CN117549554A - 一种多振镜拼接自动校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多振镜拼接自动校正方法，属于3D打印技术领域，该方法包括以下步骤：步骤1.定义多个校准点，将其中一个振镜设置为参考振镜，其余振镜设置为校准振镜，在参考振镜的光路上设置用于采集反射回来的光斑光束的采集系统；步骤2.采集系统依次记录各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值；步骤3.对各校准振镜进行补偿计算得到各校准振镜的校准参数；步骤4.按照各校准振镜的校准参数对各校准振镜进行校正。本发明将采集系统设置于设备内，检测时无需打开工作腔，可随时随地进行检测，检测效率高，可以校准多振镜的相对位置关系，打印时拼接处的拼接精度是否良好。

Description

一种多振镜拼接自动校正方法

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，尤其涉及一种多振镜拼接自动校正方法。

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。而在使用振镜进行高精密激光加工的过程中，经常需要对振镜加工精度提出苛刻要求，因此，需要及时对振镜进行误差补偿，对振镜进行精度校正，以减少偏差。

在增材制造技术领域，为了实现高效率、大幅面目的，采用多个振镜控制光路设备；多振镜设备的振镜校准存在诸多问题，操作复杂、耗时长，同时还需要价格高昂的测量仪器进行辅助。不仅如此，增材制造设备即使在装机时对多激光头拼接矫正完成的情况下，在实际打印过程中，多激光头也会因为温度、湿度、震动等环境变化、电机的机械磨损等原因出现拼接位置漂移，因此一种能校准多激光振镜拼接以及能够在打印过程中也能实时测量矫正，则显得尤为重要。

目前现有的矫正方式有：申请公布号为CN111829454A的中国专利申请公布的用于扫描系统的校准装置及其校准方法，校准装置包括检测激光、控制系统以及设置于铺粉机构顶部并可沿与铺粉方向垂直的方向移动的光电位置传感器，光电位置传感器在控制系统的控制下依次移动于若干对应检测点，当光电位置传感器移动于对应检测点的同时，通过控制扫描系统的偏转使得检测激光在扫描系统的偏转下入射该光电位置传感器，依次获取光电位置传感器的检测信息并根据检测信息对扫描系统进行校准。申请公布号为CN111854601A的中国专利申请公布的用于多激光多扫描系统的校准装置及其校准方法，其中校准装置包括：底板、两条导轨、滑动机构、多束检测激光、控制系统以及光电位置传感器，控制系统在拼接区域中选取一条拼接线，并在拼接线上选取多个检测点；控制系统通过移动至少一条滑动机构运动以驱动对应的光电位置传感器移动于多个检测点；且当某一光电位置传感器移动于某一检测点时，控制所有扫描系统进行偏转使得该拼接区域对应的所有检测激光依次入射该检测点，获取所有光电位置传感器的检测信息并根据检测信息对多个扫描系统进行校准。

上述两个专利申请为了满足检测要求，使用移动滑轨来实现大检测范围的要求，使用了第三方的检测机构，每次检测时均需要打开工作腔，将相关设备放入工作腔来完成检测，在需要多次检测时，费时费力。

授权公告号为CN214324185U的实用新型专利公开了一种用于增材制造的多激光扫描拼接校正装置，包括由底壳和盒盖形成的盒体，所述盒盖上设有多组通孔，每组通孔由位于同一直线上的两个通孔构成，且每组通孔位于每相邻的两个激光器的拼接区域，用于接收该两个激光器发射的激光；所述底壳上于每个通孔内自上而下依次放置有用于衰减激光能量的镜片组件以及探测激光信号位置的探测器，所述底壳内还设有至少一个控制模块，用于接收探测器探测的数据以实现多激光器扫描拼接的校正。

这种检测方式也是使用了一个第三方的检测机构来检测拼接状态，由于缺少了移动机构，因此如果振镜电机初始位置偏差非常大，则需要依靠人眼来讲光斑移动至检测孔内，才能实现进一步拼接检测。

发明内容

本发明提供了一种多振镜拼接自动校正方法，以解决现有多振镜矫正装置多为外置检测系统，矫正前后需要打开工作腔，导致检测费时费力的问题。并且只需在其中一只振镜上安装检测机构，即可矫正所有振镜的图像变形以及多振镜之间的图像拼接。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及一种多振镜拼接自动校正方法，其包括以下步骤：

