[发明专利]具有自动检测球体最高点位置的激光打孔设备及打孔方法

权利要求书

1.一种具有自动检测球体最高点位置的激光打孔设备，包括：打孔机，其特征是：高分辨同轴CCD传感器、图像采集卡构成自动检测系统，所述的自动检测系统连接计算机，所述的计算机装有高精度运动控制卡，所述的高精度运动控制卡连接所述的打孔机的步进电机，所述的计算机装有图像处理软件，通过自动检测系统迅速精确的聚焦球体的最高点位置。

2.根据权利要求1所述的具有自动检测球体最高点位置的激光打孔设备，其特征是：所述的 CCD传感器光源与激光束光路与的光路同轴，并且所述的CCD传感器支架应保证其轴线方向与载物台平面垂直，所述的CCD传感器与所述的图像采集卡之间采用USB接口进行连接，所述的图像采集卡和所述的高精度运动控制卡则直接插入计算机的PCI插槽中，保证检测结果使得采用图像处理得到的球体最高点位置即为激光束聚焦位置。

3.一种利用权利要求1或2所述的设备进行自动检测球体最高点位置实现激光打孔方法，其特征是：所述的通过高分辨率同轴CCD传感器的准确识别、图像采集卡的模数转换、计算机图像处理软件的滤波处理及图像增强处理、高精度运动控制系统控制打孔机，实现打孔。

4.根据权利要求3所述的设备进行自动检测球体最高点位置实现激光打孔方法，其特征是：所述的通过高分辨率同轴CCD传感器的准确识别，是指手动调整运动控制卡，将被测物体置于CCD传感器的视场范围内，对被测物体进行照射，利用反射光透过物镜与CCD感光部位成像，并使球体二维图像最清晰。

5.根据权利要求3或4自动检测球体最高点位置实现激光打孔方法，其特征是：所述的计算机图像处理软件的滤波处理及图像增强处理是将图像数据通过图像采集卡送入计算机，对二维图像边缘进行边缘点的采集；利用采集的边缘点，根据曲线拟合，拟合被测球体的二维图像边缘；根据所拟合的二维图像边缘求取图像的圆心位置，确定球体二维图像的圆心位置，采用所述的曲线拟合最终确定球体的最高点位置，以控制拟合误差，使得到的球体最高点位置更加精确。

6.根据权利要求3或4自动检测球体最高点位置实现激光打孔方法，其特征是：所述的高精度运动控制系统控制打孔机，实现打孔，是指在控制载物台时，使在X/Y平面到达已经确定的圆心位置；建立针对该被测球体最高点位置的自动聚焦评价函数；控制载物台沿Z轴的聚焦评价函数值增大的方向进行变步长移动，即：开始搜索采用大步长的搜索，逐步减小步长大小进行搜索，连续获得相应位置图像数据，计算相应位置聚焦评价函数的值，直到聚焦评价函数值出现第一次减小为止；采用变步长的搜索方法，有效的减小搜索的时间，控制载物台反向运动，重复以上的搜索过程；取聚焦评价函数值达到最大的位置及其附近的5个位置，利用这些位置进行曲线拟合，根据所得曲线得出聚焦评价函数值最大的位置，将其作为最后的确定的球体最高点位置，从而迅速的确定球体最高点位置。

7.根据权利要求3或4所述的设备进行自动检测球体最高点位置实现激光打孔方法，其特征是：所述的高精度运动控制系统控制打孔机，实现打孔的方法是通过PC机发出触发信号控制运动控制卡X/Y方向，步进电机驱动载物台准确的到达指定的圆心位置；在圆心位置控制载物台Z方向的运动，即给一个步长使得CCD传感器大致聚焦于球体最高点附近，选择相应的聚焦评价函数，沿聚焦评价函数值变大的方向搜索，直到出现聚焦评价函数值减小的情况，在所有的步长都要记录相应的载物台的位置，采用曲线拟合的方式获得载物台Z向位置与聚焦评价函数值之间的曲线，求取曲线的极大点位置则为聚焦点位置，完成聚焦；控制激光器，在聚焦位置进行精确打孔。

8.根据权利要求3或4所述的设备进行自动检测球体最高点位置实现激光打孔方法，其特征是：所述的计算机图像处理软件的滤波处理及图像增强处理是通过PCI接口，将数字图像送入PC机，利用图像处理软件先对图像进行滤波处理、图像增强处理，提高图像与背景之间的对比度；对图像处理后的图像进行智能边缘提取，利用边缘提取的采集点进行曲线拟合，准确的得出球体二维图像的圆心位置。