CN109773332B - 一种多振镜系统的校正方法及多振镜校正系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多振镜系统的校正方法及应用其的多振镜系统，多振镜系统的校正方法应用于多振镜校正系统，多振镜校正系统包括：移动平台、CCD相机、控制器和至少两个振镜，控制器控制移动平台和振镜进行扫描动作，CCD相机的扫描坐标系C₀和移动平台的工作坐标系M₀重合，多振镜系统的校正方法包括：对至少两个振镜分别进行单个振镜校定；对至少两个振镜进行角度偏移校正；对至少两个振镜进行位置偏移校正。先对各个振镜分别进行校定，之后调整各个振镜与角度基准振镜之间的角度误差，最后调整各个振镜与位置基准振镜之间的位置误差，使得本发明的多振镜系统的校正方法能够减少多振镜系统的误差，从而提高多振镜系统整体的加工精度。

Description

一种多振镜系统的校正方法及多振镜校正系统

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种多振镜系统的校正方法及多振镜校正系统。

背景技术

激光设备的振镜在扫描过程中扫描出的图形容易存在失真，主要是由映射关系的非线性、控制模型忽略的一些光学因素、扫描系统结构参数误差、入曈漂移、机械装置控制器等带来的误差。

目前，激光设备常用单振镜或者双振镜扫描方式，这两种扫描方式的激光设备通常采用单振镜校正的方式，也就是没有考虑振镜之间的误差，但振镜的数目多了之后，振镜之间容易产生累计误差，直接影响着系统整体的加工误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种多振镜系统的校正方法及多振镜校正系统，旨在减少多振镜系统的误差，从而提高多振镜系统整体的加工精度。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种多振镜系统的校正方法，应用于多振镜校正系统，所述多振镜校正系统包括：移动平台、CCD相机、控制器和至少两个振镜，所述控制器控制所述移动平台和所述至少两个振镜进行扫描动作，所述CCD相机的扫描坐标系C₀和所述移动平台的工作坐标系M₀重合，所述多振镜系统的校正方法包括：对所述至少两个振镜分别进行单个振镜校定：用对应所述振镜将激光标记到所述移动平台上，获取对应激光标记到所述移动平台上时的实际位置和理想位置之间的位置差值，所述控制器将所述位置差值作为位置补偿值补偿到对应的所述振镜的扫描动作控制程序中；对所述至少两个振镜进行角度偏移校正：用各所述振镜分别将激光在所述移动平台上标记线段，任选一个所述振镜作为角度基准振镜并将其对应的线段作为基准，获取各所述振镜对应的线段相对所述角度基准振镜对应的基准线段的角度偏移值，所述控制器将所述角度偏移值作为角度偏移补偿值补偿到对应的所述振镜的扫描动作控制程序中；对所述至少两个振镜进行位置偏移校正：用各所述振镜分别将激光在所述移动平台上标记点，任选一个所述振镜作为位置基准振镜并将对应的点作为基准，获取各所述振镜对应点相对所述位置基准振镜的对应基准点的位置偏移值，所述控制器将所述位置偏移值作为位置偏移补偿值补偿到对应的所述振镜的扫描动作控制程序中。

进一步地，对所述至少两个振镜进行角度偏移校正包括：在所述扫描坐标系C₀上绘制理想Mark点阵图，所述理想Mark点阵图包括：A₁₁…A_1n…A_n1…A_nn,共n*n个理想Mark点，n为正整数，各所述理想Mark点的坐标组成理想Mark点坐标矩阵

用激光通过各所述振镜在所述移动平台上标记与所述理想Mark点阵图对应的实际Mark点阵图

用所述CCD相机抓捕所述实际Mark点阵图中的实际Mark点以获得各所述实际Mark点的像素坐标组成的像素坐标矩阵：

将M-Z,从而获得每个Mark点的位置补偿值矩阵ΔZ¹,所述控制器将ΔZ¹作为各Mark点的位置偏移补偿值补偿到对应的所述振镜的扫描动作控制程序中。

进一步地，对所述至少两个振镜进行角度偏移校正包括：分别用各所述振镜在所述移动平台上标记端点A_m和端点B_m,m为正整数且不超过所述振镜的总数；通过所述CCD相机抓捕所述端点A_m和所述端点B_m以分别获得像素坐标