步骤1.定义多个校准点，将其中一个振镜设置为参考振镜，其余振镜设置为校准振镜，在参考振镜的光路上设置用于采集反射回来的光斑光束的采集系统；

步骤2.采集系统依次记录各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值；

步骤3.基于各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值，对各校准振镜进行补偿计算得到各校准振镜的校准参数；

步骤4.按照各校准振镜的校准参数对各校准振镜进行校正。

优选地，所述步骤1定义多个校准点时，多个校准点以陈列排布。

优选地，所述采集系统包括介质反射镜和图像采集模块，介质反射镜设置在激光器和参考振镜之间，用于将激光器发出的激光反射至参考振镜处，反射回来的激光透过所述的介质反射镜后被所述的图像采集模块采集。

优选地，所述图像采集模块包括凸透镜、凹透镜和摄像头，凸透镜用于对反射回来的光斑光束进行聚焦，凹透镜用于将聚焦后的光斑光束进行放大，摄像头用于记录光斑的位置。

优选地，所述步骤2采集系统依次记录各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值的具体步骤包括：

步骤2.1-1.移动参考振镜至参考振镜反射的光斑移动到其中一个校准点，用采集系统观察光斑的位置，并以此作为参考光斑；

步骤2.2-1.按照校准振镜的编号顺序将其中一个校准振镜移动至参考振镜的位置，并通过采集系统观察光斑的位置，若光斑位置与参考光斑不重合，则微调该校准振镜至光斑与参考光斑重合，记录该校准振镜的移动量作为该校准振镜在该校准点的偏差值；若光斑位置与参考光斑重合，则不记录偏差值或记录偏差值为0；

步骤2.3-1.按照步骤2.1-1~步骤2.2-1的方式逐点校准该校准振镜，并记录每一个校准点的偏差值，直至该校准振镜在所有校准点均校正完毕；

步骤2.4-1. 判断该校准振镜是否为最后一个校准振镜，若不是，返回步骤2.1-1，若是，则结束步骤2，进而对各校准振镜进行逐点校准，并记录每各校准振镜在每一个校准点的偏差值。

优选地，所述步骤2采集系统依次记录各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值的具体步骤包括：

步骤2.1-2.移动参考振镜至参考振镜反射的光斑移动到其中一个校准点，用采集系统观察光斑的位置，并以此作为参考光斑；

步骤2.2-2.按照校准振镜的编号顺序将其中一个校准振镜移动至参考振镜的位置，并通过采集系统观察光斑的位置，若光斑位置与参考光斑不重合，则微调该校准振镜至光斑与参考光斑重合，记录该校准振镜的移动量作为该校准振镜在该校准点的偏差值，进入下一步；若光斑位置与参考光斑重合，则直接进入下一步；

步骤2.3-2.判断该校准振镜是否为最后一个校准振镜，若不是，返回步骤2.2-2；若是，则进入下一步；

步骤2.4-2.判断该校准点是否为最后一个校准点，若不是，则返回步骤2.1-2，在下一个校准点微调校准振镜并记录各校准振镜在下一个校准点的偏差值；若是，则所有校准振镜均校正完毕。

优选地，所述步骤对各校准振镜进行补偿计算得到各校准振镜的校准参数，使用等参元网格图像变换对各振镜的打印坐标进行校正。

优选地，所述步骤2还对光斑的尺寸进行调整。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.本发明涉及的多振镜拼接自动校正方法在其中一个振镜的光路上设置用于采集反射回来的光斑光束的采集系统，矫正过程中用采集系统依次记录各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值，再用偏差值对各校准振镜进行补偿计算得到各校准振镜的校准参数，采集系统位于打印设备内部，检测时无需打开工作腔，可随时随地进行检测，不仅在设备初装时可以检测，在设备进行打印过程中也可以在线实时检测，检测效率高。

2.本发明涉及的多振镜拼接自动校正方法定义多个校准点，以其中一个振镜设置为参考振镜，其余振镜设置为校准振镜，用采集系统依次记录各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值，再对各校准振镜进行补偿计算得到各校准振镜的校准参数并对各振镜进行校正，通过该方式对各振镜进行校正，可以校准多振镜的相对位置关系，打印时拼接处的拼接精度是否良好。

附图说明

图1是本发明涉及的多振镜拼接自动校正方法的流程图；

图2是校准点的分布图；

图3是多振镜拼接自动校正结构示意图；

图4是图像采集模块的具体结构图。

图示说明：1-振镜，2-介质反射镜，3-图像采集模块，31-凸透镜，32-凹透镜，33-摄像头。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

