CN116105644A - 射线扫描成像方法及射线加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射线扫描成像方法及射线加工方法。射线扫描成像方法包括：获取待扫描面上采样点的射线强度数据；获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；记录待扫描面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；将记录的采样点的位置数据和射线强度数据进行组合，得到待扫描面的图像。本发明提供的射线扫描成像方法，能够在不移动样品的情况下，扫描得到样品表面的光学形貌，分辨率、扫描成像范围自由灵活调整，为加工点对准、加工质量检测提供了可能。本发明提供的射线加工方法，提升了加工便利性的同时，还能够实现精确无误差的加工位置确定、加工起始点对准，提升加工精度。

Description

射线扫描成像方法及射线加工方法

技术领域

本发明涉及光学***技术领域，尤其涉及一种射线扫描成像方法及射线加工方法。

背景技术

激光扫描技术是通过改变激光束的相位或反射来改变其输出方向，可以通过使用不同的器件来实现，例如声光调制器、电光调制器、微机电微镜***、激光振镜、激光转镜等，还需要使用传感器和反馈控制***来保持激光束与目标之间的精确对准。相比于传统加工技术需要控制庞大的运动部件，激光扫描技术仅需要对超小质量的反射器或调制器进行运动学或电学控制，可以实现远超过传统加工技术的加工速度与加工精度。其中，利用激光振镜控制激光的偏转进行扫描加工，是当前最广泛应用的加工手段。

射线加工是特种加工的一种，常用于超精密加工、超快加工等领域。常见的用于加工的射线包括离子束、电子束、激光等，其中激光应用领域相对更加广泛。射线加工需要对射线进行偏转控制，以控制其具体加工位置。例如，激光加工中，可以通过控制反射镜的角度来决定激光加工位置，电子束加工中可以通过控制电磁线圈使电子束发生偏转，决定电子束加工位置。其中，利用激光振镜控制激光的偏转，进行扫描加工，是当前常见的加工手段。

传统数控机床通过物理上的刀具进行加工，可以根据刀具与工件是否发生接触来进行对刀，实现整个零件加工的对准。而现有的射线扫描加工平台，以激光振镜为例，在加工过程中存在如下缺陷：激光振镜通过激光进行非接触加工，无法像数控机床一样进行对准，且在加工过程中，常常需要对加工质量进行检测，现有技术无法在不取下工件的情况下，直接在激光振镜工作台上对工件进行原位精确检测，若取下工件进行检测后再次装夹，必然存在装夹误差，则后续加工则无法与之前已加工的图案进行精确的对准，最终影响了整体加工的质量。此外，由于激光振镜加工采用旋转光路，需要通过控制激光振镜角度，来控制其在平面上的加工位置。在平面加工坐标与激光振镜旋转角度的换算过程中存在畸变，虽然可以进行算法矫正，但仍不能完全避免误差，产生枕形畸变。

发明内容

本发明一方面提供一种射线扫描成像方法，能够在不移动样品的情况下，扫描得到样品表面的光学形貌，为加工点对准、加工质量检测提供了可能；且可以实现分辨率、扫描成像范围自由灵活调整，提升了成像质量与灵活性。

本发明另一方面提供一种射线加工方法，提升了加工便利性的同时，还能够实现精确无误差的加工位置确定、加工起始点对准，提升了加工精度。

本发明提供一种射线扫描成像方法，包括：

获取待扫描面上采样点的射线强度数据；

获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；

记录所述待扫描面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；

将记录的采样点的位置数据和射线强度数据进行组合，得到所述待扫描面的图像。

根据本发明提供的射线扫描成像方法，所述获取待扫描面上采样点的射线强度数据，包括：

到达采样点的射线经射线偏转装置到达射线强度检测装置获得射线强度数据。

根据本发明提供的射线扫描成像方法，所述射线为激光，所述射线强度数据为光强数据，所述射线偏转装置为激光振镜。

本发明还提供一种射线加工方法，包括：

获取待加工面上采样点的射线强度数据；

获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；

记录所述待加工面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；

输入待加工点数据并开始加工。

根据本发明提供的射线加工方法，所述获取待加工面上采样点的射线强度数据，包括：

到达采样点的射线经射线偏转装置到达射线强度检测装置获得射线强度数据。

根据本发明提供的射线加工方法，所述待加工点数据为待加工点的位置数据；和/或，所述待加工点数据为待加工点对应的偏转角度数据。

根据本发明提供的射线加工方法，还包括：

在所述待加工面上建立坐标系，通过偏转角度换算得到所述待加工面上采样点的坐标位置数据。

根据本发明提供的射线加工方法，所述射线为激光，所述射线强度数据为光强数据，所述射线偏转装置为激光振镜。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任一项所述的射线扫描成像方法或如上任一项所述的射线加工方法。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的射线扫描成像方法或如上任一项所述的射线加工方法。

