三维激光加工装置及定位误差校正方法
【专利摘要】本发明公开一种三维激光加工装置及定位误差校正方法，该三维激光加工装置包括激光源、变焦镜组、振镜扫描模块、视觉模块单元以及控制单元。激光源提供激光光束。变焦镜组以及振镜扫描模块都位于激光光束的传递位置上。视觉模块单元具有可视区域。控制单元电连接并调整变焦镜组以及振镜扫描模块，以使激光光束对应地聚焦在三维工作区域中的多个参考平面上，且使三维工作区域中的影像的多个位置经由变焦镜组以及视觉模块单元的成像镜组对应地聚焦成像在可视区域的中心上。
【专利说明】
三维激光加工装置及定位误差校正方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种加工装置及校正方法，且特别是涉及一种三维激光加工装置及定位误差校正方法。
【背景技术】
[0002]在许多精密材料加工制作工艺中，传统的加工技术已不敷需求，需借由激光微加工技术，才能因应制作工艺所需。精密加工制作工艺中，视觉定位可提供高精密的加工结果O
[0003]—般而言，振镜的激光加工系统其控制的方法是利用反射镜片来改变激光光束的入射角度，将激光光束控制在工件的预加工位置。因此，若要利用振镜系统进行三维曲面的工件进行加工，会有2D振镜加工畸变问题存在与3维变焦偏移的问题，进而造成激光加工过程中离焦与加工的尺寸不精准的问题。
[0004]此外，在搭配同轴视觉技术的情况下，加工物可在电荷親合元件(Charge-coupledDevice, CCD)上进行成像，来达成视觉定位的功能。然而，由于激光光束与可见光波段不同，造成激光光束的光轴与可见光的光轴不同，进而产生光程误差或其它可能的误差。这些误差会使电荷耦合元件上的影像有视觉误差的产生，进而降低定位精度。
[0005]因此，如何使激光能在三维曲面精准地加工以及同时修正激光视觉模块的定位误差问题，实为目前研发人员关注的重要课题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种三维激光加工装置，能有效降低定位误差与影像计算误差。
[0007]本发明的再一目的在于提供一种定位误差校正方法，能有效降低定位误差与影像计算误差。
[0008]本发明的一实施例的三维激光加工装置包括激光源、变焦镜组、振镜扫描模块、视觉模块单元以及控制单元。激光源用以提供激光光束。变焦镜组位于激光光束的传递位置上。振镜扫描模块位于激光光束的传递位置上。激光光束经由变焦镜组以及振镜扫描模块聚焦在三维工作区域中。三维工作区域具有多个参考平面，且这些参考平面垂直于第一方向。视觉模块单元包括成像镜组以及影像检测器，其中成像镜组位于三维工作区域与影像检测器之间，且影像检测器具有可视区域。控制单元电连接变焦镜组以及振镜扫描模块。控制单元调整变焦镜组与振镜扫描模块，以使激光光束对应地聚焦在这些参考平面上，且使三维工作区域中的影像的多个位置经由变焦镜组以及成像镜组对应地聚焦成像在可视区域的中心上。
[0009]本发明的一实施例的一种定位误差校正方法用以校正三维激光加工装置的多个定位误差，其包括下列步骤。(a)使激光光束依序经由变焦镜组以及振镜扫描模块聚焦在三维工作区域中，其中三维工作区域具有多个参考平面，且这些参考平面垂直于第一方向。(b)调整变焦镜组的第一参数，以使激光光束对应地聚焦在其中一参考平面上。(C)记录第一参数，以制作激光偏移补偿表。(d)提供校正试片，并使校正试片移动至其中一参考平面上，其中校正试片具有校正图案。(Θ)载入激光偏移补偿表，对应地调整振镜扫描模块的多个第二参数，使校正图案的多个校正点分次经由变焦镜组以及成像镜组对应地聚焦成像在影像检测器的可视区域的中心上。(f)记录这些第二参数，以制作视觉畸变补偿表。(g)提供加工试片，并令加工试片位于其中一参考平面上。(h)载入激光偏移补偿表，并读取对应于此参考平面的第一参数，以进行加工而形成对位图案。(i)载入视觉畸变补偿表，对应地调整振镜扫描模块的多个第三参数，使对位图案的多个对位点分次经由变焦镜组以及成像镜组对应地聚焦成像在影像检测器的可视区域的中心上。(j)记录这些第三参数，以制作激光畸变补偿表。
[0010]在本发明的一实施例中，执行上述步骤(e)的方法还包括下列步骤。使校正图案的其中一校正点聚焦成像在可视区域中。判断校正图案的校正点是否成像于可视区域的中心上，若否，则调整振镜扫描模块，若是，则记录与校正点所对应的振镜扫描模块的第二参数。
[0011]在本发明的一实施例中，执行上述步骤(i)的方法还包括下列步骤。使对位图案的其中一对位点聚焦成像在可视区域中。判断对位图案的对位点是否成像于可视区域的中心上，若否，则调整振镜扫描模块，若是，则记录与位置所对应的振镜扫描模块的第三参数。
[0012]在本发明的一实施例中，执行上述步骤(C)的方法还包括下列步骤。重复执行步骤(b)多次，且多次重复的步骤(b)中的这些参考平面彼此不相同，以记录对应于各参考平面的各第一参数，并汇整至激光偏移补偿表。
[0013]在本发明的一实施例中，执行上述步骤(f)的方法还包括下列步骤。重复执行步骤(e)多次，且多次重复的步骤(e)中的这些参考平面彼此不相同，以记录对应于各参考平面的这些第二参数，并汇整至视觉畸变补偿表。
