一种振镜重复定位精度检测装置和方法

技术领域

本发明涉及光学组件领域，尤其涉及一种振镜重复定位精度检测装置和方法。

背景技术

激光加工已经广泛应用于现代制造中，特别是在精密加工、微加工领域，其可以用于完成切割、标记、打孔、雕刻等多种加工工艺。

而激光振镜作为一种优良的矢量扫描器件，已被广泛应用于激光加工中。振镜的重复定位精度是振镜性能的重要指标之一，振镜重复定位精度高低，直接影响激光加工设备的重复定位精度。因此，对振镜重复定位精度的检测显得尤为重要。

目前，对振镜重复定位精度的检测多只关注检测指标本身，并未考虑检测环境对振镜重复定位精度的影响，使得最终获得的重复定位精度数据精确度不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种振镜重复定位精度检测装置和方法，其通过将激光光束分为参考光束和测试光束，并获取两路光束的光斑图像抵消掉误差，从而使振镜的位置检测结果更为精确，且可以大幅提高检测效率。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一方面，提供了一种振镜重复定位精度检测装置，其包括：激光器组件、准直扩束镜、分光镜、振镜、第一聚焦镜头、第一图像传感器、第二聚焦镜头、第二图像传感器、振镜控制组件、控制单元以及计算单元；

其中，所述激光器组件、准直扩束镜、分光镜、振镜顺次间隔设置；所述第一聚焦镜头设置于所述分光镜下方，所述第一图像传感器设置于所述第一聚焦镜头下方，且连接所述控制单元；所述第二聚焦镜头设置于所述振镜下方，所述第二图像传感器设置于所述第二聚焦镜头下方，且连接所述控制单元；所述振镜控制组件分别对应与振镜、控制单元连接；

所述激光器组件用于产生激光光束，所述激光光束经过准直扩束镜后被所述分光镜分成参考光束和测试光束；其中，所述第一传感器用于获取所述参考光束的光斑图像；所述第二图像传感器用于获取所述测试光束的光斑图像；

所述控制单元用于通过振镜控制组件控制所述振镜进行若干次扫描；

所述计算单元用于获取振镜完成若干次扫描后，振镜在X方向的真实角度误差△

优选的，所述扫描包括：从零点开始扫描至最大偏转角，并再次返回零点。

优选的，所述振镜每次返回零点时，所述计算单元分别记录参考光束光斑图像在X向的峰值位置

且再按照公式（1）获取本次扫描结束后振镜在X方向的真实角度误差△

其中，

优选的，所述第一聚焦镜头、分光镜、第一图像传感器的中心处于同一垂直

轴心线上，所述第二聚焦镜头、振镜、第二图像传感器的中心处于同一垂直轴心线上。

优选的，所述准直扩束镜包括准直镜或者扩束镜。

优选的，所述第一图像传感器和/或第二图像传感器为二维面子CCD或者

CMOS图像传感器或者PSD位置传感器。

优选的，所述振镜重复定位精度检测装置还包括：

标准图像获取单元，其用于当振镜处于标准位置时，获取所述参考光束在第一图像传感器上形成的参考光束的光斑图像，以作为参考光束的标准光斑图像，以及所述测试光束在第二图像传感器上形成的测试光束的光斑图像，以作为测试光束的标准光斑图像；

以及比对单元，其用于当振镜处于当前位置时，将当前参考光束的光斑图像与所述参考光束的标准光斑图像进行对比，以获得参考光束光斑比对结果，以及将当前测试光束的光斑图像与所述测试光束的标准光斑图像进行对比，以获得测试光束光斑比对结果；

且当所述参考光束光斑比对结果满足第一条件时，和/或测试光束光斑比对结果满足第二条件时，所述控制单元才通过振镜控制组件控制所述振镜进行若干次扫描。

优选的，所述第一条件包括参考光束的光斑中心偏移量未超过预设值，所述

第二条件包括测试光束的光斑中心偏移量未超过预设值。

还提供一种振镜重复定位精度检测方法，其包括如下步骤：

启动激光器组件，以产生激光光束；

使得所述激光光束经过准直扩束镜后被所述分光镜分成参考光束和测试光束；且所述第一传感器获取所述参考光束的光斑图像，所述第二图像传感器获取所述测试光束的光斑图像；

控制所述振镜进行若干次扫描，获取若干个振镜在X方向的真实角度误差△

取若干个在X方向的真实角度误差△

优选的，扫描时，所述振镜每次返回零点时，分别记录参考光束光斑图像在X向的峰值位置

再按照下述公式（1）获取本次扫描结束后振镜在X方向的真实角度误差△

其中，

优选的，在控制所述振镜进行若干次扫描前，还包括如下步骤：

使得振镜处于标准位置；

启动激光器组件，以产生激光光束；

使得所述激光光束经过准直扩束镜后被所述分光镜分成参考光束和测试光束；且所述参考光束通过第一聚焦镜头后聚焦到第一图像传感器上，形成参考光束的光斑图像，以作为参考光束的标准光斑图像；所述测试光束通过振镜反射后进入第二聚焦镜头，所述第二聚焦头再将测试光束聚焦到第二图像传感器上，形成测试光束的光斑图像，以作为测试光束的标准光斑图像；

