CN118090162B - 扫描振镜镜片检测及校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了扫描振镜镜片检测及校准系统，其包括：检测座，其上端面一侧安装有基准板，所述基准板上设有十字准星；定位载座，设置在检测座上远离基准板的一侧，所述定位载座配备三轴微调器，用于对放置在定位载座上的伺服电机进行空间定位；安装校准模块，竖直架设在检测座上并位于定位载座的上方，所述安装校准模块对伺服电机上的振镜镜片进行初步机械校准；外置激光器，设置在检测座的上方位于定位载座的一侧，以测试振镜镜片反射时的光路变化，所述检测座上设置有零偏差标准反射镜；以及微调模块，安装在检测座上并在振镜镜片微调中实时改变振镜镜片校准微调角度。

Description

扫描振镜镜片检测及校准系统

技术领域

本发明属于振镜检测校准技术领域，具体是扫描振镜镜片检测及校准系统。

背景技术

激光扫描振镜系统的工作原理主要将激光反射镜摆动一定的角度，控制激光束发生偏转，广泛应用在激光打标、激光切割、3D打印等领域，其精度和稳定性至关重要，而振镜镜片的零位发生偏移时（即振镜镜片的中心旋转轴与伺服电机的输出轴未处于同一直线），会对最终的激光加工或成像结果产生负面影响；目前，常规振镜镜片在校准中一般采用十字测量法，振镜系统按照预设程序扫描出“十”字图案，然后将扫描的实际位置与理论设计位置进行比较，手动调节振镜镜片与电机轴之间的偏差，这一校准方法虽然直观且易于操作，但其依赖于人工观察和判断，会引入人为误差，影响校准精度，同时由于需要逐次调整并反复验证结果，整个校准过程可能会耗时较长；而又如专利号为：CN216387530U的专利文献，其采用的安装工装结构简单，容易安装且校准耗时短，但其仅采用的机械安装校准精度较低，且缺乏对振镜镜片正面与电机转轴轴线间的夹角矫正，导致其之间存在并形成R角偏差。因此，有必要提供扫描振镜镜片检测及校准系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：扫描振镜镜片检测及校准系统，其包括：

检测座，其上端面一侧安装有基准板，所述基准板上设有十字准星；

定位载座，设置在检测座上远离基准板的一侧，所述定位载座配备三轴微调器，用于对放置在定位载座上的伺服电机进行空间定位；

安装校准模块，竖直架设在检测座上并位于定位载座的上方，所述安装校准模块对伺服电机上的振镜镜片进行初步机械校准，以便将振镜镜片安装的位置偏差、角度误差以及与伺服电机轴心线一致性的误差参数控制在微调范围内；

外置激光器，设置在检测座的上方位于定位载座的一侧，所述外置激光器用于提供高稳定性激光束，以测试振镜镜片反射时的光路变化，所述检测座上设置有零偏差标准反射镜，所述标准反射镜将外置激光器发射出的激光束投射到伺服电机上的振镜镜片上；

微调模块，安装在检测座上并在振镜镜片微调中实时改变振镜镜片校准微调角度。

进一步，作为优选，所述安装校准模块包括：

柱杆，为对称分布的四个，各所述柱杆均竖直固定在检测座上，所述柱杆上滑动设置有加载座；

上机座，固定在柱杆的上方，所述上机座上竖直安装有伸缩驱动缸，所述伸缩驱动缸的伸缩端与所述加载座相连接；

工装模具，可拆卸的安装在所述加载座的中心，所述工装模具内设有检测槽口。

进一步，作为优选，所述工装模具中的检测槽口内壁两侧均对称设置有支柱组，所述支柱组由两个导柱构成，两个所述导柱呈上下分布并滑动安装在所述工装模具中，两个所述导柱上均套设有支撑弹簧，且两个所述导柱的一侧端面均嵌入滚动设置有滚珠，所述滚珠与振镜镜片的侧面窄壁相接触，所述工装模具内设置有压力传感器，所述支撑弹簧的一端与压力传感器相接触；

所述工装模具内位于支柱组之间分布有多个矫正伸缩器，所述矫正伸缩器的一端设置有衬块。

进一步，作为优选，所述伸缩驱动缸能够在液压驱动下进行竖向往复伸缩，并驱动所述加载座上的工装模具对振镜镜片动态检测校准。

进一步，作为优选，所述微调模块包括：

驱动架，平行固定在检测座上，所述驱动架上通过滑轨滑动安装有连接座；

螺纹轴套，横向转动安装在所述连接座内，所述连接座内滑动设置有轴杆，所述轴杆滑动穿接在螺纹轴套中，且所述轴杆上设有螺纹槽，所述轴杆通过螺纹啮合作用与所述螺纹轴套相滑动连接；

