适用于激光微加工的自动对焦系统的研究

论文摘要

随着脉冲激光微加工技术的发展,对于加工精度的要求越来越高,适用于激光微加工的自动对焦系统能够实时跟踪加工工件表面,保证激光光斑质量,对于提高激光加工的效果有着重要的作用。本文设计了一套基于图像处理技术的自动对焦系统。系统主要包括:激光光源,成像光路,成像及控制系统,一维运动平台等几个部分。激光光源采用波长355nm的紫外纳秒脉冲激光器;成像光路选用Navitar公司的内部同轴共焦变焦镜头与复消色差物镜的组合,顺利解决了激光焦面与成像焦面的共焦问题;成像及控制系统中以线阵CCD作为成像器件,可编程逻辑器件CPLD产生驱动的方式采集目标图像,以MSP430单片机配合CPLD输出控制信号控制一维运动平台的纵向动作进行实时对焦。相关的实验表明,本系统可以初步完成自动对焦的任务,具有一定的对焦精度。本论文主要完成的工作如下:1.利用成像光学与图像处理学原理,设计了适用于激光加工的自动对焦系统;2.完成了以CCD,CPLD,MSP430为核心的成像及控制系统设计,制作并调试了硬件电路;3.完成了系统的软件设计及调试,包括成像部分与运动控制部分;4.搭建了自动对焦实验系统,进行了相关实验,对自动对焦系统的对焦精度与搜索算法进行了测试。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 激光微加工技术
• 1.1.1 国内外激光微加工技术的研究及应用现状
• 1.1.2 影响激光微加工质量的因素
• 1.2 自动对焦系统
• 1.3 本课题的研究意义与主要内容
• 第二章 系统总体设计
• 2.1 自动对焦的理论依据
• 2.1.1 显微成像的原理及光学计算
• 2.1.2 图像处理基本原理
• 2.1.3 对焦评价函数
• 2.1.4 对焦搜索策略
• 2.2 自动对焦系统设计
• 2.2.1 自动对焦控制系统
• 2.2.2 激光器
• 2.2.3 光路结构
• 2.2.4 运动执行机构
• 第三章 控制系统硬件及软件设计
• 3.1 控制系统硬件设计
• 3.1.1 图像采集模块设计
• 3.1.2 图像处理模块设计
• 3.2 控制系统软件设计
• 3.2.1 CPLD程序设计部分
• 3.2.2 MSP430 程序设计部分
• 第四章 系统实验与分析
• 4.1 实验系统设计
• 4.2 电路板调试部分
• 4.2.1 CCD标定
• 4.2.2 AD输出标定
• 4.3 系统实验
• 4.3.1 实验系统的对焦效果评估
• 4.3.2 搜索算法模拟实验
• 4.3.3 应用于激光微加工系统的讨论
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