CN105945421A - 三轴振镜校准系统及其校准方法 - Google Patents

Abstract

一种三轴振镜校准系统及其校准方法，该系统包括：CCD相机、滤光片以及处理器，所述滤光片对激光进行滤光，滤光后的激光通过待校准的三轴振镜并在该待校准的三轴振镜的控制下导向所述CCD相机，所述CCD相机采集投射在该CCD相机的采集范围内的激光生成激光图像，所述处理器对所述CCD相机采集到的激光图像中的信息进行图像处理，基于图像处理的结果生成校准文件对所述待校准三轴振镜系统进行校准。本发明实施例方案可以简单、快速的实现对三轴振镜的校准，降低了校准系统成本，提高了工作效率。

Description

三轴振镜校准系统及其校准方法

技术领域

本发明涉及激光振镜精度校准领域，具体涉及一种三轴振镜校准系统及其校准方法。

背景技术

振镜是一种通过高速旋转的镜片来改变照射在镜片上的激光传播方向的装置，广泛应用在激光打标、快速成型等领域。目前市场上常用的振镜有两轴振镜和三轴振镜，两轴振镜可以改变激光点在平面上的位置分布，但不能控制平面上激光光斑的大小。三轴振镜不仅具有两轴振镜的功能，而且还能通过动态聚焦来实现激光的聚焦平面与工作平面重合，确保激光光斑在平面上的一致性。

三轴振镜的镜片由两片反射镜片和一片动态聚焦镜片组成，分别由三个高速电机控制。振镜工作时，反射镜片通过高速旋转来改变激光在XY平面上的方向，使激光光斑达到平面任意一点，同时动态聚焦镜片通过高速移动以改变激光的聚焦点，使在平面上任意一点的光斑大小保持一致。由于机械安装的限制，XY镜片的反射中心无法重合，从而导致振镜控制的实际激光光斑位置与理论位置存在偏差，而振镜的机械安装及控制参数也会导致振镜的误差，因此振镜只有通过了精确校准后才能应用于工业领域。

传统的振镜校准方法均是针对两轴振镜，能有效的进行两轴振镜的精确校准，确保激光点在XY方向上精确定位，但无法一次性对三轴振镜的XYZ三轴进行校准。

发明内容

基于此，本发明实施例的目的在于提供一种三轴振镜校准系统及其校准方法，其可以简单、快速的实现对三轴振镜的校准。

为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种三轴振镜校准系统，包括：CCD相机、滤光片以及处理器，所述滤光片对激光进行滤光，滤光后的激光通过待校准的三轴振镜并在该待校准的三轴振镜的控制下导向所述CCD相机，所述CCD相机采集投射在该CCD相机的采集范围内的激光生成激光图像，所述处理器对所述CCD相机采集到的激光图像中的信息进行图像处理，基于图像处理的结果生成校准文件对所述待校准三轴振镜系统进行校准。

一种如上所述的三轴振镜校准系统的校准方法，其特征在于，包括步骤：

将所述CCD相机设置在预定的第一安装位置；

控制激光依次通过所述滤光片和待校准的三轴振镜，导向CCD相机，CCD相机采集投射在该CCD相机的采集范围内的激光，生成在所述第一安装位置采集的激光图像；

所述处理器获取所述CCD相机在所述第一安装位置采集的激光图像；

所述处理器对所述激光图像中的信息进行图像处理，并记录图像处理的结果；

所述处理器基于图像处理的结果生成校准文件；

基于所述校准文件对所述待校准三轴振镜系统进行校准。

如上所述的本发明实施例的方案，通过滤光片降低激光能量，使得CCD相机能够直接采集激光，获得激光图像，因而不仅能够采集激光的平面位置图像信息，实现XY轴方向的位置采集，而且CCD相机能采集激光光斑大小的变化情况，实现Z轴方向(光斑大小)的图像采集，通过处理器对CCD相机采集到的激光图像进行图像处理，并记录图像处理的结果，基于图像处理的结果生成校准文件对所述待校准三轴振镜系统进行校准。相比于现有校准技术中先使用激光通过振镜在介质上进行打点，然后再用CCD相机采集激光打点信息进行校准，本发明实施例能够简化校准步骤，一次性完成三轴振镜XY方向和Z轴方向的校准，可以简单、快速的实现对三轴振镜的校准，降低了校准系统成本，提高了工作效率。

