CN110681990A - 一种振镜校正系统及其校正方法 - Google Patents

一种振镜校正系统及其校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种振镜校正系统，包括光路发射器，用于发射出光束；振镜控制系统，用于控制光路发射器发射出的光束偏转打出标靶阵列、并将标靶阵列烧结到振镜校正系统上；振镜校正系统用于接受光路发射器发出的光束，从而形成标靶阵列以及生成振镜补偿文件。振镜校正系统包括接触式扫描仪，在扫描仪的透光玻璃平板外侧纹有间隔固定的两组平行斜线，两组平行斜线垂直相交形成若干个均匀排列的交叉点。本发明还公开了振镜校正系统的校正方法：使用接触式扫描仪对振镜校正板上的标靶阵列进行图像采集，通过图像处理模块对采集的标靶阵列进行处理、输出振镜补偿对振镜进行校正；无需借助辅助测量设备，便可低成本、高效率、高精度地对振镜实现校正。

Description

一种振镜校正系统及其校正方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，涉及一种振镜校正系统，还涉及一种利用该振镜校正系统的校正方法。
背景技术
在增材制造技术领域一般利用振镜控制光(激光等)路来照射粉末(金属、树脂等)令其凝固实现复杂零件的形成；温度、湿度、震动等环境变化、电机的机械磨损等原因，导致振镜电机丢步，一定时间后产生偏差，影响零件的成型质量，因此需要及时对振镜进行误差补偿以减少偏差。
在增材制造技术领域，一般在校正板上打出标靶阵列，再使用昂贵的辅助测量设备(光学影像仪等)进行测量，人工计算出标靶阵列的理论与实际的偏差，再通过补偿计算软件生成校正文件；如此方式操作复杂、费时、成本高，且不容易随时对振镜进行校正，效率低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种振镜校正系统，解决振镜校正系统需要借助辅助测量设备导致成本高、耗时、操作复杂且不能随时对振镜进行校正的问题。
本发明的目的还在于提供一种振镜校正系统的校正方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，一种振镜校正系统包括
光路发射器，用于发射出光束；
振镜控制系统，用于控制光路发射器发射出的光束偏转打出标靶阵列，并将标靶阵列烧结到振镜校正系统上；
振镜校正系统，用于接受光路发射器发出的光束，从而形成标靶阵列以及生成振镜补偿文件。
接触式扫描仪的分辨率在600dpi到2400dpi之间
本发明的特点还在于，
振镜校正系统包括振镜校正板、接触式扫描仪和图像处理模块，振镜校正板用于接收接受光束照射从而形成标靶阵列，接触式扫描仪用来对振镜校正板的标靶阵列进行图像采集，图像处理模块用于处理接触式扫描仪采集的图像，生成振镜补偿文件。
振镜校正板是平整度良好且不易变形的平板状材质。
接触式扫描仪包括透光玻璃平板，在透光玻璃平板的外侧纹有间隔固定的两组平行斜线，两组平行斜线垂直相交形成若干个均匀排列的交叉点。
接触式扫描仪的分辨率在600dpi到2400dpi之间
本发明所采用的第二种技术方案是，振镜校正系统的校正方法，具体操作步骤如下：
步骤1：振镜控制系统控制光路发射器发出的光束在振镜校正板上打出标靶阵列；
步骤2，将振镜校正板放置在接触式扫描仪上，运行接触式扫描仪的配备软件采集标靶阵列图像；
步骤3，图像处理模块利用步骤2采集的标靶阵列图像获取到图像中各个像素点的相对坐标值，记作集合S5；
