三軸振鏡校準系統(tǒng)及其校準方法
【專利摘要】一種三軸振鏡校準系統(tǒng)及其校準方法，該系統(tǒng)包括：CCD相機、濾光片以及處理器，所述濾光片對激光進行濾光，濾光后的激光通過待校準的三軸振鏡并在該待校準的三軸振鏡的控制下導(dǎo)向所述CCD相機，所述CCD相機采集投射在該CCD相機的采集范圍內(nèi)的激光生成激光圖像，所述處理器對所述CCD相機采集到的激光圖像中的信息進行圖像處理，基于圖像處理的結(jié)果生成校準文件對所述待校準三軸振鏡系統(tǒng)進行校準。本發(fā)明實施例方案可以簡單、快速的實現(xiàn)對三軸振鏡的校準，降低了校準系統(tǒng)成本，提高了工作效率。
【專利說明】
三軸振鏡校準系統(tǒng)及其校準方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及激光振鏡精度校準領(lǐng)域，具體涉及一種三軸振鏡校準系統(tǒng)及其校準方法。
【背景技術(shù)】
[0002]振鏡是一種通過高速旋轉(zhuǎn)的鏡片來改變照射在鏡片上的激光傳播方向的裝置，廣泛應(yīng)用在激光打標、快速成型等領(lǐng)域。目前市場上常用的振鏡有兩軸振鏡和三軸振鏡，兩軸振鏡可以改變激光點在平面上的位置分布，但不能控制平面上激光光斑的大小。三軸振鏡不僅具有兩軸振鏡的功能，而且還能通過動態(tài)聚焦來實現(xiàn)激光的聚焦平面與工作平面重合，確保激光光斑在平面上的一致性。
[0003]三軸振鏡的鏡片由兩片反射鏡片和一片動態(tài)聚焦鏡片組成，分別由三個高速電機控制。振鏡工作時，反射鏡片通過高速旋轉(zhuǎn)來改變激光在XY平面上的方向，使激光光斑達到平面任意一點，同時動態(tài)聚焦鏡片通過高速移動以改變激光的聚焦點，使在平面上任意一點的光斑大小保持一致。由于機械安裝的限制，XY鏡片的反射中心無法重合，從而導(dǎo)致振鏡控制的實際激光光斑位置與理論位置存在偏差，而振鏡的機械安裝及控制參數(shù)也會導(dǎo)致振鏡的誤差，因此振鏡只有通過了精確校準后才能應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。
[0004]傳統(tǒng)的振鏡校準方法均是針對兩軸振鏡，能有效的進行兩軸振鏡的精確校準，確保激光點在XY方向上精確定位，但無法一次性對三軸振鏡的XYZ三軸進行校準。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，本發(fā)明實施例的目的在于提供一種三軸振鏡校準系統(tǒng)及其校準方法，其可以簡單、快速的實現(xiàn)對三軸振鏡的校準。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明實施例采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種三軸振鏡校準系統(tǒng)，包括:(XD相機、濾光片以及處理器，所述濾光片對激光進行濾光，濾光后的激光通過待校準的三軸振鏡并在該待校準的三軸振鏡的控制下導(dǎo)向所述CCD相機，所述CCD相機采集投射在該CCD相機的采集范圍內(nèi)的激光生成激光圖像，所述處理器對所述CCD相機采集到的激光圖像中的信息進行圖像處理，基于圖像處理的結(jié)果生成校準文件對所述待校準三軸振鏡系統(tǒng)進行校準。
[0008]—種如上所述的三軸振鏡校準系統(tǒng)的校準方法，其特征在于，包括步驟:
[0009]將所述CCD相機設(shè)置在預(yù)定的第一安裝位置；
[0010]控制激光依次通過所述濾光片和待校準的三軸振鏡，導(dǎo)向CCD相機，CCD相機采集投射在該CCD相機的采集范圍內(nèi)的激光，生成在所述第一安裝位置采集的激光圖像；
[0011]所述處理器獲取所述CCD相機在所述第一安裝位置采集的激光圖像；
[0012]所述處理器對所述激光圖像中的信息進行圖像處理，并記錄圖像處理的結(jié)果；
[0013]所述處理器基于圖像處理的結(jié)果生成校準文件；
[0014]基于所述校準文件對所述待校準三軸振鏡系統(tǒng)進行校準。
