CN117020401A - 振镜校准方法及校准设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于3D打印领域，涉及一种扫描振镜位置精度测量校准方法及校准设备，其中，该方法包括：1)选择用于对振镜扫描系统进行位置精度校准的校准设备；2)调整待校准振镜扫描系统，使待校准振镜扫描系统的出射光朝向校准设备；3)控制待校准振镜扫描系统使得出射光在校准设备的测量孔内沿X向等间距扫描并获取多条扫描线，根据扫描线的数量和扫描线的响应时间依次对待校准振镜扫描系统进行校准；4)控制待校准振镜扫描系统使得出射光在校准设备的测量孔内沿Y向等间距扫描并获取多条扫描线，根据扫描线的数量和扫描线的响应时间依次对待校准振镜扫描系统进行校准。本发明具有响应速度快以及灵敏度高的优点。
Description
技术领域
本发明属于3D打印领域，涉及一种振镜校准方法及校准设备，尤其涉及一种扫描振镜位置精度测量校准方法及校准设备。
背景技术
基于扫描振镜的激光加工系统，由于受温度、机械振动、系统自身可靠性等因素，振镜的扫描精度常常需要定期校正。振镜校正时需要获取当前系统的扫描位置与理论位置偏差，根据偏差对当前系统的扫描位置进行相应校正。例如，传统的校正是在校正测试板上打矩阵十字交叉标定点后，通过人工测量并计算出理论与实际的偏差，再通过补偿计算软件生成校正文件，这种方法不但费时，多点测量也容易出现累计误差，导致校准精度不够。
然而，可靠并准确的获取激光扫描的位置信息对激光振镜扫描系统的精度校正起着至关重要的作用。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种响应速度快以及灵敏度高的振镜校准方法及校准设备。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种振镜校准的方法，应用于3D打印设备，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)选择用于对振镜扫描系统进行位置精度校准的校准设备；
2)调整待校准振镜扫描系统，使待校准振镜扫描系统的出射光朝向步骤1)所述的校准设备；
3)控制待校准振镜扫描系统使得出射光在校准设备的测量孔内沿X向等间距扫描并获取多条扫描线，根据扫描线的数量和扫描线的响应时间依次对待校准振镜扫描系统进行校准；
4)控制待校准振镜扫描系统使得出射光在校准设备的测量孔内沿Y向等间距扫描并获取多条扫描线，根据扫描线的数量和扫描线的响应时间依次对待校准振镜扫描系统进行校准。
上述步骤3)具体是：
3.1)控制待校准振镜扫描系统以扫描线长2D沿y＝0对校准设备上的测量孔的直径进行扫描，得到直径扫描线，记为扫描线直径；所述D是测量孔的直径；
3.2)以直径扫描线为基准，以扫描线距d以及扫描线长2D为扫描条件，分别沿y＞0的方向以及y＜0的方向进行多次扫描，得到多条扫描线，其中，d＜＜D/2；
3.3)通过光电传感器分别探测扫描线的响应时间，所述响应时间是待校准振镜扫描系统的出射光沿扫描线扫描时进入测量室并被光电传感器捕获的时间；
3.4)统计在y＞0时通过步骤3.3)获取得到扫描线的数量N以及统计在y＜0时通过步骤3.3)获取得到扫描线的数量M，判断N是否与M相等；若相等，则进行步骤3.5)；若不相等，则对待校准振镜扫描系统的姿态进行粗调，直至N＝M；
3.5)根据扫描线的响应时间对待校准振镜扫描系统进行细调，直至完成待校准振镜扫描系统在X向的位置精度校准。
上述步骤3.2)具体是：
以直径扫描线为基准，以扫描线距d，扫描线长2D，分别沿y＞0的方向以及y＜0的方向进行多次扫描，得到多条扫描线，从上至下的顺序，依次记为扫描线+(nd)、扫描线+(n-1d)、……、扫描线+3d、扫描线+2d、扫描线+d、扫描线直径、扫描线-d、扫描线-2d、扫描线-3d、……、扫描线-(n-1d)以及扫描线-(nd)；其中，所述扫描线+(nd)是从扫描线直径起并沿y＞0的方向，扫描间距为nd的扫描线；所述扫描线-(nd)是从扫描线直径起并沿y＜0的方向，扫描间距为nd的扫描线；其中，d＜＜D/2。
上述步骤3.3)具体是：
通过光电传感器分别探测扫描线的响应时间，从上至下的顺序，响应时间分别是t1、t2、……、tn、tmax、t(n+1)、……、tm；其中，tmax是扫描扫描线直径时的响应时间。