安装架，固定在轴杆的一端，所述安装架上设置有固定基板，所述固定基板的下方安装有装夹手；

防护垫，左右对称固定在所述装夹手的内壁上。

进一步，作为优选，所述安装校准模块对振镜镜片进行机械微调后，由外置激光器发射激光束，在基准板上获取第一检测位置点，对比第一检测位置点与预期校准点误差大小，并获取偏差方位，所述微调模块根据偏差方位通过装夹手对振镜镜片进行调整。

进一步，作为优选，所述安装架上固定有轴板，所述轴板上转动连接有轴盘，所述轴板的一侧安装有控制电机，所述控制电机的输出端与所述轴盘同轴连接；

所述安装架上滑动设置有架杆，所述架杆的下端与所述固定基板相连接，所述轴盘上连接有传动杆，所述传动杆的下端与所述固定基板连接。

进一步，作为优选，所述轴杆在轴向滑动中对振镜镜片提供R角调节，此时所述轴盘能够通过传动杆对振镜镜片提供竖向位移补偿。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中对于振镜镜片校准中，采用安装校准模块与微调模块相结合的方式对伺服电机上的振镜镜片进行校准，其主要校准的是伺服电机上的振镜镜片相对伺服电机轴心的位置，旨在确保振镜镜片在电机驱动下旋转时，其旋转轴与电机轴心严格保持一致，有效缩短校准时长，保证校准精度；其中采用的安装校准模块能够由工装模具对振镜镜片进行初步机械校准，以便振镜镜片的两侧窄面能够呈对称分布在伺服电机的轴心两侧，而后微调模块对镜镜片提供R角微调，使得振镜镜片正面与伺服电机输出轴之间的R角逐步归零，根据激光束的运动轨迹，对振镜镜片实时调整，保证校准精度，最后完成校准后直接由伺服电机上的卡子通过螺丝将振镜镜片与伺服电机锁紧固定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中安装校准模块的结构示意图；

图3为本发明中工装模具的剖面示意图；

图4为本发明中微调模块的结构示意图；

图5为本发明中振镜镜片未校准下与伺服电机安装偏差示意图；

图6为本发明中振镜镜片与伺服电机之间R角示意图；

图中：1、检测座；11、基准板；12、外置激光器；13、标准反射镜；2、定位载座；3、安装校准模块；31、柱杆；32、上机座；33、伸缩驱动缸；34、加载座；35、检测槽口；4、微调模块；41、驱动架；42、滑轨；43、连接座；44、螺纹轴套；45、轴杆；46、安装架；47、固定基板；48、装夹手；49、防护垫；5、工装模具；51、导柱；52、滚珠；53、压力传感器；54、矫正伸缩器；55、衬块；6、轴板；61、轴盘；62、传动杆；7、振镜镜片；71、伺服电机；72、卡子。

具体实施方式

请参阅图1-5，本发明实施例中，扫描振镜镜片检测及校准系统，其包括：

检测座1，其上端面一侧安装有基准板11，所述基准板11上设有十字准星；

定位载座2，设置在检测座1上远离基准板11的一侧，所述定位载座2配备三轴微调器，三轴微调器通常包括三个相互垂直的调整轴：水平方向的X轴和Y轴用于二维平面内的平移微调，而竖直方向的Z轴则用于高度位置的调整，用于对放置在定位载座2上的伺服电机71进行空间定位；确保伺服电机71与其他相关组件之间的相对位置准确无误，从而实现高精度装配；

安装校准模块3，竖直架设在检测座1上并位于定位载座2的上方，所述安装校准模块3对伺服电机71上的振镜镜片7进行初步机械校准，以便将振镜镜片7安装的位置偏差、角度误差以及与伺服电机71轴心线一致性的误差参数控制在微调范围内；

外置激光器12，设置在检测座1的上方位于定位载座2的一侧，所述外置激光器12用于提供高稳定性激光束，以测试振镜镜片7反射时的光路变化，所述检测座1上设置有零偏差标准反射镜13，其目的是为了提供一个精确且稳定的光学基准。当外置激光器12发射出的激光束照射到这个零偏差标准反射镜13时，能够确保反射出的光束具有极高的方向性和位置准确性，所述标准反射镜13将外置激光器12发射出的激光束投射到伺服电机71上的振镜镜片7上，通过观察和分析振镜镜片7反射后激光光斑的位置、形状以及与预设目标的偏差情况，可以对振镜系统进行精细的机械校准和性能评估；