[0015]如上所述的本發(fā)明實施例的方案，通過濾光片降低激光能量，使得CCD相機能夠直接采集激光，獲得激光圖像，因而不僅能夠采集激光的平面位置圖像信息，實現(xiàn)XY軸方向的位置采集，而且CCD相機能采集激光光斑大小的變化情況，實現(xiàn)Z軸方向(光斑大小)的圖像采集，通過處理器對CCD相機采集到的激光圖像進行圖像處理，并記錄圖像處理的結(jié)果，基于圖像處理的結(jié)果生成校準文件對所述待校準三軸振鏡系統(tǒng)進行校準。相比于現(xiàn)有校準技術(shù)中先使用激光通過振鏡在介質(zhì)上進行打點，然后再用CCD相機采集激光打點信息進行校準，本發(fā)明實施例能夠簡化校準步驟，一次性完成三軸振鏡XY方向和Z軸方向的校準，可以簡單、快速的實現(xiàn)對三軸振鏡的校準，降低了校準系統(tǒng)成本，提高了工作效率。
【附圖說明】
[0016]圖1是一個實施例中本發(fā)明的三軸振鏡校準系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是一個實施例中本發(fā)明的三軸振鏡校準方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明的保護范圍。
[0019]本發(fā)明實施例提供的三軸振鏡校準系統(tǒng)，通過濾光片降低激光能量，使得CCD相機能夠直接采集激光，獲得激光圖像，因而不僅能夠采集激光的平面位置圖像信息，實現(xiàn)XY軸方向的位置采集，而且CCD相機能采集激光光斑大小的變化情況，實現(xiàn)Z軸方向(光斑大小)的圖像采集，通過處理器對CCD相機采集到的激光圖像進行圖像處理，基于圖像處理的結(jié)果生成校準文件對所述待校準三軸振鏡系統(tǒng)進行校準。
[0020]圖1中示出了一個實施例中本發(fā)明的三軸振鏡校準系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施例中的系統(tǒng)包括:CCD相機30、濾光片10以及處理器(圖中未示出)。其中，濾光片10對激光進行濾光，濾光后的激光通過待校準的三軸振鏡并在該待校準的三軸振鏡的控制下導(dǎo)向CCD相機30，CCD相機30采集投射在該CCD相機30的采集范圍內(nèi)的激光生成激光圖像，處理器對CCD相機30采集到的激光圖像中的信息進行圖像處理，基于圖像處理的結(jié)果生成校準文件對所述待校準三軸振鏡系統(tǒng)進行校準。
[0021]其中，濾光片10對激光的濾光作用，使得激光通過濾光片后能量減小，從而使得CCD相機30能夠直接對濾光后的激光進行采集。濾光片10的位置可以根據(jù)激光能量靈活地進行設(shè)定，例如，在一個具體示例中，只要激光通過濾光片10后能夠達到CXD相機30能夠采集激光的要求即可。
[0022]處理器對CCD相機30采集到的激光圖像中的信息進行圖像處理，基于圖像處理的結(jié)果生成校準文件的過程中，可以采用任何可能的方式進行。在一個具體示例中，上述激光圖像中的信息可以包括激光位置信息和光斑尺寸信息，從而對三軸振鏡的校準除了涉及的激光的平面位置，也涉及激光光斑大小的變化。在進行圖像處理生成校準文件時，可以是將采集到的激光位置信息和光斑尺寸信息(即采集到的實際值)與對應(yīng)的理論值進行比較計算，然后基于根據(jù)實際值與理論值的偏差進行插補，從而生成校準文件。具體的對實際值與理論值進行比較計算的方式、基于偏差進行插補生成校準文件的方式，可以采用任何可能的方式進行。生成校準文件后，基于校準文件進行校準的方式可以采用目前以及以后可能出現(xiàn)的任何方式進行。
[0023]如圖1所示，在一個具體示例中，本實施例中的三軸振鏡校準系統(tǒng)還可以包括有相機定位板40，CCD相機30安裝在相機定位板40上。通過相機定位板40的設(shè)置，可以便于在實際校準過程中，較為快速準確地將CCD相機30安裝在合適的位置，且有利于CCD相機30的位置的固定。
[0024]如圖1所示，在該示例中，相機定位板40上設(shè)置有若干個呈矩陣式排列的安裝區(qū)域60，CCD相機30安裝在任意一個安裝區(qū)域60。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在實際的技術(shù)應(yīng)用中，這樣的一個安裝區(qū)域60通常也會將其稱之為一個安裝點。結(jié)合圖1所示，在相機定位板40設(shè)置若干個呈矩陣式的安裝區(qū)域60后，安裝區(qū)域60的位置信息相對于相機定位板40是確定的，只要相機定位板40的位置固定，那么，安裝區(qū)域60將也是確定。在將CCD相機30安裝在選定的安裝區(qū)域60后，CCD相機30將在該安裝區(qū)域60的位置采集激光并生成激光圖像反饋至處理器。