上述步骤3.4)具体是：
统计t1、t2、……、tn所对应的扫描线的数量N以及统计t(n+1)、……、tm所对应的扫描线的数量M；所述N＝n；所述M＝m-n；所述n、m均是自然数；判断N是否与M相等；若相等，则进行步骤3.5)；若不相等，则对待校准振镜扫描系统的姿态进行粗调，直至N＝M。
上述步骤3.4)中粗调的方式具体是：若关于扫描线直径对称的扫描线对于测量孔向上偏a条线，则将待校准振镜扫描系统在该测量孔的圆心的坐标向下偏移a×d；若关于扫描线直径对称的扫描线对于测量孔向下偏b条线，则将待校准振镜扫描系统在该测量孔的圆心的坐标向上偏移b×d；所述a以及b均是自然数。
上述步骤3.5)具体是：
判断响应时间t1与响应时间tm是否相等，若相等，则完成待校准振镜扫描系统在X向的位置精度校准；若非相等，则以d/x为基准对待校准振镜扫描系统进行细调，直至响应时间t1与响应时间tm相等；所述x是大于等于2的自然数。
上述步骤4)的方式与步骤3)的方式完全相同。
一种振镜校准设备，其特征在于：所述振镜校准设备包括测量板，所述测量板上设置有一个或多个圆形测量孔；所述测量孔是多个时，多个测量孔的结构完全相同且呈矩阵式设置。
上述振镜校准设备还包括测量室；所述测量室的数量与测量板上测量孔的数量相对应并置于测量孔底部；
优选的，所述测量板以及测量室是一体式结构或分体式结构；所述测量板以及测量室是一体式结构时，所述测量室是沿测量板的厚度方向开设在测量孔底部的测量通道；
优选的，所述测量室的结构是锥型腔、球型腔、柱型槽、椭球型、正多面体型或马鞍型；
优选的，所述振镜校准设备还包括工控机、信号处理单元以及光电传感器；待校准振镜扫描系统置于测量孔顶部并对测量孔进行位置扫描；所述光电传感器的数量与测量室的数量一致；所述光电传感器置于测量室内并监测测量室内的光电信号，所述光电传感器将光电信号通过信号处理单元输送至工控机；所述工控机与待校准振镜扫描系统相连并控制待校准振镜扫描系统的姿态对待校准振镜扫描系统完成位置校准。
本发明的优点是：
本发明提供了一种振镜校准方法及校准设备，其中，该方法包括1)选择用于对振镜扫描系统进行位置精度校准的校准设备；2)调整待校准振镜扫描系统，使待校准振镜扫描系统的出射光朝向步骤1)所述的校准设备；3)控制待校准振镜扫描系统使得出射光在校准设备的测量孔内沿X向等间距扫描并获取多条扫描线，根据扫描线的数量和扫描线的响应时间依次对待校准振镜扫描系统进行校准；4)控制待校准振镜扫描系统使得出射光在校准设备的测量孔内沿Y向等间距扫描并获取多条扫描线，根据扫描线的数量和扫描线的响应时间依次对待校准振镜扫描系统进行校准。由于本发明所采用的光电传感器是一种响应速度快，灵敏度高的传感器，因此，本发明根据被测激光在目标点扫描时传感器的响应时间来判定激光的扫描精度；同时，本发明还可以采用独立的测量系统，不需要借助其他测量仪器就可完成扫描振镜扫描系统的位置测量，不仅可用于单振镜校准，还可以用于多振镜拼接的校准。本发明具有响应速度快、灵敏度高、扫描速度快的特点。
附图说明
图1是本发明所采用的测量板的俯视结构示意图；
图2是本发明所提供的扫描振镜位置精度测量校准设备的结构原理图；
图3是本发明所提供的校准方法中对测量孔沿x方向进行等间距逐行扫描的示意图；
其中：
1-测量板；2-测量孔；3-测量室；4-光电传感器；5-信号处理单元；6-工控机；7-待校准振镜扫描系统。
具体实施方式
本发明提供了一种振镜校准方法，该方法包括以下步骤：
1)选择用于对振镜扫描系统进行位置精度校准的校准设备；
2)调整待校准振镜扫描系统，使待校准振镜扫描系统的出射光朝向步骤1)的校准设备；
3)控制待校准振镜扫描系统使得出射光在校准设备的测量孔内沿X向等间距扫描并获取多条扫描线，根据扫描线的数量和扫描线的响应时间依次对待校准振镜扫描系统进行校准；
其中，根据扫描线的数量和扫描线的响应时间依次对待校准振镜扫描系统进行校准指的是，根据扫描线的数量和扫描线的响应时间依次对待校准振镜扫描系统进行偏差计算，进而基于所得偏差对带校准振镜扫描系统进行校准。步骤(3)具体包括：
3.1)控制待校准振镜扫描系统以扫描线长2D沿y＝0对校准设备上的测量孔的直径进行扫描，得到直径扫描线，记为扫描线直径；D是测量孔的直径；
