本发明专利技术涉及光纤加工技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的装置及方法，包括激光光源、位移台、观察背板，以及视觉相机一和视觉相机二中的至少一个；激光光源的激光光束照射在位移台的光纤上，激发荧光，并透过光纤的纤芯照射在观察背板上产生荧光光斑；视觉相机一获取观察背板上的荧光光斑与标准荧光光斑位置的偏差，位移台根据视觉相机一获取的偏差数据调整光纤位置；视觉相机二获取光纤激发产生的荧光，并根据荧光亮度来判断激光线斑焦点是否落在光纤上，位移台根据视觉相机二获取的荧光亮度信息调整光纤位置。本发明专利技术采用了视觉识别自动对齐方式，效率提高，一致性得到极大改善。性得到极大改善。性得到极大改善。
【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的装置及方法
[0001]本专利技术涉及光纤加工
，尤其涉及一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的装置及方法。
技术介绍
[0002]光纤光栅是光纤激光器内的核心器件之一。目前行业内常用的生产工艺是使用248nm紫外激光经过柱面镜聚焦成一条线斑照射在光纤纤芯去改变纤芯的折射率，形成沿光纤轴线方向周期性变化的折射率，即在光纤纤芯上刻写光栅。但激光刻写光栅的生产过程中有一个很大的痛点是如何保证微米级大小激光焦点完全对齐到直径仅20微米的纤芯。
[0003]目前行业内普遍采用人眼观察激光透过纤芯后在纤芯背后形成的光斑的位置来判断是否对齐，但每根光纤装夹后都有几十微米的位置差别，因此每根光纤都要人工调整，这是导致整个生产流程自动化水平低，光栅产品一致性差的重要因素。
[0004]行业内之前有一些技术方案尝试过去解决这个难点，但效果并不理想：比如技术方案A，采用相机直接观察光纤的位置，然后每次上下料新的光纤后，自动让光纤调整到同一位置，但该技术方案只能保证光纤十几微米级的位置重复性，而且无法观察到紫外激光焦点的位置，即无法判断两者是否对齐。为此，我们提出一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的装置及方法。
技术实现思路
[0005]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的装置及方法，采用了视觉识别自动对齐方式，效率提高，一致性得到极大改善，解决了现有技术无法判断光纤是否对齐的问题。
[0006]本专利技术提供如下技术方案：一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的装置及方法，包括激光光源、位移台、观察背板，以及视觉相机一和视觉相机二中的至少一个；
[0007]所述激光光源的激光光束照射在位移台的光纤上，激发荧光，并透过光纤的纤芯照射在观察背板上产生荧光光斑；
[0008]所述视觉相机一用于获取观察背板上的荧光光斑与标准荧光光斑位置的偏差，所述位移台用于根据视觉相机一获取的偏差数据调整光纤位置；
[0009]所述视觉相机二用于直接获取光纤激发产生的荧光，并根据荧光亮度来判断激光线斑焦点是否落在光纤上，所述位移台根据视觉相机二获取的荧光亮度信息调整光纤位置。
[0010]优选的，所述激光光源包括紫外激光束、柱面镜和掩模板，所述紫外激光束经过柱面镜后被聚焦压缩成一个线斑，中间经过掩模板，照射在光纤的纤芯上。
[0011]优选的，所述观察背板上标准荧光光斑位置是位于光纤正下方的光纤阴影位置。
[0012]优选的，所述观察背板上设置有白纸，紫外激光束照射在白纸上产生蓝色波段的可见荧光。
[0013]优选的，所述视觉相机一获取观察背板上的荧光光斑与标准荧光光斑位置的偏差过程如下：
[0014]使用光学黑白棋格板进行标定后得到相机图片中单个像素对应0.3微米的实际距离；
[0015]拍下荧光光斑位置和光纤阴影位置的图像，然后将彩色图像转为灰度图片；
[0016]在灰度图中选取三个感兴趣区域，区域A贯穿整个X方向，用来寻找荧光光斑位置，区域B用来定位光纤阴影位置的上边界，区域C用来定位光纤阴影区域位置的下边界；
[0017]将感兴趣区域A灰度值进行二值化处理，保留高亮度的像素点得到荧光光斑的位置，进一步找到荧光光斑最亮的区域中心点；
[0018]在区域B和区域C内找到轮廓线，并截取对应的光纤阴影的边界线，然后算出光纤阴影的最暗区域中心点；
[0019]移动光纤两端的两轴位移台带动光纤运动，即带动荧光光斑运动，并在运动过程中实时视觉检测，直到两个中心点重合，即实现激光焦点和光纤纤芯在XY平面上的对齐。
[0020]优选的，所述视觉相机二根据荧光亮度来判断激光线斑焦点是否落在光纤上的具体过程如下：
[0021]视觉相机二拍摄光纤在YZ平面内的图片，光纤内荧光在图片中呈蓝色条状；
[0022]将图片中蓝色通道单独提取出来再转化为灰度图；
[0023]进行二值化处理，设置感兴趣区域D和感兴趣区域F，找到荧光的上下边界；
[0024]将边界上的点进行线段拟合，然后计算上下线段的间距，即荧光的上下宽度；
[0025]处理后的图片中荧光的Z方向宽度大小与激光线斑的对齐度成正比；
[0026]通过位移台的Z方向移动，找到荧光宽度最大的位置，实现光纤在YZ平面内与激光光斑的对齐。
[0027]一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的方法，包括如下步骤：通过视觉相机获取光纤的位置偏移量，并通过位移台调整光纤位置；所述视觉相机包括视觉相机一和视觉相机二中的至少一个；