和

连接与各所述振镜对应的所述端点A_m和对应的所述端点B_m获得线段A_mB_m；以所述角度基准振镜对应的线段A_jB_j为基准，j为m的子集，将所述线段A_mB_m和所述线段A_jB_j之间的夹角作为对应所述振镜相对所述角度基准振镜的角度偏移值Δθ。

进一步地，对所述至少两个振镜进行角度偏移校正还包括：在所述扫描坐标系C₀上标记理想端点A(x_A，y_A)和理想端点B(x_B，y_B)，连接所述理想端点A和所述理想端点B以获得理想线段AB，所述端点A_m和所述端点B_m分别为由对应的所述振镜标记的与所述理想端点A和所述理想端点B对应的实际端点；获取所述实际线段A_mB_m和所述理想线段AB之间的夹角θ_m；以与所述角度基准振镜对应的夹角θ_j为基准，将θ_j-θ_m以获得各所述振镜相对所述角度基准振镜的所述角度偏移值Δθ_m。

进一步地，对所述至少两个振镜进行位置偏移校正包括：分别用各所述振镜在所述移动平台上标记位置点O_m,m为正整数且不超过所述振镜的总数；通过所述CCD相机抓捕各所述振镜对应的位置点O_m以分别获得像素坐标

以所述位置基准振镜对应的位置点

为基准位置点，k为m的子集，将所述位置点O_n和所述基准位置点O_k之间的位置坐标差值(Δx_m，Δy_m)作为对应所述振镜相对所述位置基准振镜的位置偏移值。

进一步地，对所述至少两个振镜进行位置偏移校正还包括：在所述扫描坐标系C₀上标记理想位置点O(x_O，y_O)，所述位置点O_n为各所述振镜标记的与所述理想位置点O对应的实际位置点；根据

获取所述位置点O_m与所述理想位置点O的位置偏差值(x_m，y_m)；根据

获取对应所述振镜相对所述位置基准振镜的位置偏移值(Δx_m，Δy_m)。

进一步地，提供一种多振镜校正系统，包括：移动平台、CCD相机、控制器和至少两个振镜，所述控制器控制所述移动平台和所述至少两个振镜进行扫描动作，所述CCD相机的扫描坐标系C₀和所述移动平台的工作坐标系M₀重合，所述多振镜校正系统用于实现如上任意一种所述的多振镜系统的校正方法。

本发明中多振镜系统的校正方法及多振镜校正系统与现有技术相比，有益效果在于：

先对各个振镜分别进行单个振镜校定，从而减小单个振镜扫描激光时的误差，之后根据各个振镜与角度基准振镜之间的角度偏移值分别调整各个振镜，从而减小扫描时各振镜之间的角度误差，最后根据各个振镜与位置基准振镜之间的位置偏移值分别调整各个振镜，从而减小扫描时各振镜之间的位置误差，本发明的多振镜系统的校正方法能够减少多振镜系统的误差，从而提高多振镜系统整体的加工精度。

附图说明

图1是本发明实施例中多振镜校正系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中的理想Mark点阵图；

图3是本发明实施例中单个振镜的实际Mark点阵图；

图4是本发明实施例中多个振镜角度偏移校正图；

图5是本发明实施例中多个振镜位置偏移校正图；

图6是本发明实施例中多个振镜偏移校正完成图。

在附图中，各附图标记表示：1、振镜；2、CCD相机；3、平台；4、3M纸；5、Mark点。

具体实施方式

为了使本发明的目的、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详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

