[发明专利]一种基于TwinCAT Vision的二维镜架光路自动准直系统及方法

说明书

本发明涉及一种光路准直系统及方法，具体涉及一种基于TwinCAT Vision的二维镜架光路自动准直系统及方法，用于解决现有技术所存在的模块耦合性差、收敛速度慢的不足之处。该基于TwinCAT Vision的二维镜架光路自动准直系统，包括二维镜架、CMOS相机C1、CMOS相机C2、准直透镜L1、准直透镜L2以及TwinCAT控制系统，所述二维镜架包括反射镜M1和反射镜M2，以及对反射镜M1和反射镜M2进行姿态调整的两个步进电机。同时，本发明还提供一种基于TwinCAT Vision的二维镜架光路自动准直方法，该方法首先利用系数矩阵计算控制步进电机逼近目标坐标，再通过模糊控制规则逼近目标坐标，整个准直过程可在1秒内完成。

技术领域

本发明涉及一种光路准直系统及方法，具体涉及一种基于TwinCAT Vision的二维镜架光路自动准直系统及方法。

背景技术

在惯性约束聚变(ICF)中，诊断测量设备成为评价测量物理参数的重要组成部分，快速准确地将靶室光束准直到测量系统成为影响装置高效运行的重要因素。在神光III主机装置的基础上，随着光路长度和数量的增加，设备的数量和系统复杂性也成倍增加，所以对远程化、自动化和规模化标准提出了更高的要求。通过自动准直系统，可在装调和维护过程中快速将靶室光束准直到探测系统，但是结构蠕变、机械振动以及现场温湿度、空气扰动等环境因素造成的的光束漂移对快速高效地准直光路带来了挑战，并成为提高装置运行效率的关键因素。

传统的准直系统采用图像采集卡进行A/D转换，或采用数字相机通过非实时通讯方式连接至上位机，或采用FPGA+DSP进行视觉与运动控制开发，然而，这些方案模块耦合度差，开发周期长，无法满足大规模集群控制，仅适用于小型控制系统。

中国专利CN109542145B公开了一种高功率激光装置的光路自动准直方法，包括二维功率谱密度图像、边缘提取、最小二乘椭圆拟合等，工作时，该装置仅用一个CCD通过近远场闭环控制调整电动镜架就能完成自动准直，虽然对于大规模激光装置而言有着十分可观的经济价值，但仍存在模块耦合性差、收敛速度慢的不足之处。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术所存在的模块耦合性差、收敛速度慢的不足之处，而提供一种基于TwinCAT Vision的二维镜架光路自动准直系统及方法。

为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：

一种基于TwinCAT Vision的二维镜架光路自动准直系统，其特殊之处在于：包括二维镜架、CMOS相机C1、CMOS相机C2、准直透镜L1、准直透镜L2以及TwinCAT控制系统，所述二维镜架包括反射镜M1和反射镜M2，以及对反射镜M1和反射镜M2进行姿态调整的两个步进电机；

所述准直透镜L1、准直透镜L2依次位于反射镜M1和反射镜M2所形成的反射光路上，所述CMOS相机C1、CMOS相机C2分别用于获取准直透镜L1、准直透镜L2上的光束图像；

所述TwinCAT控制系统包括TwinCAT Vision模块、TwinCAT Motion模块、Matlab/Simulink模块以及PLC；所述TwinCAT Vision模块与CMOS相机C1、CMOS相机C2通过GigE千兆网实现通讯；所述TwinCAT Motion模块通过EtherCAT现场总线与步进电机实现通讯，实现对反射镜M1和反射镜M2的调节；所述TwinCAT Vision模块和Matlab/Simulink模块以tmc接口生成TcCOM模型来与TwinCAT控制系统进行内部通讯；

所述PLC集成有所述TwinCAT Vision模块，通过TwinCAT Vision模块对CMOS相机C1、CMOS相机C2所获取的两幅光束图像进行图像处理，从而分别获得对应的光束中心坐标；

所述Matlab/Simulink模块用于根据获取到的光束中心坐标执行算法，得到所述步进电机移动量；