[发明专利]一种大视场振镜同轴视觉成像装置及方法

说明书

一种大视场振镜同轴视觉成像装置及方法，装置包括光源、场镜、振镜系统、光阑部件、分光镜、摄像镜头、图像传感器和激光器组件，所述光源用于照射待加工工件表面，工件表面反射的成像系统光束依次经场镜、振镜系统、光阑部件和分光镜入射到摄像镜头，并通过图像传感器接收；激光器组件发射的激光光束依次经分光镜、光阑部件、振镜系统、场镜照射至待加工工件表面。本发明可大幅提升振镜同轴视觉幅面，在激光加工中，直接采用振镜同轴视觉完成大样品的视觉定位功能，并克服了激光加工系统中振镜系统温漂造成的定位偏差。

技术领域

本发明振镜同轴视觉成像领域，具体涉及一种大视场振镜同轴视觉成像装置及方法。

背景技术

激光加工已经广泛应用于现代制造中，特别是在精密加工、微加工领域，包括切割、标刻、喷印、钻孔、雕刻、扫描等，随着现代精密制造对激光加工的形位精度、柔性适应性、智能化和效率要求越来越高，所以带有视觉定位及检测的激光加工系统越来越普及，带有视觉定位的激光加工系统一般有俩种方式，一种为旁轴视觉，是机械视觉成像镜头相对于激光加工头侧面放置，视觉系统和激光加工系统相互独立；一种为同轴视觉，是视觉定位系统通过激光加工头光路，共用大部分光路系统，同轴视觉可以克服激光加工系统中聚焦系统漂移造成的定位偏差。但现有的激光同轴定位和检测的视觉幅面均比较小，一般最大兼容1/2英寸的图像传感器，配合F170的场镜图像传感器视觉幅面短边在12mm左右，无法一次性拍摄较大样品，无法完成视觉定位功能，现有一种方法是采用俩个视觉系统，视觉幅面小的系统进行位置补偿，视觉幅面大的系统进行定位(引用专利：CN105598579A，20160525，基于两个同轴进行视觉定位的激光加工装置及方法)，该方案一方面增加了成本以及调试的繁琐，另一方面系统和俩个图像传感器的稳定性以及配合度要求非常高，使用时并不灵活和方便。

发明内容

为解决现有技术中的激光同轴定位和检测的视觉幅面均比较小，一般最大兼容1/2英寸的图像传感器，短边视野只有12mm左右，无法满足现有较大样品的定位和检测的视野需求，本发明提供一种大视场振镜同轴视觉成像装置及方法，本发明的技术方案如下：

作为本发明的第一方面，提供一种大视场振镜同轴视觉成像装置，所述装置包括光源、场镜、振镜系统、光阑部件、分光镜、摄像镜头、图像传感器、激光器组件，所述光源用于照射待加工工件表面，所述待加工工件表面的成像系统光束依次经所述场镜、所述振镜系统、所述光阑部件、所述分光镜入射到摄像镜头，并通过图像传感器接收；所述激光器组件发射的激光光束依次经所述分光镜、所述光阑部件、所述振镜系统、所述场镜聚集至所述待加工工件表面。

进一步地，所述激光器组件包括激光器和激光全反镜，所述激光器发射的激光光束经激光全反镜反射后射入到所述分光镜。

进一步地，成像系统的照明光，其光源的波长是常用照明光源，具体为白光、红光(610nm～650nm)、蓝光(400nm～580nm)、红外光(820nm～960nm)等。

进一步地，激光光束是由激光器发出，激光光束的波长为常用的激光加工波长，具体为266nm、355nm、450nm、532nm、850nm、950nm或1064nm等。

作为本发明的另一方面，提供一种大视场振镜同轴视觉成像方法，所述方法包括：

待加工工件表面反射的成像系统光束依次经场镜、振镜系统、光阑部件、分光镜入射到摄像镜头，并通过图像传感器接收；

激光器发射的激光光束依次经过激光全反镜、分光镜和光阑部件到达振镜系统内，并通过场镜聚焦到待加工工件表面上。

进一步地，所述图像传感器为二维面阵CCD或者COMS图像传感器，或者为一维的线阵CCD或者COMS图像传感器，再或者为可接收和处理图像信息的其他图像传感器；

进一步地，所述摄像镜头的镜头焦距在30mm～200mm之间，摄像镜头的光阑在摄像镜头的外部，同时摄像镜头在不同的视场角的聚焦光斑的RMS应小于1.2倍的艾利光斑。