微调模块4，安装在检测座1上并在振镜镜片7微调中实时改变振镜镜片7校准微调角度；本发明中，振镜的主要结构包括伺服电机71、固定在伺服电机上71的卡子72以及振镜镜片7，安装校准模块3与微调模块4主要用于校准振镜镜片7相对伺服电机71的位置，而当校准完成后可直接通过伺服电机71上的卡子72将振镜镜片7通过锁紧螺丝锁紧固定即可；

所述安装校准模块3包括：

柱杆31，为对称分布的四个，各所述柱杆31均竖直固定在检测座1上，所述柱杆31上滑动设置有加载座34；

上机座32，固定在柱杆31的上方，所述上机座32上竖直安装有伸缩驱动缸33，所述伸缩驱动缸33的伸缩端与所述加载座34相连接；

工装模具5，可拆卸的安装在所述加载座34的中心，所述工装模具5内设有检测槽口35，其中，工装模具能够随加载座竖向位移中对振镜镜片7进行机械定位（卡子72上的锁紧螺丝处于松动状态），其中，工装模具的检测槽口经过对比设计，与振镜镜片7形状和固定结构相匹配，能够在不依靠锁紧螺丝的情况下暂时稳定住振镜镜片7，而在完成振镜镜片7的初步定位后，再将振镜镜片7上的锁紧螺丝预紧，从而将镜片低压力夹持固定在伺服电机71的卡子72上。

本实施例中，所述工装模具5中的检测槽口35内壁两侧均对称设置有支柱组，所述支柱组由两个导柱51构成，两个所述导柱51呈上下分布并滑动安装在所述工装模具5中，两个所述导柱51上均套设有支撑弹簧，且两个所述导柱51的一侧端面均嵌入滚动设置有滚珠52，所述滚珠52与振镜镜片7的侧面窄壁相接触，所述工装模具5内设置有压力传感器53（可以采用压阻式压力感应片或电容式压力感应片），所述支撑弹簧的一端与压力传感器53相接触；从而能够实时监测滚珠与振镜镜片7之间接触时的压力情况；

所述工装模具5内位于支柱组之间分布有多个矫正伸缩器54，所述矫正伸缩器54的一端设置有衬块55。

作为较佳的实施例，所述伸缩驱动缸33能够在液压驱动下进行竖向往复伸缩，并驱动所述加载座34上的工装模具5对振镜镜片7动态检测校准，也就是说，针对振镜镜片7检测中，采用工装模具在竖向进行动态检测，监测工装模具中上下分布的导柱与压力传感器之间的接触压力，从而能够获取相对较高精度的反馈信息（即系统能够捕捉到微小的位置偏差和应力变化），根据反馈信息通过矫正伸缩器对振镜镜片7实时作出相应调整，极大地提高了校准效率和准确性，精确控制加载座及其上的工装模具对振镜镜片7进行位置和角度的调整，其中需要注意的是，工装模具在竖向动态检测的作用主要是通过两侧的滚珠52与振镜镜片侧面窄壁相接触，从而由对应的各压力传感器53实时提供动态变化的接触压力值，根据左右压力差值通过矫正伸缩器54对振镜镜片左右侧拨动矫正，其中矫正过程中工装模具处于静止状态，而后工作模具再次进行竖向动态检测，当两侧的各压力传感器53检测的压力值一致且恒定时，此时即表明振镜镜片的两侧窄面能够呈对称分布在伺服电机71的轴心两侧，从而完成初步的机械校准。

本实施例中，所述微调模块4包括：

驱动架41，平行固定在检测座1上，所述驱动架41上通过滑轨42滑动安装有连接座43；

螺纹轴套44，横向转动安装在所述连接座43内，所述连接座43内滑动设置有轴杆45，所述轴杆45滑动穿接在螺纹轴套44中，且所述轴杆45上设有螺纹槽，所述轴杆45通过螺纹啮合作用与所述螺纹轴套44相滑动连接；

安装架46，固定在轴杆45的一端，所述安装架46上设置有固定基板47，所述固定基板47的下方安装有装夹手48；

防护垫49，左右对称固定在所述装夹手48的内壁上，装夹手能够自适应夹持在振镜镜片7的侧面窄壁上端，并通过防护垫达到软接触。

本实施例中，所述安装校准模块3对振镜镜片7进行机械微调后，由外置激光器12发射激光束，在基准板11上获取第一检测位置点，对比第一检测位置点与预期校准点误差大小，并获取偏差方位，所述微调模块4根据偏差方位通过装夹手28对振镜镜片7进行调整。