附图说明

图1是一个实施例中本发明的三轴振镜校准系统的结构示意图；

图2是一个实施例中本发明的三轴振镜校准方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

本发明实施例提供的三轴振镜校准系统，通过滤光片降低激光能量，使得CCD相机能够直接采集激光，获得激光图像，因而不仅能够采集激光的平面位置图像信息，实现XY轴方向的位置采集，而且CCD相机能采集激光光斑大小的变化情况，实现Z轴方向(光斑大小)的图像采集，通过处理器对CCD相机采集到的激光图像进行图像处理，基于图像处理的结果生成校准文件对所述待校准三轴振镜系统进行校准。

图1中示出了一个实施例中本发明的三轴振镜校准系统的结构示意图。如图1所示，本实施例中的系统包括：CCD相机30、滤光片10以及处理器(图中未示出)。其中，滤光片10对激光进行滤光，滤光后的激光通过待校准的三轴振镜并在该待校准的三轴振镜的控制下导向CCD相机30，CCD相机30采集投射在该CCD相机30的采集范围内的激光生成激光图像，处理器对CCD相机30采集到的激光图像中的信息进行图像处理，基于图像处理的结果生成校准文件对所述待校准三轴振镜系统进行校准。

其中，滤光片10对激光的滤光作用，使得激光通过滤光片后能量减小，从而使得CCD相机30能够直接对滤光后的激光进行采集。滤光片10的位置可以根据激光能量灵活地进行设定，例如，在一个具体示例中，只要激光通过滤光片10后能够达到CCD相机30能够采集激光的要求即可。

处理器对CCD相机30采集到的激光图像中的信息进行图像处理，基于图像处理的结果生成校准文件的过程中，可以采用任何可能的方式进行。在一个具体示例中，上述激光图像中的信息可以包括激光位置信息和光斑尺寸信息，从而对三轴振镜的校准除了涉及的激光的平面位置，也涉及激光光斑大小的变化。在进行图像处理生成校准文件时，可以是将采集到的激光位置信息和光斑尺寸信息(即采集到的实际值)与对应的理论值进行比较计算，然后基于根据实际值与理论值的偏差进行插补，从而生成校准文件。具体的对实际值与理论值进行比较计算的方式、基于偏差进行插补生成校准文件的方式，可以采用任何可能的方式进行。生成校准文件后，基于校准文件进行校准的方式可以采用目前以及以后可能出现的任何方式进行。

如图1所示，在一个具体示例中，本实施例中的三轴振镜校准系统还可以包括有相机定位板40，CCD相机30安装在相机定位板40上。通过相机定位板40的设置，可以便于在实际校准过程中，较为快速准确地将CCD相机30安装在合适的位置，且有利于CCD相机30的位置的固定。

如图1所示，在该示例中，相机定位板40上设置有若干个呈矩阵式排列的安装区域60，CCD相机30安装在任意一个安装区域60。本领域技术人员可以理解，在实际的技术应用中，这样的一个安装区域60通常也会将其称之为一个安装点。结合图1所示，在相机定位板40设置若干个呈矩阵式的安装区域60后，安装区域60的位置信息相对于相机定位板40是确定的，只要相机定位板40的位置固定，那么，安装区域60将也是确定。在将CCD相机30安装在选定的安装区域60后，CCD相机30将在该安装区域60的位置采集激光并生成激光图像反馈至处理器。

据此，在一个具体示例中，包含上述待校准的三轴振镜的系统可以包括有一平台(图中未示出)，在校准过程中，上述相机定位板40可固定在该平台上。从而，通过平台的设置，可以将相机定位板40固定在该平台上的固定位置，在此情况下，各安装区域60的位置也将可以明确确定。

在一个示例中，上述相机定位板40可以包括有3个或者4个定位块70(图示中是以3个为例进行说明)，通过3个或者4个定位块70将相机定位板40固定在所述平台上。此外，通过3个或者4个定位块70，不仅可以将相机定位板40固定在所述平台上，而且可以确保相机定位板40的平整性。

在相机定位板在平台上固定后，CCD相机30也可以据此实现在平台上的固定。在一个实施例中，相机定位板40的各安装区域60的两端可以设置有用以固定CCD相机30的销钉，此时，上述平台可以为在与相机定位板40的各安装区域60的销钉的位置带有与销钉相匹配的销孔的平台，从而，可以通过安装区域60两端的销钉和平台上的销孔将CCD相机30固定在对应的安装区域60。本领域技术人员可以理解，这里的销钉和销孔的配合仅仅是将CCD相机30固定在安装区域60的其中一种方式，在实际的技术实现中，也可以采用其他的方式来实现CCD相机的固定，本发明实施例在此不再穷举。