将当前参考光束的光斑图像与所述参考光束的标准光斑图像进行对比，以获得参考光束光斑比对结果，以及将当前测试光束的光斑图像与所述测试光束的标准光斑图像进行对比，以获得测试光束光斑比对结果；

且当所述参考光束光斑比对结果满足第一条件时，和/或测试光束光斑比对结果满足第二条件时，才控制所述振镜进行若干次扫描。

本发明至少具备以下有益效果：

本发明将激光光束分为参考光束和测试光束，并使其分别聚焦到对应的图像传感器上，再通过图像传感器获取的光斑图像峰值位置的差值抵消掉环境等因素（如平台振动等）带来的误差，从而使振镜的位置检测结果更为精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本身发明振镜重复定位精度检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种振镜重复定位精度检测装置，其包括：激光器组件01、准直扩束镜02、分光镜03、振镜04、第一聚焦镜头05、第一图像传感器06、第二聚焦镜头07、第二图像传感器08、振镜控制组件09、控制单元10以及计算单元；

其中，所述激光器组件01、准直扩束镜02、分光镜03、振镜04顺次间隔设置，且所述激光器组件01、准直扩束镜02、分光镜03、振镜04的中心均位于同一水平轴心线上；所述第一聚焦镜头05设置于所述分光镜03下方，所述第一图像传感器06设置于所述第一聚焦镜头05下方，且通过第一数据传输线14连接所述控制单元10；所述第二聚焦镜头07设置于所述振镜04下方，所述第二图像传感器08设置于所述第二聚焦镜头07下方，且通过第二数据传输线13连接所述控制单元10；所述振镜控制组件09分别通过控制线11、第三数据传输线12对应与振镜04、控制单元10连接；且所述第一聚焦头05的焦距为

所述激光器组件01用于产生激光光束，所述激光光束经过准直扩束镜02后被所述分光镜03分成参考光束S1和测试光束S2；其中，所述参考光束S1通过第一聚焦镜头05后聚焦到第一图像传感器06上，使得所述第一传感器06获取所述参考光束S1的光斑图像；所述测试光束S2通过振镜04反射后进入第二聚焦镜头07，所述第二聚焦头07再将测试光束S2聚焦到第二图像传感器08上，使得所述第二图像传感器08获取所述测试光束S2的光斑图像；

所述控制单元10通过振镜控制组件09控制所述振镜04进行若干次扫描，所述扫描包括：从零点开始扫描至最大偏转角，并再次返回零点，本实施例中，所述扫描次数为3-5次；

所述振镜04每次返回零点时，所述计算单元分别记录第一图像传感器06所获取的参考光束S1光斑图像在X向的峰值位置

进一步的，所述计算单元再按照下述公式（1）获取本次扫描结束后振镜在X方向的真实角度误差△

重复上述步骤，由此在振镜04完成若干次扫描后，获取若干个振镜在X方向的真实角度误差△

最后取若干个在X方向的真实角度误差△

由此，本实施例中可通过将激光光束分为两路，即参考光束S1和测试光束S2，并使其分别聚焦到对应的图像传感器上，再通过图像传感器获取的光斑图像峰值位置的差值抵消掉环境等因素（如平台振动等）带来的误差，从而使振镜的位置检测结果更为精确。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处仅在于，本实施例中的第一聚焦镜头05、分光镜03、第一图像传感器06的中心处于同一垂直轴心线上，所述第二聚焦镜头07、振镜03、第二图像传感器08的中心处于同一垂直轴心线上。

进一步地，所述激光器组件01包括激光器和激光光纤耦合部件，所述激光器产生的激光光束经激光光纤耦合部件耦合后摄入到所述准直扩束镜02中；同时，所述激光光束的波长可根据加工需要选定，具体包括但不限于266nm、355nm、450nm、532nm、632.8nm、850nm、950nm或1064nm等；

进一步地，所述准直扩束镜02可以为任一用于减小激光器组件01产生的激光光束出射时发散角的部件，包括但不限于激光常用准直镜或者扩束镜；同时，所述第一图像传感器06和/或第二图像传感器08为二维面子CCD或者CMOS图像传感器或者PSD位置传感器。

实施例3：

本实施例与实施例1或2的不同之处仅在于，本实施例中的振镜重复定位精度检测装置还包括：

标准图像获取单元，其用于当振镜04处于标准位置时，获取所述参考光束S1通过第一聚焦镜头05后聚焦到第一图像传感器06上形成的参考光束S1的光斑图像，以作为参考光束S1的标准光斑图像，以及所述测试光束S2通过振镜04反射后进入第二聚焦镜头07，所述第二聚焦头07再将测试光束S2聚焦到第二图像传感器08上形成的测试光束S2的光斑图像，以作为测试光束S2的标准光斑图像；

比对单元，其用于当振镜04处于当前位置时，将所述第一传感器06获取的、当前参考光束S1的光斑图像与所述参考光束S1的标准光斑图像进行对比，以获得参考光束光斑比对结果，以及将所述第二图像传感器08获取的、当前测试光束S2的光斑图像与所述测试光束S2的标准光斑图像进行对比，以获得测试光束光斑比对结果；

