一种振镜系统校正方法及装置与流程

本发明属于光学设备校准，具体涉及一种振镜系统校正方法及装置。

背景技术：

1、振镜系统作为激光加工设备的核心扫描部件，其定位精度直接决定激光加工的精度与质量。现有振镜校正技术主要包括box校正方法和二次元校正方法，其中，box校正方法采用机械定位块进行校正，依赖机械定位块，校正精度仅能达到±0.5mm，无法满足精密加工需求；二次元校正方法通过二次元测量仪器辅助校正，精度虽然能达到约±0.07mm，但操作复杂、校正耗时长达1小时以上，且需专业人员操作，成本高。

2、现有技术普遍存在四大痛点：一是精度不足，无法在200mm×200mm幅面内实现±0.01mm稳定精度，边缘区域精度衰减尤为明显；二是稳定性差，温度变化、环境振动易导致精度漂移，长期运行后精度衰减严重，需频繁重校；三是校正效率低，流程繁琐、耗时久，影响设备利用率；四是操作门槛高，依赖专业人员，人力与培训成本居高不下。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种振镜系统校正方法，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。

2、为此，本发明采用如下技术方案：

3、一种振镜系统校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、s1、建立振镜系统的误差分析模型，所述误差分析模型用于对影响校正精度的多项误差源进行定量分析，以确定各项误差源对总校正精度的贡献值；

5、s2、根据所述误差分析模型确定校正精度目标；

6、s3、基于所述校正精度目标执行迭代校正过程，每次迭代包括：获取振镜系统的实际输出位置与理论目标位置之间的误差值，根据所述误差值对振镜系统的控制参数进行补偿修正；

7、s4、重复执行所述迭代校正过程，直至所述误差值满足预设的终止条件。

8、进一步的，所述s1中，误差源为振镜系统误差、视觉测量误差、运动平台误差和环境误差；

9、建立振镜系统的误差分析模型，包括：

10、分别建立振镜系统误差子模型、视觉测量误差子模型、运动平台误差子模型和环境误差子模型；

11、根据各项误差源之间的统计关系，对各误差子模型进行合成，得到总误差模型。

12、进一步的，对各项误差子模型进行合成，包括：

13、采用均方根合成方法对各误差子模型进行合成：e_total = ，其中，e_total为理论总误差，e_i为各项误差源的误差值。

14、进一步的，所述s3中，获取振镜系统的实际输出位置与理论目标位置之间的误差值，包括：

15、控制振镜系统在标定介质上生成覆盖目标扫描幅面的阵列图案；

16、通过视觉系统采集所述阵列图案的图像；

17、提取所述阵列图案中各标记点的实际位置坐标；

18、计算各标记点的实际位置坐标与理论位置坐标之间的偏差，得到所述误差值。

19、进一步的，所述s3中，根据所述误差值对振镜系统的控制参数进行补偿修正，包括：

20、获取当前迭代次数对应的当前误差值；

21、按照预设比例对所述当前误差值进行部分补偿，生成补偿量；

22、根据所述补偿量更新振镜控制器的映射参数，所述映射参数用于将理论坐标映射为经补偿后的实际控制坐标。

23、进一步的，所述按照预设比例对所述当前误差值进行部分补偿，包括：

24、对于第k次迭代，补偿量compensation_k(i,j)满足：compensation_k(i,j) =compensation_{k-1}(i,j) + α × error_k(i,j)，其中α为预设的比例系数，0 < α < 1，error_k(i,j)为第k次迭代测得的第(i,j)标记点的误差值，i、j分别为阵列各标记点对应的行、列序号；

25、error_k(i,j)= p_theory(i,j) - p_measured_k(i,j)；其中，p_theory(i,j)为第(i,j)标记点对应的理论位置坐标，p_measured_k(i,j)为第k次迭代测得的第(i,j)标记点的实际位置坐标；

26、p_theory(i,j) = p_origin + (i×δx, j×δy) + (δx, δy)；其中，p_origin为起始点坐标，δx、δy分别为阵列的横向和纵向间距，(δx, δy)为振镜系统扫描坐标系原点与视觉系统视野中心的相对偏移量。

27、进一步的，所述s4中，所述预设的终止条件：第k次迭代后所有标记点中最大的误差值绝对值小于校正精度目标。

28、进一步的，迭代校正过程同步执行环境参数控制，将工作环境温度稳定在 20±0.5℃、相对湿度稳定在45±5% rh，并隔离1～100hz频率范围内的环境振动。

29、另外，本发明还提供了一种振镜系统校正装置，用于上述振镜系统校正方法，包括：

30、振镜系统，用于在控制信号驱动下输出激光束以形成阵列图案；

31、视觉系统，用于采集所述阵列图案的图像，并提取阵列图案中各标记点的实际位置坐标；

32、运动平台，用于承载标定介质并带动所述标定介质在至少一个方向上移动；

33、控制系统，分别与所述振镜系统、所述视觉系统和所述运动平台连接，所述控制系统包括：

34、误差分析模块，用于建立振镜系统的误差分析模型，所述误差分析模型用于对影响校正精度的多项误差源进行定量分析；

35、迭代校正模块，用于基于所述误差分析模型确定校正精度目标，并执行迭代校正过程，每次迭代包括根据振镜系统的实际输出位置与理论目标位置之间的误差值对振镜系统的控制参数进行补偿修正，直至所述误差值满足预设的终止条件。

36、进一步的，所述振镜系统、视觉系统和运动平台的精度依据所述误差分析模型对相应误差源定量分析结果进行选型。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果：

38、(1)本发明提供的这种振镜系统校正方法通过建立振镜系统的误差分析模型明确各项误差源的理论上限，据此进行硬件选型和精度预算分配，确保各环节误差均在可控范围内，从而从源头上保障了最终精度的可实现性；并且采用迭代校正而非一次性全量补偿，既能快速收敛精度，又能避免过补偿引发的振荡发散，显著提升校正过程的稳定性与收敛可靠性；同时全流程自动化执行，无需人工读数、手动调整或专业二次元设备，显著提升校正效率、降低操作门槛与设备成本。

39、(2)本发明提供的这种振镜系统校正方法采用覆盖整个目标扫描幅面的阵列图案标记，而非单点或局部标定，通过视觉系统自动采集、识别、定位阵列图案的每个标记点的实际位置坐标，实现大幅面全域、高密度、自动化的位置偏差测量，避免局部标定导致的边缘精度失效。

40、(3)本发明提供的这种振镜系统校正方法的校正精度从现有技术的±0.07mm提升至±0.01mm，精度显著提升，同时校正时间亦从现有技术的1小时以上缩短至30分钟以内，效率大幅提升。

41、以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。