KR100416045B1

KR100416045B1 - Algorithm for Resolving Bow Problem in Scanning System Using 2 Rotating Mirrors

Info

Publication number: KR100416045B1
Application number: KR10-2001-0038971A
Authority: KR
Inventors: 박기환; 윤상열; 라종필; 김석민
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2001-06-30
Filing date: 2001-06-30
Publication date: 2004-01-24
Also published as: KR20030002217A

Abstract

본 발명은 스캐닝 시스템의 보문제 해결방법에 있어서, 특히 두개의 회전하는 거울에 의해서 발생되는 보문제를 효과적으로 보정하고, 그 계산방법이나 계산시간을 단축시키는 알고리즘을 제공하는 것을 특징으로 하는 두개의 회전하는 거울을 이용한 스캐닝 시스템의 레이저 궤적 보정방법에 관한 것으로,현재의 레이저 궤적의 위치값을 계산하는 단계와; 보 현상에 의한 왜곡이 전혀 없는 직사각형 궤적의 각도값을 계산하는 단계와; 현재의 레이저 궤적의 위치값을 각도값으로 변환하고 변환된 각도값에서 왜곡이 없는 가상의 궤적의 각도값을 차감하여 오차각도를 구하는 단계와; 현재의 레이저 궤적의 각도값에서 상기 오차각도를 차감하여 레이저의 궤적의 각도를 보정하여, 보정이 완료된 최종 각도를 구하는 단계로 이루어짐이 특징이다.In the method of solving the beam problem of a scanning system, in particular, it is possible to effectively correct the beam problem caused by two rotating mirrors, and to provide an algorithm for shortening the calculation method or calculation time. A laser trajectory correction method for a scanning system using a mirror, the method comprising: calculating a position value of a current laser trajectory; Calculating an angle value of a rectangular trajectory without distortion due to the beam phenomenon; Converting a position value of the current laser trajectory into an angle value and subtracting the angle value of the virtual trajectory without distortion from the converted angle value to obtain an error angle; The angle of the current laser trajectory is subtracted from the error angle, thereby correcting the angle of the trajectory of the laser.

Description

Algorithm for Resolving Bow Problem in Scanning System Using 2 Rotating Mirrors}

본 발명은 스캐닝 시스템의 보문제 해결방법에 관한 것으로, 특히 두개의 회전하는 거울에 의해서 발생되는 보문제를 효과적으로 보정하고, 그 계산방법이나 계산시간을 단축시키는 알고리즘을 제공하는 것을 특징으로 하는 두개의 회전하는 거울을 이용한 스캐닝 시스템의 레이저 궤적 보정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a beam problem solving method of a scanning system, and in particular, to effectively correct a beam problem caused by two rotating mirrors, and to provide an algorithm for shortening the calculation method or calculation time. The present invention relates to a laser trajectory correction method of a scanning system using a rotating mirror.

일반적으로, 두 개의 회전하는 거울을 이용한 스캐닝 시스템은 하나의 광원을 이용하여 넓은 2차원의 대상체를 측정하거나, 가공할 때 사용한다.In general, a scanning system using two rotating mirrors is used to measure or process a wide two-dimensional object using one light source.

한편, 두개의 회전하는 거울을 이용하여 레이저 등의 빛의 경로를 변환하고자 할 때에는 원치 않는 보문제(레이저 빔이 곡선으로 휘어지는 문제)가 발생하게 된다.On the other hand, when using two rotating mirrors to convert the path of the light, such as a laser, unwanted beam problems (laser beam is curved curved) occurs.

이러한 보현상은 직선운동 하지 않는 모든 스캐닝 시스템에서 발생하기 때문에, 직선운동을 하는 두개의 거울을 이용하면 이러한 보문제를 해결할 수 있지만, 이러한 직선운동에 의한 방법은 빔 궤적 범위가 크게 제한될 수 밖에 없다.Since the beam phenomenon occurs in all scanning systems that do not move linearly, two beams of linear motion can be used to solve this problem. However, the linear motion can only limit the beam trajectory range. none.

그러므로, 보문제가 발생하더라도 회전하는 거울을 이용한 스캐닝 거울을 이용하면서 스캐닝 각이 매우 작다고 가정하여 무시하거나, 궤환제어나 복잡한 기구를 이용하여 보정하여 주고 있다.Therefore, even if a beam problem occurs, it is assumed that the scanning angle is very small while using a scanning mirror using a rotating mirror, or it is corrected using a feedback control or a complicated mechanism.

