[發(fā)明專利]一種激光標(biāo)刻系統(tǒng)幾何畸變的校正方法

有效

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• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN104318047B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宮元九;李陽;趙雪英;竇春軼;朱紅寧;尹鳳杰
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;B23K26/362;G06F17/10
• 代理公司: 沈陽杰克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司21207
• 代理人: 羅瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種幾何畸變校正方法，尤其是激光標(biāo)刻系統(tǒng)的幾何畸變校正方法。

背景技術(shù)

激光標(biāo)刻技術(shù)是通過將激光聚焦于加工物件表面，利用相應(yīng)的物理或化學(xué)變化在材料表面形成標(biāo)記的一種標(biāo)刻方式。與傳統(tǒng)的化學(xué)腐蝕、機(jī)械刻劃、絲印及噴墨等標(biāo)刻方式相比，具有顯著的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)文字、圖形、位圖、二維碼等信息的標(biāo)記。激光標(biāo)刻技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械掃描、轉(zhuǎn)鏡掃描和振鏡掃描三個發(fā)展時代。振鏡掃描因其在標(biāo)刻速度、標(biāo)刻質(zhì)量、應(yīng)用范圍等方面的優(yōu)勢業(yè)已成為激光標(biāo)刻領(lǐng)域的主流技術(shù)。振鏡掃描技術(shù)的光學(xué)屬性必然帶來光學(xué)設(shè)備固有的誤差，如透鏡常見的徑向畸變與切向畸變誤差、f·θ透鏡特有的場曲誤差、設(shè)備結(jié)構(gòu)與安裝精度導(dǎo)致的垂直度誤差與零點(diǎn)誤差、控制系統(tǒng)硬件導(dǎo)致的非線性誤差以及控制系統(tǒng)控制策略導(dǎo)致的復(fù)合幾何畸變誤差等。其中，掃描振鏡的復(fù)合幾何畸變誤差的影響最為嚴(yán)重，隨著標(biāo)刻區(qū)域的擴(kuò)大，復(fù)合幾何畸變也愈加突出，嚴(yán)重影響了激光標(biāo)刻的加工精度。

針對激光掃描振鏡的復(fù)合幾何畸變，主要有硬件校正與軟件校正兩類解決方案。元器件參數(shù)的一致性、穩(wěn)定性問題及參數(shù)調(diào)整的靈活性等問題限制了硬件校正的性能與適用性，故除早期有部分文獻(xiàn)的硬件校正措施外，現(xiàn)多采用軟件校正。最早提出的軟件校正方法是增量補(bǔ)償法，利用振鏡掃描系統(tǒng)掃描幾何畸變公式得到的畸變量，采用計算機(jī)軟件修正法,對振鏡標(biāo)刻坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,明顯改善了幾何畸變但仍然存在一定的殘差。利用曲面最小二乘擬合的方法及通過基于平面坐標(biāo)變換幾何校正算法原理的圖形畸變校正方法也是常見的方法。然而，在對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合或坐標(biāo)變換時,通常采用均方根誤差為常用的誤差指標(biāo),而沒有考慮樣本數(shù)據(jù)的概率統(tǒng)計特性，限制了校正的精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供種一種激光標(biāo)刻系統(tǒng)幾何畸變的校正方法，能夠使得經(jīng)校正后的幾何失真誤差滿足標(biāo)刻加工精度的要求，而且校正精度通過離線仿真是可驗證的、可控的。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種激光標(biāo)刻系統(tǒng)幾何畸變的校正方法，至少包含下述步驟：

(a)離線時，利用目標(biāo)標(biāo)刻坐標(biāo)計算掃描振鏡偏轉(zhuǎn)角度的估值，并以該估值為初值，依據(jù)掃描振鏡的掃描幾何公式進(jìn)行迭代計算，利用迭代終止時所得的振鏡偏轉(zhuǎn)角度數(shù)值解與偏轉(zhuǎn)角度估值的差值建立校正表；

(b)在線時，利用目標(biāo)標(biāo)刻坐標(biāo)計算掃描振鏡偏轉(zhuǎn)角度的估值，使用步驟(a)所得的校正表對所得的掃描振鏡偏轉(zhuǎn)角度估值進(jìn)行補(bǔ)償；

其中步驟(a)包括選取有限的、有代表性的目標(biāo)標(biāo)刻點(diǎn)坐標(biāo)及其對應(yīng)的振鏡偏轉(zhuǎn)角度數(shù)值解與偏轉(zhuǎn)角度估值的差值分別建立x振鏡與y振鏡的校正表；

其中步驟(b)包括根據(jù)目標(biāo)標(biāo)刻坐標(biāo)通過校正表的查找與插值計算獲得掃描振鏡偏轉(zhuǎn)角度的補(bǔ)償值，該補(bǔ)償值與根據(jù)實(shí)際標(biāo)刻坐標(biāo)計算所得的掃描振鏡偏轉(zhuǎn)角度估值的代數(shù)和即為目標(biāo)標(biāo)刻坐標(biāo)所對應(yīng)的掃描振鏡偏轉(zhuǎn)角度；

所述步驟(a)、步驟(b)中的掃描振鏡偏轉(zhuǎn)角度的估值計算過程如下：

設(shè)目標(biāo)標(biāo)刻坐標(biāo)為x_d,y_d，f·θ透鏡的焦距為f，掃描振鏡偏轉(zhuǎn)角度的估值計算如下：

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式中：分別為x振鏡、y振鏡偏轉(zhuǎn)角度的估值

所述步驟(a)中的迭代計算過程如下：

迭代初值：