3.2)以直径扫描线为基准，以扫描线距d以及扫描线长2D为扫描条件，分别沿y＞0的方向以及y＜0的方向进行多次扫描，得到多条扫描线，其中，d＜＜D/2；示例性的，本发明进行多次扫描方式可以按照如下方式进行：以直径扫描线为基准，以扫描线距d，扫描线长2D，分别沿y＞0的方向以及y＜0的方向进行多次扫描，得到多条扫描线，从上至下的顺序，依次记为扫描线+(nd)、扫描线+(n-1d)、……、扫描线+3d、扫描线+2d、扫描线+d、扫描线直径、扫描线-d、扫描线-2d、扫描线-3d、……、扫描线-(n-1d)以及扫描线-(nd)；其中，扫描线+(nd)是从扫描线直径起并沿y＞0的方向，扫描间距为nd的扫描线；扫描线-(nd)是从扫描线直径起并沿y＜0的方向，扫描间距为nd的扫描线；其中，d＜＜D/2。
3.3)通过光电传感器分别探测扫描线的响应时间，响应时间是待校准振镜扫描系统的出射光沿扫描线扫描时进入测量室并被光电传感器捕获的时间；从上至下的顺序，响应时间分别是t1、t2、……、tn、tmax、t(n+1)、……、tm；其中，tmax是扫描扫描线直径时的响应时间，如图3所示。显然，t1和tm为光电传感器可以探测到扫描线的临界点，也就是说，t1所对应的扫描线之前所扫描的扫描线和tm所对应的扫描线之后所扫描的扫描线并未进入测量孔，也没有被光电传感器探测到。
3.4)统计在y＞0时通过步骤3.3)获取得到扫描线的数量N以及统计在y＜0时通过步骤3.3)获取得到扫描线的数量M，判断N是否与M相等；若相等，则进行步骤3.5)；若不相等，则对待校准振镜扫描系统的姿态进行粗调，直至N＝M；例如，可按照如下方式进行相应的统计及判断：统计t1、t2、……、tn所对应的扫描线的数量N以及统计t(n+1)、……、tm所对应的扫描线的数量M；N＝n；M＝m-n；n、m均是自然数；判断N是否与M相等；若相等，则进行步骤3.5)；若不相等，则对待校准振镜扫描系统的姿态进行粗调，直至N＝M。可以理解的是，y＝0上下的扫描线数量相等，即为y＞0所对应的扫描线与y＜0所对应的扫描线关于y＝0分布对称。同时，在进行粗调时，本发明示例性的采用如下方式：若关于扫描线直径对称的扫描线对于测量孔向上偏a条线，则将待校准振镜扫描系统在该测量孔的圆心的坐标向下偏移a×d；若关于扫描线直径对称的扫描线对于测量孔向下偏b条线，则将待校准振镜扫描系统在该测量孔的圆心的坐标向上偏移b×d；a以及b均是自然数。
3.5)根据扫描线的响应时间对待校准振镜扫描系统进行细调，直至完成待校准振镜扫描系统在X向的位置精度校准。具体的，可以判断响应时间t1是否与响应时间tm相等，若相等，则完成待校准振镜扫描系统在X向的位置精度校准；若不相等，则以d/x为基准对待校准振镜扫描系统进行细调，直至响应时间t1与响应时间tm相等；x是大于等于2的自然数。示例性的，如果响应时间t1是否与响应时间tm不相等，即，0＜|t1-tm|＜τ，其中，τ为误差上限(τ＜扫描直径时的响应时间tmax)，说明此时振镜坐标与测量系统坐标有偏差，则以d/x为基准对待校准振镜扫描系统进行细调，直至响应时间t1与响应时间tm相等。同时，可以迭代该步骤，最终直至响应时间t1与响应时间tm相等。
4)控制待校准振镜扫描系统使得出射光在校准设备的测量孔内沿Y向等间距扫描并获取多条扫描线，根据扫描线的数量和扫描线的响应时间依次对待校准振镜扫描系统进行校准。其中，步骤4)的方式与步骤3)的方式完全相同，仅仅是方向不同，在此，不再赘述。
参见图1，是本发明所提供的振镜校准设备，该校准设备包括测量板1，测量板1上设置有一个或多个圆形测量孔2；测量孔2是多个时，多个测量孔2的结构完全相同且呈矩阵式设置。测量板1上的测量孔2中心根据所需采集点位的阵列而定，全幅面上所有的测量孔具有较高的一致性。同时，参见图2，本发明所提供的校准设备还包括测量室3；测量室3的数量与测量板1上测量孔2的数量相对应并置于测量孔2底部；优选的，测量板1以及测量室3是一体式结构或分体式结构；测量板1以及测量室3是一体式结构时，测量室3是沿测量板1的厚度方向开设在测量孔2底部的测量通道。示例性的，本发明采用分体式结构。无论是分体式结构还是一体式结构，本发明所采用的测量室3的结构是锥型腔、球型腔、柱型槽、椭球型、正多面体型或马鞍型，即激光在测量室3内能够被反射，并最终被测量室3底部的光电传感器4所探测。光电探测器相比于PSD位置传感器能探测更高能量密度的激光，从而能更有效稳定地测量激光位置。