步骤3.1：将标靶阵列图像中所有像素点集合记作S＝{(x,y)|x,y∈N}；x、y分别是像素点在直角坐标系中各x、y轴坐标，N是自然数；
步骤3.2：识别出接触式扫描仪的透光玻璃平板上所有平行斜线交叉点在图像中的位置，记作S1＝{p|p∈S}；以任一平行斜线的交叉点为原点、沿原点斜向下平行斜线方向为X轴正方向、沿原点斜向上平行斜线方向为Y轴正方向创建网格坐标系，网格坐标系记作C1＝{x,y,p|x,y∈Z,p∈S1}；
步骤3.3：识别出所有标靶阵列在图像中的位置，记作S2＝{p|p∈S}；以振镜的出光原点的标靶位置为原点、振镜扫射X、Y方向为X、Y轴的正方向、标靶阵列预设间隔l2为一个单位创建点阵坐标系，令标靶阵列的所有点均落在点阵坐标系的整点中，标靶阵列集合记作C2＝{x,y,p|x,y∈Z,p∈S2}，其中Z为整数；
步骤3.4：遍历集合C2，做以下处理
a)将标靶阵列中待处理的点记作P(x,y,p)；
b)在C1中找到离p最近的点，记作P0(x0,y0,p0)；
c)在C1内P0的4个相邻对角点中找到离p最近的点，记作P3(x3,y3,p3)；
d)在C1内找到离P0和P3距离相同的两个点，记作P2(x2,y2,p2)、P1(x1,y1,p1)；
e)令正方形的P0P1P2P3中距离和像素点是均匀的，计算得到C2中P0到P的向量坐标记作(a,b)；P在C2坐标系的位置记作PP(x,y,x0+a,x0+b)，插入集合S3＝{x,y,a,b|x,y∈Z,a,b∈Q}中，Z指的自然数，Q指的小数；
g)在S3找到所有y＝0的点，拟合成直线，求出直线与X轴的直线夹角A°；
h)在S3中找到(0,0,a0,b0),a0指的是原点在网格坐标系中在x轴的映射；
b0指的是原点在网格坐标系中在y轴的映射；
i)转换S3获得集合S4＝{x,y,A,B|x,y∈Z,A,B∈Q}：
A＝a*cos(A°)+b*sin(A°)
B＝b*cos(A°)-a*sin(A°)
j)转换S4获得集合S5＝{x,y,e,f|x,y∈Z,e,f∈Q}，S5即为标靶阵列的相对位置
e＝A*l1-a0
f＝B*l1-b0；
步骤4，遍历S5，如果所有元素都符合以下条件说明校正完成：
Figure BDA0002205861810000041
其中，l是校正偏差允许距离；
步骤5，若各元素不符合式(1)，根据S5和初始振镜补偿文件生成新振镜补偿文件；
步骤6，令振镜控制系统2将步骤5所述新振镜补偿文件导入图像处理模块中。
本发明的特点还在于，
标靶阵列预设间隔在5mm到10mm之间。
标靶阵列的间隔相等。
校正偏差允许距离范围0.03≤l≤0.08mm。
接触式扫描仪的分辨率在600dpi到2400dpi之间。
本发明使用低廉的接触式扫描仪采集标靶阵列图像，通过图像处理模块对采集的图像处理后输出振镜补偿文件，低成本、高效率、高精度地实现对振镜的校正；并且精度高、和高精度光学影像仪相比较，误差不超过0.05mm；除了常用的扫描仪，无其他机械结构；校正一次不超过30分钟。
附图说明
图1是本发明提供的振镜校正系统的模块结构示意图；
图2是本发明扫描仪透光玻璃平板的定制加工示意图；
图3是本发明提供的振镜校正系统的工作流程示意图；
图4是本发明振镜标靶阵列的结构示意图；
图5本发明的实施例的具体采集图像。
图中，1.光路发射器，2.振镜控制系统，3.振镜校正系统，31.振镜校正板，32.接触式扫描仪，33.图像处理模块。
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。
