三維激光加工裝置及定位誤差校正方法
【專利摘要】本發明公開一種三維激光加工裝置及定位誤差校正方法，該三維激光加工裝置包括激光源、變焦鏡組、振鏡掃描模塊、視覺模塊單元以及控制單元。激光源提供激光光束。變焦鏡組以及振鏡掃描模塊都位于激光光束的傳遞位置上。視覺模塊單元具有可視區域。控制單元電連接并調整變焦鏡組以及振鏡掃描模塊，以使激光光束對應地聚焦在三維工作區域中的多個參考平面上，且使三維工作區域中的影像的多個位置經由變焦鏡組以及視覺模塊單元的成像鏡組對應地聚焦成像在可視區域的中心上。
【專利說明】
三維激光加工裝置及定位誤差校正方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種加工裝置及校正方法，且特別是涉及一種三維激光加工裝置及定位誤差校正方法。
【背景技術】
[0002]在許多精密材料加工制作工藝中，傳統的加工技術已不敷需求，需借由激光微加工技術，才能因應制作工藝所需。精密加工制作工藝中，視覺定位可提供高精密的加工結果O
[0003]—般而言，振鏡的激光加工系統其控制的方法是利用反射鏡片來改變激光光束的入射角度，將激光光束控制在工件的預加工位置。因此，若要利用振鏡系統進行三維曲面的工件進行加工，會有2D振鏡加工畸變問題存在與3維變焦偏移的問題，進而造成激光加工過程中離焦與加工的尺寸不精準的問題。
[0004]此外，在搭配同軸視覺技術的情況下，加工物可在電荷親合元件(Charge-coupledDevice, CCD)上進行成像，來達成視覺定位的功能。然而，由于激光光束與可見光波段不同，造成激光光束的光軸與可見光的光軸不同，進而產生光程誤差或其它可能的誤差。這些誤差會使電荷耦合元件上的影像有視覺誤差的產生，進而降低定位精度。
[0005]因此，如何使激光能在三維曲面精準地加工以及同時修正激光視覺模塊的定位誤差問題，實為目前研發人員關注的重要課題。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種三維激光加工裝置，能有效降低定位誤差與影像計算誤差。
[0007]本發明的再一目的在于提供一種定位誤差校正方法，能有效降低定位誤差與影像計算誤差。
[0008]本發明的一實施例的三維激光加工裝置包括激光源、變焦鏡組、振鏡掃描模塊、視覺模塊單元以及控制單元。激光源用以提供激光光束。變焦鏡組位于激光光束的傳遞位置上。振鏡掃描模塊位于激光光束的傳遞位置上。激光光束經由變焦鏡組以及振鏡掃描模塊聚焦在三維工作區域中。三維工作區域具有多個參考平面，且這些參考平面垂直于第一方向。視覺模塊單元包括成像鏡組以及影像檢測器，其中成像鏡組位于三維工作區域與影像檢測器之間，且影像檢測器具有可視區域。控制單元電連接變焦鏡組以及振鏡掃描模塊。控制單元調整變焦鏡組與振鏡掃描模塊，以使激光光束對應地聚焦在這些參考平面上，且使三維工作區域中的影像的多個位置經由變焦鏡組以及成像鏡組對應地聚焦成像在可視區域的中心上。
[0009]本發明的一實施例的一種定位誤差校正方法用以校正三維激光加工裝置的多個定位誤差，其包括下列步驟。(a)使激光光束依序經由變焦鏡組以及振鏡掃描模塊聚焦在三維工作區域中，其中三維工作區域具有多個參考平面，且這些參考平面垂直于第一方向。(b)調整變焦鏡組的第一參數，以使激光光束對應地聚焦在其中一參考平面上。(C)記錄第一參數，以制作激光偏移補償表。(d)提供校正試片，并使校正試片移動至其中一參考平面上，其中校正試片具有校正圖案。(Θ)載入激光偏移補償表，對應地調整振鏡掃描模塊的多個第二參數，使校正圖案的多個校正點分次經由變焦鏡組以及成像鏡組對應地聚焦成像在影像檢測器的可視區域的中心上。(f)記錄這些第二參數，以制作視覺畸變補償表。(g)提供加工試片，并令加工試片位于其中一參考平面上。(h)載入激光偏移補償表，并讀取對應于此參考平面的第一參數，以進行加工而形成對位圖案。(i)載入視覺畸變補償表，對應地調整振鏡掃描模塊的多個第三參數，使對位圖案的多個對位點分次經由變焦鏡組以及成像鏡組對應地聚焦成像在影像檢測器的可視區域的中心上。(j)記錄這些第三參數，以制作激光畸變補償表。
[0010]在本發明的一實施例中，執行上述步驟(e)的方法還包括下列步驟。使校正圖案的其中一校正點聚焦成像在可視區域中。判斷校正圖案的校正點是否成像于可視區域的中心上，若否，則調整振鏡掃描模塊，若是，則記錄與校正點所對應的振鏡掃描模塊的第二參數。
