一种振镜快速矫正方法及系统

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，特别是涉及一种振镜快速矫正方法及系统。

背景技术

在激光加工领域中需要大量使用振镜进行扫描加工，在设备安装、使用过程中，因机械结构误差、装配误差、光路调整误差等原因会导致扫描区域中的加工图形出现错位、变形等现象，因此需要及时对振镜进行误差矫正，以减少偏差。

传统的多点测量并建立矫正表技术，这种方法操作复杂、耗时长，多点测量也容易出现累计误差，导致校准精度不够，因此已有通过其他方法实现振镜系统矫正的方案，例如，公开号为CN114029611A-一种直接式振镜矫正系统及矫正方法、公开号为CN102152007A-一种精密的振镜矫正系统及矫正方法的发明专利申请均采用CCD图像采集装置对矩阵标靶进行定位，并用矫正处理模块输出振镜用的补偿文件。但上述两种方法均需要采用CCD相机辅助测量标靶的位置，价格昂贵且相机的测量精度无法保证。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种振镜快速矫正方法及系统，其简单易操作、检测误差小、校正精度高、低使用成本低。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，提供一种振镜快速矫正方法，其包括如下步骤：

建立XY坐标系，且设置封闭的四边形图形，所述四边形图形的中心与XY坐标系的原点重合；

产生激光，且激光在振镜系统的作用下，以所述四边形图形的一个角点为起点、且沿所述四边形图形的四条边进行扫描，以形成实际标刻图形；

将四边形图形、实际标刻图形均叠加至XY二维坐标系，且四边形图形的中心、实际标刻图形的中心以及XY二维坐标系的原点重合；

获取X方向和Y方向的补偿量；

根据补偿量对输入的加工点坐标进行补偿，且振镜系统根据补偿结果移动至预定位置，使得激光光斑最终落在工作幅面上的期望位置。

优选的，所述四边形图形包括第一边、第二边、第三边以及第四边，四条边顺次连接，以形成封闭图形，且其中所述第一边、第三边相互平行，所述第二边以及第四边相互平行，且所述第一边、第三边长度均为Xi，所述第二边、第四边长度均为Yi。

优选的，所述实际标刻图形关于X轴/Y轴对称。

优选的，获取X方向和Y方向的补偿量包括如下步骤：

在XY二维坐标系下，获取在X轴方向上，所述实际标刻图形上两个角点之间的距离X

并根据公式(1-1)、(1-2)获取X方向和Y方向的补偿量：

其中，x

Δx、Δy分别为XY二维坐标系下，激光光斑落在工作幅面的实际位置在X方向和Y方向的补偿量；

a、b为X方向补偿量Δx的二项式系数；c、d为Y方向补偿量Δy的二项式系数。

优选的，根据补偿量对输入的加工点坐标进行补偿包括如下步骤：

根据公式(2-1)、(2-2)对输入的加工点坐标进行补偿：

X

Y

其中，X

优选的，X方向补偿量Δx的二项式系数a、b分别为：

优选的，Y方向补偿量Δy的二项式系数c、d分别为：

另一方面，还提供一种用于实现上述振镜快速矫正方法的振镜快速矫正系统，其包括：

激光器，其用于产生激光，且激光在振镜系统的作用下，以设置的封闭的四边形图形的一个角点为起点、且沿所述四边形图形的四条边进行扫描，以形成实际标刻图形；

距离获取单元，其用于在XY二维坐标系下，获取在X轴方向上，所述实际标刻图形上两个角点之间的距离X

补偿量获取单元，其用于获取X方向和Y方向的补偿量；

补偿单元，其用于根据补偿量对输入的加工点坐标进行补偿；

振镜控制单元，其用于接收补偿结果，且根据补偿结果控制振镜系统移动至预定位置。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

本发明根据振镜场畸变的特性，预先标刻关于XY坐标系轴对称的正方形或矩形，仅需要测量其X向和Y向的4条边长的长度，利用图形对称的特点即可完成补偿量计算，进一步实现振镜枕形及桶形畸变的校正效果，相比于传统的多点测量方法，本发明中的方法简单易操作、检测误差小、校正精度高，相比于基于视觉的误差矫正方法，本发明无需外加相机，可降低使用成本。

附图说明

图1为本发明中振镜快速矫正方法的步骤流程图；

图2为本发明中封闭的四边形图形P1；

图3为本发明中的实际标刻图形P2；

图4为本发明中封闭的四边形图形P1、实际标刻图形P2叠加至同一XY坐标系的示意图；

图5是振镜系统未经过矫正获得的激光标刻图形；

图6是振镜系统经过本发明矫正后获得的激光标刻图形；

图7是本发明中振镜快速矫正系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，本实施例中提供了一种振镜快速矫正方法，其包括如下步骤：