本发明提供的振镜校正系统使用接触式扫描仪对振镜校正板上的标靶阵列进行图像采集，通过图像处理模块对采集的标靶阵列进行处理后，输出振镜补偿对振镜进行校正；无需借助辅助测量设备，便可低成本、高效率、高精度地对振镜实现校正。
图1示出了本发明提供的振镜校正系统的模块结构，具体如下：
振镜校正系统包括光路发射器1，用于发射出光束；
振镜控制系统2，用于控制光路发射器1发射出的光束偏转打出标靶阵列(如图4所示)，并将标靶阵列烧结到振镜校正系统3上；
振镜校正系统3，用于接受光路发射器1发出的光束，从而形成所述标靶阵列以及生成振镜补偿文件。
振镜校正系统3包括振镜校正板31、接触式扫描仪32和图像处理模块33，所述振镜校正板31用于接收接受光束照射从而形成所述标靶阵列，所述接触式扫描仪32(分辨率600dpi到2400dpi之间)用来对振镜校正板31的标靶阵列进行图像采集，所述图像处理模块33用于处理接触式扫描仪32采集的图像，生成振镜补偿文件。
振镜校正板31作为振镜标靶阵列的硬件载体，要求是平整度良好且不易变形的平板状材质，该材质接收到振镜所控制的光路的照射后有明显的颜色变化。
接触式扫描仪32包括透光玻璃平板，在所述透光玻璃平板的外侧纹有间隔固定的两组平行斜线，两组所述平行斜线垂直相交形成若干个均匀排列的交叉点。
接触式扫描仪32作为系统中的图像采集模块，选用市面上常见的接触式扫描仪，该扫描仪有一平板透光玻璃部件，该部件用于放置待扫描物品；作为本发明系统的一部分，需要对接触式扫描仪32的平板透光玻璃部件做一定改动，在透光玻璃部件的外侧(和待扫描物品接触的一侧)纹有间隔固定的两组平行斜线，这两组平行线相互垂直，图2是扫描仪的玻璃部件上纹的平行斜线的示意图。
本发明还公开了一种振镜校正系统的校正方法，具体操作流程如图3所示：
步骤1：振镜控制系统2控制光路发射器1发出的光束在振镜校正板31上打出标靶阵列；标靶阵列覆盖的区域就是振镜的工作范围；
步骤2，将振镜校正板31放置在接触式扫描仪32上，运行接触式扫描仪32的配备软件采集标靶阵列图像；图5示出了本发明的一个案例中的图像，在图像中可以清楚地看到标靶阵列和平行斜线。
步骤3，图像处理模块33利用步骤2采集的标靶阵列图像获取到图像中各个像素点的相对坐标值，记作集合S5；
步骤3.1：将所述标靶阵列图像中所有像素点集合记作S＝{(x,y)|x,y∈N}；x、y分别是像素点在直角坐标系中x、y轴坐标，N是自然数；
步骤3.2：识别出接触式扫描仪透光玻璃平板上所有平行斜线交叉点在图像中的位置，记作S1＝{p|p∈S}；以任一平行斜线的交叉点为原点、沿所述原点斜向下平行斜线方向为X轴正方向、沿所述原点斜向上平行斜线方向为Y轴正方向创建网格坐标系，网格坐标系记作C1＝{x,y,p|x,y∈Z,p∈S1}；
步骤3.3：识别出所有标靶阵列在图像中的位置，记作S2＝{p|p∈S}；以振镜的出光原点的标靶位置为原点、振镜扫射X、Y方向为X、Y轴的正方向、标靶阵列预设间隔l2为一个单位创建点阵坐标系，令标靶阵列的所有点均落在点阵坐标系的整点中，标靶阵列集合记作C2＝{x,y,p|x,y∈Z,p∈S2}，其中Z为整数；标靶阵列可以采用多种形状，不限于矩形或者圆；
步骤3.4：遍历集合C2，做以下处理
a)将标靶阵列中待处理的点记作P(x,y,p)；
b)在C1中找到离p最近的点，记作P0(x0,y0,p0)；
c)在C1内P0的4个相邻对角点中找到离p最近的点，记作P3(x3,y3,p3)；
d)在C1内找到离P0和P3距离相同的两个点，记作P2(x2,y2,p2)、P1(x1,y1,p1)；
