CN109877319A - 一种多振镜激光精度拼接校准方法 - Google Patents

一种多振镜激光精度拼接校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多振镜激光精度拼接校准方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、搭建多振镜激光精度拼接校准台；步骤2、制作标准校正板及调整标准校正板；步骤3、扫描振镜，消除标准偏差；步骤4、振镜点位偏差提取，生成设备的标准偏差矩阵表，以完成多振镜精度拼接校正。本发明解决了现有技术中存在的多振镜设备精度校正过程中难以一次到位，耗时长，存在拼接精度差的问题。

Description

一种多振镜激光精度拼接校准方法
技术领域
本发明属于金属粉末激光熔化增材制造技术领域，具体涉及一种多振镜激光精度拼接校准方法。
背景技术
金属粉末激光熔化增材制造技术能够成形复杂度和精确度较高的金属零部件。现阶段金属粉末激光熔化增材制造技术多采用振镜作为光路控制设备。多振镜设备精度校正难以一次矫正到位，需要进行多次校验，耗费大量时间与精力，同时还存在拼接精度差的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多振镜激光精度拼接校准方法，解决了现有技术中存在的多振镜设备精度校正过程中难以一次到位，耗时长，存在拼接精度差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种多振镜激光精度拼接校准方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、搭建多振镜激光精度拼接校准台；
步骤2、制作标准校正板及调整标准校正板；
步骤3、扫描振镜，消除标准偏差；
步骤4、振镜点位偏差提取，生成设备的标准偏差矩阵表，以完成多振镜精度拼接校正。
本发明的特点还在于，
步骤1中多振镜激光精度拼接校准台具体结构如下：
包括设置于工作平面上的校正板，校正板上部一段距离处依次排列的若干场镜，每个场镜上部对应设置有扫描振镜，若干扫描振镜均位于激光束激光发射方向的直线上，沿激光发射方向还倾斜设置有半透镜，半透镜与扫描振镜中心位于同一条直线上，半透镜的上方一段距离处设置有相机。
步骤2具体如下：
步骤2.1、在校正板上均匀刻画呈阵列排布的十字标记线，相邻十字标记线中心之间的间距为d，作为标准校正板；
步骤2.2、设置相机视角，使相机的视场大于标准校正板上每个十字标记线轮廓，且相机的视场内不会同时出现两个十字标记线；
步骤2.3、设振镜默认工作位置处于工作范围中心点位置，中心点位置同时在相机的视场之内，以中心点位置作为扫描振镜的(01,01)点；
步骤2.4、调整标准校正板，使距离中心点位置最近的十字标记线与相机视场的中心标记点重合；
步骤2.5、调整标准校正板，使最边缘的中心点A、B位置分别与其余的扫描振镜的相机视场中心标记点重合，固定校正板。
步骤2中间距d＝5，十字标记线呈9行11列阵列。
步骤3具体如下：
步骤3.1、中心点A记为(01,0n)点，中心点B记为(0n,01)点，与扫描振镜的(01,01)点建立直角坐标系，作为标准的XOY坐标系，所有扫描振镜的标准X、Y方向均以直角坐标系的X、Y方向为准；
步骤3.2、启动相机拍摄第一张照片，相机内部的标准中心十字线代表相机中心(0,0)点，提取相机中心(0,0)点与(01,01)点的距离，作为坐标系的标准偏差Δ，应用到之后所有点测量的偏差计算中；
步骤3.3、依次将扫描振镜移动到标准校正板的各十字线中点，拍摄照片，提取相机中心(0,0)点与所有十字线中点的偏差向量，通过与标准偏差Δ计算，消除标准偏差，得到各十字线中点实际位置与理论位置的偏差。
步骤4具体如下：
步骤4.1、依次完成所有扫描振镜点位偏差提取，生成扫描振镜的标准偏差矩阵表；
步骤4.2、根据标准偏差矩阵表进行校正。