本发明提供的射线扫描成像方法，能够在不移动样品的情况下，扫描得到样品表面的光学形貌，为加工点对准、加工质量检测提供了可能；且可以实现分辨率、扫描成像范围自由灵活调整，提升了成像质量与灵活性。

本发明提供的射线加工方法，提升了加工便利性的同时，还能够实现精确无误差的加工位置确定、加工起始点对准，提升了加工精度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的激光振镜***实施例的示意图；

图2是本发明提供的射线扫描成像方法的流程示意图；

图3是本发明提供的激光振镜***进行扫描成像时的光路示意图；

图4是本发明提供的射线加工方法的流程示意图；

图5是本发明提供的激光振镜***进行激光加工光路示意图；

图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。

附图标记：

1、激光发射装置；2、激光振镜；3、角度调节模块；4、聚焦镜；5、半反射镜；6、光强检测装置；7、待扫描面；8、待加工面；

810、处理器；820、通信接口；830、存储器；840、通信总线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，常见的用于扫描和加工的射线包括离子束、电子束、激光等，其中激光应用领域相对更加广泛。在对本发明提供的射线扫描成像方法和射线加工方法进行描述之前，以激光为例，本发明实施例首先提出一种激光振镜***。

下面结合图1描述本发明提供的激光振镜***。

如图1所示，为本发明提供的激光振镜***实施例的示意图。本实施例的激光振镜***包括激光发射装置1、激光振镜2（具备角度调节模块3）和聚焦镜4，激光发射装置1用于发射激光，角度调节模块3用于调节激光振镜2的偏转角度，聚焦镜4用于将经激光振镜2反射的激光聚焦至待扫描面或待加工面上；

还包括半反射镜5和光强检测装置6，半反射镜5位于激光发射装置1的激光出口与激光振镜2之间，半反射镜5包括第一镜面和第二镜面，第一镜面为激光的入射镜面，第二镜面可将经激光振镜2出射的光线反射至光强检测装置6。

需要说明的是，在本发明实施例中，激光发射装置1可采用激光器，使用时，激光器和半反射镜5的位置保持相对固定。激光器发射的激光经过半反射镜5的第一镜面可以透过一半光线，反射一半光线，透过的一半光线到达激光振镜2并被反射至待扫描面或待加工面，对待扫描面进行扫描或对待加工面进行加工。调整半反射镜5的位置，确保在激光振镜2同一偏转角度不变时，激光加工/扫描点与光强检测点重合，即二者等效光路重合。

本发明提供的激光振镜***，通过在激光发射装置1的激光出口和激光振镜2之间设置半反射镜5，激光经过半反射镜5再经过激光振镜2的反射到达待扫描面或待加工面上的采样点时，由于光路可逆原理，待扫描面或待加工面上的反射光可以通过半反射镜5反射至光强检测装置6，因而光强检测装置6可以检测到采样点的光强数据，不同采样点对应的光强数据和激光振镜2的偏转角度不同，可以通过记录不同采样点的光强数据来对应激光振镜2的偏转角度，可以根据光强数据确定采样点的位置数据，并通过对应的激光振镜2的偏转角度确定加工位置，并能够实现精确无损的加工起始点对准，提升加工精度。激光振镜***既可以像传统激光振镜一样进行激光加工，也可以利用激光振镜扫描原理进行加工件的成像，并可根据成像进一步确定加工位置、加工工艺。

此外，还能够实现激光振镜2加工的原位检测，可以在工件装夹后，获取工件表面形貌的精确位置信息，根据此信息决定加工位置，避免了因装夹导致的激光振镜无法对准产生的误差，同时也解决了激光振镜加工不能直接原位检测的问题。

如图1所示，在本发明实施例中，激光发射装置1的激光出口与第一镜面之间的夹角为45°，光强检测装置6的检测端与第二镜面之间的夹角为45°。选用45度是因为大部分市售夹具均按照45度设计，因此45度安装角度作为一种优选，可以方便***搭建，降低***搭建的复杂度。在一些实施例中，激光发射装置1的激光出口与第一镜面之间的夹角、光强检测装置6的检测端与第二镜面之间的夹角也可以为其他角度，例如30°、60°或70°，不为90°即可。

