[發明專利]一種改進型α-β掃描方法

有效

• 申請號: 201810332815.8
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108489393B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 劉儉;由小玉;陳剛;王宇航;劉辰光;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;南京譜銳西瑪儀器有限公司;北京銳馳恒業儀器科技有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 11465 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 李冉

一種改進型α?β掃描方法，其步驟包括：首先使用示波器和波形發生器獲取檢流式振鏡系統階躍響應曲線，根據階躍響應曲線計算檢流式振鏡系統的幅頻響應特性，明確振鏡系統的頻率—相位之間的對應關系；然后使用上位機軟件構造兩個幅值變化規律一致、相位差恒為π/2、初始相位不同、初始相位與頻率相關的α正弦信號和β正弦信號作為檢流式振鏡系統的控制信號，驅動振鏡掃描運動最終實現掃描光斑以同心圓軌跡完成二維掃描；最后利用目標軌跡重構掃描圖像。本發明將延遲相位補償加入控制信號，提前抑制相位延遲引入的不良影響，具有實時校正由相位延遲所導致的成像畸變的優勢。

技術領域

本發明涉及光學共焦顯微技術、激光加工技術、激光焊接技術等領域，具體涉及一種基于相位預校正的改進型α-β掃描方法。

背景技術

α-β掃描方法是一種激光光斑以同心圓軌跡完成掃描運動的光束掃描方法。對比于傳統的光柵式掃描來說，采用α-β掃描方法獲得的圓形視場與光學系統視場形式一致，可以充分利用光學系統的有效視場，在不產生冗余掃描的前提下最大程度地擴大共焦顯微系統的掃描視場；此外由于使用正弦信號作為振鏡控制信號，不僅可以提高掃描速度而且降低沖擊對振鏡的影響，提高檢流式振鏡系統的可靠性，延長檢流式振鏡系統的使用壽命。但是由于檢流式振鏡系統近似于一個二階低通系統，在執行控制指令時由于機械慣性的作用出現動作延遲，從而導致在重構掃描圖像的時候出現圖像畸變。

因此，提出一種基于相位預補償的改進型α-β掃描方法，本發明不僅繼承了α-β掃描方法的大視場、低噪聲、高可靠性優勢，同時具有實時校正由相位延遲所導致的成像畸變的優勢，無需后期進行軟件補償，對激光掃描成像系統觀察與測量具有重要意義；此外該發明對于激光加工等需要精密定位光斑位置的技術具有重要的指導意義，克服了由檢流式振鏡機械慣性所導致的相位延遲對定位精度的影響。

發明內容

為了解決上述問題，通過分析檢流式振鏡系統傳遞函數得知檢流式振鏡系統幅頻響應特性，即可獲得相位—頻率對應關系，通過該對應關系可計算有機械慣性所導致的相位延遲的大小，因此本發明提出了一種改進型α-β掃描方法，該方法不僅繼承了α-β掃描方法的大視場、低噪聲、高可靠性優勢，同時該方法將延遲相位補償加入控制信號，提前抑制相位延遲引入的不良影響，具有實時校正由相位延遲所導致的成像畸變的優勢，并且使用目標軌跡重構掃描圖像避免了使用振鏡控制系統反饋信號所引入的隨機誤差，相比于未知大小的隨機誤差來說，可確定大小的相位延遲更容易校正；此外對于激光加工等需要精密定位光斑位置的技術具有重要的指導意義，克服了由檢流式振鏡機械慣性所導致的相位延遲對定位精度的影響。

本發明的目的是這樣實現的：

改進型α-β掃描方法，其步驟包括：

(a)使用波形發生器生成階躍信號u(t)輸入到檢流式振鏡系統中，使用示波器測量檢流式振鏡系統單位階躍響應曲線g(t)；

(b)根據步驟(a)所測的單位階躍響應曲g(t)確定上升時間t_r和超調量σ_p大小，然后根據上升時間t_r和超調量σ_p計算無阻尼振蕩頻率ω₀和阻尼系數ξ，最終確定振鏡系統的傳遞函數

(c)根據步驟(b)中振鏡系統的傳遞函數H_GTS(s)確定振鏡系統的相位—頻率函數關系從而計算出掃描頻率ω下延遲相位的大小

(d)將步驟(c)中計算的延遲相位作為檢流式振鏡控制信號α的初始相位，即作為檢流式振鏡控制信號β的初始相位，

(e)將構造的控制信號α和β輸入檢流式振鏡系統中，雙軸振鏡配合完成二維平面掃描；

(f)利用目標軌跡重構被測樣品掃描圖像。

上述的改進型α-β掃描方法，所述的振鏡的相位—頻率函數關系通過振鏡系統傳遞函數確定的。