[0011]在本發明的一實施例中，執行上述步驟(i)的方法還包括下列步驟。使對位圖案的其中一對位點聚焦成像在可視區域中。判斷對位圖案的對位點是否成像于可視區域的中心上，若否，則調整振鏡掃描模塊，若是，則記錄與位置所對應的振鏡掃描模塊的第三參數。
[0012]在本發明的一實施例中，執行上述步驟(C)的方法還包括下列步驟。重復執行步驟(b)多次，且多次重復的步驟(b)中的這些參考平面彼此不相同，以記錄對應于各參考平面的各第一參數，并匯整至激光偏移補償表。
[0013]在本發明的一實施例中，執行上述步驟(f)的方法還包括下列步驟。重復執行步驟(e)多次，且多次重復的步驟(e)中的這些參考平面彼此不相同，以記錄對應于各參考平面的這些第二參數，并匯整至視覺畸變補償表。
[0014]在本發明的一實施例中，執行上述步驟(j)的方法還包括下列步驟。重復執行步驟(g)、步驟(h)以及步驟(i)多次，且多次重復的步驟(g)中的這些參考平面彼此不相同，以記錄對應于各參考平面的這些第三參數，并匯整至激光畸變補償表。
[0015]在本發明的一實施例中，上述的定位誤差校正方法還包括提供移動平臺，其中移動平臺位于三維工作區域中，且移動平臺的表面能沿第一方向移動。
[0016]在本發明的一實施例中，上述的定位誤差校正方法還包括依次提供多個具有不同標準高度的平臺，其中各平臺位于三維工作區域中，且各平臺的表面分別對應于各參考平面的位置。
[0017]在本發明的一實施例中，上述的校正圖案的形狀為十字形、圓形或多邊形。
[0018]在本發明的一實施例中，上述的對位圖案的形狀為十字形、圓形或多邊形。
[0019]在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡組包括至少二透鏡，其中一透鏡的焦距為正，另一透鏡的焦距為負。
[0020]在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡組具有鏡片間距，且鏡片間距的距離為至少二透鏡的焦距之和。
[0021]在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡組符合0.1 ^ I f2/fl I ^ 10，fl為其中一透鏡的焦距，且f2為另一透鏡的焦距。
[0022]在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡組的第一參數為變焦鏡組的焦距參數。
[0023]在本發明的一實施例中，上述的振鏡掃描模塊包括聚焦物鏡組以及二反射鏡，且振鏡掃描模塊的這些第二參數及這些第三參數為這些反射鏡的角度參數或位置參數。
[0024]在本發明的一實施例中，上述的三維激光加工裝置還包括移動平臺，位于三維工作區域中，且移動平臺的表面能沿第一方向移動，以使表面移動至這些參考平面的位置。
[0025]在本發明的一實施例中，上述的控制單元調整變焦鏡組的方式為調整變焦鏡組的焦距參數。
[0026]在本發明的一實施例中，上述的振鏡掃描模塊包括聚焦物鏡組以及二反射鏡。控制單元調整振鏡掃描模塊的方式為調整這些反射鏡的角度或位置。
[0027]在本發明的一實施例中，上述的三維激光加工裝置還包括分光單元。分光單元位于激光光束的傳遞位置上，且激光光束經由分光單元被傳遞至變焦鏡組。
[0028]在本發明的一實施例中，上述的變焦鏡組與視覺模塊單元為串聯架構。
[0029]基于上述，本發明的實施例的三維激光加工裝置通過變焦鏡組與視覺模塊的配置，當調整變焦鏡組的參數時，也會同時調整了激光光束聚焦在參考平面上的聚焦焦點，以及可視區域中的成像焦點。如此一來，激光光束將可經由變焦鏡組與振鏡掃描模塊對應地聚焦在這些參考平面上，并且，三維工作區域中的影像的多個位置也可同時經由變焦鏡組以及成像鏡組對應地聚焦成像在可視區域的中心上。并且，當使用者在實際操作三維激光加工裝置加工工件時，則可通過本發明的實施例的定位校正誤差方法所得的激光畸變補償表所載的數值資料后，再進行三維激光加工裝置的相關參數或位置設定，以執行工件的加工。如此一來，即可使三維激光加工裝置達到「所見即所打」的作用，并有效降低定位誤差與影像計算誤差。
[0030]為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附的附圖作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明一實施例的一種三維激光加工裝置的架構示意圖；
[0032]圖2是圖1的一種振鏡掃描模塊的架構示意圖；