[0025]據(jù)此，在一個具體示例中，包含上述待校準的三軸振鏡的系統(tǒng)可以包括有一平臺(圖中未示出)，在校準過程中，上述相機定位板40可固定在該平臺上。從而，通過平臺的設(shè)置，可以將相機定位板40固定在該平臺上的固定位置，在此情況下，各安裝區(qū)域60的位置也將可以明確確定。
[0026]在一個示例中，上述相機定位板40可以包括有3個或者4個定位塊70(圖示中是以3個為例進行說明)，通過3個或者4個定位塊70將相機定位板40固定在所述平臺上。此外，通過3個或者4個定位塊70，不僅可以將相機定位板40固定在所述平臺上，而且可以確保相機定位板40的平整性。
[0027]在相機定位板在平臺上固定后，CCD相機30也可以據(jù)此實現(xiàn)在平臺上的固定。在一個實施例中，相機定位板40的各安裝區(qū)域60的兩端可以設(shè)置有用以固定CCD相機30的銷釘，此時，上述平臺可以為在與相機定位板40的各安裝區(qū)域60的銷釘?shù)奈恢脦в信c銷釘相匹配的銷孔的平臺，從而，可以通過安裝區(qū)域60兩端的銷釘和平臺上的銷孔將CCD相機30固定在對應(yīng)的安裝區(qū)域60。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，這里的銷釘和銷孔的配合僅僅是將CCD相機30固定在安裝區(qū)域60的其中一種方式，在實際的技術(shù)實現(xiàn)中，也可以采用其他的方式來實現(xiàn)CCD相機的固定，本發(fā)明實施例在此不再窮舉。
[0028]另一方面，在具體的技術(shù)實現(xiàn)中，上述CCD相機30可以只有一個。在此情況下，在對三軸振鏡進行校準的過程中，可以不斷的調(diào)整CCD相機30所在的安裝區(qū)域，從而實現(xiàn)在不同位置的對激光圖像的采集，更為全面地實現(xiàn)對三軸振鏡的校準。
[0029]以CCD相機30的數(shù)目只有一個為例，一個具體的對三軸振鏡的校準過程可以是如下所述:先將相機定位板40置于平臺上，用相機定位板上的三個定位塊70將相機定位板40固定在平臺上并確保其平整，隨后使用安裝區(qū)域60兩端的銷釘和平臺的銷孔配合，將CCD相機30固定在安裝區(qū)域60上。隨后，控制激光通過濾光片10以減小激光能量，并在待校準的三軸振鏡的控制引導(dǎo)下，將激光導(dǎo)向相機定位板40的CCD相機30，CCD相機30采集激光生成激光圖像，并將激光圖像反饋至處理器，處理器對采集的激光圖像的實際值與理論值進行比較計算，最終對計算的偏差值進行插補生成校準文件。其中，CCD相機30在相機定位板40上移動采集的位置越多，校準的精度越高。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明實施例方案中的處理器，可以采用任何可能的設(shè)備來實現(xiàn)，例如專用IC( Integratedcircui t，集成電路，如ASIC (App I i cat 1n Specific Intergrated Circuits，專用集成電路)或 FPGA(Field_Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)、CPLD(Complex Programmable LogicDevice，復(fù)雜可編程邏輯器件))等等。
[0030]據(jù)此，本發(fā)明實施例還提供一種如上所述的三軸振鏡校準系統(tǒng)的校準方法。圖2中示出了該校準方法的流程示意圖。
[0031 ]如圖2所示，本實施例中的校準方法包括:
[0032]步驟S201:將CCD相機設(shè)置在預(yù)定的第一安裝位置；
[0033]步驟S202:控制激光依次通過所述濾光片和待校準的三軸振鏡，導(dǎo)向CCD相機，CXD相機采集投射在該CCD相機的采集范圍內(nèi)的激光，生成在所述第一安裝位置采集的激光圖像；
[0034]步驟S203:處理器獲取所述CCD相機在所述第一安裝位置采集的激光圖像；
