CN108044232B - 一种同向振镜的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种同向振镜的校正方法，包括：步骤1，基于失真圆弧的参数建立校正网格模型，对同向振镜Y轴方向的曲线失真进行校正；步骤2，基于多标记点的方式，对振镜失真作进一步的精密校正。本发明有效的解决了同向振镜加工图形失真的问题，同时在保证标记点坐标测量的误差要求时，可以获得高精度的振镜校正。

Description

一种同向振镜的校正方法

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种同向振镜的校正方法。

背景技术

在激光加工中使用的振镜包括传统振镜及同向振镜，传统振镜激光束的入射方向、出射方向保持垂直，同向振镜是相对传统振镜而言的，是指激光束的入射方向与出射方向保持同向的激光光束偏转系统。无论是传统振镜还是同向振镜，其在工作过程中都存在加工图形的失真的问题。

传统振镜的失真可分为枕形失真和桶形失真，如图1及图2所示，根据振镜的光路设计，入射光经振镜里面的X、Y镜片反射后聚焦到加工幅面上，在X、Y轴上不存在失真，在X、Y轴以外区域存在枕形失真或者桶形失真。

同向振镜除了存在传统振镜的枕形失真、桶形失真问题外，由于光路设计上的差异，入射光经振镜里面的X、Y镜片反射后聚焦到加工幅面上，在X轴上不存在失真，但是在Y轴上的聚焦图形不再是一条直线，而是一条曲线，此外在整个加工幅面的Y向扫描区域，也存在类似的曲线失真，如图3所示，一种是Y方向的曲线失真偏向X轴正方向，另一种是Y方向的曲线失真偏向X轴负方向。

现有技术中，传统振镜失真的原理、校正算法都比较成熟，但由于振镜结构和光路设计的差异，同向振镜的失真与传统振镜相比存在着差异，不能直接沿用之前的校正算法进行处理，因此亟需一种适用于同向振镜上述两种失真情况的同向振镜的校正算法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种同向振镜的校正方法，在激光加工过程中，加工图形的数据经过此校正方法处理后会动态的发生变化，进而确保加工得到的图形与所要求的图形保持一致。

本发明提供了一种同向振镜的校正方法，其特征在于，包括：

步骤1，基于失真圆弧的参数建立校正网格模型，对同向振镜Y轴方向的曲线失真进行校正；

步骤2，基于多标记点的方式，对振镜失真作进一步的精密校正。

进一步地，步骤1具体包括：

通过振镜控制系统在振镜加工幅面标刻加工图形；

计算失真圆弧的弦高参数，确定Y轴失真曲线在X方向的最大偏移误差；

在加工幅面内建立n行n列校正网格，结合可动态调整的曲线失真因子，采用线性插值的方法计算出每一行的偏移误差，得到n点*n点的振镜校正表；其中，n为自然数，其取值范围为17至65；