且当所述参考光束光斑比对结果满足第一条件时，和/或测试光束光斑比对结果满足第二条件时，所述控制单元10才通过振镜控制组件09控制所述振镜04进行若干次扫描。

其中，所述第一条件包括参考光束S1的光斑中心偏移量未超过预设值等，所述第二条件包括测试光束S2的光斑中心偏移量未超过预设值等，当然，所述第一条件、第二条件可根据测试的精度需求进行设置。

同时，所述振镜04是否处于标准位置可以根据相关技术确定，例如，确定振镜04是否处于标准位置的步骤可以包括：先在工件上预设标准图形（如正方形），且在标准图形上标记出若干标示点（如在正方形每边的中点处标记出一十字形位点），然后设置标准图形以及标示点加工路径程序，使得激光光束通过振镜、按照标准图形加工路径程序对该工件进行加工，以在工件上产生加工图形以及标示点，最后将实际获得的加工图形上的标示点与标准图形上的标示点位置进行对比，若两者的位置偏移量满足预设条件，则说明此时振镜处于标准位置。

本实施例中，可通过设置比对单元将当前参考光束S1/测试光束S2的光斑图像与标准光斑图像进行对比，并且在对比结果满足条件时才开始下一步的扫描，由此可事先剔除掉因振镜位置明显不对而造成的明显误差，由此大幅减少后续计算单元的工作量，提高检测效率。

实施例4：

本实施例提供了一种实现实施例1-3中任一项所述振镜重复定位精度检测装置实现的振镜重复定位精度检测方法，其包括如下步骤：

S1、启动激光器组件01，以产生激光光束；

S2、使得所述激光光束经过准直扩束镜02后被所述分光镜03分成参考光束S1和测试光束S2；

且所述参考光束S1通过第一聚焦镜头05后聚焦到第一图像传感器06上，使得所述第一传感器06获取所述参考光束S1的光斑图像；

所述测试光束S2通过振镜04反射后进入第二聚焦镜头07，所述第二聚焦头07再将测试光束S2聚焦到第二图像传感器08上，使得所述第二图像传感器08获取所述测试光束S2的光斑图像；

S3、所述控制单元10通过振镜控制组件09控制所述振镜04进行若干次扫描，且所述振镜04每次返回零点时，所述计算单元分别记录第一图像传感器06所获取的参考光束S1光斑图像在X向的峰值位置

所述计算单元再按照下述公式（1）获取本次扫描结束后振镜在X方向的真实角度误差△

由此在振镜04完成若干次扫描后，获取若干个振镜在X方向的真实角度误差△

S4、取若干个在X方向的真实角度误差△

优选的，在所述控制单元10通过振镜控制组件09控制所述振镜04进行若干次扫描前，还包括如下步骤：

S11、使得振镜04处于标准位置，其具体包括如下步骤：

先在工件上预设标准图形（如正方形），且在标准图形上标记出若干标示点（如在正方形每边的中点处标记出一十字形位点），然后设置标准图形以及标示点加工路径程序，使得激光光束通过振镜04、按照标准图形加工路径程序对该工件进行加工，以在工件上产生加工图形以及标示点，最后将实际获得的加工图形上的标示点与标准图形上的标示点位置进行对比，若两者的位置偏移量满足预设条件，则说明此时振镜04处于标准位置，若不满足预设条件，则调整振镜04的位置，重复上述步骤，直至振镜04处于标准位置；

S12、启动激光器组件01，以产生激光光束；

S13、使得所述激光光束经过准直扩束镜02后被所述分光镜03分成参考光束S1和测试光束S2；

且所述参考光束S1通过第一聚焦镜头05后聚焦到第一图像传感器06上，形成参考光束S1的光斑图像，以作为参考光束S1的标准光斑图像；

所述测试光束S2通过振镜04反射后进入第二聚焦镜头07，所述第二聚焦头07再将测试光束S2聚焦到第二图像传感器08上，形成测试光束S2的光斑图像，以作为测试光束S2的标准光斑图像；

S14、将所述第一传感器06获取的、当前参考光束S1的光斑图像与所述参考光束S1的标准光斑图像进行对比，以获得参考光束光斑比对结果，以及将所述第二图像传感器08获取的、当前测试光束S2的光斑图像与所述测试光束S2的标准光斑图像进行对比，以获得测试光束光斑比对结果；

且当所述参考光束光斑比对结果满足第一条件时，和/或测试光束光斑比对结果满足第二条件时，所述控制单元10才通过振镜控制组件09控制所述振镜04进行若干次扫描。

综上所述，本发明可通过将激光光束分为参考光束S1和测试光束S2，并使其分别聚焦到对应的图像传感器上，再通过图像传感器获取的光斑图像峰值位置的差值抵消掉环境等因素（如平台振动等）带来的误差，从而使振镜的位置检测结果更为精确，且还可通过事先设置的条件剔除因振镜位置明显不对而造成的明显误差，由此大幅减少后续计算单元的工作量，提高检测效率。

需要说明的是，上述实施例1-4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。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。