[0014]在本发明的一实施例中，执行上述步骤(j)的方法还包括下列步骤。重复执行步骤(g)、步骤(h)以及步骤(i)多次，且多次重复的步骤(g)中的这些参考平面彼此不相同，以记录对应于各参考平面的这些第三参数，并汇整至激光畸变补偿表。
[0015]在本发明的一实施例中，上述的定位误差校正方法还包括提供移动平台，其中移动平台位于三维工作区域中，且移动平台的表面能沿第一方向移动。
[0016]在本发明的一实施例中，上述的定位误差校正方法还包括依次提供多个具有不同标准高度的平台，其中各平台位于三维工作区域中，且各平台的表面分别对应于各参考平面的位置。
[0017]在本发明的一实施例中，上述的校正图案的形状为十字形、圆形或多边形。
[0018]在本发明的一实施例中，上述的对位图案的形状为十字形、圆形或多边形。
[0019]在本发明的一实施例中，上述的变焦镜组包括至少二透镜，其中一透镜的焦距为正，另一透镜的焦距为负。
[0020]在本发明的一实施例中，上述的变焦镜组具有镜片间距，且镜片间距的距离为至少二透镜的焦距之和。
[0021]在本发明的一实施例中，上述的变焦镜组符合0.1 ^ I f2/fl I ^ 10，fl为其中一透镜的焦距，且f2为另一透镜的焦距。
[0022]在本发明的一实施例中，上述的变焦镜组的第一参数为变焦镜组的焦距参数。
[0023]在本发明的一实施例中，上述的振镜扫描模块包括聚焦物镜组以及二反射镜，且振镜扫描模块的这些第二参数及这些第三参数为这些反射镜的角度参数或位置参数。
[0024]在本发明的一实施例中，上述的三维激光加工装置还包括移动平台，位于三维工作区域中，且移动平台的表面能沿第一方向移动，以使表面移动至这些参考平面的位置。
[0025]在本发明的一实施例中，上述的控制单元调整变焦镜组的方式为调整变焦镜组的焦距参数。
[0026]在本发明的一实施例中，上述的振镜扫描模块包括聚焦物镜组以及二反射镜。控制单元调整振镜扫描模块的方式为调整这些反射镜的角度或位置。
[0027]在本发明的一实施例中，上述的三维激光加工装置还包括分光单元。分光单元位于激光光束的传递位置上，且激光光束经由分光单元被传递至变焦镜组。
[0028]在本发明的一实施例中，上述的变焦镜组与视觉模块单元为串联架构。
[0029]基于上述，本发明的实施例的三维激光加工装置通过变焦镜组与视觉模块的配置，当调整变焦镜组的参数时，也会同时调整了激光光束聚焦在参考平面上的聚焦焦点，以及可视区域中的成像焦点。如此一来，激光光束将可经由变焦镜组与振镜扫描模块对应地聚焦在这些参考平面上，并且，三维工作区域中的影像的多个位置也可同时经由变焦镜组以及成像镜组对应地聚焦成像在可视区域的中心上。并且，当使用者在实际操作三维激光加工装置加工工件时，则可通过本发明的实施例的定位校正误差方法所得的激光畸变补偿表所载的数值资料后，再进行三维激光加工装置的相关参数或位置设定，以执行工件的加工。如此一来，即可使三维激光加工装置达到「所见即所打」的作用，并有效降低定位误差与影像计算误差。
[0030]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
【附图说明】
[0031]图1是本发明一实施例的一种三维激光加工装置的架构示意图；
[0032]图2是图1的一种振镜扫描模块的架构示意图；
[0033]图3是本发明一实施例的一种定位误差校正方法的流程图；
[0034]图4是图1的一种三维工作区域的侧视示意图；
[0035]图5是图2的部分定位误差校正方法的流程图；
[0036]图6A是图5的一种校正试片的正视示意图；
[0037]图6B是图6A的子校正图案影像于可视区域上的正视示意图；
[0038]图6C是图6A的校正图案于工作区域以及可视区域间的相对移动路径示意图；
[0039]图6D与图6E是图6A的子校正图案影像于可视区域上的正视示意图；
[0040]图7是图2的部分定位误差校正方法的流程图；
[0041]图8是图7的一种对位图案的正视示意图；
[0042]图9A至图9C是图1的另一种三维工作区域的侧视示意图。
[0043]符号说明
[0044]60:激光光束
[0045]100:三维激光加工装置
[0046]110:激光源
[0047]120:分光单元
[0048]130:变焦镜组
[0049]131、133:透镜
[0050]140:振镜扫描模块
[0051]141:聚焦镜组
[0052]143、145:反射镜
[0053]142、144:旋转机构
[0054]150:视觉模块单元
[0055]151:成像镜组
[0056]153:影像检测器
[0057]160:控制单元
[0058]170:移动平台
[0059]AS:校正试片
[0060]AP:校正图案
[0061]C:校正图案的中心
[0062]Cl:影像点
[0063]AP0、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8:子校正图案
[0064]A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8:校正点