[0035]步驟S204:處理器對所述激光圖像中的信息進行圖像處理，并記錄圖像處理的結(jié)果;
[0036]步驟S205:所述處理器基于圖像處理的結(jié)果生成校準文件；
[0037]步驟S206:基于所述校準文件對所述待校準三軸振鏡系統(tǒng)進行校準。
[0038]如上所述的本發(fā)明實施例的方法，通過濾光片降低激光能量，使得CCD相機能夠直接采集激光，獲得激光圖像，因而不僅能夠采集激光的平面位置圖像信息，實現(xiàn)XY軸方向的位置采集，而且CCD相機能采集激光光斑大小的變化情況，實現(xiàn)Z軸方向(光斑大小)的圖像采集，通過處理器對CCD相機采集到的激光圖像進行圖像處理，并記錄圖像處理的結(jié)果，基于圖像處理的結(jié)果生成校準文件對所述待校準三軸振鏡系統(tǒng)進行校準。
[0039]其中，在上述步驟S204中，處理器對所述激光圖像中的信息進行圖像處理，并記錄圖像處理的結(jié)果的過程中，具體的過程可以是如下所述:
[0040]所述處理器確定所述激光圖像中的激光位置信息和光斑尺寸信息的實際值；
[0041]所述處理器計算控制三軸振鏡使激光圖像中的激光位置信息和光斑尺寸信息由實際值變化至理論值的過程中產(chǎn)生的差值。
[0042]據(jù)此，在一個具體示例中，該步驟具體為:在通過CCD相機采集到激光圖像后，若實時采集到的激光圖像中的激光光斑的實際位置(即激光位置信息)不在CCD相機中心坐標點(0,0),則微調(diào)振鏡XY軸移動光斑位置，使光斑運動到CCD相機中心坐標點(O，O)，處理器自動保存激光光斑的理論位置與實際位置的坐標偏差值;若實時采集到的激光圖像中的激光光斑的尺寸(即光斑尺寸信息)不是理論值，則微調(diào)振鏡Z軸，移動動態(tài)聚焦鏡片使光斑尺寸與理論光斑大小一致，處理器自動保存Z軸理論值與實際值的偏差值。
[0043]在一個位置(安裝區(qū)域)的圖像處理和差值計算的過程完成后，將CCD相機在矩陣式安裝點上橫向或縱向移動一個單位距離(即移動到相鄰的下一個安裝區(qū)域)，重復(fù)上述步驟，可測得相機定位板上多個安裝區(qū)域(安裝點)位置的偏差數(shù)據(jù)。即，如上所述，在只有一個CCD相機的情況下，可以移動到其他的安裝區(qū)域重新對激光圖像進行采集，以獲得更為精確的校準結(jié)果。
[0044]據(jù)此，如圖2所示，在上述步驟S204之后，步驟S205之前，還可以包括步驟:
[0045]步驟S2041:將所述CXD相機移動到下一個預(yù)定的第二安裝位置；
[0046]步驟S2042:控制激光依次通過所述濾光片和待校準的三軸振鏡，導(dǎo)向CCD相機，CCD相機采集投射在該CCD相機的采集范圍內(nèi)的激光，生成在所述第二安裝位置采集的激光圖像；
[0047]步驟S2043:所述處理器獲取所述CCD相機在所述第二安裝位置采集的激光圖像；
[0048]步驟S2044:處理器對在所述第二安裝位置采集的激光圖像中的信息進行圖像處理，并記錄圖像處理的結(jié)果。
[0049]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在此情況下，實際上是將CCD相機移動到不同的位置(即上文中提及的安裝區(qū)域)來對激光采集生成激光圖像，并分別對這些位置得到的激光圖像進行圖像處理，即計算激光圖像中的光斑位置與光斑大小的實際值與理論值的偏差值，并記錄圖像處理的結(jié)果。在上述步驟S2044之后，還可以返回上述步驟S2041，移動到下一個安裝位置來實現(xiàn)針對該位置的激光圖像的圖像處理，可重復(fù)上述過程，以實現(xiàn)對多個不同的安裝位置處的激光圖像的圖像處理。在得到各安裝位置的圖像處理的結(jié)果后，即得到各安裝位置處的激光圖像的光斑位置與光斑大小的實際值與理論值的偏差值后，即可對這些偏差值進行插補，生成校準文件。
[0050]以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當認為是本說明書記載的范圍。
[0051]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
【主權(quán)項】