S1、建立XY坐标系，且设置封闭的四边形图形P1(如图2所示)，所述四边形图形P1的中心与XY坐标系的原点O重合，且关于X轴/Y轴对称；

所述四边形图形P1包括第一边、第二边、第三边以及第四边，四条边顺次连接，以形成封闭图形，且其中所述第一边、第三边相互平行，所述第二边以及第四边相互平行，且所述第一边、第三边长度均为Xi，所述第二边、第四边长度均为Yi，当Xi≠Yi时，所述四边形为矩形，当Xi＝Yi时，所述四边形为正方形；

S2、启动激光器，使其产生激光，且激光在振镜系统的作用下，以所述四边形图形P1的一个角点为起点、且沿所述四边形图形P1的四条边进行扫描，以形成实际标刻图形P2(如图3所示)；

从图3中可以看出，由于振镜系统存在各种光路误差，导致形成的实际标刻图形P2产生明显的枕形畸变和桶形畸变；

S3、将四边形图形P1、实际标刻图形P2均叠加至XY二维坐标系，且四边形图形P1的中心、实际标刻图形P2的中心以及XY二维坐标系的原点O重合(如图4所示)，且所述实际标刻图形P2同样关于X轴/Y轴对称；

S4、在XY二维坐标系下，获取在X轴方向上，所述实际标刻图形P2上两个角点之间的距离X

并根据公式(1-1)、(1-2)获取X方向和Y方向的补偿量：

其中，x

Δx、Δy分别为XY二维坐标系下，激光光斑落在工作幅面的实际位置P’在X方向和Y方向的补偿量；

a、b为X方向补偿量Δx的二项式系数；c、d为Y方向补偿量Δy的二项式系数；

以及S5、根据公式(2-1)、(2-2)对输入的加工点坐标进行补偿，且振镜系统根据补偿结果移动至预定位置，使得激光光斑最终落在工作幅面上的期望位置，以实现振镜系统的畸变，最终得到预期目标图形；

X

Y

其中，X

例如，当激光加工轨迹为一条直线，其起点坐标为(0，0)，终点坐标为(50，50)时，可先将其插补为若干线段，其起点坐标均为(0，0)，终点坐标分别为(0，1)，(0，2)，(0，3)，…(0，50)，然后根据公式(2-1)、(2-2)对每个终点进行补偿，即得到补偿后的终点坐标：(Δx

如图5所示，在未实施本发明中的矫正方法时，通过振镜系统获得的激光标刻图形存在明显的畸变，而经过本发明的方法进行矫正后，标刻图形的畸变得到显著改善。

综上所述，本发明根据振镜场畸变的特性，预先标刻关于XY坐标系轴对称的正方形或矩形，仅需要测量其X向和Y向的4条边长的长度，利用图形对称的特点即可完成补偿量计算，进一步实现振镜枕形及桶形畸变的校正效果，其特别适用于小幅面激光打标系统的矫正，相比于传统的多点测量方法，本发明中的方法简单易操作、检测误差小、校正精度高，相比于基于视觉的误差矫正方法，本发明无需外加相机，可降低使用成本。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处仅在于，由于图形的对称性，且公式(1-1)、(1-2)具有二次多项式特性，因此可通过特征点的坐标求解获取二项式系数。

具体的，取实际标刻图形P2在第一象限的两点P

根据公式(3)分别获取P

根据多项式求解公式(4)获取X方向补偿量Δx的二项式系数a、b：

同理，取实际标刻图形P2在第一象限的两点P

按照上述X方向补偿量Δx的二项式系数a、b的获取方法即可获得Y方向补偿量Δy的二项式系数c、d：

上述方法计算量小、简单易操作，可快速获取二项式系数，提高矫正效率。

实施例3：

本实施例提供了一种用于实现实施例1或2所述振镜快速矫正方法的振镜快速矫正系统，如图7所示，其包括：

激光器1，其用于产生激光，且激光在振镜系统的作用下，以设置的封闭的四边形图形P1的一个角点为起点、且沿所述四边形图形P1的四条边进行扫描，以形成实际标刻图形P2；

距离获取单元2，其用于在XY二维坐标系下，获取在X轴方向上，所述实际标刻图形P2上两个角点之间的距离X

补偿量获取单元3，其用于获取X方向和Y方向的补偿量，其过程与步骤S4相同；

补偿单元4，其用于根据补偿量对输入的加工点坐标进行补偿；

振镜控制单元5，其用于接收补偿结果，且根据补偿结果控制振镜系统移动至预定位置。

综上所述，本发明根据振镜场畸变的特性，预先标刻关于XY坐标系轴对称的正方形或矩形，仅需要测量其X向和Y向的4条边长的长度，利用图形对称的特点即可完成补偿量计算，进一步实现振镜枕形及桶形畸变的校正效果，其相比于传统的多点测量、基于视觉的误差矫正方法而言，具有简单易操作、检测误差小、校正精度高、使用成本低等优点。

需要说明的是，上述实施例1至2中的技术特征可进行任意组合，且组合而成的技术方案均属于本申请的保护范围。且在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。