[0065]All:校正影像点
[0066]WS:加工试片
[0067]WP:对位图案
[0068]W0、W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8:对位点
[0069]WPO、WP1、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6、WP7、WP8:子对位图案
[0070]WA:三维工作区域
[0071]00、01、02、03、04、05、06、07、08:位置
[0072]WAO、WA1、WA2、WA3、WA4、WA5、WA6、WA7、WA8:区域
[0073]AA:可视区域
[0074]AO:可视区域的中心
[0075]PL1、PL2、PL3:平台
[0076]RF 1、RF2、RF3:参考平面
[0077]S、S1、S2、S3:表面
[0078]H:间距
[0079]H1、H2、H3:标准高度
[0080]fl、f2:焦距
[0081]D:镜片间距
[0082]Dl:第一方向
[0083]S110、S120、S130、S210、S220、S221、S222、S223、S224、S225、S230、S310、S320、S330、S331、S332、S333、S334、S335、S340:步骤
【具体实施方式】
[0084]图1是本发明一实施例的一种三维激光加工装置的架构示意图。请参照图1，本实施例的三维激光加工装置100包括激光源110、分光单元120、变焦镜组130、振镜扫描模块140、视觉模块单元150以及控制单元160。具体而言，激光源110用以提供激光光束60。分光单兀120位于激光光束60的传递位置上，且激光光束60可经由分光单兀120被传递至变焦镜组130。
[0085]详细而言，如图1所示，在本实施例中，变焦镜组130包括至少二透镜131、133，其中一透镜131的焦距为正，另一透镜133的焦距则为负，或是其中一透镜133的焦距为正，另一透镜131的焦距则为负。更详细而言，在本实施例中，变焦镜组130具有镜片间距D，且镜片间距D的距离为至少二透镜131、133的焦距之和。并且，在本实施例中，变焦镜组130符合0.1 ^ I f2/fl I ^ 10，fl为其中一透镜131的焦距，且f2为另一透镜133的焦距。如此，变焦镜组130将可通过改变透镜131、133之间的距离来调整变焦镜组130的有效焦距，而达到变焦的效果。
[0086]图2是图1的一种振镜扫描模块的架构示意图。另一方面，如图2所示，在本实施例中，振镜扫描模块140具有聚焦镜组141以及二反射镜143、145。更详细而言，如图2所示，振镜扫描模块140的反射镜143、145分别与二旋转机构142、144连接，旋转机构142、144可旋转反射镜143、145，并由此反折激光光束60。举例而言，旋转机构142、144为电流计(galvanometer)马达，但本发明不以此为限。具体而言，如图1及图2所示，变焦镜组130以及振镜扫描模块140都位于激光光束60的传递位置上。当激光光束60经由变焦镜组130传递至振镜扫描模块140时，激光光束60可被振镜扫描模块140的二反射镜143、145反射后产生偏折而聚焦至三维工作区域WA上。
[0087]更详细而言，如图1及图2所示，在本实施例中，三维工作区域WA具有多个参考平面RF1、RF2、RF3，且这些参考平面RF1、RF2、RF3垂直于第一方向D1。此外，在本实施例中，这些参考平面RF1、RF2、RF3之间的间距H彼此相等。进一步而言，在本实施例中，由于变焦镜组130的焦距是可变的，因此激光光束60将可经由变焦镜组130以及振镜扫描模块140聚焦在三维工作区域WA中的不同参考平面RF1、RF2、RF3的不同位置上，而可对工件进行三维曲面的加工。值得注意的是，在本实施例中，上述参考平面RF1、RF2、RF3的数量及位置虽以3个具有等间距H的参考平面RF1、RF2、RF3为例示，但本发明不限定参考平面RF1、RF2、RF3的数量，也不限定其间的间距H大小。换言之，在其他可行的实施例中，这些参考平面的数目也可为其他数量，各参考平面间的间距大小也可相等或不等，本发明都不以此为限。
[0088]另一方面，在本实施例中，视觉模块单元150包括成像镜组151以及影像检测器153，其中成像镜组151位于三维工作区域WA与影像检测器153之间，且影像检测器153具有可视区域AA。具体而言，如图1所示，三维工作区域WA中的影像的至少部分波段的可见光经由变焦镜组130传递至影像感测单元，而可成像在影像感测单元的可视区域AA中。如此一来，由于观测光轴与激光光轴为同轴，因此影像感测单元中所见的影像中心，即为激光光束60的聚焦焦点。
