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适用于激光微加工的自动对焦系统的研究

作　者: 周志远
导　师: 傅星
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 激光微加工自动对焦同轴共焦光路 CCD
分类号: TG665
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 59次
引　用: 3次
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内容摘要

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。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-15
  1.1 激光微加工技术  7-10
    1.1.1 国内外激光微加工技术的研究及应用现状  7-9
    1.1.2 影响激光微加工质量的因素  9-10
  1.2 自动对焦系统  10-14
  1.3 本课题的研究意义与主要内容  14-15
第二章系统总体设计  15-35
  2.1 自动对焦的理论依据  15-29
    2.1.1 显微成像的原理及光学计算  15-19
    2.1.2 图像处理基本原理  19-20
    2.1.3 对焦评价函数  20-24
    2.1.4 对焦搜索策略  24-29
  2.2 自动对焦系统设计  29-35
    2.2.1 自动对焦控制系统  29-30
    2.2.2 激光器  30-32
    2.2.3 光路结构  32-33
    2.2.4 运动执行机构  33-35
第三章控制系统硬件及软件设计  35-59
  3.1 控制系统硬件设计  35-51
    3.1.1 图像采集模块设计  36-45
    3.1.2 图像处理模块设计  45-51
  3.2 控制系统软件设计  51-59
    3.2.1 CPLD程序设计部分  51-55
    3.2.2 MSP430 程序设计部分  55-59
第四章系统实验与分析  59-72
  4.1 实验系统设计  59
  4.2 电路板调试部分  59-61
    4.2.1 CCD标定  60-61
    4.2.2 AD输出标定  61
  4.3 系统实验  61-72
    4.3.1 实验系统的对焦效果评估  62-68
    4.3.2 搜索算法模拟实验  68-70
    4.3.3 应用于激光微加工系统的讨论  70-72
第五章总结与展望  72-74
参考文献  74-77
发表论文和科研情况说明  77-78
致谢  78

适用于激光微加工的自动对焦系统的研究

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