그러나, 상기와 같이 복잡한 장치를 이용하게 되면 필연적으로 오차를 유발하게 되는 문제점이 있다.However, there is a problem that inevitably causes an error when using a complex device as described above.

또 다른 방법은 엄밀하게 스캐닝 거울의 각도와 궤적간의 관계를 계산하여 사용하는 방법이 있는바, 간단한 위치 제어의 경우 이러한 방법이 매우 효과적인 방법이 될 수 있다.Another method is to strictly calculate the relationship between the angle and the trajectory of the scanning mirror, which can be a very effective method for simple position control.

그러나, 그 형태가 단순한 하나의 정현함수만으로 표현되지 않으므로 이 수식을 이용하여 진동모드를 계산할 경우에는 대단히 복잡한 수식을 얻게 되거나 풀지 못할 수도 있다.However, since the shape is not represented by a single sinusoidal function, a very complicated equation may not be obtained or solved when the vibration mode is calculated using this equation.

이하에서 도면을 참조하여 종래기술을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the prior art will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 두 개의 회전하는 거울을 이용한 2차원 스캐닝 시스템을 나타내고 있다.1 shows a two-dimensional scanning system using two rotating mirrors.

여기서 설치되어지는 두개의 거울은 레이저 궤적의 상하 좌우 위치를 제어하게 되며, 도 1에서 3은 레이저 빔을 나타내고, 1과 2는 첫번째의 회전거울과 두번째의 회전거울을 나타낸다.The two mirrors installed here control the up, down, left, and right positions of the laser trajectory. In FIG. 1, 3 represents a laser beam, and 1 and 2 represent a first rotating mirror and a second rotating mirror.

도 2는 연속적인 2개의 회전하는 거울을 사용함으로서 발생하는 보현상에 의한 왜곡 현상을 도시하고 있다.Fig. 2 shows the distortion phenomenon caused by the compensation phenomenon caused by using two successive rotating mirrors.

여기서 6은 레이저 빔의 경로를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이 직선형태가 아니고 곡선형태임을 알 수 있다.Here, 6 represents the path of the laser beam, and as shown, it can be seen that it is not a straight line but a curved line.

상술한 바와 같이 이러한 형태의 스캐닝 시스템은 보현상을 피할 수 없는데, 조사각이 크지 않으면 왜곡이 그리 크지 않으므로 왜곡이 없다고 가정하여 무시하거나, 궤환제어를 통해 해결하였고, 또는 매우 복잡한 기구 설계를 통하여 이러한 왜곡현상을 제거할 수 있는데, 광응용 시스템의 특성상 복잡한 기구는 그 만큼 높은 오차 발생요인이 되므로 바람직한 방향이라 할 수 없는 것이다.As described above, this type of scanning system cannot avoid the compensation phenomenon. If the irradiation angle is not large, the distortion is not so large, and it is assumed that there is no distortion, and it is neglected or resolved through feedback control, or through a very complicated instrument design. Distortion can be eliminated. Due to the characteristics of the optical application system, a complicated mechanism is a high error occurrence factor, which is not a desirable direction.

본 발명에서는 현재의 레이저 궤적의 위치를 구하고, 보현상이 없는 상태의 이상적인 레이저 궤적의 각도를 계산하여, 측정된 레이저 궤적의 위치를 각도값으로 변환후 이상적인 레이저 궤적의 위치를 차감하여 보정할 각도를 구하고, 측정된 레이저 궤적의 각도에서 상기 보정각도를 차감하여 원하는 레이저 궤적 각도를 구하도록 하는데 그 목적이 있다.상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,The present invention obtains the position of the current laser trajectory, calculates the angle of the ideal laser trajectory in the absence of compensation, converts the measured laser trajectory into an angle value, and then subtracts the position of the ideal laser trajectory and corrects the angle. To obtain the desired laser trajectory angle by subtracting the correction angle from the measured laser trajectory angle. As a means for achieving the above object,

본 발명은 현재의 레이저 궤적의 위치값을 계산하는 단계와; 보 현상에 의한 왜곡이 전혀 없는 직사각형 궤적의 각도값을 계산하는 단계와; 현재의 레이저 궤적의 위치값을 각도값으로 변환하고 변환된 각도값에서 왜곡이 없는 가상의 궤적의 각도값을 차감하여 오차각도를 구하는 단계와; 현재의 레이저 궤적의 각도값에서 상기 오차각도를 차감하여 레이저의 궤적의 각도를 보정하여, 보정이 완료된 최종 각도를 구하는 단계로 이루어짐이 특징이다.The present invention includes the steps of calculating the position value of the current laser trajectory; Calculating an angle value of a rectangular trajectory without distortion due to the beam phenomenon; Converting a position value of the current laser trajectory into an angle value and subtracting the angle value of the virtual trajectory without distortion from the converted angle value to obtain an error angle; The angle of the current laser trajectory is subtracted from the error angle, thereby correcting the angle of the trajectory of the laser.

