扫描头校准系统及其方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于减小定位发至工件上或从工件发出的光束时所产生的定位误差的系统及其方法。发明专利技术中提供了校准标记，并获取该校准标记的图像以与引导标记进行比较。该引导标记的位置对应于一组设计数据或坐标。调整该校准标记图像的位置，直至该图像与引导标记对正。由此能够确定出一组视觉补偿因子。之后，获取激光标记的图像，并将其调整至与引导标记对正，从而确定出一组扫瞄头补偿因子。接着，基于该视觉补偿因子及激光补偿因子来对所述一组设计数据进行修正，并将其用来定位发至工件上的激光束，或获取从工件发出的光以形成图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种扫瞄头校准系统及其方法。具体而言，本专利技术涉及一种用于以高 位置准确度进行视觉扫瞄(vision scanning)及激光束传输的系统及其方法。
技术介绍
某些工业应用，比如视觉检查(vision inspection)及激光加工等应用上需要对 可见光束和/或激光束等光线进行精确定位。一个例子是利用激光束在工件的预定位置处 做出视觉上可察觉的标记。除了标记之外，激光系统还有其它应用，比如微机械加工、表面 处理、修整、焊接及切割等。在激光标记、焊接或机加工过程中，参考坐标系统，将工件上待实施加工的预定位 置的坐标数据或参数编成程序写入激光束定位控制器中。在理想情况下，激光束会被导向 至工件上对应于坐标数据的位置处，可在此预定位置处实施激光加工。然而在实际情况中，激光束并非总是指向工件上的预定位置。其原因可能在于系 统误差和/或激光定位机构的安装公差。若不对这些误差和/或公差加以考虑，激光束可 能会指向工件上的非期望位置，而这是不允许的。在需要更高位置精确度的过程中，例如在 用于将读写头焊接至磁盘驱动装置中的悬置组件上精确焊接过程中，激光束的错误定位可 能导致焊接过程完全失败。类似的顾虑亦可能发生在独立或整合于激光加工系统中的视觉 检查系统中。因此，光线的定位精准度成为视觉检查及激光加工中确保精确度与质量的关 键因素之一。因此，需要提供用于视觉检测和/或激光加工的扫瞄头校准系统及扫描头校准方 法，其中系统误差获得很好的补偿或至少大幅降低，从而以高位置精确度来实施这些加工。 但目前并无这样的系统及方法。
技术实现思路
本专利技术的实施方式提供用于减低激光传输系统中的位置误差并校准扫瞄视觉系 统的解决方案，其可为用于视觉检测、光学检查和/或精确测量的独立系统，或是整合在激 光传输系统中的扫瞄组件。根据一种实施方式，提出了一种用在激光加工系统中减小将激光束定位在工件上 的定位误差的方法。提供校准标记，并获取该校准标记的图像，以与引导标记进行比较。该 引导标记的位置对应于一组设计数据或坐标。调整校准标记的图像位置，直至其图像与引 导标记对正。由此可确定出一组视觉补偿因子。随后，获取激光标记的图像，并将其调整至 与所述引导标记对正，从而确定出一组激光补偿因子。然后可基于所述视觉补偿因子及激 光补偿因子对所述一组设计数据进行修正，并用以将激光束定位到工件上。根据另一实施方式，提供了一种用于校准扫瞄视觉系统的方法。提供校准标记，并 获取该校准标记的图像，以与引导标记进行比较。该引导标记的位置对应于一组设计数据 或坐标。调整校准标记的图像位置，直至其图像与引导标记对正。由此可确定出一组视觉补偿因子，并利用该组视觉补偿因子对所述一组设计数据进行修正，以校准扫瞄视觉系统。本专利技术所提供的方案可于扫瞄视觉系统及激光加工系统中显著减低系统误差并 增进定位的精确度。根据本专利技术实施方式所校准的激光加工系统达到了很高的精确度，从 而满足了例如激光标记及激光焊接的精确激光加工的需求。