[0033]圖3是本發明一實施例的一種定位誤差校正方法的流程圖；
[0034]圖4是圖1的一種三維工作區域的側視示意圖；
[0035]圖5是圖2的部分定位誤差校正方法的流程圖；
[0036]圖6A是圖5的一種校正試片的正視示意圖；
[0037]圖6B是圖6A的子校正圖案影像于可視區域上的正視示意圖；
[0038]圖6C是圖6A的校正圖案于工作區域以及可視區域間的相對移動路徑示意圖；
[0039]圖6D與圖6E是圖6A的子校正圖案影像于可視區域上的正視示意圖；
[0040]圖7是圖2的部分定位誤差校正方法的流程圖；
[0041]圖8是圖7的一種對位圖案的正視示意圖；
[0042]圖9A至圖9C是圖1的另一種三維工作區域的側視示意圖。
[0043]符號說明
[0044]60:激光光束
[0045]100:三維激光加工裝置
[0046]110:激光源
[0047]120:分光單元
[0048]130:變焦鏡組
[0049]131、133:透鏡
[0050]140:振鏡掃描模塊
[0051]141:聚焦鏡組
[0052]143、145:反射鏡
[0053]142、144:旋轉機構
[0054]150:視覺模塊單元
[0055]151:成像鏡組
[0056]153:影像檢測器
[0057]160:控制單元
[0058]170:移動平臺
[0059]AS:校正試片
[0060]AP:校正圖案
[0061]C:校正圖案的中心
[0062]Cl:影像點
[0063]AP0、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8:子校正圖案
[0064]A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8:校正點
[0065]All:校正影像點
[0066]WS:加工試片
[0067]WP:對位圖案
[0068]W0、W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8:對位點
[0069]WPO、WP1、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6、WP7、WP8:子對位圖案
[0070]WA:三維工作區域
[0071]00、01、02、03、04、05、06、07、08:位置
[0072]WAO、WA1、WA2、WA3、WA4、WA5、WA6、WA7、WA8:區域
[0073]AA:可視區域
[0074]AO:可視區域的中心
[0075]PL1、PL2、PL3:平臺
[0076]RF 1、RF2、RF3:參考平面
[0077]S、S1、S2、S3:表面
[0078]H:間距
[0079]H1、H2、H3:標準高度
[0080]fl、f2:焦距
[0081]D:鏡片間距
[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:步驟
【具體實施方式】
[0084]圖1是本發明一實施例的一種三維激光加工裝置的架構示意圖。請參照圖1，本實施例的三維激光加工裝置100包括激光源110、分光單元120、變焦鏡組130、振鏡掃描模塊140、視覺模塊單元150以及控制單元160。具體而言，激光源110用以提供激光光束60。分光單兀120位于激光光束60的傳遞位置上，且激光光束60可經由分光單兀120被傳遞至變焦鏡組130。
[0085]詳細而言，如圖1所示，在本實施例中，變焦鏡組130包括至少二透鏡131、133，其中一透鏡131的焦距為正，另一透鏡133的焦距則為負，或是其中一透鏡133的焦距為正，另一透鏡131的焦距則為負。更詳細而言，在本實施例中，變焦鏡組130具有鏡片間距D，且鏡片間距D的距離為至少二透鏡131、133的焦距之和。并且，在本實施例中，變焦鏡組130符合0.1 ^ I f2/fl I ^ 10，fl為其中一透鏡131的焦距，且f2為另一透鏡133的焦距。如此，變焦鏡組130將可通過改變透鏡131、133之間的距離來調整變焦鏡組130的有效焦距，而達到變焦的效果。