[0089]进一步而言，如图1所示，控制单元160电连接变焦镜组130以及振镜扫描模块140，并可调整变焦镜组130与振镜扫描模块140。更详细而言，控制单元160可调整变焦镜组130的参数以及振镜扫描模块140的参数，其中变焦镜组130的参数为变焦镜组130的焦距参数，而振镜扫描模块140的参数为反射镜143、145的角度参数或位置参数。进一步而言，在本实施例中，由于变焦镜组130与视觉模块单元150为串联架构，因此，当调整变焦镜组130的参数时，也会同时调整了激光光束60聚焦在参考平面RF1、RF2、RF3上的聚焦焦点，以及可视区域AA中的成像焦点。如此一来，激光光束60将可经由变焦镜组130与振镜扫描模块140对应地聚焦在这些参考平面RF1、RF2、RF3上，并且，三维工作区域WA中的影像的多个位置也可同时经由变焦镜组130以及成像镜组151对应地聚焦成像在可视区域AA的中心上。如此一来，即可使三维激光加工装置100达到「所见即所打」的作用，并有效降低定位误差与影像计算误差。
[0090]以下将搭配图3，针对如何校正定位误差的过程进行进一步解说。
[0091]图3是本发明一实施例的一种定位误差校正方法的流程图。请参照图3，在本实施例中，定位误差校正方法例如可利用图1中的三维激光加工装置100来执行，但本发明不以此为限。或者，定位误差校正方法也可通过载入图1中的三维激光加工装置100的电脑程序产品(包含用以执行此定位误差校正方法的程序指令)及其相关硬件设备来执行，但本发明也不以此为限。本实施例的定位误差校正方法可用以校正三维激光加工装置100的多个定位误差。以下将搭配图4，针对步骤S110、S120、S130的执行方法进行详细描述。
[0092]图4是图1的一种三维工作区域的侧视示意图。首先，请参照图1至图4，执行步骤S110，使激光光束60依序经由变焦镜组130以及振镜扫描模块140聚焦在三维工作区域WA中。举例而言，如图4所示，在本实施例中，使激光光束60对应地聚焦在三维工作区域WA中的方式可以是提供一移动平台170，其中移动平台170位于三维工作区域WA中，且移动平台170的表面S能沿第一方向Dl移动至其中一参考平面RFl的位置上。接着，执行步骤S120，调整变焦镜组130的第一参数，以使激光光束60对应地聚焦在其中一参考平面RF I上，亦即聚焦在移动平台170的表面S上，但本发明不以此为限。
[0093]接着，执行步骤S130，记录使激光光束60对应地聚焦在此参考平面RF1、RF2、RF3时的第一参数，以制作激光偏移补偿表。并且在本实施例中，更可重复执行步骤S120多次，且多次重复的步骤S120中的参考平面RF1、RF2、RF3彼此不相同，以记录对应于各参考平面RF1、RF2、RF3的各第一参数，并汇整至激光偏移补偿表中，以供后续参照。
[0094]以下将搭配图5至图6E，针对步骤S210、S220、S230的执行方法进行详细描述。
[0095]图5是图2的部分定位误差校正方法的流程图。图6A是图5的一种校正试片的正视示意图。请参照图2以及图5，在执行了步骤S110、S120、S130而获得三维工作区域WA所属的激光偏移补偿表后，接着可执行步骤S210，提供校正试片AS。更详细而言，在本实施例中，校正试片AS例如由光学玻璃所制成。
[0096]此外，如图6A所示，校正试片AS上具有准确的校正图案AP，且校正图案AP具有多个校正点AO、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8。具体而言，在本实施例中，各校正点AO、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8并分别位于校正图案AP的多个子校正图案APO、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8 上。这些子校正图案 APO、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8 对称分布于校正试片AS上。在本实施例中，各校正点A0、Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8分别都为各子校正图案APO、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8的中心，但本发明不以此为限，此技术领域中具有通常知识者当可依据实际需求来进行各校正点A0、Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8的设计，此处便不再赘述。
[0097]此外，还需说明的是，在本实施例中，各子校正图案APO、APU AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8的形状都为十字型，但本发明不以此为限。在其他实施例中，各子校正图案APO、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8也可为圆形、多边形或其他易于辨识的任意形状，且也可相同或不同，本发明都不以此为限。