本发明的有益效果是，一种多振镜激光精度拼接校准方法，通过将所有的扫描振镜公用一个校正板进行校正，在各个扫描振镜工作范围重叠区域的点位坐标相同，避免了单个扫描振镜独立校正后进行拼接造成二次误差的问题，提高精确性，同时不需要进行多次校正，省时省力。
附图说明
图1是本发明一种多振镜激光精度拼接校准方法的流程示意图；
图2是本发明一种多振镜激光精度拼接校准方法中拼接校准台搭建图；
图3是本发明一种多振镜激光精度拼接校准方法中振镜点位提取示意图；
图4是本发明一种多振镜激光精度拼接校准方法中坐标系建立示意图；
图5是本发明一种多振镜激光精度拼接校准方法中相机拍摄时中心点及坐标系示意图；
图6是本发明一种多振镜激光精度拼接校准方法中所有振镜点位偏差提取示意图。
图中，1.激光束，2.半透镜，3.相机，4.扫描振镜，5.校正板，6.工作平面，7.场镜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种多振镜激光精度拼接校准方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、搭建多振镜激光精度拼接校准台，如图2所示，具体结构如下：
包括设置于工作平面6上的校正板，校正板上部一段距离处依次排列的若干场镜7，每个场镜7上部对应设置有扫描振镜4，若干扫描振镜4均位于激光束1激光发射方向的直线上，沿激光发射方向还倾斜设置有半透镜2，半透镜2与扫描振镜4中心位于同一条直线上，半透镜2的上方一段距离处设置有相机3；
假设第1个扫描振镜4工作范围为虚线框21，第2个扫描振镜4工作范围为虚线框22，第3个扫描振镜4工作范围为虚线框23，第4个扫描振镜4工作范围为虚线框24。设备实际工作范围7为工作范围21、工作范围22、工作范围23、工作范围24组成的并集区域；
如图3所示，步骤2、制作标准校正板及调整标准校正板，具体如下：
步骤2.1、在校正板5上均匀刻画呈阵列排布的十字标记线，相邻十字标记线中心之间的间距为d，作为标准校正板；
步骤2.2、设置相机3视角，使相机3的视场大于标准校正板上每个十字标记线轮廓，且相机3的视场内不会同时出现两个十字标记线；
即相机3的视场为虚线框9，视场9大于标准校正板5上十字标记线8，但不会在视场9内出现两个十字标记线8；
步骤2.3、设振镜4默认工作位置处于工作范围1中心点位置11，中心点位置11同时在相机3的视场9之内，以中心点位置11作为扫描振镜4的(01,01)点；
步骤2.4、调整标准校正板，使距离中心点位置11最近的十字标记线与相机3视场9的中心点位置11重合；
步骤2.5、调整标准校正板，使最边缘的中心点A12、B13位置分别与其余的扫描振镜4的相机视场中心标记点重合，固定校正板。
步骤2中间距d＝5，十字标记线呈9行11列阵列；
如图4所示，步骤3、扫描振镜，消除标准偏差，具体如下：
步骤3.1、中心点A12记为(01,0n)点，中心点B13记为(0n,01)点，与扫描振镜4的(01,01)点建立直角坐标系15，作为标准的XOY坐标系，所有扫描振镜4的标准X、Y方向均以直角坐标系15的X、Y方向为准；
如图5所示，步骤3.2、启动相机3拍摄第一张照片，相机内部的标准中心十字线16代表相机中心(0,0)点17，提取相机中心(0,0)点与(01,01)点的距离，作为坐标系的标准偏差Δ，应用到之后所有点测量的偏差计算中；
步骤3.3、依次将扫描振镜4移动到标准校正板的各十字线中点，拍摄照片，提取相机中心(0,0)点与所有十字线中点的偏差向量，通过与标准偏差Δ计算，消除标准偏差，得到各十字线中点实际位置与理论位置的偏差；
步骤4、振镜点位偏差提取，生成设备的标准偏差矩阵表，以完成多振镜精度拼接校正，具体如下：
步骤4.1、依次完成所有扫描振镜4点位偏差提取，如图6所示，生成扫描振镜4的标准偏差矩阵表，如表1所示；
步骤4.2、根据标准偏差矩阵表进行校正。
表1设备的标准偏差矩阵表
本发明一种多振镜激光精度拼接校正方法，通过将所有的扫描振镜公用一个校正板进行校正，在各个扫描振镜工作范围重叠区域的点位坐标相同，避免了单个扫描振镜独立校正后进行拼接造成二次误差的问题，提高精确性，同时不需要进行多次校正，省时省力。