[0086]圖2是圖1的一種振鏡掃描模塊的架構示意圖。另一方面，如圖2所示，在本實施例中，振鏡掃描模塊140具有聚焦鏡組141以及二反射鏡143、145。更詳細而言，如圖2所示，振鏡掃描模塊140的反射鏡143、145分別與二旋轉機構142、144連接，旋轉機構142、144可旋轉反射鏡143、145，并由此反折激光光束60。舉例而言，旋轉機構142、144為電流計(galvanometer)馬達，但本發明不以此為限。具體而言，如圖1及圖2所示，變焦鏡組130以及振鏡掃描模塊140都位于激光光束60的傳遞位置上。當激光光束60經由變焦鏡組130傳遞至振鏡掃描模塊140時，激光光束60可被振鏡掃描模塊140的二反射鏡143、145反射后產生偏折而聚焦至三維工作區域WA上。
[0087]更詳細而言，如圖1及圖2所示，在本實施例中，三維工作區域WA具有多個參考平面RF1、RF2、RF3，且這些參考平面RF1、RF2、RF3垂直于第一方向D1。此外，在本實施例中，這些參考平面RF1、RF2、RF3之間的間距H彼此相等。進一步而言，在本實施例中，由于變焦鏡組130的焦距是可變的，因此激光光束60將可經由變焦鏡組130以及振鏡掃描模塊140聚焦在三維工作區域WA中的不同參考平面RF1、RF2、RF3的不同位置上，而可對工件進行三維曲面的加工。值得注意的是，在本實施例中，上述參考平面RF1、RF2、RF3的數量及位置雖以3個具有等間距H的參考平面RF1、RF2、RF3為例示，但本發明不限定參考平面RF1、RF2、RF3的數量，也不限定其間的間距H大小。換言之，在其他可行的實施例中，這些參考平面的數目也可為其他數量，各參考平面間的間距大小也可相等或不等，本發明都不以此為限。
[0088]另一方面，在本實施例中，視覺模塊單元150包括成像鏡組151以及影像檢測器153，其中成像鏡組151位于三維工作區域WA與影像檢測器153之間，且影像檢測器153具有可視區域AA。具體而言，如圖1所示，三維工作區域WA中的影像的至少部分波段的可見光經由變焦鏡組130傳遞至影像感測單元，而可成像在影像感測單元的可視區域AA中。如此一來，由于觀測光軸與激光光軸為同軸，因此影像感測單元中所見的影像中心，即為激光光束60的聚焦焦點。
[0089]進一步而言，如圖1所示，控制單元160電連接變焦鏡組130以及振鏡掃描模塊140，并可調整變焦鏡組130與振鏡掃描模塊140。更詳細而言，控制單元160可調整變焦鏡組130的參數以及振鏡掃描模塊140的參數，其中變焦鏡組130的參數為變焦鏡組130的焦距參數，而振鏡掃描模塊140的參數為反射鏡143、145的角度參數或位置參數。進一步而言，在本實施例中，由于變焦鏡組130與視覺模塊單元150為串聯架構，因此，當調整變焦鏡組130的參數時，也會同時調整了激光光束60聚焦在參考平面RF1、RF2、RF3上的聚焦焦點，以及可視區域AA中的成像焦點。如此一來，激光光束60將可經由變焦鏡組130與振鏡掃描模塊140對應地聚焦在這些參考平面RF1、RF2、RF3上，并且，三維工作區域WA中的影像的多個位置也可同時經由變焦鏡組130以及成像鏡組151對應地聚焦成像在可視區域AA的中心上。如此一來，即可使三維激光加工裝置100達到「所見即所打」的作用，并有效降低定位誤差與影像計算誤差。
[0090]以下將搭配圖3，針對如何校正定位誤差的過程進行進一步解說。
[0091]圖3是本發明一實施例的一種定位誤差校正方法的流程圖。請參照圖3，在本實施例中，定位誤差校正方法例如可利用圖1中的三維激光加工裝置100來執行，但本發明不以此為限。或者，定位誤差校正方法也可通過載入圖1中的三維激光加工裝置100的電腦程序產品(包含用以執行此定位誤差校正方法的程序指令)及其相關硬件設備來執行，但本發明也不以此為限。本實施例的定位誤差校正方法可用以校正三維激光加工裝置100的多個定位誤差。以下將搭配圖4，針對步驟S110、S120、S130的執行方法進行詳細描述。
[0092]圖4是圖1的一種三維工作區域的側視示意圖。首先，請參照圖1至圖4，執行步驟S110，使激光光束60依序經由變焦鏡組130以及振鏡掃描模塊140聚焦在三維工作區域WA中。舉例而言，如圖4所示，在本實施例中，使激光光束60對應地聚焦在三維工作區域WA中的方式可以是提供一移動平臺170，其中移動平臺170位于三維工作區域WA中，且移動平臺170的表面S能沿第一方向Dl移動至其中一參考平面RFl的位置上。接著，執行步驟S120，調整變焦鏡組130的第一參數，以使激光光束60對應地聚焦在其中一參考平面RF I上，亦即聚焦在移動平臺170的表面S上，但本發明不以此為限。
[0093]接著，執行步驟S130，記錄使激光光束60對應地聚焦在此參考平面RF1、RF2、RF3時的第一參數，以制作激光偏移補償表。并且在本實施例中，更可重復執行步驟S120多次，且多次重復的步驟S120中的參考平面RF1、RF2、RF3彼此不相同，以記錄對應于各參考平面RF1、RF2、RF3的各第一參數，并匯整至激光偏移補償表中，以供后續參照。