[0098]并且，步骤S210还包括使校正试片AS移动至其中一参考平面RFl上。举例而言，在本实施例中，使校正试片AS移动至其中一参考平面RFl上的方式可以是使校正试片AS位于移动平台170的表面S上，以使校正试片AS能移动至参考平面RF1、RF2、RF3的位置。更详细而言，如图6A所示，在本实施例中，使校正试片AS移动至其中一参考平面RFl上意味着可使校正图案AP的中心C位于三维工作区域WA的参考平面RFl的位置00上，以及调整校正试片AS的位置，使其中至少一校正点例如校正点AO、Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7或A8重合于参考平面RFl的其中至少一位置00、01、02、03、04、05、06、07或08上。在本实施例中，各校正点A0、Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8分别与参考平面RFl的各位置00、01、02、03、04、05、06、07与08重合，但本发明不以此为限。
[0099]接着，执行步骤S220，载入激光偏移补偿表，读取激光光束60对应地聚焦在此参考平面RFl时的第一参数值，并对应地调整振镜扫描模块140的多个第二参数，使校正图案AP的多个校正点分次经由变焦镜组130以及成像镜组151对应地聚焦成像在影像检测器153的可视区域AA的中心上。更详细而言，如图5所示，步骤S220还包括多个子步骤S221、
5222、S223、S224、S225。以下将搭配图6B至图6E，针对步骤S220的子步骤S221、S222、
5223、S224以及S225的执行方法进行详细描述。
[0100]图6B是图6A中的子校正图案影像于可视区域上的正视示意图。首先，执行子步骤S221，使校正图案AP的中心聚焦成像在可视区域AA中。更详细而言，如图6B所示，校正图案AP的中心C可经由变焦镜组130以及成像镜组151对应地聚焦成像，而在影像检测器153的可视区域AA上形成影像点Cl。接着，执行子步骤S222，判断校正图案AP的中心是否成像于可视区域AA的中心AO上，亦即判断校正图案AP的中心C所形成的影像点Cl是否位于可视区域AA的中心AO上，若否，则调整振镜扫描模块140的第二参数。
[0101]具体而言，在本实施例中，振镜扫描模块140的第二参数例如为反射镜143、145的角度参数或位置参数。详细而言，在理论上，振镜扫描模块140的参数与三维工作区域WA中的参考平面RFl的位置坐标有相对应的关系，而可通过调整振镜扫描模块140的参数，以使参考平面RFl的不同区域影像在可视区域AA内移动。若判断校正图案AP的中心所形成的影像点Cl位于可视区域AA的中心AO上时，则记录此时所对应的振镜扫描模块140的第二参数，以制作视觉畸变补偿表。
[0102]图6C是图6A的校正图案于工作区域以及可视区域间的相对移动路径示意图。图6D与图6E是图6A中的子校正图案影像于可视区域上的正视示意图。接着，请参照图6C，执行步骤S223，调整振镜扫描模块140的多个第二参数，使位于其中一位置01的校正点Al于可视区域AA上形成的校正影像点AIl位于可视区域AA中。接着，请参照图6D，执行步骤S224，判断校正图案AP的其中一位置01是否成像于可视区域AA的中心AO上，亦即判断校正图案AP位于其中一位置01的校正点Al于可视区域AA上形成的校正影像点AIl位置是否位于可视区域AA的中心上，若否，则调整振镜扫描模块140，若是，则记录与位置Ol (即校正点Al)所对应的振镜扫描模块140的第二参数，并汇整至视觉畸变补偿表中。
[0103]接着，在本实施例中，更可重复执行步骤S223以及S224多次，且多次重复的步骤S223中的校正点A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8彼此不相同，以分别完成参考平面RFl的各区域￥40、￥41、￥42、￥43、￥44、￥45、￥46、￥47、胃48的定位误差校正。在完成了实际需求范围的校正后，可执行步骤S225，记录对应于此参考平面RFl的振镜扫描模块140的这些第二参数，并汇整至视觉畸变补偿表中，以供后续参照。
[0104]接着，在本实施例中，更可重复执行步骤S210以及S220(即子步骤S221、S222、S223、S224)多次，且多次重复的步骤S210中的参考平面RF1、RF2、RF3彼此不相同，以执行步骤S230，记录对应于各参考平面RF1、RF2、RF3的这些第二参数，并汇整至视觉畸变补偿表，以供后续参照。
[0105]以下将搭配图7至图8，针对步骤S310、S320、S330以及S340的执行方法进行详细描述。
[0106]图7是图2的部分定位误差校正方法的流程图。请参照图2、图4以及图7，在执行了步骤S230而获得三维工作区域WA所属的视觉畸变补偿表后，接着可执行步骤S310，提供加工试片WS，并令加工试片WS位于其中一参考平面RFl上。举例而言，在本实施例中，使加工试片WS移动至其中一参考平面RFl上的方式可以是使加工试片WS位于移动平台170的表面上，以使加工试片WS能移动至参考平面RFl的位置。