e)令正方形的P0P1P2P3中距离和像素点是均匀的，计算得到C2中P0到P的向量坐标记作(a,b)；P在C2坐标系的位置记作PP(x,y,x0+a,x0+b)，插入集合S3＝{x,y,a,b|x,y∈Z,a,b∈Q}中，Z指的自然数，Q指的小数；
g)在S3找到所有y＝0的点，拟合成直线，求出所述直线与X轴的直线夹角A°；
h)在S3中找到(0,0,a0,b0),a0指的是原点在网格坐标系中x轴的映射；
b0指的是原点在网格坐标系中y轴的映射；
i)转换S3获得集合S4＝{x,y,A,B|x,y∈Z,A,B∈Q}：
A＝a*cos(A°)+b*sin(A°)
B＝b*cos(A°)-a*sin(A°)
j)转换S4获得集合S5＝{x,y,e,f|x,y∈Z,e,f∈Q}，S5即为标靶阵列的相对位置
e＝A*l1-a0
f＝B*l1-b0；
步骤4，遍历S5，如果所有元素都符合以下条件说明校正完成：
Figure BDA0002205861810000081
其中，l是校正偏差允许距离，
步骤5，若各元素不符合式(1)，根据S5和初始振镜补偿文件生成新振镜补偿文件；其中，初始振镜补偿文件为振镜初始自有的补偿文件。
步骤6，令振镜控制系统2将步骤5所述新振镜补偿文件导入图像处理模块中。
所述标靶阵列间隔相等；标靶阵列预设间隔l2可根据实际需求去设定，一般采用5-10mm。
所述校正偏差允许距离范围0.03≤l≤0.08mm。
以上是本发明提供的振镜校正系统的校正方法，下面提供一个本发明在金属增材制造领域的一个实施案例。
光路发射器1采用激光器，校正板31使用贴有相纸的透光玻璃平板，接触式扫描仪32使用的普通平板式扫描仪,其分辨率在600dpi到2400dpi之间,扫描仪的玻璃部件上的平行斜线使用激光刻印，标靶阵列预设间隔在5mm到10mm之间；图5示出了使用本发明的实施例的采集图像，提取标靶阵列的实际坐标和使用高精度测量仪器的测量结果差异不大于0.05mm，由此说明本方法的。
采用此振镜校正方法的优点如下：
1)价格低廉：不用购置昂贵的辅助测量设备，仅需要采购常用的一般扫描仪，
2)精度高：和高精度光学影像仪相比较，误差不超过0.05mm
3)操作简单：除了常用的扫描仪，无其他机械结构，
4)操作快速：校正一次不超过30分钟。

Claims (10)

1.一种振镜校正系统，其特征在于，所述振镜校正系统包括
光路发射器(1)，用于发射出光束；
振镜控制系统(2)，用于控制光路发射器(1)发射出的光束偏转打出标靶阵列，并将标靶阵列烧结到振镜校正系统(3)上；
振镜校正系统(3)，用于接受光路发射器(1)发出的光束，从而形成所述标靶阵列以及生成振镜补偿文件。
2.根据权利要求1所述的一种振镜校正系统，其特征在于，所述振镜校正系统(3)包括振镜校正板(31)、接触式扫描仪(32)和图像处理模块(33)，所述振镜校正板(31)用于接收接受光束照射从而形成所述标靶阵列，所述接触式扫描仪(32)用来对振镜校正板(31)的标靶阵列进行图像采集，所述图像处理模块(33)用于处理接触式扫描仪(32)采集的图像，生成振镜补偿文件。
3.根据权利要求1所述的一种振镜校正系统，其特征在于，所述振镜校正板(31)是平整度良好且不易变形的平板状材质。
4.根据权利要求2所述的一种振镜校正系统，其特征在于，所述接触式扫描仪(32)包括透光玻璃平板，在所述透光玻璃平板的外侧纹有间隔固定的两组平行斜线，两组所述平行斜线垂直相交形成若干个均匀排列的交叉点。
5.根据权利要求2所述的一种振镜校正系统，其特征在于，所述接触式扫描仪(32)的分辨率在600dpi到2400dpi之间。
