(jī)C1、CMOS相機(jī)C2、準(zhǔn)直透鏡L1、準(zhǔn)直透鏡L2以及TwinCAT控制系統(tǒng)，所述二維鏡架包括反射鏡M1和反射鏡M2，以及對反射鏡M1和反射鏡M2進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整的兩個步進(jìn)電機(jī)。同時，本發(fā)明還提供一種基于TwinCAT Vision的二維鏡架光路自動準(zhǔn)直方法，該方法首先利用系數(shù)矩陣計(jì)算控制步進(jìn)電機(jī)逼近目標(biāo)坐標(biāo)，再通過模糊控制規(guī)則逼近目標(biāo)坐標(biāo)，整個準(zhǔn)直過程可在1秒內(nèi)完成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光路準(zhǔn)直系統(tǒng)及方法，具體涉及一種基于TwinCAT Vision的二維鏡架光路自動準(zhǔn)直系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在慣性約束聚變(ICF)中，診斷測量設(shè)備成為評價測量物理參數(shù)的重要組成部分，快速準(zhǔn)確地將靶室光束準(zhǔn)直到測量系統(tǒng)成為影響裝置高效運(yùn)行的重要因素。在神光III主機(jī)裝置的基礎(chǔ)上，隨著光路長度和數(shù)量的增加，設(shè)備的數(shù)量和系統(tǒng)復(fù)雜性也成倍增加，所以對遠(yuǎn)程化、自動化和規(guī)模化標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求。通過自動準(zhǔn)直系統(tǒng)，可在裝調(diào)和維護(hù)過程中快速將靶室光束準(zhǔn)直到探測系統(tǒng)，但是結(jié)構(gòu)蠕變、機(jī)械振動以及現(xiàn)場溫濕度、空氣擾動等環(huán)境因素造成的的光束漂移對快速高效地準(zhǔn)直光路帶來了挑戰(zhàn)，并成為提高裝置運(yùn)行效率的關(guān)鍵因素。

傳統(tǒng)的準(zhǔn)直系統(tǒng)采用圖像采集卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，或采用數(shù)字相機(jī)通過非實(shí)時通訊方式連接至上位機(jī)，或采用FPGA+DSP進(jìn)行視覺與運(yùn)動控制開發(fā)，然而，這些方案模塊耦合度差，開發(fā)周期長，無法滿足大規(guī)模集群控制，僅適用于小型控制系統(tǒng)。

中國專利CN109542145B公開了一種高功率激光裝置的光路自動準(zhǔn)直方法，包括二維功率譜密度圖像、邊緣提取、最小二乘橢圓擬合等，工作時，該裝置僅用一個CCD通過近遠(yuǎn)場閉環(huán)控制調(diào)整電動鏡架就能完成自動準(zhǔn)直，雖然對于大規(guī)模激光裝置而言有著十分可觀的經(jīng)濟(jì)價值，但仍存在模塊耦合性差、收斂速度慢的不足之處。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的模塊耦合性差、收斂速度慢的不足之處，而提供一種基于TwinCAT Vision的二維鏡架光路自動準(zhǔn)直系統(tǒng)及方法。

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了如下技術(shù)解決方案：

一種基于TwinCAT Vision的二維鏡架光路自動準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括二維鏡架、CMOS相機(jī)C1、CMOS相機(jī)C2、準(zhǔn)直透鏡L1、準(zhǔn)直透鏡L2以及TwinCAT控制系統(tǒng)，所述二維鏡架包括反射鏡M1和反射鏡M2，以及對反射鏡M1和反射鏡M2進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整的兩個步進(jìn)電機(jī)；

所述準(zhǔn)直透鏡L1、準(zhǔn)直透鏡L2依次位于反射鏡M1和反射鏡M2所形成的反射光路上，所述CMOS相機(jī)C1、CMOS相機(jī)C2分別用于獲取準(zhǔn)直透鏡L1、準(zhǔn)直透鏡L2上的光束圖像；

所述TwinCAT控制系統(tǒng)包括TwinCAT Vision模塊、TwinCAT Motion模塊、Matlab/Simulink模塊以及PLC；所述TwinCAT Vision模塊與CMOS相機(jī)C1、CMOS相機(jī)C2通過GigE千兆網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通訊；所述TwinCAT Motion模塊通過EtherCAT現(xiàn)場總線與步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，實(shí)現(xiàn)對反射鏡M1和反射鏡M2的調(diào)節(jié)；所述TwinCAT Vision模塊和Matlab/Simulink模塊以tmc接口生成TcCOM模型來與TwinCAT控制系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部通訊；

所述PLC集成有所述TwinCAT Vision模塊，通過TwinCAT Vision模塊對CMOS相機(jī)C1、CMOS相機(jī)C2所獲取的兩幅光束圖像進(jìn)行圖像處理，從而分別獲得對應(yīng)的光束中心坐標(biāo)；

所述Matlab/Simulink模塊用于根據(jù)獲取到的光束中心坐標(biāo)執(zhí)行算法，得到所述步進(jìn)電機(jī)移動量；