[0107]接着，执行步骤S320，载入激光偏移补偿表，并读取激光光束60聚焦于此参考平面RFl时所对应的第一参数，以进行加工而形成对位图案WP。具体而言，在本实施例中，形成对位图案WP的方式例如可利用图1的三维激光加工装置100的激光源110所发出的激光光束60于加工试片WS上进行加工。进一步而言，在本实施例中，形成对位图案WP的步骤例如可利用图2的振镜扫描模块140来执行。更详细而言，在本实施例中，激光光束60被振镜扫描模块140中的二反射镜143、145反射后，可经由聚焦镜组141聚焦至三维工作区域WA中的参考平面RFl上，而对加工试片WS进行加工，以形成对位图案WP。
[0108]图8是图7的一种对位图案的正视示意图。如图8所示，在本实施例中，对位图案WP具有多个对位点W0、Wl、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8。具体而言，在本实施例中，各对位点W0、W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8并分别位于对位图案WP的多个子对位图案WPO、WP1、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6、WP7、WP8 上。这些子对位图案 WPO、WP1、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6、WP7、WP8对称分布于加工试片WS上。在本实施例中，各对位点WO、Wl、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8分别都为各子对位图案WPO、WP1、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6、WP7、WP8的中心，但本发明不以此为限，此技术领域中具有通常知识者当可依据实际需求来进行各对位点W0、Wl、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8的设计，此处便不再赘述。
[0109]此外，还需说明的是，在本实施例中，各子对位图案WPO、WP1、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6、WP7、WP8的形状都为十字型，但本发明不以此为限。在其他实施例中，各子对位图案WPO、WPl、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6、WP7、WP8也可为圆形、多边形或其他易于辨识的任意形状，且也可相同或不同，本发明都不以此为限。
[0110]接着，执行步骤S330，载入视觉畸变补偿表，对应地调整振镜扫描模块140的多个第三参数。具体而言，在本实施例中，振镜扫描模块140的第三参数也是反射镜143、145的角度参数或位置参数，而可通过调整振镜扫描模块140的第三参数，以使对位图案WP的多个对位点分次经由变焦镜组130以及成像镜组151对应地聚焦成像在影像检测器153的可视区域AA的中心上，并记录这些第三参数，以制作激光畸变补偿表。在此，激光畸变补偿表所记载的数值包括了激光光束60聚焦于此参考平面RFl时所对应的变焦镜组130的第一参数值，以及对位图案WP的对位点能对应地聚焦成像在影像检测器153的可视区域AA的中心时所对应的振镜扫描模块140的第三参数值。
[0111]更详细而言，如图7所示，步骤S330还包括多个子步骤S331( S卩，使对位图案WP的中心聚焦成像在可视区域AA的中心)、子步骤S332( S卩，判断对位图案WP的中心是否成像于可视区域AA的中心上，若否，则调整振镜扫描模块140，若是，则记录与对位图案WP的中心所对应的振镜扫描模块140的第三参数)、子步骤S333 (即，使对位图案WP的其中一对位点聚焦成像在可视区域AA中)，以及子步骤S334(即，判断对位图案WP的此对位点是否成像于可视区域AA的中心上，若否，则调整振镜扫描模块140，若是，则记录与此对位点所对应的振镜扫描模块140的第三参数)。
[0112]具体而言，在本实施例中，步骤S330与步骤S220的执行方法类似，亦即步骤S330的多个子步骤S331、S332、S333、S334中使对位图案WP的对位点聚焦成像在可视区域AA中、判断及记录第三参数的方法与步骤S220的多个子步骤S221、S222、S223、S224中使校正图案AP的校正点聚焦成像在可视区域AA中、判断及记录第二参数的方法类似，相关执行细节已在上述段落中详述，在此不再重述。
[0113]接着，在本实施例中，更可重复执行步骤S333以及S334多次，且多次重复的步骤S333中的对位点W0、W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8彼此不相同，以分别完成参考平面RFl的各区域￥40、￥41、￥42、￥43、￥44、￥45、￥46、￥47、胃48的定位误差校正。在完成了实际需求范围的校正后，可执行步骤S335，记录对应于此参考平面RF1、RF2、RF3的振镜扫描模块140的这些第三参数，并汇整至激光畸变补偿表中，以供后续参照。