6.一种振镜校正系统的校正方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
步骤1：振镜控制系统2控制光路发射器1发出的光束在振镜校正板31上打出标靶阵列；
步骤2，将振镜校正板31放置在接触式扫描仪32上，运行接触式扫描仪32采集标靶阵列图像；
步骤3，图像处理模块33利用步骤2采集的标靶阵列图像获取到图像中各个像素点的相对坐标值，记作集合S5
步骤3.1：将所述标靶阵列图像中所有像素点集合记作S＝{(x，y)|x，y∈N}；x、y分别是像素点在直角坐标系中各x、y轴坐标，N是自然数；
步骤3.2：识别出接触式扫描仪透光玻璃平板上所有平行斜线交叉点在图像中的位置，记作S1＝{p|p∈S}；以任一平行斜线的交叉点为原点、沿所述原点斜向下平行斜线方向为X轴正方向、沿所述原点斜向上平行斜线方向为Y轴正方向创建网格坐标系，网格坐标系记作C1＝{x，y，p|x，y∈Z，p∈S1}；
步骤3.3：识别出所有标靶阵列在图像中的位置，记作S2＝{p|p∈S}；以振镜的出光原点的标靶位置为原点、振镜扫射X、Y方向为X、Y轴的正方向、标靶阵列预设间隔l2为一个单位创建点阵坐标系，令标靶阵列的所有点均落在点阵坐标系的整点中，标靶阵列集合记作C2＝{x，y，p|x，y∈Z，p∈S2}，其中Z为整数；
步骤3.4：遍历集合C2，做以下处理
a)将标靶阵列中待处理的点记作P(x，y，p)；
b)在C1中找到离p最近的点，记作P0(x0，y0，p0)；
c)在C1内P0的4个相邻对角点中找到离p最近的点，记作P3(x3，y3，p3)；
d)在C1内找到离P0和P3距离相同的两个点，记作P2(x2，y2，p2)、P1(x1，y1，p1)；
e)令正方形的P0P1P2P3中距离和像素点是均匀的，计算得到C2中P0到P的向量坐标记作(a，b)；P在C2坐标系的位置记作PP(x，y，x0+a，x0+b)，插入集合S3＝{x，y，a，b|x，y∈Z，a，b∈Q}中，Z指的自然数，Q指的小数；
g)在S3找到所有y＝0的点，拟合成直线，求出所述直线与X轴的直线夹角AO；
h)在S3中找到(0，0，a0，b0)，a0指的是原点在网格坐标系中在X轴的映射、b0指的是原点在网格坐标系中在Y轴的映射；
i)转换S3获得集合S4＝{x，y，A，B|x，y∈Z，A，B∈Q}：
A＝a*cos(AO)+b*sin(AO)
B＝b*cos(AO)-a*sin(AO)
j)转换S4获得集合S5＝{x，y，e，f|x，y∈Z，e，f∈Q}，S5即为标靶阵列的相对位置
e＝A*l1-a0
f＝B*l1一b0；
步骤4，遍历S5，如果所有元素都符合以下条件说明校正完成：
Figure FDA0002205861800000031
其中，l是校正偏差允许距离，
步骤5，若各元素不符合式(1)，根据S5和初始振镜补偿文件生成新振镜补偿文件；
步骤6，令振镜控制系统2将步骤5所述新振镜补偿文件导入图像处理模块中。
7.如权利要求6所述的一种振镜校正系统的校正方法，其特征在于，所述标靶阵列间隔相等。
8.如权利要求7所述的一种振镜校正系统的校正方法，其特征在于，所述标靶阵列预设间隔在5mm到10mm之间。
9.如权利要求6所述的一种振镜校正系统的校正方法，其特征在于，所述校正偏差允许距离范围0.03≤1≤0.08mm。
10.如权利要求6所述的一种振镜校正系统的校正方法，其特征在于，所述接触式扫描仪(32)的分辨率在600dpi到2400dpi之间。
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