另一方面，在具体的技术实现中，上述CCD相机30可以只有一个。在此情况下，在对三轴振镜进行校准的过程中，可以不断的调整CCD相机30所在的安装区域，从而实现在不同位置的对激光图像的采集，更为全面地实现对三轴振镜的校准。

以CCD相机30的数目只有一个为例，一个具体的对三轴振镜的校准过程可以是如下所述：先将相机定位板40置于平台上，用相机定位板上的三个定位块70将相机定位板40固定在平台上并确保其平整，随后使用安装区域60两端的销钉和平台的销孔配合，将CCD相机30固定在安装区域60上。随后，控制激光通过滤光片10以减小激光能量，并在待校准的三轴振镜的控制引导下，将激光导向相机定位板40的CCD相机30，CCD相机30采集激光生成激光图像，并将激光图像反馈至处理器，处理器对采集的激光图像的实际值与理论值进行比较计算，最终对计算的偏差值进行插补生成校准文件。其中，CCD相机30在相机定位板40上移动采集的位置越多，校准的精度越高。本领域技术人员可以理解，本发明实施例方案中的处理器，可以采用任何可能的设备来实现，例如专用IC(Integratedcircuit，集成电路，如ASIC(Application Specific IntergratedCircuits，专用集成电路)或FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件))等等。

据此，本发明实施例还提供一种如上所述的三轴振镜校准系统的校准方法。图2中示出了该校准方法的流程示意图。

如图2所示，本实施例中的校准方法包括：

步骤S201：将CCD相机设置在预定的第一安装位置；

步骤S202：控制激光依次通过所述滤光片和待校准的三轴振镜，导向CCD相机，CCD相机采集投射在该CCD相机的采集范围内的激光，生成在所述第一安装位置采集的激光图像；

步骤S203：处理器获取所述CCD相机在所述第一安装位置采集的激光图像；

步骤S204：处理器对所述激光图像中的信息进行图像处理，并记录图像处理的结果；

步骤S205：所述处理器基于图像处理的结果生成校准文件；

步骤S206：基于所述校准文件对所述待校准三轴振镜系统进行校准。

如上所述的本发明实施例的方法，通过滤光片降低激光能量，使得CCD相机能够直接采集激光，获得激光图像，因而不仅能够采集激光的平面位置图像信息，实现XY轴方向的位置采集，而且CCD相机能采集激光光斑大小的变化情况，实现Z轴方向(光斑大小)的图像采集，通过处理器对CCD相机采集到的激光图像进行图像处理，并记录图像处理的结果，基于图像处理的结果生成校准文件对所述待校准三轴振镜系统进行校准。

其中，在上述步骤S204中，处理器对所述激光图像中的信息进行图像处理，并记录图像处理的结果的过程中，具体的过程可以是如下所述：

所述处理器确定所述激光图像中的激光位置信息和光斑尺寸信息的实际值；

所述处理器计算控制三轴振镜使激光图像中的激光位置信息和光斑尺寸信息由实际值变化至理论值的过程中产生的差值。

据此，在一个具体示例中，该步骤具体为：在通过CCD相机采集到激光图像后，若实时采集到的激光图像中的激光光斑的实际位置(即激光位置信息)不在CCD相机中心坐标点(0,0)，则微调振镜XY轴移动光斑位置，使光斑运动到CCD相机中心坐标点(0,0)，处理器自动保存激光光斑的理论位置与实际位置的坐标偏差值；若实时采集到的激光图像中的激光光斑的尺寸(即光斑尺寸信息)不是理论值，则微调振镜Z轴，移动动态聚焦镜片使光斑尺寸与理论光斑大小一致，处理器自动保存Z轴理论值与实际值的偏差值。

在一个位置(安装区域)的图像处理和差值计算的过程完成后，将CCD相机在矩阵式安装点上横向或纵向移动一个单位距离(即移动到相邻的下一个安装区域)，重复上述步骤，可测得相机定位板上多个安装区域(安装点)位置的偏差数据。即，如上所述，在只有一个CCD相机的情况下，可以移动到其他的安装区域重新对激光图像进行采集，以获得更为精确的校准结果。

据此，如图2所示，在上述步骤S204之后，步骤S205之前，还可以包括步骤：

步骤S2041：将所述CCD相机移动到下一个预定的第二安装位置；

步骤S2042：控制激光依次通过所述滤光片和待校准的三轴振镜，导向CCD相机，CCD相机采集投射在该CCD相机的采集范围内的激光，生成在所述第二安装位置采集的激光图像；