参见图2，本发明所提供的振镜校准设备还包括工控机6、信号处理单元5以及光电传感器4；待校准振镜扫描系统7置于测量孔2顶部并对测量孔2进行位置扫描；光电传感器4的数量与测量室3的数量一致；光电传感器4置于测量室3内并监测测量室3内的光电信号，光电传感器4将光电信号通过信号处理单元5输送至工控机6；工控机6与待校准振镜扫描系统7相连并控制待校准振镜扫描系统7的姿态对待校准振镜扫描系统7完成位置校准。
示例性的，测量孔2的直径可以是，测量孔2的下方是如图2所示的测量室3。
本发明的工作原理是：
待校准振镜扫描系统7出射的扫描激光照射进测量孔2后，扫描激光在测量室3内腔后会产生散射，位于测量室3底部的光电传感器4探测的是扫描激光通过测量孔2照射进测量室3时产生散射光的响应时间。各测量室3底部的光电传感器4输出信号传输至信号处理单元5中运算，工控机6控制信号处理单元5的采集与数据交互，将采集的坐标传递至振镜扫描系统，以此完成扫描系统精度的坐标迭代与更新校正。本发明是将振镜校准设备的位置尺寸精度作为测量基准，校准时将振镜扫描精度同一至校准设备的精度即可。执行测量前，预先将测量板放置在工作平面后进行简单的位置对准，可用激光系统自身的指向红光进行对准，初始对准越精确，测量时间越短。
Claims (10)
1.一种振镜校准的方法，应用于3D打印设备，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)选择用于对振镜扫描系统进行位置精度校准的校准设备；
2)调整待校准振镜扫描系统(7)，使待校准振镜扫描系统(7)的出射光朝向步骤1)所述的校准设备；
3)控制待校准振镜扫描系统(7)使得出射光在校准设备的测量孔(2)内沿X向等间距扫描并获取多条扫描线，根据扫描线的数量和扫描线的响应时间依次对待校准振镜扫描系统(7)进行校准；
4)控制待校准振镜扫描系统(7)使得出射光在校准设备的测量孔(2)内沿Y向等间距扫描并获取多条扫描线，根据扫描线的数量和扫描线的响应时间依次对待校准振镜扫描系统(7)进行校准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3)具体是：
3.1)控制待校准振镜扫描系统(7)以扫描线长2D沿y＝0对校准设备上的测量孔(2)的直径进行扫描，得到直径扫描线，记为扫描线直径；所述D是测量孔(2)的直径；
3.2)以直径扫描线为基准，以扫描线距d以及扫描线长2D为扫描条件，分别沿y＞0的方向以及y＜0的方向进行多次扫描，得到多条扫描线，其中，d＜＜D/2；
3.3)通过光电传感器(4)分别探测扫描线的响应时间，所述响应时间是待校准振镜扫描系统(7)的出射光沿扫描线扫描时进入测量室并被光电传感器捕获的时间；
3.4)统计在y＞0时通过步骤3.3)获取得到扫描线的数量N以及统计在y＜0时通过步骤3.3)获取得到扫描线的数量M，判断N是否与M相等；若相等，则进行步骤3.5)；若不相等，则对待校准振镜扫描系统(7)的姿态进行粗调，直至N＝M；
3.5)根据扫描线的响应时间对待校准振镜扫描系统(7)进行细调，直至完成待校准振镜扫描系统(7)在X向的位置精度校准。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤3.2)具体是：
以直径扫描线为基准，以扫描线距d，扫描线长2D，分别沿y＞0的方向以及y＜0的方向进行多次扫描，得到多条扫描线，从上至下的顺序，依次记为扫描线+(nd)、扫描线+(n-1d)、……、扫描线+3d、扫描线+2d、扫描线+d、扫描线直径、扫描线-d、扫描线-2d、扫描线-3d、……、扫描线-(n-1d)以及扫描线-(nd)；其中，所述扫描线+(nd)是从扫描线直径起并沿y＞0的方向，扫描间距为nd的扫描线；所述扫描线-(nd)是从扫描线直径起并沿y＜0的方向，扫描间距为nd的扫描线；其中，d＜＜D/2。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤3.3)具体是：
通过光电传感器(4)分别探测扫描线的响应时间，从上至下的顺序，响应时间分别是t1、t2、……、tn、tmax、t(n+1)、……、tm；其中，tmax是扫描扫描线直径时的响应时间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤3.4)具体是：