在本发明实施例中，激光振镜***还包括控制模块，控制模块可接收光强检测装置6发出的光强信号，控制模块可对角度调节模块3发出控制信号。需要说明的是，控制模块可集成在角度调节模块3上。

下面对本发明提供的射线扫描成像方法和射线加工方法进行描述，下文描述的射线扫描成像方法和射线加工方法与上文描述的激光振镜***可相互对应参照。需要说明的是，下述的射线扫描成像方法和射线加工方法具体应用到激光振镜***下时，射线偏转装置对应激光振镜***中的激光振镜和角度调节模块，可通过调节自身的偏转角度来调节经射线发射装置发出射线的反射方向；射线发射装置对应激光振镜***中的激光发射装置1。

如图2所示，本发明还提供一种射线扫描成像方法，包括：

获取待扫描面上采样点的射线强度数据；

获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；

记录待扫描面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；

将记录的采样点的位置数据和射线强度数据进行组合，得到待扫描面的图像。

本发明提供的射线扫描成像方法，能够在不移动样品的情况下，扫描得到样品表面的光学形貌，为加工点对准、加工质量检测提供了可能；且可以实现分辨率、扫描成像范围自由灵活调整，提升了成像质量与灵活性。

下面就本发明提供的射线扫描成像方法应用于激光振镜***时进行具体说明，请参照图3。

需要激光扫描成像时，通过角度调节模块3改变激光振镜2的偏转角度，使得照射点遍布整个待扫描面7；记录每个激光振镜2偏转角度对应的光强检测装置6测量得到的光强数据和对应的采样点位置坐标，将每个采样点的位置数据和光强数据组合，形成一幅完整的光学图像。其中，扫描分辨率和幅面分别由激光振镜2的单次偏转角度和最大偏转角度决定，可自由调整，不受限制，无需改变光路、移动光学器件。需要说明的是，待扫描面7可以为平面，也可以为曲面。

其中，获取光强数据的方法具体如下：激光发射装置1发出激光，激光经半反射镜5到达激光振镜2并到达待扫描面7上的采样点，由于光路可逆原理，到达采样点的激光可经激光振镜2和半反射镜5到达光强检测装置6，通过光强检测装置6获得可获得对应采样点的光强数据。在一些实施例中，也可以用环境光或者额外的照明光源作为射线。

如图4所示，本发明还提供一种射线加工方法，包括：

获取待加工面上采样点的射线强度数据；

获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；

记录待加工面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；

输入待加工点数据并开始加工。具体地，当应用于激光振镜***时，可根据前述获取的各项数据，确定代加工点的坐标、确定需要采用的参数，如激光功率、重复频率等，控制振镜偏转进行加工。

本发明提供的射线加工方法，提升了加工便利性的同时，还能够实现精确无误差的加工位置确定、加工起始点对准，提升了加工精度。

在本发明实施例中，获取待加工面上的所有采样点的光强数据，包括：射线发射装置发出射线，射线经半反射镜到达射线偏转装置并到达待扫描面上的采样点，由于光路可逆原理，到达采样点的射线经射线偏转装置到达射线强度检测装置获得射线强度数据。在一些实施例中，也可以用环境光或者额外的照明光源作为射线。

在本发明实施例中，待加工点数据为待加工点的位置数据；和/或，待加工点数据为待加工点对应的偏转角度数据。在一些实施例中，待加工点可以为采样点本身，也可以由采样点数据推算得来。

在本发明实施例中，可在待加工面上建立坐标系，得到待加工面上采样点的坐标位置数据。如此，便于将待加工面上的所有采样点坐标化，便于采集和记录。

下面就本发明提供的射线加工方法应用于激光振镜***时进行具体说明，请参照图5。

需要加工时，可以像传统的激光振镜2一样，直接设定待加工面8的坐标数据，将待加工面8的坐标数据换算为激光振镜2的偏转角度数据输入给角度调节模块3或控制模块；也可以根据扫描成像，确定好待加工位置后，直接提取采样点对应位置的原始角度数据，并输入给激光振镜2。后者可实现无畸变误差加工。还可以将两者结合，先扫描成像，确认加工起始点对应的激光振镜2的偏转角度数据后，再结合坐标数据进一步换算为激光振镜2的偏转角度数据，以实现精确无损的加工起始点对准。需要说明的是，待加工面8可以为平面，也可以为曲面。