本实施例中，所述安装架46上固定有轴板6，所述轴板6上转动连接有轴盘61，所述轴板6的一侧安装有控制电机，所述控制电机的输出端与所述轴盘61同轴连接；

所述安装架46上滑动设置有架杆，所述架杆的下端与所述固定基板47相连接，所述轴盘61上连接有传动杆62，所述传动杆62的下端与所述固定基板47连接；当控制电机运转时，可以精确地驱动轴盘61旋转，并通过传动杆将实现振镜镜片7小距离竖向微调，整个系统就能够通过电机控制，精确地调节振镜镜片7的位置，确保其在校准中始终达到最佳位置，提高振镜精度和稳定性。

参阅图6，作为较佳的实施例，所述轴杆45在轴向滑动中对振镜镜片7提供R角调节（即为振镜镜片7正面与伺服电机71转轴轴线间的夹角），也就是说当装夹手接触夹持在振镜镜片7侧面窄壁时，由螺纹轴套旋转驱动轴杆轴向滑动微调，从而改变振镜镜片7的R角大小，此时所述轴盘61能够通过传动杆62对振镜镜片7提供竖向位移补偿，即在振镜镜片7提供R角调节时，结合振镜镜片的竖向动态微调，能有效在Z轴方向上进行微小位移补偿，避免在R角调节中，振镜镜片出现高度偏差；其中，调整控制电机的电压值，并使电压值呈线性增大或减小，同时记录基准板上激光束的运动轨迹，当基准板上的激光束达到预期校准点时，获取并记录当下状态控制电机的电压值，这个电压值对应了振镜镜片达到精确校准状态的工作条件（零位校准点），用于后续的快速精确调用。

具体地，针对振镜镜片检测校准，将伺服电机与振镜镜片放置在定位载座上，并通过三轴微调器对伺服电机空间点位，确保伺服电机与其他相关组件之间的相对位置准确无误；而后由安装校准模块中的工装模具向进行动态检测，并通过矫正伸缩器对振镜镜片实时作出相应调整，达到对振镜镜片进行初步机械校准；再由微调模块中的装夹手对镜镜片提供R角微调（其中结合对振镜镜片竖向动态微调补偿，避免了R角调节中的高度偏差），当基准板上的激光束达到预期校准点时，技术人员记录下此时的控制电机电压值、控制系统设定值等其它关键变量，以便快速复现振镜镜片当前精准状态。

振镜镜片的具体校准步骤如下：

将振镜（振镜镜片、伺服电机）放置在定位载座2上，此时伺服电机通过定位载座2上的三轴微调器进行空间定位；确保伺服电机与其他相关组件之间的相对位置准确无误，而后优先采用安装校准模块3对伺服电机上的振镜镜片进行初步机械校准，这其中主要通过述伸缩驱动缸33能够在液压驱动下进行竖向往复伸缩，从而使得工装模具中上的有滚珠52能够与振镜镜片的侧面窄壁相动态接触，从而获取相对较高精度的动态压力反馈信息，根据左右压力差值通过矫正伸缩器54对振镜镜片左右侧拨动矫正，以便工装模具对振镜镜片相对伺服电机的左右位置进行调整，直至两侧的各压力传感器53检测的压力值一致且恒定；当其完成初步机械校准后，此时振镜镜片的侧面窄壁左右对称分布在伺服电机输出轴两侧，可对振镜镜片上的锁紧螺丝预紧，将镜片低压力夹持固定在伺服电机的卡子上，方便进行后续调节；

而后由微调模块4对振镜镜片提供R角调节，用于消除振镜镜片正面与伺服电机输出轴之间的R角，使其逐步归零；其中主要采用装夹手接触夹持在振镜镜片侧面窄壁上，由螺纹轴套旋转驱动轴杆轴向滑动微调，从而逐步削弱振镜镜片的R角大小，同时通过轴盘驱动传动杆62对振镜镜片提供竖向位移补偿，以便振镜镜片在R角调节中与伺服电机保持一定夹持高度；避免R角调节中振镜镜片过于凸出或下沉在卡子内；

这其中，轴盘能够通过在持续旋转下驱动振镜镜片在竖向动态位移加载，从而有效在Z轴方向上进行微小位移补偿，当基准板上的激光束达到预期校准点时，技术人员记录下此时的控制电机电压值、控制系统设定值等其它关键变量，以便快速复现振镜镜片当前精准状态。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.扫描振镜镜片检测及校准系统，其特征在于：包括：