步骤S2043：所述处理器获取所述CCD相机在所述第二安装位置采集的激光图像；

步骤S2044：处理器对在所述第二安装位置采集的激光图像中的信息进行图像处理，并记录图像处理的结果。

本领域技术人员可以理解，在此情况下，实际上是将CCD相机移动到不同的位置(即上文中提及的安装区域)来对激光采集生成激光图像，并分别对这些位置得到的激光图像进行图像处理，即计算激光图像中的光斑位置与光斑大小的实际值与理论值的偏差值，并记录图像处理的结果。在上述步骤S2044之后，还可以返回上述步骤S2041，移动到下一个安装位置来实现针对该位置的激光图像的图像处理，可重复上述过程，以实现对多个不同的安装位置处的激光图像的图像处理。在得到各安装位置的图像处理的结果后，即得到各安装位置处的激光图像的光斑位置与光斑大小的实际值与理论值的偏差值后，即可对这些偏差值进行插补，生成校准文件。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种三轴振镜校准系统，包括：CCD相机、滤光片以及处理器，所述滤光片对激光进行滤光，滤光后的激光通过待校准的三轴振镜并在该待校准的三轴振镜的控制下导向所述CCD相机，所述CCD相机采集投射在该CCD相机的采集范围内的激光生成激光图像，所述处理器对所述CCD相机采集到的激光图像中的信息进行图像处理，基于图像处理的结果生成校准文件对所述待校准三轴振镜系统进行校准。

2.根据权利要求1所述的三轴振镜校准系统，其特征在于，还包括相机定位板，所述CCD相机安装在所述相机定位板上。

3.根据权利要求2所述的三轴振镜校准系统，其特征在于，所述相机定位板上设置有若干个呈矩阵式排列的安装区域，所述CCD相机安装在任意一个所述安装区域。

4.根据权利要求2所述的三轴振镜校准系统，其特征在于，包含所述待校准的三轴振镜的系统包括一平台，在校准过程中，所述相机定位板固定在所述平台上。

5.根据权利要求4所述的三轴振镜校准系统，其特征在于，所述相机定位板的各安装区域的两端设置有用以固定所述CCD相机的销钉，所述平台为在与所述相机定位板的各安装区域的销钉的位置带有与所述销钉相匹配的销孔的平台，通过安装区域两端的销钉和所述平台上的销孔将所述CCD相机固定在对应的安装区域。

6.根据权利要求4所述的三轴振镜校准系统，其特征在于，所述相机定位板包括有3个或者4个定位块，通过3个或者4个所述定位块将所述相机定位板固定在所述平台上。

7.一种如权利要求1所述的三轴振镜校准系统的校准方法，其特征在于，包括步骤：

将所述CCD相机设置在预定的第一安装位置；

控制激光依次通过所述滤光片和待校准的三轴振镜，导向CCD相机，CCD相机采集投射在该CCD相机的采集范围内的激光，生成在所述第一安装位置采集的激光图像；

所述处理器获取所述CCD相机在所述第一安装位置采集的激光图像；

所述处理器对所述激光图像中的信息进行图像处理，并记录图像处理的结果；

所述处理器基于图像处理的结果生成校准文件；

基于所述校准文件对所述待校准三轴振镜系统进行校准。

8.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于，在所述处理器对所述激光图像中的信息进行图像处理之后，所述处理器基于图像处理的结果生成校准文件之前，还包括步骤：

将所述CCD相机移动到下一个预定的第二安装位置；

控制激光依次通过所述滤光片和待校准的三轴振镜，导向CCD相机，CCD相机采集投射在该CCD相机的采集范围内的激光，生成在所述第二安装位置采集的激光图像；

所述处理器获取所述CCD相机在所述第二安装位置采集的激光图像；

所述处理器对在所述第二安装位置采集的激光图像中的信息进行图像处理，并记录图像处理的结果。

9.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于：所述激光图像中的信息包括激光位置信息和光斑尺寸信息。

10.根据权利要求9所述的校准方法，其特征在于，所述处理器对在所述第一安装位置采集的激光图像中的信息进行图像处理，图像处理，并记录图像处理的结果的方式包括：

所述处理器确定所述激光图像中的激光位置信息和光斑尺寸信息的实际值；

所述处理器计算控制三轴振镜使激光图像中的激光位置信息和光斑尺寸信息由实际值变化至理论值的过程中产生的差值。