在本实施例中，如图1-6所示，多振镜系统的校正方法应用于多振镜校正系统，多振镜校正系统包括：移动平台3、CCD相机2、控制器(未示出)和至少两个振镜1，控制器控制移动平台3和至少两个振镜1进行扫描动作，CCD相机2的扫描坐标系C₀和移动平台3的工作坐标系M₀重合，多振镜系统的校正方法包括：

S1、对至少两个振镜1分别进行单个振镜1校定：用对应振镜1将激光标记到移动平台3上，获取对应激光标记到移动平台3上时的实际位置和理想位置之间的位置差值，控制器将位置差值作为位置补偿值补偿到对应的振镜1的扫描动作控制程序中；

S2、对至少两个振镜1进行角度偏移校正：用各振镜1分别将激光在移动平台3上标记线段，任选一个振镜1作为角度基准振镜1并将其对应的线段作为基准，获取各振镜1对应的线段相对角度基准振镜1对应的基准线段的角度偏移值，控制器将角度偏移值作为角度偏移补偿值补偿到对应的振镜1的扫描动作控制程序中；

S3、对至少两个振镜1进行位置偏移校正：用各振镜1分别将激光在移动平台3上标记点，任选一个振镜1作为位置基准振镜1并将对应的点作为基准，获取各振镜1对应点相对位置基准振镜1的对应基准点的位置偏移值，控制器将位置偏移值作为位置偏移补偿值补偿到对应的振镜1的扫描动作控制程序中。

先对各个振镜1分别进行单个振镜1校定，从而减小单个振镜1扫描激光时的误差，之后根据各个振镜1与角度基准振镜之间的角度偏移值分别调整各个振镜1，从而减小扫描时各振镜1之间的角度误差，最后根据各个振镜1与位置基准振镜之间的位置偏移值分别调整各个振镜1，从而减小扫描时各振镜1之间的位置误差，本发明的多振镜系统的校正方法能够减少多振镜系统的误差，从而提高多振镜系统整体的加工精度。

具体的，在本实施例中，步骤S1包括：

S101、在扫描坐标系C₀(或工作坐标系M₀)上绘制理想Mark点阵图，如图2所示，理想Mark点阵图包括：A₁₁…A_1n…A_n1…A_nn,共n*n个理想Mark点5，n为正整数，其中n的取值可以根据振镜1打标的范围调整，单个Mark点5的大小和相邻两个Mark点5之间的距离可以根据CDD相机2的视野和精度调整，各理想Mark点5的坐标组成理想Mark点5坐标矩阵

S102、如图3所示，用激光通过各振镜1在固定于移动平台3上的3M纸4上标记与理想Mark点阵图对应的实际Mark点阵图

S103、用CCD相机2抓捕实际Mark点阵图中的实际Mark点5以获得各实际Mark点5的像素坐标组成的像素坐标矩阵：

S104、将M-Z,从而获得每个Mark点5的位置补偿值矩阵ΔZ¹,将ΔZ¹编辑到控制器的控制扫描动作的程序中，控制器即可将ΔZ¹作为各Mark点5的位置偏移补偿值补偿到对应的振镜1的扫描动作控制程序中，从而使单个振镜1在扫描时更加精准。

实际上在完成单个振镜1的校正后，各单个振镜1还是会存在微小的误差,因此会导致各振镜1之间存在位姿误差，仍然存在系统误差，因此需要通过角度偏移校正和位置偏移校正完成多个振镜1之间的位姿校正。

步骤S2包括：

S201、在扫描坐标系C₀上标记理想端点A(x_A，y_A)和理想端点B(x_B，y_B)，连接理想端点A和理想端点B以获得理想线段AB；

S202、分别用各振镜1在固定于移动平台3上的3M纸4上标记端点A_m和端点B_m,m为正整数且不超过振镜1的总数，端点A_m和端点B_m分别为由对应的振镜1标记的与理想端点A和理想端点B对应的实际端点，在本实施例中以三振镜系统为例，即0﹤M≦3，当然在其他实施例中可以为二、四、五、六、七等振镜系统；