将得到的振镜校正表导入振镜控制系统中，重新标刻加工图形，得到实际加工图形。

进一步地，步骤2具体包括：

在振镜的加工幅面内均匀标刻多个标记点，依次测量实际加工图形中每一个标记点到X、Y轴的距离，得到每一个标记点的实际坐标位置；

基于仿射变换方法，建立振镜理论图形到加工图形的数学模型；

将标记点的理论坐标、实际坐标代入所述数学模型，得到模型的相关参数；

将n行n列校正网格点带入所述数学模型中计算出每一点的实际坐标，计算实际坐标与理论坐标的差，得到该点的位置误差；

将所述位置误差与所述偏移误差进行叠加得到该点最终的位置误差。

进一步地，加工图形为内设有十字中心线的正方形，正方形的尺寸设定为振镜加工幅面的80％。

进一步地，该数学模型为：

x₁＝a₀x₀+b₀y₀+c₀x₀y₀；

y₁＝a₁x₀+b₁y₀+c₁x₀y₀；

其中，x₁为加工图形X方向实际坐标，(x₀,y₀)为加工图形理论坐标；y₁为加工图形Y方向实际坐标，(x₁,y₁)为加工图形实际坐标。

进一步地，将最终的位置误差具体通过对每一个校正网格内的点，采用双线性插值的方法计算每一个点的位置误差得到。

进一步地，标记点的数量选为3*3,5*5,7*7,…,65*65。

进一步地，步骤2包括:采用迭代的方式进行多标记点校正，包括：

选择3*3点校正，之后评估振镜校正的精度是否满足要求，如果不满足在此基础上在做5*5点的校正，如果5*5点的精度不满足要求，继续增加标记点的数量做更多点数的校正，直至校正精度满足要求为止。

借由上述方案，该同向振镜的校正方法，解决了同向振镜在激光加工中存在的加工图形失真问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是传统振镜枕形失真示意图；

图2是传统振镜桶形失真示意图；

图3是同向振镜两种失真情况示意图；

图4是本发明一种同向振镜的校正方法Y方向曲线失真校正示意图；其中，4a为加工图形，4b为曲线失真图形，4c为曲线校正后的图形；

图5是本发明同向振镜的校正方法多标记点精密校正示意图；其中，5a为3*3点校正图形，5b为5*5点校正。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参图4及图5所示，本实施例提供了一种同向振镜的校正方法，校正流程分为两步：第一步是针对同向振镜Y轴方向的曲线失真校正；第二步是采用多标记点的方式对振镜失真的精密校正。

下面结合第一种失真情况对校正流程进行详细说明。

(一)同向振镜Y轴方向的曲线失真校正。

首先通过振镜控制系统标刻如图4a所示的加工图形(正方形和十字中心线)，正方形的尺寸设定为振镜加工幅面的80％，实际的加工图形如图4b所示。然后分别测量AB两点、AC两点、BC两点之间的直线距离，根据这三个直线距离计算出圆弧段(COD)的弦高参数，该参数表征了Y轴失真曲线在X方向的最大偏移误差。接下来在振镜的加工幅面内设定一个65行65列的校正网格，结合一个可动态调整的曲线失真因子，采用线性插值的方法计算出每一行的偏移误差，得到65点*65点的振镜校正表。该曲线失真因子表征了根据失真曲线的弦高参数对振镜失真进行校正的程度，取值范围在0和1之间。最后将该校正表导入振镜控制系统中，再次标刻图4a所示的加工图形，得到的实际图形如图4c所示。经过第一步曲线失真校正后，振镜在Y轴方向上聚焦图形由曲线变成了直线。

(二)同向振镜多标记点精密校正。

经过第一步校正之后，振镜加工图形在X、Y轴以外的区域还存在失真，采用多标记点的方式做进一步校正。多标记点校正方式的原理是在振镜的加工幅面内均匀的标刻一定数量的标记点(标刻圆或者十字)，依次测量实际加工图形中每一个标记点到X、Y轴的距离，得到每一个标记点的实际坐标位置。结合仿射变换的数学原理，建立振镜理论图形到加工图形的数学模型，如下式所示：

x₁＝a₀x₀+b₀y₀+c₀x₀y₀；

y₁＝a₁x₀+b₁y₀+c₁x₀y₀；

其中，x₁为加工图形X方向实际坐标，(x₀,y₀)为加工图形理论坐标；y₁为加工图形Y方向实际坐标，(x₁,y₁)为加工图形实际坐标。

将标记点的理论坐标、实际坐标代入到该数学模型即可得到模型的相关参数。接下来将第一步建立的65行65列校正网格点带入到该数学模型中计算出每一点的实际坐标，实际坐标与理论坐标之差即为该点的位置误差，与第一步得到的位置误差进行叠加得到该点最终的位置误差。振镜加工过程中，对每一个校正网格内的点，采用双线性插值的方法计算每一个点的位置误差。

振镜加工图形的位置精度与标记点的数量有关，标记点的数量越多，对加工幅面的分割越精细，校正的精度也越高，标记点的数量一般选为3*3,5*5,7*7,…,65*65，如图5所示。

