技术特征：
1.一种用于检测激光光束质量的方法，包括如下步骤：a)采集激光光束的截面光斑图像，并对该采集的截面光斑图像进行预处理以得到光斑区域轮廓；b)根据所得到的光斑区域轮廓拟合椭圆；以及c)基于所拟合的椭圆计算光束指标。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)包括：基于所述光斑区域轮廓，通过椭圆拟合算法计算出拟合椭圆的长轴和短轴的大小并确定所述拟合椭圆的中心位置。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)包括：基于所述光斑区域轮廓，通过椭圆拟合算法计算出拟合椭圆的长轴和短轴的大小；以及通过圆拟合算法确定所述光斑区域轮廓的中心位置，以作为所述拟合椭圆的中心位置。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤c)包括：基于所拟合椭圆的长轴和短轴的大小，计算所述光斑区域轮廓的椭圆率。5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法实时地多次执行所述步骤a)～步骤c)，并在所述步骤c)中：记录各次所拟合椭圆的中心位置；以及确定包含所有各次所拟合椭圆的中心位置的最小外接圆。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤c)进一步包括：统计所述最小外接圆的圆心的轨迹。7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括改变所述激光光束的焦点位置至少一次，并且在每次改变所述焦点位置之后重复执行所述步骤a)～步骤c)，其中在所述步骤c)中：记录各次所拟合椭圆的中心位置；基于所述各次所拟合椭圆的中心位置拟合出中心连线；以及计算所述中心连线与z轴方向的夹角，以得到光束倾斜角，所述z轴垂直于所述激光光束要加工的表面。8.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括改变所述激光光束的焦点位置至少一次，并且在每次改变所述焦点位置之后重复执行所述步骤a)～步骤c)，其中在所述步骤c)中：根据所拟合椭圆计算出椭圆旋转角度，该椭圆旋转角度为所拟合椭圆逆时针方向中心旋转到水平位置的角度；通过将所述光斑区域轮廓逆时针方向中心旋转所述椭圆旋转角度，将所述光斑区域轮廓以及所拟合椭圆校正到水平位置；基于各次所拟合椭圆的长轴顶点得到拟合长轴双曲线，并基于各次所拟合椭圆的短轴顶点得到拟合短轴双曲线；以及计算所述拟合长轴双曲线的两条渐近线之间的夹角以得到长轴方向上的光束发散角，并计算所述拟合短轴双曲线的两条渐近线之间的夹角以得到短轴方向上的光束发散角。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤c)进一步包括：选取与各次所拟合椭圆中任意一个对应的校正到水平位置的光斑区域轮廓，通过能量法分别计算出在该光斑区域轮廓的水平方向上的光斑宽度和在该光斑区域轮廓的竖直方向上的光斑高度；以及基于所述长轴方向上的光束发散角和所述光斑宽度计算长轴方向bpp，同时基于所述短轴方向上的光束发散角和所述光斑高度计算短轴方向bpp。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述计算光斑宽度和光斑高度的步骤包括：以所拟合椭圆的中心位置为起点，沿所述光斑区域轮廓的水平方向左右扩展，并统计该扩展范围内的像素灰度值，直到该像素灰度值达到预定值，将该扩展范围确定为所述光斑区域轮廓的光斑宽度；以及以所拟合椭圆的中心位置为起点，沿所述光斑区域轮廓的竖直方向上下扩展，并统计该扩展范围内的像素灰度值，直到该像素灰度值达到预定值，将该扩展范围确定为所述光斑区域轮廓的光斑高度。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述计算光斑宽度和光斑高度的步骤之前，圆拟合所述光斑区域轮廓得到圆心位置，并将该圆心位置作为所拟合椭圆的中心位置。12.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述预处理包括进行轮廓查找和轮廓筛选，以得到对应光斑区域轮廓的图像。13.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述预处理包括进行形态学操作。14.一种用于检测激光光束质量的系统，包括：成像装置，配置为采集激光光束的截面光斑图像；图像处理装置，配置为：对所采集的截面光斑图像进行预处理以得到光斑区域轮廓；和根据所得到的光斑区域轮廓拟合椭圆；以及计算装置，配置为基于所拟合的椭圆计算光束指标。15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述图像处理装置被进一步配置为：基于所述光斑区域轮廓，通过椭圆拟合算法计算出拟合椭圆的长轴和短轴的大小并确定所述拟合椭圆的中心位置。16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述图像处理装置被进一步配置为：基于所述光斑区域轮廓，通过椭圆拟合算法计算出拟合椭圆的长轴和短轴的大小；以及通过圆拟合算法确定所述光斑区域轮廓的中心位置，以作为所述拟合椭圆的中心位置。17.如权利要求14至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述计算装置被进一步配置为：基于所拟合椭圆的长轴和短轴的大小，计算所述光斑区域轮廓的椭圆率。18.如权利要求14至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述成像装置实时地多次采集激光光束的截面光斑图像，且所述图像处理装置实时地对所采集的截面光斑图像进行预处理以得到光斑区域轮廓并实时地根据所得到的光斑区域轮廓拟合椭圆，