[0028]所述视觉相机一获取观察背板上的荧光光斑与标准荧光光斑位置的偏差，所述荧光光斑是由激光光源的激光光束照射在位移台的光纤上，透过光纤的纤芯照射在观察背板上产生的；
[0029]所述视觉相机二根据荧光亮度来判断激光线斑焦点是否落在光纤上，所述荧光是由激光光源的激光光束照射在位移台的光纤上激发产生的。
[0030]优选的，所述视觉相机一获取观察背板上的荧光光斑与标准荧光光斑位置的偏差过程如下：
[0031]使用光学黑白棋格板进行标定后得到相机图片中单个像素对应0.3微米的实际距离；
[0032]拍下荧光光斑位置和光纤阴影位置的图像，然后将彩色图像转为灰度图片；
[0033]在灰度图中选取三个感兴趣区域，区域A贯穿整个X方向，用来寻找荧光光斑位置，区域B用来定位光纤阴影位置的上边界，区域C用来定位光纤阴影区域位置的下边界；
[0034]将感兴趣区域A灰度值进行二值化处理，保留高亮度的像素点得到荧光光斑的位置，进一步找到荧光光斑最亮的区域中心点；
[0035]在区域B和区域C内找到轮廓线，并截取对应的光纤阴影的边界线，然后算出光纤阴影的最暗区域中心点；
[0036]移动光纤两端的两轴位移台带动光纤运动，即带动荧光光斑运动，并在运动过程中实时视觉检测，直到两个中心点重合，即实现激光焦点和光纤纤芯在XY平面上的对齐。
[0037]优选的，所述视觉相机二根据荧光亮度来判断激光线斑焦点是否落在光纤上的具体过程如下：
[0038]视觉相机二拍摄光纤在YZ平面内的图片，光纤内荧光在图片中呈蓝色条状；
[0039]将图片中蓝色通道单独提取出来再转化为灰度图；
[0040]进行二值化处理，设置感兴趣区域D和感兴趣区域F，找到荧光的上下边界；
[0041]将边界上的点进行线段拟合，然后计算上下线段的间距，即荧光的上下宽度；
[0042]处理后的图片中荧光的Z方向宽度大小与激光线斑的对齐度成正比；
[0043]通过位移台的Z方向移动，找到荧光宽度最大的位置，实现光纤在YZ平面内与激光光斑的对齐。
[0044]本专利技术提供了一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的装置及方法，采用机器视觉的方法，从两个方向同时观察，可以实现纤芯与激光焦点高精度的对齐。采用机器视觉通过观察背板上的荧光实现本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的装置，其特征在于：包括激光光源、位移台(10)、观察背板(8)，以及视觉相机一(1)和视觉相机二(2)中的至少一个；所述激光光源的激光光束照射在位移台(10)的光纤(6)上，激发荧光，并透过光纤(6)的纤芯照射在观察背板(8)上产生荧光光斑；所述视觉相机一(1)用于获取观察背板(8)上的荧光光斑与标准荧光光斑位置的偏差，所述位移台(10)用于根据视觉相机一(1)获取的偏差数据调整光纤(6)位置；所述视觉相机二(2)用于直接获取光纤(6)激发产生的荧光，并根据荧光亮度来判断激光线斑焦点是否落在光纤(6)上，所述位移台(10)根据视觉相机二(2)获取的荧光亮度信息调整光纤(6)位置。2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的装置，其特征在于：所述激光光源包括紫外激光束(3)、柱面镜(4)和掩模板(5)，所述紫外激光束(3)经过柱面镜(4)后被聚焦压缩成一个线斑，中间经过掩模板(5)，照射在光纤(6)的纤芯上。3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的装置，其特征在于：所述观察背板(8)上标准荧光光斑位置是位于光纤(6)正下方的光纤阴影位置(9)。4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的装置，其特征在于：所述观察背板(8)上设置有白纸，紫外激光束(3)照射在白纸上产生蓝色波段的可见荧光。5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的，其特征在于：所述视觉相机一(1)获取观察背板(8)上的荧光光斑与标准荧光光斑位置的偏差过程如下：使用光学黑白棋格板进行标定后得到相机图片中单个像素对应0.3微米的实际距离；拍下荧光光斑位置(11)和光纤阴影位置(9)的图像，然后将彩色图像转为灰度图片；在灰度图中选取三个感兴趣区域，区域A贯穿整个X方向，用来寻找荧光光斑位置(11)，区域B用来定位光纤阴影位置(9)的上边界，区域C用来定位光纤阴影区域位置的下边界；将感兴趣区域A灰度值进行二值化处理，保留高亮度的像素点得到荧光光斑的位置，进一步找到荧光光斑最亮的区域中心点；在区域B和区域C内找到轮廓线，并截取对应的光纤阴影的边界线，然后算出光纤阴影的最暗区域中心点；移动光纤(6)两端的两轴位移台带动光纤(6)运动，即带动荧光光斑运动，并在运动过程中实时视觉检测，直到两个中心点重合，即实现激光焦点和光纤纤芯在XY平面上的对齐。6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉自动对齐光纤光栅的，其特征在于：所述视觉相机二(2)根据荧光亮度来判断激光线斑焦点是否落在光纤(6)上的具体过程如下：视觉相机二(2)拍摄光纤(6)在Y...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘铂，徐祖应，覃璐曼，黄晶，宋立，卢博闻，陈嘉轩，
申请(专利权)人：长飞光坊武汉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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