统计响应时间t1、t2、……、tn分别所对应的扫描线的数量N以及统计相应时间t(n+1)、……、tm分别所对应的扫描线的数量M；所述N＝n；所述M＝m-n；所述n、m均是自然数；判断N是否与M相等；若相等，则进行步骤3.5)；若不相等，则对待校准振镜扫描系统(7)的姿态进行粗调，直至N＝M。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤3.4)中粗调的方式具体是：若关于扫描线直径对称的扫描线对于测量孔(2)向上偏a条线，则将待校准振镜扫描系统(7)在所述测量孔的圆心的坐标向下偏移a×d；若关于扫描线直径对称的扫描线对于测量孔(2)向下偏b条线，则将待校准振镜扫描系统(7)在所述测量孔的圆心的坐标向上偏移b×d；所述a以及b均是自然数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤3.5)具体是：
判断响应时间t1与响应时间tm是否相等，若相等，则完成待校准振镜扫描系统(7)在X向的位置精度校准；若非相等，则以d/x为基准对待校准振镜扫描系统(7)进行细调，直至响应时间t1与响应时间tm相等；所述x是大于等于2的自然数。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤4)的方式与步骤3)的方式完全相同。
9.一种实现如权利要求1-8任一项所述的方法的振镜校准设备，其特征在于：所述振镜校准设备包括测量板(1)，所述测量板(1)上设置有一个或多个圆形测量孔(2)；所述测量孔(2)是多个时，多个测量孔(2)的结构完全相同且呈矩阵式设置。
10.根据权利要求9所述的振镜校准设备，其特征在于：所述振镜校准设备还包括测量室(3)；所述测量室(3)的数量与测量板(1)上测量孔(2)的数量相对应并置于测量孔(2)底部；
优选的，所述测量板(1)以及测量室(3)是一体式结构或分体式结构；所述测量板(1)以及测量室(3)是一体式结构时，所述测量室(3)是沿测量板(1)的厚度方向开设在测量孔(2)底部的测量通道；
优选的，所述测量室(3)的结构是锥型腔、球型腔、柱型槽、椭球型、正多面体型或马鞍型；
优选的，所述振镜校准设备还包括工控机(6)、信号处理单元(5)以及光电传感器(4)；
待校准振镜扫描系统(7)置于测量孔(2)顶部并对测量孔(2)进行位置扫描；所述光电传感器(4)的数量与测量室(3)的数量一致；所述光电传感器(4)置于测量室(3)内并监测测量室(3)内的光电信号，所述光电传感器(4)将光电信号通过信号处理单元(5)输送至工控机(6)；所述工控机(6)与待校准振镜扫描系统(7)相连并控制待校准振镜扫描系统(7)的姿态对待校准振镜扫描系统(7)完成位置校准。
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| CN202310972187.0A CN117020401A (zh) | 2023-08-03 | 2023-08-03 | 振镜校准方法及校准设备 |
Publications (1)
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117620419A (zh) * | 2024-01-23 | 2024-03-01 | 深圳市智鼎自动化技术有限公司 | 一种智能型激光扫描振镜系统 |
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2023
- 2023-08-03 CN CN202310972187.0A patent/CN117020401A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117620419A (zh) * | 2024-01-23 | 2024-03-01 | 深圳市智鼎自动化技术有限公司 | 一种智能型激光扫描振镜系统 |
| CN117620419B (zh) * | 2024-01-23 | 2024-03-29 | 深圳市智鼎自动化技术有限公司 | 一种智能型激光扫描振镜系统 |
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