Claims (6)

1.一种多振镜激光精度拼接校准方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、搭建多振镜激光精度拼接校准台；
步骤2、制作标准校正板及调整标准校正板；
步骤3、扫描振镜，消除标准偏差；
步骤4、振镜点位偏差提取，生成设备的标准偏差矩阵表，以完成多振镜精度拼接校正。
2.根据权利要求1所述的一种多振镜激光精度拼接校准方法，其特征在于，所述步骤1中多振镜激光精度拼接校准台具体结构如下：
包括设置于工作平面(6)上的校正板，校正板上部一段距离处依次排列的若干场镜(7)，每个场镜(7)上部对应设置有扫描振镜(4)，若干扫描振镜(4)均位于激光束(1)激光发射方向的直线上，沿激光发射方向还倾斜设置有半透镜(2)，半透镜(2)与扫描振镜(4)中心位于同一条直线上，半透镜(2)的上方一段距离处设置有相机(3)。
3.根据权利要求2所述的一种多振镜激光精度拼接校准方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：
步骤2.1、在校正板上均匀刻画呈阵列排布的十字标记线，相邻十字标记线中心之间的间距为d，作为标准校正板；
步骤2.2、设置相机(3)视角，使相机(3)的视场大于标准校正板上每个十字标记线轮廓，且相机(3)的视场内不会同时出现两个十字标记线；
步骤2.3、设振镜(4)默认工作位置处于工作范围中心点位置，中心点位置同时在相机(3)的视场之内，以中心点位置作为扫描振镜(4)的(01,01)点；
步骤2.4、调整标准校正板，使距离中心点位置最近的十字标记线与相机(3)视场的中心标记点重合；
步骤2.5、调整标准校正板，使最边缘的中心点A、B位置分别与其余的扫描振镜(4)的相机视场中心标记点重合，固定校正板。
4.根据权利要求3所述的一种多振镜激光精度拼接校准方法，其特征在于，所述步骤2中间距d＝5，十字标记线呈9行11列阵列。
5.根据权利要求3所述的一种多振镜激光精度拼接校准方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：
步骤3.1、中心点A记为(01,0n)点，中心点B记为(0n,01)点，与扫描振镜(4)的(01,01)点建立直角坐标系，作为标准的XOY坐标系，所有扫描振镜(4)的标准X、Y方向均以直角坐标系的X、Y方向为准；
步骤3.2、启动相机(3)拍摄第一张照片，相机内部的标准中心十字线代表相机中心(0,0)点，提取相机中心(0,0)点与(01,01)点的距离，作为坐标系的标准偏差Δ，应用到之后所有点测量的偏差计算中；
步骤3.3、依次将扫描振镜(4)移动到标准校正板的各十字线中点，拍摄照片，提取相机中心(0,0)点与所有十字线中点的偏差向量，通过与标准偏差Δ计算，消除标准偏差，得到各十字线中点实际位置与理论位置的偏差。
6.根据权利要求5所述的一种多振镜激光精度拼接校准方法，其特征在于，所述步骤4具体如下：
依次完成所有扫描振镜(4)点位偏差提取，生成扫描振镜(4)的标准偏差矩阵表；
步骤4.2、根据标准偏差矩阵表进行校正。
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