S203、通过CCD相机2抓捕端点A_m和端点B_m以分别获得像素坐标

和

S204、如图4所示，连接与各振镜1对应的端点A_m和对应的端点B_m获得线段A_mB_m，线段A_mB_m即为与理想线段AB对应的实际线段；

S205、以角度基准振镜对应的线段A_jB_j为基准，j为m的子集，即可以从各振镜1中任选一个作为角度基准振镜，例如可以选择振镜1Z₁、Z₂或Z₃作为角度基准振镜，将线段A_mB_m和线段A_jB_j之间的夹角作为对应振镜1相对角度基准振镜的角度偏移值Δθ；在本步骤中，为了得到Δθ，先获取实际线段A_mB_m和理想线段AB之间的夹角θ_m，然后以与角度基准振镜对应的夹角θ_j为基准，将θ_j-θ_m从而获得各振镜1相对角度基准振镜的角度偏移值Δθ_m，先计算θ_m再用θ_j-θ_m获得Δθ_m可以更加精准，因此误差更小，例如，在本实施例中，选择振镜Z₁作为角度基准振镜时可以用Δθ_m＝θ₁-θ_m得到。当然，在其他实施例中，次选地也可以通过获得A_mB_m和A_jB_j的夹角直接作为Δθ_m，由于不同振镜1对应的A_mB_m标记在不同的3M纸4上，因此采用这种方案得到Δθ_m会存在误差。

S206、控制器将角度偏移值Δθ_m作为角度偏移补偿值补偿到对应的振镜1的扫描动作控制程序中。

步骤S3包括：

S301、在扫描坐标系C₀上标记理想位置点O(x_O，y_O)；

S302、分别用各振镜1在固定于移动平台3上的3M纸4上标记位置点O_m,m为正整数且不超过振镜1的总数，位置点O_n为各振镜1标记的与理想位置点O对应的实际位置点；

S303、如图5所示，通过CCD相机2抓捕各振镜1对应的位置点O_m以分别获得像素坐标

S304、以位置基准振镜对应的位置点

为基准位置点，k为m的子集，即可以从各振镜1中任选一个作为位置基准振镜，例如可以选择振镜Z₁、Z₂或Z₃作为位置基准振镜，将位置点O_n和基准位置点O_k之间的位置坐标差值(Δx_m，Δy_m)作为对应振镜1相对位置基准振镜的位置偏移值；在本实施例中，为了得到位置坐标差值(Δx_m，Δy_m)，先根据

获取位置点O_m与理想位置点O的位置偏差值(x_m，y_m)，然后根据

获取对应振镜1相对位置基准振镜的位置偏移值(Δx_m，Δy_m)，更加精准，例如，在本实施例中，选择振镜Z₁作为角度基准振镜时可以根据

得到(Δx_m，Δy_m)。在其他实施例中，也可以根据

直接得到(Δx_m，Δy_m)。

S305、控制器将位置偏移值(Δx_m，Δy_m)作为位置偏移补偿值补偿到对应的振镜1的扫描动作控制程序中，从而完成校正。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多振镜系统的校正方法，应用于多振镜校正系统，所述多振镜校正系统包括：移动平台、CCD相机、控制器和至少两个振镜，所述控制器控制所述移动平台和所述至少两个振镜进行扫描动作，所述CCD相机的扫描坐标系C₀和所述移动平台的工作坐标系M₀重合，其特征在于，所述多振镜系统的校正方法包括：

对所述至少两个振镜分别进行单个振镜校定：用对应所述振镜将激光标记到所述移动平台上，获取对应激光标记到所述移动平台上时的实际位置和理想位置之间的位置差值，所述控制器将所述位置差值作为位置补偿值补偿到对应的所述振镜的扫描动作控制程序中；

对所述至少两个振镜进行角度偏移校正：分别用各所述振镜在所述移动平台上标记端点A_m和端点B_m,m为正整数且不超过所述振镜的总数；通过所述CCD相机抓捕所述端点A_m和所述端点B_m以分别获得像素坐标

