CN103913294B - 一种用于激光振镜系统的十字线增量标定方法 - Google Patents

一种用于激光振镜系统的十字线增量标定方法 Download PDF

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Abstract

一种用于激光振镜系统的十字线增量标定方法，采用十字线增量扫描、光学传感器测量分析的方法，不需要传统的标定板，只需要结构简单的自动化测量装置，在保证了标定精度的情况下，有效地降低了人为因素的影响，减少了工作量；同时，可以很好地适用于大尺寸平面的标定。

Description

一种用于激光振镜系统的十字线增量标定方法
技术领域
本发明涉及激光振镜系统技术领域，具体涉及一种用于激光振镜系统的十字线增量标定方法。
背景技术
激光振镜系统是采用激光器作为光源，其发出的激光光束经过扫描振镜，以及相关光学器件，聚焦在平面上，通过计算机可以控制激光在平面上的扫描轨迹。因此，在激光扫描过程中，准确的扫描路径对于保证轨迹精度尤为重要。然而，由于激光器、扫描振镜等相关光学器件存在安装误差，光路对准时存在对准误差，光斑在平面中也存在离焦误差等等，这些都会造成激光器发出的激光光束不能按照理想的轨迹扫描。所以，通常激光振镜系统在投入工作前，都需要采用一定的方法对激光器在平面上的激光光束进行校准和标定。现有的标定方法通常采用与平面尺寸匹配的标定板或是标定纸，然后让激光在其表面打上规定的点或是进行规定轨迹的扫描，然后测量扫描轨迹与标准点或线的误差，并通过软件进行补偿和校准。这样的标定方法可以在一定程度上校正激光光束位置，但是，其仍然存在如下不足：
一、人工观察控制，精度依赖于进行标定人员的经验与技巧。现有的标定方法中，首先需要将标定板或标定纸安装到特定的位置，以保证其标定面与原有平面平齐，然后又至少需要进行9个点的校准与标定，这当中主要依靠标定人员观察，从而判断激光光斑或是激光轨迹是否与标准点或线重合，具有较大的主观人为因素，可能会使标定精度不合要求。
二、不适用于采用多激光器设备的激光标定。目前，在国内外已经出现采用多个激光器的机械激光设备，该设备可以让多个激光器在同一扫描平面上，对同一目标进行分区协同扫描。因此，此类设备就要求不同激光器需要具有很好的配合精度，且其平面尺寸也往往较大。如果采用现有的标定方法，就要求其标定板和标定纸也要有与之匹配的大幅面，而一个大尺寸的标定板和标定纸，其加工成本较高，且不能很好地保证标定点的尺寸和位置精度。同时，大型标定板不好携带，不利于远程激光振镜系统的维护。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于激光振镜系统的十字线增量标定方法，能够在保证精度的前提下，有效地降低人为主观因素的影响，实现精度控制的自动化和智能化；应用于采用多激光器的机械激光设备，可以简便地实现大幅面平面尺寸的激光标定。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种用于激光振镜系统的十字线增量标定方法，包括下列步骤：
1)首先在需要进行标定工作的激光振镜系统的工控机上，打开标定软件以及相关文件；
2)打开激光器1的电源，使其发射出激光光束，激光光束经过两个反射镜2反射后进入动态聚焦镜3，然后再进入扫描振镜系统4，调节反射镜2、动态聚焦镜3和扫描振镜系统4的安装位置，使激光光束聚焦于平面7；
3)在平面7上安装标定装置支撑架6以及光学传感器5，采用垫片反复调整标定装置支撑架6高度，保证其上的光学传感器5的上平面与平面7平齐，光学传感器5为PSD传感器、CCD传感器或平面四象限光电传感器；
4)通过标定软件控制扫描振镜系统4，使激光光斑出现在平面7上标定软件设定的某一个标定点，保持激光器1持续发射所能达到的最小功率激光；
5)根据激光光斑位置调整标定装置支撑架6以及光学传感器5的位置，使光学传感器5的中心位置与光斑位置对齐；
6)以此时光斑位置为基点O，通过标定软件控制激光光斑分别向上、向下、向左、向右各扫描5～7mm距离，分别达到最远距离的位置为C、D、A、B，其中OC与OD，OA与OB在标定软件所定义的坐标系中距离相同；
7)由于实际激光光学系统存在各种形式的误差，因此标定软件所定义的距离与实际激光扫描的距离不同，即会造成OC与OD，OA与OB不相等，此时，通过光学传感器5测量出OC与OD，OA与OB的长度；
8)将OC与OD，OA与OB的长度通过数据采集的方式输入到工控机中，再通过标定软件的误差校正模块分析它们之间的长度差，从而调整控制系统的参数来校正误差；
9)针对剩余标定软件规定的标定点，重复进行上述步骤4)～步骤8)，直至标定完成；
10)完成标定后取出标定装置支撑架6以及光学传感器5。
由于本发明采用十字线增量扫描、光学传感器测量分析的方法，不需要传统的标定板，只需要结构简单的自动化测量装置，在保证了标定精度的情况下，有效地降低了人为因素的影响，减少了工作量；同时，可以很好地适用于大尺寸平面的标定。
附图说明
图1是本发明所用设备的示意图。
图2是本发明标定装置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
一种用于激光振镜系统的十字线增量标定方法，包括下列步骤：
1)首先在需要进行标定工作的激光振镜系统的工控机上，打开标定软件以及相关文件；
2)参照图1，打开激光器1的电源，使其发射出激光光束，激光光束经过两个反射镜2反射后进入动态聚焦镜3，然后再进入扫描振镜系统4，调节反射镜2、动态聚焦镜3和扫描振镜系统4的安装位置，使激光光束可以理想地聚焦于平面7；
3)在平面7上安装标定装置支撑架6以及光学传感器5，采用垫片反复调整标定装置支撑架6高度，保证其上的光学传感器5的上平面与平面7平齐，光学传感器5为PSD传感器、CCD传感器或平面四象限光电传感器；
4)通过标定软件控制扫描振镜系统4，使激光光斑出现在平面7上标定软件设定的某一个标定点，保持激光器1持续发射所能达到的最小功率激光；
5)根据激光光斑位置调整标定装置支撑架6以及光学传感器5的位置，使光学传感器5的中心位置与光斑位置对齐；
6)参照图2，以此时光斑位置为基点O，通过标定软件控制激光光斑分别向上、向下、向左、向右各扫描5～7mm距离，分别达到最远距离的位置为C、D、A、B，其中OC与OD，OA与OB在标定软件所定义的坐标系中距离相同；
7)由于实际激光光学系统存在各种形式的误差，因此标定软件所定义的距离与实际激光扫描的距离不同，即会造成OC与OD，OA与OB不相等，此时，通过光学传感器5测量出OC与OD，OA与OB的长度；
8)将OC与OD，OA与OB的长度通过数据采集的方式输入到工控机中，再通过标定软件的误差校正模块分析它们之间的长度差，从而调整控制系统的参数来校正误差；
9)针对剩余标定软件规定的标定点，重复进行上述步骤4)～步骤8)，直至标定完成；
10)完成标定后取出标定装置支撑架6以及光学传感器5。
本发明采用十字线增量扫描、光学传感器分析的方法，不采用传统人为测量进行标定的方法，不再需要传统的标定板或者是标定纸，只需要结构简单的自动化测量装置，就可以很好地保证较高的标定精度，有效地降低了人为因素的影响，减少了工作量；同时，可以适用于采用多激光器的机械激光设备的大尺寸平面的激光标定，并且标定精度并不受平面大小影响。