[0114]接着，在本实施例中，更可重复执行步骤S310、S320以及S330 (即子步骤S331、S332、S333、S334)多次，且多次重复的步骤S310中的参考平面RF1、RF2、RF3彼此不相同，以执行步骤S340，记录对应于各参考平面RF1、RF2、RF3的这些第三参数，并汇整至激光畸变补偿表，以供后续参照。
[0115]如此一来，当使用者在实际操作三维激光加工装置100加工工件时，则可透过此激光畸变补偿表所载的变焦镜组130的参数数值以及振镜扫描模块140的参数数值等资料后，再进行三维激光加工装置100的相关参数或位置设定，以执行工件的加工。如此一来，即可通过可视区域AA所观测到的工件影像以控制激光光束60在工件的希望位置上进行加工，使三维激光加工装置100达到「所见即所打」的作用，并有效降低视觉定位误差与影像计算误差，而可在三维工作区域WA中形成所需的三维激光图案。
[0116]此外，还值得说明的是，前述的实施例虽以提供移动平台170，而使激光光束60对应地聚焦在三维工作区域WA中的各参考平面RF1、RF2、RF3的方法为例示，但本发明不以此为限。以下将搭配图9A至图9C进行进一步解说。
[0117]图9A至图9C是图1的另一种二维工作区域的侧视不意图。举例而目，如图9A至图9C所示，在本实施例中，执行图2的定位误差校正方法中的步骤S120，即，使激光光束60对应地聚焦在三维工作区域WA中的方式也可以是依次提供多个具有不同标准高度H1、H2、H3的平台PL1、PL2、PL3，其中各平台PL1、PL2、PL3位于三维工作区域WA中，且各平台PLl、PL2、PL3的表面S1、S2、S3分别对应于各参考平面RFl、RF2、RF3的位置，而使激光光束60依次对应地聚焦在三维工作区域WA中的其中一平台PLl上。此外，在本实施例中，执行图2的定位误差校正方法中的步骤S210、S310也可以是通过更换具有不同标准高度H1、H2、H3的平台PLl、PL2、PL3，并使步骤S210中的校正试片AS或步骤S310中的加工试片WS位于其中一平台PL1、PL2或PL3的表面上，以使步骤S210中的校正试片AS或步骤S310中的加工试片WS能移动至其中一参考平面RF1、RF2或RF3的位置。进一步而言，在使用其中一平台PL1、PL2、PL3来置放步骤S210中的校正试片AS或步骤S310中的加工试片WS时，三维激光加工装置100而仍可用以执行图2的其他步骤例如步骤S110、S130、S220、S230、S320、S330以及S340等步骤，并完成激光畸变补偿表。其余的相关执行细节已在前述的实施例中详述，相关细节请参考上述段落，在此不再重述。如此，本实施例的定位误差校正方法，也可获得三维工作领域中所对应的激光畸变补偿表，而可用以进行三维激光加工装置100的相关参数或位置设定来修正定位误差，因此同样地具有上述实施例的视觉误差校正方法所描述的优点，在此便不再赘述。
[0118]综上所述，本发明的实施例的三维激光加工装置通过变焦镜组与视觉模块的配置，当调整变焦镜组的参数时，也会同时调整了激光光束聚焦在参考平面上的聚焦焦点，以及可视区域中的成像焦点。如此一来，激光光束将可经由变焦镜组与振镜扫描模块对应地聚焦在这些参考平面上，并且，三维工作区域中的影像的多个位置也可同时经由变焦镜组以及成像镜组对应地聚焦成像在可视区域的中心上。并且，当使用者在实际操作三维激光加工装置加工工件时，则可通过本发明的实施例的定位校正误差方法所得的激光畸变补偿表所载的数值资料后，再进行三维激光加工装置的相关参数或位置设定，以执行工件的加工。如此一来，即可使三维激光加工装置达到「所见即所打」的作用，并有效降低定位误差与影像计算误差。
[0119]虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
【主权项】
1.一种定位误差校正方法，适于校正三维激光加工装置的定位误差，其特征在于，该定位误差校正方法包括: (a)使激光光束依序经由变焦镜组以及振镜扫描模块聚焦在三维工作区域中，其中该三维工作区域具有多个参考平面，且该些参考平面垂直于第一方向； (b)调整该变焦镜组的第一参数，以使激光光束对应地聚焦在其中一该参考平面上； (C)记录该第一参数，以制作激光偏移补偿表； (d)提供校正试片，并使该校正试片移动至其中一该参考平面上，其中该校正试片具有校正图案； (e)载入该激光偏移补偿表，对应地调整该振镜扫描模块的多个第二参数，使该校正图案的多个校正点分次经由该变焦镜组以及成像镜组对应地聚焦成像在影像检测器的可视区域的中心上； (f)记录该些第二参数，以制作视觉畸变补偿表； (g)提供加工试片，并令该加工试片位于其中一该参考平面上； (h)载入该激光偏移补偿表，并读取对应于该参考平面的该第一参数，以进行加工而形成对位图案； (i)载入该视觉畸变补偿表，对应地调整该振镜扫描模块的多个第三参数，使该对位图案的多个对位点分次经由该变焦镜组以及该成像镜组对应地聚焦成像在该影像检测器的该可视区域的中心上；以及 U)记录该些第三参数，以制作激光畸变补偿表。2.