附图说明将参照附图对本专利技术的这些以及其它方面和优点加以详细描述，附图中图IA是显示根据本专利技术一种实施方式的激光标记装置的示意图；图IB是显示图IA中的激光标记装置的示意图，并且其上设置有用于校准的校准 工模或设置有用于加工的工件；图2是显示根据本专利技术一种实施方式的扫瞄视觉系统的示意图；图3A是显式根据本专利技术一种实施方式的激光校准系统的示意图；图3B是图3A中所示的用于校准激光系统的校准工模的俯视图；图3C是图3B中的一组引导标记及校准工模图像的原理图；图4是显示根据本专利技术一种实施方式的用于校准视觉系统的一组引导标记的示 意图；图5A是显示获取用于校准的一组校准标记的图像的示意图；图5B是显示图5A中视觉比例因子经过适当校准之后的图像的示意图；图5C是显示图5A中视觉变形因子经过适当校准之后的图像的示意图；图6A是显示图5A中用于半扫瞄场校准的图像的示意图；图6B是显示图5A中当放大至半扫瞄场校准时的图像的示意图；图7A是显示用于激光组件校准的全扫瞄场中的激光标记的图像的示意图；图7B是显示图7A中激光组件在全扫瞄场中经过校准之后的图像的示意图；图8A是显示用于激光组件校准的激光标记在半扫瞄场中的图像的示意图；以及图8B是显示图8A中激光组件在半扫瞄场中经过校准之后的图像的示意图。具体实施例方式为了说明的目的，将针对一种适于以高位置精确度进行激光加工的系统及其方法 来描述本专利技术的实施方式，其中会就在激光加工中减低和/或补偿系统误差从而将激光束 准确定位到工件上而加以描述。图IA示出了根据本专利技术一种实施方式的激光加工系统100，其用于加工工件，比 如标记或焊接此工件。图IB则示出了图IA中的系统，其上设置有用于校准视觉组件的校 准工模(jig)或是用于加工的工件。图2示出了根据本专利技术一种实施方式的扫瞄视觉系统102。扫瞄视觉系统102可 作为独立的系统使用，用于视觉检测、光学检查和/或精确测量等。可选择地，扫描视觉系 统102还可作为整合于如图IA中所示的激光加工系统中的扫瞄视觉组件或扫瞄视觉模块 使用。为了说明的目的，图1A、图IB及图2中激光加工系统100的扫瞄视觉组件及独立扫 瞄视觉系统102使用相同的附图标记。然而，应当了解图2所示的扫描视觉系统以外的扫 瞄视觉系统亦可在激光加工系统中作为扫瞄视觉组件或模块使用。如图IA及图IB所示，激光加工系统100具有激光源110，如钇铝石榴石 (yttrium aluminum garnet，YAG)激光或是二氧化碳激光，用于提供能级足够用以加工 工件的激光束112。第一镜120将激光束112偏折至第二镜130。第二镜130接着将 激光束112偏折至引导光学组件，例如扫瞄头140。扫瞄头140中设有两个电流控制镜 (galvo-controlledmirror)142及144，用于接收激光束112并进一步将其引导至平台150。 平台150被设置用以在其上支承工件200用于激光加工，或支承校准工模202用于校准。电 流控制镜142及144以正交布置的方式轴向对齐。每个电流控制镜均独立安装在对应的枢 轴上。具有两个以上述方式布置的电流控制镜142及144的扫瞄头140可分别沿X轴方向 及Y轴方向偏折、引导激光束112及使激光束112转向，使得激光束112可到达平台150的 二维环境中的任何位置。激光加工系统100具有视觉检测器160，例如电荷耦合装置(charge-coupled device，(XD)摄像机，用以接收及检测来自平台150、工件200和/或校准工模202的可见光 束212。视觉检测器160放置于第二镜130后方。第二镜130为分光镜(dichroic mirror)， 其可反射激光束同时允许可见光穿过。视觉检测器160、分光镜130、电流控制镜142和144 以及聚焦透镜170形成扫瞄视觉组件。激光源110、偏折镜120、分光镜130、电流控制镜142 和144以及聚焦透镜170形成激光组件。视觉检测器160定位成其光轴162与电流控制镜142和第二镜130之间的激光束 112路径对齐。通过这种布置方式，来自工件200、平台150或校准工模202的可见光束212 可沿与第二镜130和聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在用于将激光束定位到工件上的激光加工系统中减小定位误差的方法，包括：提供校准标记；提供引导标记，所述引导标记对应于一组设计数据；将所述校准标记的图像与所述引导标记对正，从而确定出一组视觉补偿因子；将激光标记的图像与所述引导标记对正，从而确定出一组激光补偿因子；以及使用所述一组视觉补偿因子及所述一组激光补偿因子对所述一组设计数据进行修正，以将激光束定位到工件上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕文发，
申请(专利权)人：海雷激光有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]