为获得高精度的振镜校正，可以采用迭代的方式进行多标记点校正，首先选择3*3点校正，之后评估振镜校正的精度是否满足要求，如果不满足在此基础上在做5*5点的校正，如果5*5点的精度不满足要求，继续增加标记点的数量做更多点数的校正，直至校正精度满足要求为止。

通过上述实施例本发明通过两步来实施，以解决同向振镜加工图形失真的问题，第一步是对同向振镜Y轴方向的曲线失真进行校正，通过测量计算失真圆弧的参数建立65*65点的校正网格模型，这是进行后续精密校正的基础。第二步采用多标记点的方式对振镜失真作进一步的校正，基本原理是结合标记点的实际坐标、理论坐标建立振镜失真的数学模型，根据该数学模型计算出65*65校正网格点处位置误差，最后采用双线性插值的方式得到校正网格内每一点的位置误差。

该同向振镜校正方法，有效的解决了同向振镜加工图形失真的问题，同时在保证标记点坐标测量的误差要求时，可以获得高精度的振镜校正。

需要说明的是，最终的校正精度取决于标记点的测量精度，因此需要采用专用的高精度测量平台得到标记点的坐标位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种同向振镜的校正方法，其特征在于，包括：

步骤1，基于失真圆弧的参数建立校正网格模型，对同向振镜Y轴方向的曲线失真进行校正，具体包括：

通过振镜控制系统在振镜加工幅面标刻加工图形；

计算失真圆弧的弦高参数，确定Y轴失真曲线在X方向的最大偏移误差；

在加工幅面内建立n行n列校正网格，结合可动态调整的曲线失真因子，采用线性插值的方法计算出每一行的偏移误差，得到n点*n点的振镜校正表；其中，n为自然数，其取值范围为17至65；

将得到的振镜校正表导入振镜控制系统中，重新标刻加工图形，得到实际加工图形；

步骤2，基于多标记点的方式，对振镜失真作进一步的精密校正，具体包括：

在振镜的加工幅面内均匀标刻多个标记点，依次测量实际加工图形中每一个标记点到X、Y轴的距离，得到每一个标记点的实际坐标位置；

基于仿射变换方法，建立振镜理论图形到加工图形的数学模型；所述数学模型为：

x₁＝a₀x₀+b₀y₀+c₀x₀y₀；

y₁＝a₁x₀+b₁y₀+c₁x₀y₀；

其中，x₁为加工图形X方向实际坐标，(x₀,y₀)为加工图形理论坐标；y₁为加工图形Y方向实际坐标，(x₁,y₁)为加工图形实际坐标；

将标记点的理论坐标、实际坐标代入所述数学模型，得到模型的相关参数；

将n行n列校正网格点带入所述数学模型中计算出每一点的实际坐标，计算实际坐标与理论坐标的差，得到该点的位置误差；

将所述位置误差与所述偏移误差进行叠加得到该点最终的位置误差。

2.根据权利要求1所述的一种同向振镜的校正方法，其特征在于，所述加工图形为内设有十字中心线的正方形，所述正方形的尺寸设定为振镜加工幅面的80％。

3.根据权利要求1所述的一种同向振镜的校正方法，其特征在于，所述最终的位置误差具体通过对每一个校正网格内的点，采用双线性插值的方法计算每一个点的位置误差得到。

4.根据权利要求1所述的一种同向振镜的校正方法，其特征在于，所述标记点的数量选为3*3,5*5,7*7,…,65*65。

5.根据权利要求4所述的一种同向振镜的校正方法，其特征在于，所述步骤2包括:采用迭代的方式进行多标记点校正，包括：

选择3*3点校正，之后评估振镜校正的精度是否满足要求，如果不满足在此基础上在做5*5点的校正，如果5*5点的精度不满足要求，继续增加标记点的数量做更多点数的校正，直至校正精度满足要求为止。