其中，所述计算装置被进一步配置为：记录各次所拟合椭圆的中心位置；以及确定包含所有各次所拟合椭圆的中心位置的最小外接圆。19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述计算装置被进一步配置为：统计所述最小外接圆的圆心的轨迹。20.如权利要求14至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述激光光束的焦点位置被改变至少一次，并且在每次改变所述焦点位置之后，所述成像装置实时地采集激光光束的截面光斑图像，且所述图像处理装置实时地对所采集的截面光斑图像进行预处理以得到光斑区域轮廓并实时地根据所得到的光斑区域轮廓拟合椭圆，其中，所述计算装置被进一步配置为：记录各次所拟合椭圆的中心位置；基于所述各次所拟合椭圆的中心位置拟合出中心连线；以及计算所述中心连线与z轴方向的夹角，以得到光束倾斜角，所述z轴垂直于所述激光光束要加工的表面。21.如权利要求14至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述激光光束的焦点位置被改变至少一次，并且在每次改变所述焦点位置之后，所述成像装置实时地采集激光光束的截面光斑图像，且所述图像处理装置实时地对所采集的截面光斑图像进行预处理以得到光斑区域轮廓并实时地根据所得到的光斑区域轮廓拟合椭圆，其中，所述计算装置被进一步配置为：根据所拟合椭圆计算出椭圆旋转角度，该椭圆旋转角度为所拟合椭圆逆时针方向中心旋转到水平位置的角度；通过将所述光斑区域轮廓逆时针方向中心旋转所述椭圆旋转角度，将所述光斑区域轮廓以及所拟合椭圆校正到水平位置；基于各次所拟合椭圆的长轴顶点得到拟合长轴双曲线，并基于各次所拟合椭圆的短轴顶点得到拟合短轴双曲线；以及计算所述拟合长轴双曲线的两条渐近线之间的夹角以得到长轴方向上的光束发散角，并计算所述拟合短轴双曲线的两条渐近线之间的夹角以得到短轴方向上的光束发散角。22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述计算装置被进一步配置为：选取与各次所拟合椭圆中任意一个对应的校正到水平位置的光斑区域轮廓，通过能量法分别计算出在该光斑区域轮廓的水平方向上的光斑宽度和在该光斑区域轮廓的竖直方向上的光斑高度；以及基于所述长轴方向上的光束发散角和所述光斑宽度计算长轴方向bpp，同时基于所述短轴方向上的光束发散角和所述光斑高度计算短轴方向bpp。23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述计算装置被进一步配置为：以所拟合椭圆的中心位置为起点，沿所述光斑区域轮廓的水平方向左右扩展，并统计该扩展范围内的像素灰度值，直到该像素灰度值达到预定值，将该扩展范围确定为所述光斑区域轮廓的光斑宽度；以及
以所拟合椭圆的中心位置为起点，沿所述光斑区域轮廓的竖直方向上下扩展，并统计该扩展范围内的像素灰度值，直到该像素灰度值达到预定值，将该扩展范围确定为所述光斑区域轮廓的光斑高度。24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，在所述计算装置计算光斑宽度和光斑高度之前，所述图像处理装置圆拟合所述光斑区域轮廓得到圆心位置并将该圆心位置作为所拟合椭圆的中心位置。25.如权利要求14至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述预处理包括进行轮廓查找和轮廓筛选，以得到对应光斑区域轮廓的图像。26.如权利要求14至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述预处理包括进行形态学操作。27.一种计算机可读存储介质，其上记录有经编码的指令，当执行该指令时实现如权利要求1至13中任一项所述的方法。
技术总结
本发明涉及用于检测激光光束质量的方法和系统。所述方法包括如下步骤：a)采集激光光束的截面光斑图像，并对该采集的截面光斑图像进行预处理以得到光斑区域轮廓；b)根据所得到的光斑区域轮廓拟合椭圆；以及c)基于所拟合的椭圆计算光束指标。本发明还提供了一种对应的系统。通过上述方法和系统，能够基于视觉图像处理稳定、快速且更准确地检测激光光束的质量。量。量。
技术研发人员：万章 董小龙 徐超 何鑫锋 刘立涛
受保护的技术使用者：上海柏楚电子科技股份有限公司
技术研发日：2021.09.30
技术公布日：2022/1/6