도 1은 두개의 회전하는 거울을 이용한 2차원 스캐닝 시스템을 나타내는 도면.1 shows a two dimensional scanning system using two rotating mirrors.

도 2는 두개의 회전하는 거울을 이용한 2차원 스캐닝 시스템에서 보현상을 나타내는 도면.FIG. 2 is a diagram illustrating complement in a two-dimensional scanning system using two rotating mirrors. FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1, 2: 거울1, 2: mirror

3: 레이저 빔3: laser beam

4: 1번 거울에서 2번 거울로 발산되는 레이저빔4: laser beam emitted from mirror 1 to mirror 2

5: 보정된 레이저빔5: calibrated laser beam

6: 레이저빔 경로6: laser beam path

이하에서 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 회전하는 두 개의 거울을 이용한 스캐닝 시스템은 그 특성상 보현상을 제거하기 힘들뿐만 아니라, 매우 복잡한 과정으로 보현상을 제거하려 할 경우 원치 않는 위치 오차를 유발하거나 매우 복잡한 수식을 동반하므로 많은 시간을 요하게 된다.The scanning system using two rotating mirrors of the present invention is not only difficult to remove the compensation phenomenon due to its characteristics, but also causes a lot of time because it causes an unwanted position error or a very complicated formula when trying to remove the compensation phenomenon by a very complicated process. Will cost.

본 발명에서는 이러한 스캐닝 시스템의 궤적을 매우 간단한 형태의 함수로 가정한 다음 최종적으로 얻은 수식에 보현상을 고려하여 보정해 주는 방식을 취하고 있다.In the present invention, the trajectory of the scanning system is assumed as a function of a very simple form, and then a correction is made in consideration of the complement phenomenon in the finally obtained equation.

이러한 방식을 사용함으로서 계산시간을 단축하여 줄 뿐만 아니라 보다 엄밀하고 정확한 결과를 다른 여타 부작용 없이 얻을 수 있다.본 발명은 현재의 레이저 궤적의 위치값을 계산하는 단계와;보 현상에 의한 왜곡이 전혀 없는 직사각형 궤적의 각도값을 계산하는 단계와;현재의 레이저 궤적의 위치값을 각도값으로 변환하고 변환된 각도값에서 왜곡이 없는 가상의 궤적의 각도값을 차감하여 오차각도를 구하는 단계와;현재의 레이저 궤적의 각도값에서 상기 오차각도를 차감하여 레이저의 궤적의 각도를 보정하여, 보정이 완료된 최종 각도를 구하는 단계로 이루어 진다.도 1과 같은 형태의 두개의 회전하는 거울을 가지는 스캐닝 시스템에 의한 빛의 궤적은 도 2의 4번과 같이 나타나며 수식으로 표현하면 다음과 같다.By using this method, the calculation time can be shortened, and more accurate and accurate results can be obtained without other side effects. The present invention includes the steps of calculating the position value of the current laser trajectory; Calculating an angle value of the missing rectangular trajectory; converting a position value of the current laser trajectory into an angle value and subtracting the angle value of the virtual trajectory without distortion from the converted angle value to obtain an error angle; Compensating the angle of the laser trajectory by subtracting the error angle from the angle value of the laser trajectory of the laser trajectory of the laser trajectory, to obtain a final angle of the correction is completed. In a scanning system having two rotating mirrors as shown in FIG. The trajectory of the light is represented as shown in No. 4 of FIG. 2 and expressed as an expression as follows.

------------(가) ------------(end)

여기서, 여기서는 두번째 거울이 y축을 중심으로 회전한 각도이고,는 첫번째 거울이 z축을 중심으로 회전한 각도이며, d는 거울간 거리이고, 2번째 거울(2)과 측정 또는 가공 대상체(도시하지 않음) 간의 거리는 1로 평준화 하였다.Where Is the angle the second mirror rotates about the y axis, Is the angle at which the first mirror is rotated about the z-axis, d is the distance between the mirrors, and the distance between the second mirror 2 and the measurement or processing object (not shown) is equalized to one.