Claims (1)

1.一种用于激光振镜系统的十字线增量标定方法，其特征在于，包括下列步骤：
1）首先在需要进行标定工作的激光振镜系统的工控机上，打开标定软件以及相关文件；
2）打开激光器（1）的电源，使其发射出激光光束，激光光束经过两个反射镜（2）反射后进入动态聚焦镜（3），然后再进入扫描振镜系统（4），调节反射镜（2）、动态聚焦镜（3）和扫描振镜系统（4）的安装位置，使激光光束聚焦于平面（7）；
3）在平面（7）上安装标定装置支撑架（6）以及光学传感器（5），采用垫片反复调整标定装置支撑架（6）高度，保证其上的光学传感器（5）的上平面与平面（7）平齐，光学传感器（5）为PSD传感器、CCD传感器或平面四象限光电传感器；
4）通过标定软件控制扫描振镜系统（4），使激光光斑出现在平面（7）上标定软件设定的某一个标定点，保持激光器（1）持续发射所能达到的最小功率激光；
5）根据激光光斑位置调整标定装置支撑架（6）以及光学传感器（5）的位置，使光学传感器（5）的中心位置与光斑位置对齐；
6）以此时光斑位置为基点O，通过标定软件控制激光光斑分别向上、向下、向左、向右各扫描5～7mm距离，分别达到最远距离的位置为C、D、A、B，其中OC与OD，OA与OB在标定软件所定义的坐标系中距离相同；
7）由于实际激光光学系统存在各种形式的误差，因此标定软件所定义的距离与实际激光扫描的距离不同，即会造成OC与OD，OA与OB不相等，此时，通过光学传感器（5）测量出OC与OD，OA与OB的长度；
8）将OC与OD，OA与OB的长度通过数据采集的方式输入到工控机中，再通过标定软件的误差校正模块分析它们之间的长度差，从而调整控制系统的参数来校正误差；
9）针对剩余标定软件规定的标定点，重复进行上述步骤4）～步骤8），直至标定完成；
10）完成标定后取出标定装置支撑架（6）以及光学传感器（5）。
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