| 基于旁轴离线测量的激光精密加工方法 |
| 翟顺诚 ; 伦宝利; 龙潜; 张晓世; 李捷; 李逵
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| 申请（专利权）人 | 中国科学院云南天文台
; 中国科学院空天信息创新研究院
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| 专利号 | ZL202110069264.2
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| 申请号 | CN202110069264.2
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| 2021-06-11
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| 申请日期 | 2021-01-19
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| 公开（公告）号 | CN112935562A
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| 公开日期 | 2021-06-11
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| IPC 分类号 | B23K26/362
; B23K26/70
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| CPC分类号 | B23K26/362
; B23K26/702
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| 授权国家 | 中国
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| 专利类型 | 发明
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| 专利状态 | 公开
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| 学科领域 | 工程与技术科学基础学科
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| 产权排序 | 1
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| 摘要 | 本发明公开了一种基于旁轴离线测量的激光精密加工方法，通过相机成像获得相机与待测物体的世界三维坐标系的一一对应关系得到图像和世界坐标下的转换矩阵，利用世界坐标与像素坐标的转换关系，通过上述转换矩阵得到待加工物体相对于激光加工平面的相对位置关系，以此跳过每次移动物体后繁琐的重新匹配加工平面与加工物体的步骤，使用本发明所描述的方法可直接在加工平面上对任意移动后的物体进行精密加工。同时本发明可以实现相机与待加工物体在任意位姿的旁轴摆放，有效避免了同轴加工的繁琐过程和精度不高等问题，此方法加工精度较高，过程简单，为激光精密加工领域提供了一种低成本、高效率、较准确的新方法。 |
| 主权项 | 1.一种基于旁轴离线测量的激光精密加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对拍摄图片角点亚像素坐标的获取，用焦距固定的相机对已知尺寸参数的棋盘格标定板进行变换任意位置、姿态的多张拍摄以获取图像，把图像转化为灰度图，将上述处理后的灰度图二值化后通过角点检测算法判断是否存在角点，若存在角点，则获得角点的精确亚像素坐标；
步骤二：对相机设备内参数的获取，定义对应图像角点的相应世界坐标，获得角点的世界坐标和图像坐标的一一对应关系，选取若干组图像上角点和对应的世界坐标系上的点，通过标定算法获得拍摄该组图片相机设备的内参数和畸变系数；
步骤三：对拍摄该组图片的相机设备外参数的获取，保持上述拍摄相机的焦距等内参数不变，在激光加工平面上选择待加工物体周围三个不共线的点用激光器打出，相机在任意位置、姿态下拍摄待加工物体获得图像，通过多点定位算法得到拍摄的相机设备的外参数；
步骤四：固定已得到内外参数的相机位置，在保持待加工物体成像在相机取景范围内可任意移动待加工物体，相机重新获取移动后的图像，逐像素获得拍摄图像上的像素点，通过内外参数计算的转换矩阵得到激光加工平面与图像的可视化关系，即可在激光加工平面上对图像上任意位置进行精密加工操作。
2.根据权利要求1所述的基于旁轴离线测量的激光精密加工方法，其特征在于，在所述步骤一中，图像的灰度图是把图像的灰度值设置为0至255，255代表全白，0代表全黑；把白色与黑色之间按对数关系分为若干等阶，灰度分为256阶。
3.根据权利要求1所述的基于旁轴离线测量的激光精密加工方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述角点检测算法包括以下步骤：
步骤一：对图像进行预处理，对图像进行二值化，把灰度图转化为二值图；
步骤二：寻找每个方格的相邻方格，并记相邻方格的个数，对所有相邻方格分类，分类的原则是类内所有的方格是相邻的；
步骤三：根据已知角点个数，判别每个类中方格是否为所求的棋盘方格，确认方格位置和个数是否正确，若正确则提取所求棋盘方格所有任意两个方格的连接点，即为所求角点，获得所有角点精确亚像素坐标；若不正确，则棋盘角点检测失败。
4.根据权利要求1所述的基于旁轴离线测量的激光精密加工方法，其特征在于，相机设备外参数获取包括以下步骤：保持相机焦距等内参数不变，将待加工物体放在激光加工操作台上，在激光加工平面上选择待加工物体周围不共线三点，用激光器打出，相机在激光器加工平台旁轴任意位置、姿态下拍摄包含待加工物体和上述用激光器打出的不共线三点的图像，通过多点定位算法获得拍摄相机此时的外参数。
5.根据权利要求1或4所述的基于旁轴离线测量的激光精密加工方法，其特征在于：所述多点定位算法包括以下步骤：
步骤一：输入激光加工平面上选择的待加工物体周围三点的激光加工平面坐标；
步骤二：输入上述激光器打出的激光加工平面上三点的对应世界坐标；
步骤三：通过余弦定理，再利用点云配准方法可以得到此时拍摄的相机系统图像坐标系相对于世界坐标系的平移和旋转矩阵。
6.根据权利要求1所述的基于旁轴离线测量的激光精密加工方法，其特征在于：将待加工物体移动后重新拍摄的图像，通过逐像素检索的方式，获得拍摄图像上所有像素点的矩阵表示形式，通过内外参数得到的变换矩阵与所有像素点进行计算得到变换后的新像素点矩阵坐标，用可视化方法将所有坐标重新映射在另一平面上，将此时得到的可视化后的图像按刻度放在激光加工平面上，即可得到激光加工平面相对于待加工物体的对应关系，并进行激光的精密加工。 |
| 语种 | 中文
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| 专利代理人 | 刘妮
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| 代理机构 | 北京众合诚成知识产权代理有限公司 11246
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| 文献类型 | 专利
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| 条目标识符 | http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/24409
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| 专题 | 南方基地
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| 作者单位 | 中国科学院云南天文台, 云南省昆明市官渡区羊方旺396号;
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推荐引用方式
GB/T 7714 |
翟顺诚,伦宝利,龙潜,等. 基于旁轴离线测量的激光精密加工方法. ZL202110069264.2[P]. 2021-06-11.
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文件名：
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CN112935562A - 基于旁轴离线测量的激光精密加工方法.PDF
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格式：
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Adobe PDF
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