위 (가)식에서 보는 것처럼 x좌표는 매우 간단한에 관한 하나의 삼각함수로 주어지지만 y좌표의 값은와에 관한 복잡한 함수의 형태로 주어진다.본 발명은 y좌표값으로 계산된 위치값을 각도값으로 변환하는바, 상기 y좌표인에서 거울간 거리에 관련된를 빼고, 남은의 위치값을 각도로 변환하여 초기 각도값()를 구한다.As you can see from the equation above, the x coordinate is very simple. Given as a trigonometric function for, but the value of the y coordinate Wow It is given in the form of a complex function with respect to the present invention. Related to the distance between mirrors Minus, remaining Convert the position value of to an angle so that the initial angle value ( )

한편, 본 발명은 이러한 빔의 궤적을 다음과 같은 간단한 형태로 가정한다.On the other hand, the present invention assumes the trajectory of the beam in the following simple form.

---------------(나) ---------------(I)

이것은 도 2의 5에 해당하는 점이다.This is the point corresponding to 5 of FIG.

즉, 보현상에 의한 왜곡이 전혀 없는 직사각형의 궤적으로 가정한다.In other words, it is assumed that the trajectory of the rectangle has no distortion due to the compensation phenomenon.

이 직사각형은 가장 바람직한 스캐닝 궤적이다.여기서 이상적인 스캐닝 궤적의 각도값을 구하는바, 도시한 바와 같이이다.This rectangle is the most desirable scanning trajectory. Here, the angle value of the ideal scanning trajectory is obtained. to be.

그러므로 보현상에 의한 왜곡은 이 직사각형에 δ만큼의 오차가 더해진 것으로 생각할 수 있다.Therefore, the distortion caused by the compensation phenomenon can be considered as the error of δ added to this rectangle.

따라서 오차각도인 δ는 최초 레이저빔의 각도인에서 이상적인 궤적의 각도인를 뺀 값이며, 다음과 같이 주어진다.Therefore, the error angle δ is the angle of the initial laser beam Is the angle of the ideal trajectory in Minus, given by

즉, δ는 다음과 같이 나타낼 수 있는 것이다.That is, δ can be expressed as follows.

------------------(다) ------------------(All)

그러므로, 원하는 각도에만큼의 각도를 빼 주면 보정되므로 각도를 쉽게 얻을 수 있는 것이다.Therefore, at the desired angle By subtracting the angle as much as it is corrected, the angle can be easily obtained.

즉,-----------------(라)In other words, -----------------(la)

따라서, 본 발명은 두개의 회전하는 거울에 의한 보현상을 기구나 제어를 통해서 해결하지 않고 알고리즘으로 해결함으로서 보다 유연하고 쉽게 문제를 해결할 수 있다.Therefore, the present invention can solve the problem by the two rotating mirrors by algorithms, rather than through the mechanism or control can be solved more flexibly and easily.

특히 진동모드 측정에 있어서 기존의 정현 스캐닝으로 가정한 기존의 방식에 간단한 수정만으로 가하면 그대로 활용할 수 있다.In particular, in the vibration mode measurement, it is possible to use the existing method simply by modifying the existing method that is assumed as the conventional sine scanning.

상술한 바와 같이, 본 발명은 보현상을 복잡한 기구나 궤환제어에 의존하지 않고 알고리즘에 의하여 보정하여 줌으로서 보다 유연하고 쉽게 적용할 수 있을 분만 아니라 그 형태가 간단하여 보다 복잡한 수식에 특히 적용하기 쉽다.As described above, the present invention is not only a flexible and easy to apply by correcting the compensation phenomenon by an algorithm but also relying on a complicated mechanism or feedback control, but its shape is simple, so it is particularly easy to apply to more complicated equations. .

특히 2차원 진동모드 측정등을 위한 스캐닝 시스템의 경우 스캐닝 형태를 정현파로 가정하여 풀 경우 쉽게 풀리지만 다른 형태로 가정할 경우 매우 풀기 어려운데, 이러한 경우에 본 알고리즘을 적용하면 매우 쉽고, 빠른 연산 속도를 얻을 수 있다.In particular, in the case of a scanning system for 2D vibration mode measurement, it is easy to solve when the scanning mode is assumed to be a sine wave, but it is very difficult to solve when assuming other forms. In this case, the algorithm is very easy and fast. You can get it.

Claims

Calculating a position value of a current laser trajectory;

Calculating an angle value of a rectangular trajectory without distortion due to the beam phenomenon;

Converting a position value of the current laser trajectory into an angle value and subtracting the angle value of the virtual trajectory without distortion from the converted angle value to obtain an error angle;

Compensating the laser trajectory of the scanning system using two rotating mirrors, characterized in that the angle of the trajectory of the laser is corrected by subtracting the error angle from the angle value of the current laser trajectory. Way.