和

连接与各所述振镜对应的所述端点A_m和对应的所述端点B_m获得线段A_mB_m；任选一个振镜作为角度基准振镜，以所述角度基准振镜对应的线段A_jB_j为基准，j为m的子集，将所述线段A_mB_m和所述线段A_jB_j之间的夹角作为对应所述振镜相对所述角度基准振镜的角度偏移值Δθ，所述控制器将所述角度偏移值Δθ作为角度偏移补偿值补偿到对应的所述振镜的扫描动作控制程序中；

对所述至少两个振镜进行位置偏移校正：用各所述振镜分别将激光在所述移动平台上标记点，任选一个所述振镜作为位置基准振镜并将对应的点作为基准，获取各所述振镜对应点相对所述位置基准振镜的对应基准点的位置偏移值，所述控制器将所述位置偏移值作为位置偏移补偿值补偿到对应的所述振镜的扫描动作控制程序中。

2.根据权利要求1所述的多振镜系统的校正方法，其特征在于，对所述至少两个振镜分别进行单个振镜校定包括：

在所述扫描坐标系C₀上绘制理想Mark点阵图，所述理想Mark点阵图包括：A₁₁…A_1n…A_n1…A_nn,共n*n个理想Mark点，n为正整数，各所述理想Mark点的坐标组成理想Mark点坐标矩阵

用激光通过各所述振镜在所述移动平台上标记与所述理想Mark点阵图对应的实际Mark点阵图

用所述CCD相机抓捕所述实际Mark点阵图中的实际Mark点以获得各所述实际Mark点的像素坐标组成的像素坐标矩阵：

将M-Z,从而获得每个Mark点的位置补偿值矩阵ΔZ¹,所述控制器将ΔZ¹作为各Mark点的位置偏移补偿值补偿到对应的所述振镜的扫描动作控制程序中。

3.根据权利要求2所述的多振镜系统的校正方法，其特征在于，对所述至少两个振镜进行角度偏移校正还包括：

在所述扫描坐标系C₀上标记理想端点A(x_A，y_A)和理想端点B(x_B，y_B)，连接所述理想端点A和所述理想端点B以获得理想线段AB，所述端点A_m和所述端点B_m分别为由对应的所述振镜标记的与所述理想端点A和所述理想端点B对应的实际端点；

获取所述实际线段A_mB_m和所述理想线段AB之间的夹角θ_m；

以与所述角度基准振镜对应的夹角θ_j为基准，将θ_j-θ_m以获得各所述振镜相对所述角度基准振镜的所述角度偏移值Δθ_m。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的多振镜系统的校正方法，其特征在于，对所述至少两个振镜进行位置偏移校正包括：

分别用各所述振镜在所述移动平台上标记位置点O_m,m为正整数且不超过所述振镜的总数；

通过所述CCD相机抓捕各所述振镜对应的位置点O_m以分别获得像素坐标

以所述位置基准振镜对应的位置点

为基准位置点，k为m的子集，将所述位置点O_n和所述基准位置点O_k之间的位置坐标差值(Δx_m，Δy_m)作为对应所述振镜相对所述位置基准振镜的位置偏移值。

5.根据权利要求4所述的多振镜系统的校正方法，其特征在于，对所述至少两个振镜进行位置偏移校正还包括：

在所述扫描坐标系C₀上标记理想位置点O(x_O，y_O)，所述位置点O_n为各所述振镜标记的与所述理想位置点O对应的实际位置点；

根据

获取所述位置点O_m与所述理想位置点O的位置偏差值(x_m，y_m)；

根据

获取对应所述振镜相对所述位置基准振镜的位置偏移值(Δx_m，Δy_m)。

6.一种多振镜校正系统，其特征在于，包括：移动平台、CCD相机、控制器和至少两个振镜，所述控制器控制所述移动平台和所述至少两个振镜进行扫描动作，所述CCD相机的扫描坐标系C₀和所述移动平台的工作坐标系M₀重合，所述多振镜校正系统用于实现如权利要求1-5中任意一项所述的多振镜系统的校正方法。

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