如权利要求1所述的定位误差校正方法，其特征在于，执行步骤(e)的方法还包括: 使该校正图案的其中一该校正点聚焦成像在该可视区域中； 判断该校正图案的该校正点是否成像于该可视区域的中心上，若否，则调整该振镜扫描模块，若是，则记录与该校正点所对应的该振镜扫描模块的该第二参数。3.如权利要求1所述的定位误差校正方法，其特征在于，执行步骤(i)的方法还包括: 使该对位图案的其中一该对位点聚焦成像在该可视区域中； 判断该对位图案的该对位点是否成像于该可视区域的中心上，若否，则调整该振镜扫描模块，若是，则记录与该位置所对应的该振镜扫描模块的该第三参数。4.如权利要求1所述的定位误差校正方法，其特征在于，执行步骤(c)的方法还包括: 重复执行步骤(b)多次，且该多次重复的步骤(b)中的该些参考平面彼此不相同，以记录对应于各该参考平面的各该第一参数，并汇整至该激光偏移补偿表。5.如权利要求1所述的定位误差校正方法，其特征在于，执行步骤(f)的方法还包括: 重复执行步骤(e)多次，且该多次重复的步骤(e)中的该些参考平面彼此不相同，以记录对应于各该参考平面的该些第二参数，并汇整至该视觉畸变补偿表。6.如权利要求1所述的定位误差校正方法，其特征在于，执行步骤(j)的方法还包括: 重复执行步骤(g)、步骤(h)以及步骤(i)多次，且该多次重复的步骤(g)中的该些参考平面彼此不相同，以记录对应于各该参考平面的该些第三参数，并汇整至该激光畸变补偿表。7.如权利要求1所述的定位误差校正方法，其特征在于，还包括: 提供移动平台，其中该移动平台位于该三维工作区域中，且该移动平台的表面能沿该第一方向移动。8.如权利要求1所述的定位误差校正方法，其特征在于，还包括: 依次提供多个具有不同标准高度的平台，其中各该平台位于该三维工作区域中，且各该平台的表面分别对应于各该参考平面的位置。9.如权利要求1所述的定位误差校正方法，其特征在于，该校正图案的形状为十字形、圆形或多边形。10.如权利要求1所述的定位误差校正方法，其特征在于，该对位图案的形状为十字形、圆形或多边形。11.如权利要求1所述的定位误差校正方法，其特征在于，该变焦镜组包括至少二透镜，其中一该透镜的焦距为正，另一该透镜的焦距为负。12.如权利要求11所述的定位误差校正方法，其特征在于，该变焦镜组具有镜片间距，且该镜片间距的距离为该至少二透镜的焦距之和。13.如权利要求11所述的定位误差校正方法，其特征在于，该变焦镜组符合0.1 ^ I f2/fl I ^ 10，fl为其中一该透镜的焦距，且f2为另一该透镜的焦距。14.如权利要求1所述的定位误差校正方法，其特征在于，该变焦镜组的该第一参数为该变焦镜组的焦距参数。15.如权利要求1所述的定位误差校正方法，其特征在于，该振镜扫描模块包括聚焦物镜组以及二反射镜，且该振镜扫描模块的该些第二参数及该些第三参数为该些反射镜的角度参数或位置参数。16.一种三维激光加工装置，其特征在于，包括: 激光源，用以提供激光光束； 变焦镜组，位于该激光光束的传递位置上； 振镜扫描模块，位于该激光光束的传递位置上，其中该激光光束经由该变焦镜组以及该振镜扫描模块聚焦在三维工作区域中，该三维工作区域具有多个参考平面，且该些参考平面垂直于第一方向； 视觉模块单元，包括成像镜组以及影像检测器，其中该成像镜组位于该三维工作区域与该影像检测器之间，且该影像检测器具有可视区域；以及 控制单元，电连接该变焦镜组以及该振镜扫描模块，该控制单元调整该变焦镜组与该振镜扫描模块，以使激光光束对应地聚焦在该些参考平面上，且使该三维工作区域中的影像的多个位置经由该变焦镜组以及该成像镜组对应地聚焦成像在该可视区域的中心上。17.如权利要求16所述的三维激光加工装置，其特征在于，该变焦镜组包括至少二透镜，其中一该透镜的焦距为正，另一该透镜的焦距为负。18.如权利要求17所述的三维激光加工装置，其特征在于，该变焦镜组具有镜片间距，且该镜片间距的距离为该至少二透镜的焦距之和。19.如权利要求17所述的三维激光加工装置，其特征在于，该变焦镜组符合0.1 ^ I f2/fl I ^ 10，fl为其中一该透镜的焦距，且f2为另一该透镜的焦距。20.如权利要求16所述的三维激光加工装置，其特征在于，还包括移动平台，位于该三维工作区域中，且该移动平台的表面能沿该第一方向移动，以使该表面移动至该些参考平面的位置。21.如权利要求16所述的三维激光加工装置，其特征在于，控制单元调整该变焦镜组的方式为调整该变焦镜组的焦距参数。22.如权利要求16所述的三维激光加工装置，其特征在于，该振镜扫描模块包括: 聚焦物镜组；以及 二反射镜，其中控制单元调整该振镜扫描模块的方式为调整该些反射镜的角度或位置。23.如权利要求16所述的三维激光加工装置，其特征在于，还包括: 分光单元，位于该激光光束的传递位置上，且该激光光束经由该分光单元被传递至该变焦镜组。24.如权利要求16所述的三维激光加工装置，其特征在于，该变焦镜组与该视觉模块单元为串联架构。
【文档编号】B23K26/042GK105834580SQ201510021836
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月16日
【发明人】吕绍铨, 林于中, 曾介亭, 李闵凯
【申请人】财团法人工业技术研究院