[0094]以下將搭配圖5至圖6E，針對步驟S210、S220、S230的執行方法進行詳細描述。
[0095]圖5是圖2的部分定位誤差校正方法的流程圖。圖6A是圖5的一種校正試片的正視示意圖。請參照圖2以及圖5，在執行了步驟S110、S120、S130而獲得三維工作區域WA所屬的激光偏移補償表后，接著可執行步驟S210，提供校正試片AS。更詳細而言，在本實施例中，校正試片AS例如由光學玻璃所制成。
[0096]此外，如圖6A所示，校正試片AS上具有準確的校正圖案AP，且校正圖案AP具有多個校正點AO、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8。具體而言，在本實施例中，各校正點AO、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8并分別位于校正圖案AP的多個子校正圖案APO、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8 上。這些子校正圖案 APO、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8 對稱分布于校正試片AS上。在本實施例中，各校正點A0、Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8分別都為各子校正圖案APO、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8的中心，但本發明不以此為限，此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來進行各校正點A0、Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8的設計，此處便不再贅述。
[0097]此外，還需說明的是，在本實施例中，各子校正圖案APO、APU AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8的形狀都為十字型，但本發明不以此為限。在其他實施例中，各子校正圖案APO、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、AP6、AP7、AP8也可為圓形、多邊形或其他易于辨識的任意形狀，且也可相同或不同，本發明都不以此為限。
[0098]并且，步驟S210還包括使校正試片AS移動至其中一參考平面RFl上。舉例而言，在本實施例中，使校正試片AS移動至其中一參考平面RFl上的方式可以是使校正試片AS位于移動平臺170的表面S上，以使校正試片AS能移動至參考平面RF1、RF2、RF3的位置。更詳細而言，如圖6A所示，在本實施例中，使校正試片AS移動至其中一參考平面RFl上意味著可使校正圖案AP的中心C位于三維工作區域WA的參考平面RFl的位置00上，以及調整校正試片AS的位置，使其中至少一校正點例如校正點AO、Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7或A8重合于參考平面RFl的其中至少一位置00、01、02、03、04、05、06、07或08上。在本實施例中，各校正點A0、Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8分別與參考平面RFl的各位置00、01、02、03、04、05、06、07與08重合，但本發明不以此為限。
[0099]接著，執行步驟S220，載入激光偏移補償表，讀取激光光束60對應地聚焦在此參考平面RFl時的第一參數值，并對應地調整振鏡掃描模塊140的多個第二參數，使校正圖案AP的多個校正點分次經由變焦鏡組130以及成像鏡組151對應地聚焦成像在影像檢測器153的可視區域AA的中心上。更詳細而言，如圖5所示，步驟S220還包括多個子步驟S221、
5222、S223、S224、S225。以下將搭配圖6B至圖6E，針對步驟S220的子步驟S221、S222、
5223、S224以及S225的執行方法進行詳細描述。
