本发明专利技术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，使用本发明专利技术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。同时本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
基于旁轴离线测量的激光精密加工方法
本专利技术涉及激光精密加工领域，尤其涉及一种基于旁轴离线测量的激光精密加工方法。
技术介绍
在传统激光精密加工领域，激光加工是对精密物体进行符合需求的精密操作。激光加工系统主要包括用于反射激光的振镜系统和用于辨别加工位置的CCD图像采集系统，其中振镜系统是通过多重反射折射的原理将激光汇集到激光加工操作平台的待加工位置，而CCD图像采集系统主要用于获取待加工物体的图像信息，便于激光进行准确加工。现有的激光加工技术主要利用同轴方法，其主要操作方式为：先将待加工物体放在激光加工操作平台上，通过CCD图像采集系统获取待加工物体的准确图像信息，在进行准确测量获取待加工物体的信息后，将CCD图像采集系统移开并换成用于激光加工的振镜系统，通过提前标定好的振镜系统与CCD图像采集系统的关系，对待加工物体进行加工操作。这种同轴加工方式，需要不断变换振镜系统与CCD图像系统依次进行步骤操作，同时要保持待加工物体的位置恒定，若待加工物体位置变换，需要重新获取CCD图像系统与振镜系统的对应关系，过程繁琐且因为移动过程中存在的误差，也造成加工精度不高的问题。目前激光加工领域也由通过旁轴的方法进行加工，其主要通过旁轴相机的相对位置关系与待加工物体的图像通过图像变换和仿射变换的方式，两者进行变换后再进行加工操作，这种方法对于相机镜头畸变要求很高，同时需要测量获得相机的相对位置关系，步骤繁琐且外界条件对精度影响大，对于精度要求很高的精密元件加工来说，仍存在需要改进的地方。因此，解决这一类的问题显得尤为重要。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供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，使用本专利技术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。为了实现上述技术方案，本专利技术提供了一种基于旁轴离线测量的激光精密加工方法，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。进一步改进在于，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。进一步改进在于，在所述步骤一中，所述角点检测算法包括以下步骤，对拍摄的且经过灰度化处理后的一组图片，连续取出每一张图片，对每一张图片，执行以下操作：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。进一步改进在于，相机设备外参数获取包括以下步骤，对上述已获得内参数的相机模型，执行以下操作：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。进一步改进在于：所述多点定位算法包括以下步骤，对上述已获得的相机拍摄图像，执行以下操作：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。进一步改进在于：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。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于旁轴离线测量，提出了一种激光精密加工方法，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，使用本专利技术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。同时本专利技术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。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为本专利技术的整体装置结构示意图。图3为本专利技术的待加工物体举例示意图。图4为本专利技术的举例运行效果示意图。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例对本专利技术做进一步详述，本实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。根据图1所示，本实施例提供了一种基于旁轴离线测量的激光精密加工方法，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本文档来自技高网...
【技术保护点】
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：/n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；/n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；/n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；/n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。/n...
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟顺诚，伦宝利，龙潜，张晓世，李捷，李逵，
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，
类型：发明
国别省市：云南;53
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