同样地，获取光强数据的方法具体如下：激光发射装置1发出激光，激光经半反射镜5到达激光振镜2并到达待扫描面7上的采样点，由于光路可逆原理，到达采样点的激光可经激光振镜2和半反射镜5到达光强检测装置6，通过光强检测装置6获得可获得对应采样点的光强数据。在一些实施例中，也可以用环境光或者额外的照明光源作为射线。

通过以上实施方式的描述可知，本发明提供的射线扫描成像方法及射线加工方法至少具备如下优点：

拥有原位检测能力，可以在不移动样品的情况下，扫描样品表面的光学形貌，为加工点对准、加工质量检测提供了可能。最大检测范围等于射线偏转装置的扫描范围，最小检测精度等于射线偏转装置扫描精度，可以实现超大范围、超高精度的检测成像，为加工提供便利；

检测范围、检测分辨率可根据需要自由调整，只需调整射线偏转装置的偏转角度即可，无需复杂的光学变焦机构；

解决了现有技术的射线加工中无法对准的问题，拓展了射线加工的应用范围；

解决了射线加工时需要移动样品检测带来的不便，进而消除了多次装夹带来的定位误差，提升了射线加工的精度，简化了射线加工的工艺流程；

根据成像确定加工位置时，成像也是由角度数据换算而来，由于光路可逆原理，可以实现完全无矫正误差加工，避免了校正算法不准确产生的畸变。

图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行射线扫描成像方法或射线加工方法。

射线扫描成像方法包括：

获取待扫描面上采样点的射线强度数据；

获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；

记录待扫描面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；

将记录的采样点的位置数据和射线强度数据进行组合，得到待扫描面的图像。

射线加工方法包括：

获取待加工面上采样点的射线强度数据；

获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；

记录待加工面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；

输入待加工点数据并开始加工。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的射线扫描成像方法或射线加工方法。

射线扫描成像方法包括：

获取待扫描面上采样点的射线强度数据；

获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；

记录待扫描面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；

将记录的采样点的位置数据和射线强度数据进行组合，得到待扫描面的图像。

射线加工方法包括：

获取待加工面上采样点的射线强度数据；

获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；

记录待加工面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；

输入待加工点数据并开始加工。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的射线扫描成像方法或射线加工方法。

射线扫描成像方法包括：

获取待扫描面上采样点的射线强度数据；

获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；

记录待扫描面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；

将记录的采样点的位置数据和射线强度数据进行组合，得到待扫描面的图像。

射线加工方法包括：

获取待加工面上采样点的射线强度数据；

获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；

记录待加工面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；

输入待加工点数据并开始加工。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种射线扫描成像方法，其特征在于，包括：

获取待扫描面上采样点的射线强度数据；

获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；

记录所述待扫描面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；

将记录的采样点的位置数据和射线强度数据进行组合，得到所述待扫描面的图像。

2.根据权利要求1所述的射线扫描成像方法，其特征在于，所述获取待扫描面上采样点的射线强度数据，包括：

到达采样点的射线经射线偏转装置到达射线强度检测装置获得射线强度数据。

3.根据权利要求1或2所述的射线扫描成像方法，其特征在于，所述射线为激光，所述射线强度数据为光强数据，所述射线偏转装置为激光振镜。

4.一种射线加工方法，其特征在于，包括：

获取待加工面上采样点的射线强度数据；

获取射线到达采样点时射线偏转装置对应的偏转角度数据；

记录所述待加工面上采样点的位置数据对应的射线强度数据和射线偏转装置对应的偏转角度数据；

输入待加工点数据并开始加工。

5.根据权利要求4所述的射线加工方法，其特征在于，所述获取待加工面上采样点的射线强度数据，包括：

到达采样点的射线经射线偏转装置到达射线强度检测装置获得射线强度数据。

6.根据权利要求4所述的射线加工方法，其特征在于，所述待加工点数据为待加工点的位置数据；和/或，所述待加工点数据为待加工点对应的偏转角度数据。

7.根据权利要求4所述的射线加工方法，其特征在于，还包括：

在所述待加工面上建立坐标系，通过偏转角度换算得到所述待加工面上采样点的坐标位置数据。

8.根据权利要求4-7任一项所述的射线加工方法，其特征在于，所述射线为激光，所述射线强度数据为光强数据，所述射线偏转装置为激光振镜。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-3任一项所述的射线扫描成像方法或如权利要求4-8任一项所述的射线加工方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述的射线扫描成像方法或如权利要求4-8任一项所述的射线加工方法。

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