[0100]圖6B是圖6A中的子校正圖案影像于可視區域上的正視示意圖。首先，執行子步驟S221，使校正圖案AP的中心聚焦成像在可視區域AA中。更詳細而言，如圖6B所示，校正圖案AP的中心C可經由變焦鏡組130以及成像鏡組151對應地聚焦成像，而在影像檢測器153的可視區域AA上形成影像點Cl。接著，執行子步驟S222，判斷校正圖案AP的中心是否成像于可視區域AA的中心AO上，亦即判斷校正圖案AP的中心C所形成的影像點Cl是否位于可視區域AA的中心AO上，若否，則調整振鏡掃描模塊140的第二參數。
[0101]具體而言，在本實施例中，振鏡掃描模塊140的第二參數例如為反射鏡143、145的角度參數或位置參數。詳細而言，在理論上，振鏡掃描模塊140的參數與三維工作區域WA中的參考平面RFl的位置坐標有相對應的關系，而可通過調整振鏡掃描模塊140的參數，以使參考平面RFl的不同區域影像在可視區域AA內移動。若判斷校正圖案AP的中心所形成的影像點Cl位于可視區域AA的中心AO上時，則記錄此時所對應的振鏡掃描模塊140的第二參數，以制作視覺畸變補償表。
[0102]圖6C是圖6A的校正圖案于工作區域以及可視區域間的相對移動路徑示意圖。圖6D與圖6E是圖6A中的子校正圖案影像于可視區域上的正視示意圖。接著，請參照圖6C，執行步驟S223，調整振鏡掃描模塊140的多個第二參數，使位于其中一位置01的校正點Al于可視區域AA上形成的校正影像點AIl位于可視區域AA中。接著，請參照圖6D，執行步驟S224，判斷校正圖案AP的其中一位置01是否成像于可視區域AA的中心AO上，亦即判斷校正圖案AP位于其中一位置01的校正點Al于可視區域AA上形成的校正影像點AIl位置是否位于可視區域AA的中心上，若否，則調整振鏡掃描模塊140，若是，則記錄與位置Ol (即校正點Al)所對應的振鏡掃描模塊140的第二參數，并匯整至視覺畸變補償表中。
[0103]接著，在本實施例中，更可重復執行步驟S223以及S224多次，且多次重復的步驟S223中的校正點A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8彼此不相同，以分別完成參考平面RFl的各區域￥40、￥41、￥42、￥43、￥44、￥45、￥46、￥47、胃48的定位誤差校正。在完成了實際需求范圍的校正后，可執行步驟S225，記錄對應于此參考平面RFl的振鏡掃描模塊140的這些第二參數，并匯整至視覺畸變補償表中，以供后續參照。
[0104]接著，在本實施例中，更可重復執行步驟S210以及S220(即子步驟S221、S222、S223、S224)多次，且多次重復的步驟S210中的參考平面RF1、RF2、RF3彼此不相同，以執行步驟S230，記錄對應于各參考平面RF1、RF2、RF3的這些第二參數，并匯整至視覺畸變補償表，以供后續參照。
[0105]以下將搭配圖7至圖8，針對步驟S310、S320、S330以及S340的執行方法進行詳細描述。
[0106]圖7是圖2的部分定位誤差校正方法的流程圖。請參照圖2、圖4以及圖7，在執行了步驟S230而獲得三維工作區域WA所屬的視覺畸變補償表后，接著可執行步驟S310，提供加工試片WS，并令加工試片WS位于其中一參考平面RFl上。舉例而言，在本實施例中，使加工試片WS移動至其中一參考平面RFl上的方式可以是使加工試片WS位于移動平臺170的表面上，以使加工試片WS能移動至參考平面RFl的位置。
[0107]接著，執行步驟S320，載入激光偏移補償表，并讀取激光光束60聚焦于此參考平面RFl時所對應的第一參數，以進行加工而形成對位圖案WP。具體而言，在本實施例中，形成對位圖案WP的方式例如可利用圖1的三維激光加工裝置100的激光源110所發出的激光光束60于加工試片WS上進行加工。進一步而言，在本實施例中，形成對位圖案WP的步驟例如可利用圖2的振鏡掃描模塊140來執行。更詳細而言，在本實施例中，激光光束60被振鏡掃描模塊140中的二反射鏡143、145反射后，可經由聚焦鏡組141聚焦至三維工作區域WA中的參考平面RFl上，而對加工試片WS進行加工，以形成對位圖案WP。