检测座（1），其上端面一侧安装有基准板（11），所述基准板（11）上设有十字准星；

定位载座（2），设置在检测座（1）上远离基准板（11）的一侧，所述定位载座（2）配备三轴微调器，用于对放置在定位载座（2）上的伺服电机（71）进行空间定位；

安装校准模块（3），竖直架设在检测座（1）上并位于定位载座（2）的上方，所述安装校准模块（3）对伺服电机（71）上的振镜镜片（7）进行初步机械校准，以便将振镜镜片（7）安装的位置偏差、角度误差以及与伺服电机（71）轴心线一致性的误差参数控制在微调范围内；

外置激光器（12），设置在检测座（1）的上方位于定位载座（2）的一侧，所述外置激光器（12）用于提供高稳定性激光束，以测试振镜镜片（7）反射时的光路变化，所述检测座（1）上设置有零偏差标准反射镜（13），所述标准反射镜（13）将外置激光器（12）发射出的激光束投射到伺服电机（71）上的振镜镜片（7）上；以及

微调模块（4），安装在检测座（1）上并在振镜镜片（7）微调中实时改变振镜镜片（7）校准微调角度；

所述安装校准模块（3）包括：

柱杆（31），为对称分布的四个，各所述柱杆（31）均竖直固定在检测座（1）上，所述柱杆（31）上滑动设置有加载座（34）；

上机座（32），固定在柱杆（31）的上方，所述上机座（32）上竖直安装有伸缩驱动缸（33），所述伸缩驱动缸（33）的伸缩端与所述加载座（34）相连接；

工装模具（5），可拆卸的安装在所述加载座（34）的中心，所述工装模具（5）内设有检测槽口（35）；

所述微调模块（4）包括：

驱动架（41），平行固定在检测座（1）上，所述驱动架（41）上通过滑轨（42）滑动安装有连接座（43）；

螺纹轴套（44），横向转动安装在所述连接座（43）内，所述连接座（43）内滑动设置有轴杆（45），所述轴杆（45）滑动穿接在螺纹轴套（44）中，且所述轴杆（45）上设有螺纹槽，所述轴杆（45）通过螺纹啮合作用与所述螺纹轴套（44）相滑动连接；

安装架（46），固定在轴杆（45）的一端，所述安装架（46）上设置有固定基板（47），所述固定基板（47）的下方安装有装夹手（48）；

防护垫（49），左右对称固定在所述装夹手（48）的内壁上。

2.根据权利要求1所述的扫描振镜镜片检测及校准系统，其特征在于：所述工装模具（5）中的检测槽口（35）内壁两侧均对称设置有支柱组，所述支柱组由两个导柱（51）构成，两个所述导柱（51）呈上下分布并滑动安装在所述工装模具（5）中，两个所述导柱（51）上均套设有支撑弹簧，且两个所述导柱（51）的一侧端面均嵌入滚动设置有滚珠（52），所述滚珠（52）与振镜镜片（7）的侧面窄壁相接触，所述工装模具（5）内设置有压力传感器（53），所述支撑弹簧的一端与压力传感器（53）相接触；

所述工装模具（5）内位于支柱组之间分布有多个矫正伸缩器（54），所述矫正伸缩器（54）的一端设置有衬块（55）。

3.根据权利要求2所述的扫描振镜镜片检测及校准系统，其特征在于：所述伸缩驱动缸（33）能够在液压驱动下进行竖向往复伸缩，并驱动所述加载座（34）上的工装模具（5）对振镜镜片（7）动态检测校准。

4.根据权利要求1所述的扫描振镜镜片检测及校准系统，其特征在于：所述安装校准模块（3）对振镜镜片（7）进行机械微调后，由外置激光器（12）发射激光束，在基准板（11）上获取第一检测位置点，对比第一检测位置点与预期校准点误差大小，并获取偏差方位，所述微调模块（4）根据偏差方位通过装夹手（48）对振镜镜片（7）进行调整。

5.根据权利要求4所述的扫描振镜镜片检测及校准系统，其特征在于：所述安装架（46）上固定有轴板（6），所述轴板（6）上转动连接有轴盘（61），所述轴板（6）的一侧安装有控制电机，所述控制电机的输出端与所述轴盘（61）同轴连接；

所述安装架（46）上滑动设置有架杆，所述架杆的下端与所述固定基板（47）相连接，所述轴盘（61）上连接有传动杆（62），所述传动杆（62）的下端与所述固定基板（47）连接。

6.根据权利要求5所述的扫描振镜镜片检测及校准系统，其特征在于：所述轴杆（45）在轴向滑动中对振镜镜片（7）提供R角调节，此时所述轴盘（61）能够通过传动杆（62）对振镜镜片（7）提供竖向位移补偿，调整控制电机的电压值，并使电压值呈线性增大或减小，同时记录基准板上激光束的运动轨迹，当基准板上的激光束达到预期校准点时，获取并记录当下状态控制电机的电压值。