1.一種三軸振鏡校準系統(tǒng)，包括:CCD相機、濾光片以及處理器，所述濾光片對激光進行濾光，濾光后的激光通過待校準的三軸振鏡并在該待校準的三軸振鏡的控制下導(dǎo)向所述CCD相機，所述CCD相機采集投射在該CCD相機的采集范圍內(nèi)的激光生成激光圖像，所述處理器對所述CCD相機采集到的激光圖像中的信息進行圖像處理，基于圖像處理的結(jié)果生成校準文件對所述待校準三軸振鏡系統(tǒng)進行校準。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸振鏡校準系統(tǒng)，其特征在于，還包括相機定位板，所述CCD相機安裝在所述相機定位板上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三軸振鏡校準系統(tǒng)，其特征在于，所述相機定位板上設(shè)置有若干個呈矩陣式排列的安裝區(qū)域，所述CCD相機安裝在任意一個所述安裝區(qū)域。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三軸振鏡校準系統(tǒng)，其特征在于，包含所述待校準的三軸振鏡的系統(tǒng)包括一平臺，在校準過程中，所述相機定位板固定在所述平臺上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三軸振鏡校準系統(tǒng)，其特征在于，所述相機定位板的各安裝區(qū)域的兩端設(shè)置有用以固定所述CCD相機的銷釘，所述平臺為在與所述相機定位板的各安裝區(qū)域的銷釘?shù)奈恢脦в信c所述銷釘相匹配的銷孔的平臺，通過安裝區(qū)域兩端的銷釘和所述平臺上的銷孔將所述CCD相機固定在對應(yīng)的安裝區(qū)域。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三軸振鏡校準系統(tǒng)，其特征在于，所述相機定位板包括有3個或者4個定位塊，通過3個或者4個所述定位塊將所述相機定位板固定在所述平臺上。7.一種如權(quán)利要求1所述的三軸振鏡校準系統(tǒng)的校準方法，其特征在于，包括步驟: 將所述CCD相機設(shè)置在預(yù)定的第一安裝位置； 控制激光依次通過所述濾光片和待校準的三軸振鏡，導(dǎo)向CCD相機，CCD相機采集投射在該CCD相機的采集范圍內(nèi)的激光，生成在所述第一安裝位置采集的激光圖像； 所述處理器獲取所述CCD相機在所述第一安裝位置采集的激光圖像； 所述處理器對所述激光圖像中的信息進行圖像處理，并記錄圖像處理的結(jié)果； 所述處理器基于圖像處理的結(jié)果生成校準文件； 基于所述校準文件對所述待校準三軸振鏡系統(tǒng)進行校準。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的校準方法，其特征在于，在所述處理器對所述激光圖像中的信息進行圖像處理之后，所述處理器基于圖像處理的結(jié)果生成校準文件之前，還包括步驟: 將所述CCD相機移動到下一個預(yù)定的第二安裝位置； 控制激光依次通過所述濾光片和待校準的三軸振鏡，導(dǎo)向CCD相機，CCD相機采集投射在該CCD相機的采集范圍內(nèi)的激光，生成在所述第二安裝位置采集的激光圖像； 所述處理器獲取所述CCD相機在所述第二安裝位置采集的激光圖像； 所述處理器對在所述第二安裝位置采集的激光圖像中的信息進行圖像處理，并記錄圖像處理的結(jié)果。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的校準方法，其特征在于:所述激光圖像中的信息包括激光位置信息和光斑尺寸信息。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的校準方法，其特征在于，所述處理器對在所述第一安裝位置采集的激光圖像中的信息進行圖像處理，圖像處理，并記錄圖像處理的結(jié)果的方式包括: 所述處理器確定所述激光圖像中的激光位置信息和光斑尺寸信息的實際值； 所述處理器計算控制三軸振鏡使激光圖像中的激光位置信息和光斑尺寸信息由實際 值變化至理論值的過程中產(chǎn)生的差值。
【文檔編號】B23K26/042GK105945421SQ201610431407
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】朱喜青, 李清
【申請人】廣州南沙3D打印創(chuàng)新研究院