参照附图1所示，本发明涉及的一种多振镜拼接自动校正方法，其包括以下步骤：

步骤1.定义多个校准点，多个校准点以n*m的陈列排布，如图2所示；将其中一个振镜1设置为参考振镜，其余振镜1设置为校准振镜，在参考振镜的光路上设置用于采集反射回来的光斑光束的采集系统，采集系统包括介质反射镜2和图像采集模块3，介质反射镜2设置在激光器和参考振镜之间，用于将激光器发出的激光反射至参考振镜处，反射回来的激光透过所述的介质反射镜2后被所述的图像采集模块采集3，如图3所示；所述图像采集模块3包括凸透镜31、凹透镜32和摄像头33，如图4所示，凸透镜32用于对反射回来的光斑光束进行聚焦，凹透镜32用于将聚焦后的光斑光束进行放大，摄像头33用于记录光斑的位置。

步骤2.采集系统依次记录各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值，此步骤中按照校正点阵列从左到右、从上到下的顺序逐个进行，即按照（X1，Y1）、（X1，Y2）......（Xn，Ym）的顺序进行，具体为：

步骤2.1-1.移动参考振镜至参考振镜反射的光斑移动到其中一个校准点，用采集系统3观察光斑的位置，并以此作为参考光斑；

步骤2.2-1.按照校准振镜的编号顺序将其中一个校准振镜移动至参考振镜的位置，并通过采集系统观察光斑的位置，若光斑位置与参考光斑不重合，则微调该校准振镜至光斑与参考光斑重合，记录该校准振镜的移动量作为该校准振镜在该校准点的偏差值；若光斑位置与参考光斑重合，则不记录偏差值或记录偏差值为0；

步骤2.3-1.按照步骤2.1-1~步骤2.2-1的方式逐点校准该校准振镜，并记录每一个校准点的偏差值，直至该校准振镜在所有校准点均校正完毕；

步骤2.4-1.判断该校准振镜是否为最后一个校准振镜，若不是，返回步骤2.1-1，若是，则结束步骤2，进而对各校准振镜进行逐点校准，并记录每各校准振镜在每一个校准点的偏差值；

该步骤还可以对光斑的尺寸进行调节，即在步骤2.1-1中，通过采集系统3观察光斑的尺寸，并判断是否与规定的尺寸符合，若不符合，通过对激光束进行调焦的方式对光斑的尺寸进行调节。

步骤3.基于各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值，对各校准振镜进行补偿计算得到各校准振镜的校准参数，使用等参元网格图像变换对各振镜的打印坐标进行校正。

步骤4.按照各校准振镜的校准参数对各校准振镜进行校正。

实施例2

参照附图1所示，本发明涉及的一种多振镜拼接自动校正方法，其包括以下步骤：

步骤1.定义多个校准点，多个校准点以n*m的陈列排布，如图2所示；将其中一个振镜1设置为参考振镜，其余振镜1设置为校准振镜，在参考振镜的光路上设置用于采集反射回来的光斑光束的采集系统，采集系统包括介质反射镜2和图像采集模块3，介质反射镜2设置在激光器和参考振镜之间，用于将激光器发出的激光反射至参考振镜处，反射回来的激光透过所述的介质反射镜2后被所述的图像采集模块采集3，如图3所示；所述图像采集模块3包括凸透镜31、凹透镜32和摄像头33，如图4所示，凸透镜32用于对反射回来的光斑光束进行聚焦，凹透镜32用于将聚焦后的光斑光束进行放大，摄像头33用于记录光斑的位置。

步骤2.采集系统依次记录各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值，此步骤中按照校正点阵列从左到右、从上到下的顺序逐个进行，即按照（X1，Y1）、（X1，Y2）......（Xn，Ym）的顺序进行，具体为：

步骤2.1-2.移动参考振镜至参考振镜反射的光斑移动到其中一个校准点，用采集系统观察光斑的位置，并以此作为参考光斑；

步骤2.2-2.按照校准振镜的编号顺序将其中一个校准振镜移动至参考振镜的位置，并通过采集系统观察光斑的位置，若光斑位置与参考光斑不重合，则微调该校准振镜至光斑与参考光斑重合，记录该校准振镜的移动量作为该校准振镜在该校准点的偏差值，进入下一步；若光斑位置与参考光斑重合，则直接进入下一步；

步骤2.3-2.判断该校准振镜是否为最后一个校准振镜，若不是，返回步骤2.2-2；若是，则进入下一步；

步骤2.4-2.判断该校准点是否为最后一个校准点，若不是，则返回步骤2.1-2在下一个校准点微调校准振镜并记录各校准振镜在下一个校准点的偏差值；若是，则所有校准振镜均校正完毕。

