双振镜激光扫描加工误差精密校正

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1、第３９卷第１２期激光与红外Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１２２００９年１２月ＬＡＳＥＲ＆ＩＮＦＲＡＲＥＤＤｅｃｅｍｂｅｒ，２００９文章编号：１００１５０７８（２００９）１２７１０４·激光技术与应用·双振镜激光扫描加工误差精密校正郝俊明，邢刚，李江明（华北光电技术研究所，北京１０００１５）摘要：主要讨论了用传统的补偿畸变的方法校正振镜二维扫描光学系统中图形畸变后，为进一步提高精度，利用图像处理技术，进行二次闭环误差校正，使在１０ｍｍ×１０ｍｍ的加工平面内，校正后的精度优于３μｍ。关键词：激光加工；振镜扫描；加工误差；图像

2、处理中图分类号：ＴＮ２０９文献标识码：ＡＰｒｅｃｉｓｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｄｕａｌｇａｌｖａｎｏｍｅｔｒｉｃｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＨＡＯＪｕｎｍｉｎｇ，ＸＩＮＧＧａｎｇ，ＬＩＪｉａｎｇｍｉｎｇ（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙｕｓｉｎｇｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄ，ｄｕａｌｇａｌｖａｎｏｍｅｔｒｉｃｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎ

3、ｇｅｒｒｏｒｓｉｓｒｅｄｕｃｅｄ，ｂｕｔｆｏｒｆａｒｔｈｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇ，ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｕｓｅｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｅｃｏｎｄｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｅｒｒｏｒｒｅｖｉｓｉｏｎ，ｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ３μｍｉｎｔｈｅａｒｅａｏｆ１０ｍｍ×１０ｍｍｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｒｉｃｓｃａｎｎｉｎｇ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉ

4、ｎｇｅｒｒｏｒｓ；ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ［１］［２－３］１引言以采用硬件校正和软件校正。由于硬件校正激光加工行业中的振镜式光束扫描技术是一种成本高，对于校正的参数不能适时地调整，而软件校具有广泛应用潜力的激光束调制手段，具有调制速正经济，还可以灵活调整参数，所以通常采用的校正度快（高达８ｋＨｚ）、精度高（可达０．０６μｒａｄ）及易于方法均为软件补偿校正，具体可以分为增量补［４］［５］［６］控制等特点，所以在激光精密加工行业应用很广。偿、校正表、最小二乘拟合等几种方法。这但由于二维振镜在光路中前后布置的结构

5、等特点，几种方法校正原理大同小异，具体选择那种看编程不可避免地会引入误差。对于系统引入的误差，同者的习惯和爱好。行在以往的研究中已经对各种误差进行了分析，并在进行了前面校正之后，从理论上看，可以达到进行了误差校正。我们在同行校正的基础上试着提几微米的精度，但实际使用过程当中还有因机械装供一种利用图像处理来进行误差的二次校正，以达置控制器本身带来的误差，及透镜的色差、球差、加到精度的进一步提高。工系统热漂移、定义点的变化和控制系统的噪声等２振镜二维扫描光学系统中存在的误差及解决一些影响，校正后的误差一般在十几微米以

6、上，同时方法由于一般的加工系统都是开环的控制，校正之后没在振镜二维激光扫描加工中图形几何畸变误差有一个反馈的量再去修正，所以误差难再减小。下主要来自于映射关系非线性，至于其他一些方面的面介绍一种闭环的控制。影响，在下面介绍的闭环控制中都可以补偿。这里作者简介：郝俊明（１９７８－），男，本科，工程师，研究方向为激光就不再赘述。加工。Ｅｍａｉｌ：ｈｊｍｌｙｙ＠ｔｏｍ．ｃｏｍ针对由于映射非线性产生的图形畸变误差，可收稿日期：２００９０４２８；修订日期：２００９０７０９１２７２激光与红外第３９卷３闭环修正系统图

7、１为光学系统和图像采集系统图。３．１系统介绍图１光学系统和图像采集系统图加在光路上的ＣＣＤ工业摄像机采集工作面的振镜扫描的位置和设定振镜扫描的位置，确定需图像，二维振镜按照规定的范围扫描工作面上的要二次补偿的值，最终达到实际扫描位置和设定定标网格，在振镜扫描的时候，工业相机便采集到扫描位置一致为止。了不同振镜位置所对应的不同定标网格位置图３．２工业相机和工业镜头的选取像。利用图像处理程序分析采集到的网格位置图工业镜头和Ｆ－θ镜组成了一个光学系统，这像，得到实际振镜扫描后对应的位置。对比实际个光学系统的光路图如图２

8、所示。图２工业镜头和Ｆ－θ镜组成的光学系统光路图图中，Ｌ２为物体高度（物高），Ｌ１为在ＣＣＤ上的（也就是像高），这样如果现在选用的Ｆ－θ镜焦距成像高度（像高），ｆ２为物体前面的Ｆ－θ镜焦距，ｆ１ｆ２为１００ｍｍ，那么工业镜头的焦距ｆ１＝Ｌ１×ｆ２／Ｌ２＝为ＣＣＤ前面的工业镜头焦距。由图可知：像高比物３×１００／２＝１５０ｍｍ。高为Ｌ１／Ｌ２＝ｆ１／ｆ２。要使定位精度优于２