该步骤还可以对光斑的尺寸进行调节，即在步骤2.1-1中，通过采集系统3观察光斑的尺寸，并判断是否与规定的尺寸符合，若不符合，通过对激光束进行调焦的方式对光斑的尺寸进行调节。

步骤3.基于各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值，对各校准振镜进行补偿计算得到各校准振镜的校准参数，使用等参元网格图像变换对各振镜的打印坐标进行校正。

步骤4.按照各校准振镜的校准参数对各校准振镜进行校正。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种多振镜拼接自动校正方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤1.定义多个校准点，将其中一个振镜设置为参考振镜，其余振镜设置为校准振镜，在参考振镜的光路上设置用于采集反射回来的光斑光束的采集系统；

步骤2.采集系统依次记录各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值；

步骤3.基于各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值，对各校准振镜进行补偿计算得到各校准振镜的校准参数；

步骤4.按照各校准振镜的校准参数对各校准振镜进行校正。

2.根据权利要求1所述的多振镜拼接自动校正方法，其特征在于：所述步骤1定义多个校准点时，多个校准点以陈列排布。

3.根据权利要求1所述的多振镜拼接自动校正方法，其特征在于：所述采集系统包括介质反射镜和图像采集模块，介质反射镜设置在激光器和参考振镜之间，用于将激光器发出的激光反射至参考振镜处，反射回来的激光透过所述的介质反射镜后被所述的图像采集模块采集。

4.根据权利要求3所述的多振镜拼接自动校正方法，其特征在于：所述图像采集模块包括凸透镜、凹透镜和摄像头，凸透镜用于对反射回来的光斑光束进行聚焦，凹透镜用于将聚焦后的光斑光束进行放大，摄像头用于记录光斑的位置。

5.根据权利要求1所述的多振镜拼接自动校正方法，其特征在于：所述步骤2采集系统依次记录各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值的具体步骤包括：

步骤2.1-1.移动参考振镜至参考振镜反射的光斑移动到其中一个校准点，用采集系统观察光斑的位置，并以此作为参考光斑；

步骤2.2-1.按照校准振镜的编号顺序将其中一个校准振镜移动至参考振镜的位置，并通过采集系统观察光斑的位置，若光斑位置与参考光斑不重合，则微调该校准振镜至光斑与参考光斑重合，记录该校准振镜的移动量作为该校准振镜在该校准点的偏差值；若光斑位置与参考光斑重合，则不记录偏差值或记录偏差值为0；

步骤2.3-1.按照步骤2.1-1~步骤2.2-1的方式逐点校准该校准振镜，并记录每一个校准点的偏差值，直至该校准振镜在所有校准点均校正完毕；

步骤2.4-1.判断该校准振镜是否为最后一个校准振镜，若不是，返回步骤2.1-1，若是，则结束步骤2，进而对各校准振镜进行逐点校准，并记录每各校准振镜在每一个校准点的偏差值。

6.根据权利要求1所述的多振镜拼接自动校正方法，其特征在于：所述步骤2采集系统依次记录各校准振镜在各校准点的光斑与参考振镜在对应校准点的光斑的偏差值的具体步骤包括：

步骤2.1-2.移动参考振镜至参考振镜反射的光斑移动到其中一个校准点，用采集系统观察光斑的位置，并以此作为参考光斑；

步骤2.2-2.按照校准振镜的编号顺序将其中一个校准振镜移动至参考振镜的位置，并通过采集系统观察光斑的位置，若光斑位置与参考光斑不重合，则微调该校准振镜至光斑与参考光斑重合，记录该校准振镜的移动量作为该校准振镜在该校准点的偏差值，进入下一步；若光斑位置与参考光斑重合，则直接进入下一步；

步骤2.3-2.判断该校准振镜是否为最后一个校准振镜，若不是，返回步骤2.2-2；若是，则进入下一步；

步骤2.4-2.判断该校准点是否为最后一个校准点，若不是，则返回步骤2.1-2，在下一个校准点微调校准振镜并记录各校准振镜在下一个校准点的偏差值；若是，则所有校准振镜均校正完毕。

7.根据权利要求1所述的多振镜拼接自动校正方法，其特征在于：所述步骤对各校准振镜进行补偿计算得到各校准振镜的校准参数，使用等参元网格图像变换对各振镜的打印坐标进行校正。

8.根据权利要求1所述的多振镜拼接自动校正方法，其特征在于：所述步骤2还对光斑的尺寸进行调整。