[0108]圖8是圖7的一種對位圖案的正視示意圖。如圖8所示，在本實施例中，對位圖案WP具有多個對位點W0、Wl、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8。具體而言，在本實施例中，各對位點W0、W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8并分別位于對位圖案WP的多個子對位圖案WPO、WP1、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6、WP7、WP8 上。這些子對位圖案 WPO、WP1、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6、WP7、WP8對稱分布于加工試片WS上。在本實施例中，各對位點WO、Wl、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8分別都為各子對位圖案WPO、WP1、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6、WP7、WP8的中心，但本發明不以此為限，此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來進行各對位點W0、Wl、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8的設計，此處便不再贅述。
[0109]此外，還需說明的是，在本實施例中，各子對位圖案WPO、WP1、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6、WP7、WP8的形狀都為十字型，但本發明不以此為限。在其他實施例中，各子對位圖案WPO、WPl、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6、WP7、WP8也可為圓形、多邊形或其他易于辨識的任意形狀，且也可相同或不同，本發明都不以此為限。
[0110]接著，執行步驟S330，載入視覺畸變補償表，對應地調整振鏡掃描模塊140的多個第三參數。具體而言，在本實施例中，振鏡掃描模塊140的第三參數也是反射鏡143、145的角度參數或位置參數，而可通過調整振鏡掃描模塊140的第三參數，以使對位圖案WP的多個對位點分次經由變焦鏡組130以及成像鏡組151對應地聚焦成像在影像檢測器153的可視區域AA的中心上，并記錄這些第三參數，以制作激光畸變補償表。在此，激光畸變補償表所記載的數值包括了激光光束60聚焦于此參考平面RFl時所對應的變焦鏡組130的第一參數值，以及對位圖案WP的對位點能對應地聚焦成像在影像檢測器153的可視區域AA的中心時所對應的振鏡掃描模塊140的第三參數值。
[0111]更詳細而言，如圖7所示，步驟S330還包括多個子步驟S331( S卩，使對位圖案WP的中心聚焦成像在可視區域AA的中心)、子步驟S332( S卩，判斷對位圖案WP的中心是否成像于可視區域AA的中心上，若否，則調整振鏡掃描模塊140，若是，則記錄與對位圖案WP的中心所對應的振鏡掃描模塊140的第三參數)、子步驟S333 (即，使對位圖案WP的其中一對位點聚焦成像在可視區域AA中)，以及子步驟S334(即，判斷對位圖案WP的此對位點是否成像于可視區域AA的中心上，若否，則調整振鏡掃描模塊140，若是，則記錄與此對位點所對應的振鏡掃描模塊140的第三參數)。
[0112]具體而言，在本實施例中，步驟S330與步驟S220的執行方法類似，亦即步驟S330的多個子步驟S331、S332、S333、S334中使對位圖案WP的對位點聚焦成像在可視區域AA中、判斷及記錄第三參數的方法與步驟S220的多個子步驟S221、S222、S223、S224中使校正圖案AP的校正點聚焦成像在可視區域AA中、判斷及記錄第二參數的方法類似，相關執行細節已在上述段落中詳述，在此不再重述。
[0113]接著，在本實施例中，更可重復執行步驟S333以及S334多次，且多次重復的步驟S333中的對位點W0、W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8彼此不相同，以分別完成參考平面RFl的各區域￥40、￥41、￥42、￥43、￥44、￥45、￥46、￥47、胃48的定位誤差校正。在完成了實際需求范圍的校正后，可執行步驟S335，記錄對應于此參考平面RF1、RF2、RF3的振鏡掃描模塊140的這些第三參數，并匯整至激光畸變補償表中，以供后續參照。
[0114]接著，在本實施例中，更可重復執行步驟S310、S320以及S330 (即子步驟S331、S332、S333、S334)多次，且多次重復的步驟S310中的參考平面RF1、RF2、RF3彼此不相同，以執行步驟S340，記錄對應于各參考平面RF1、RF2、RF3的這些第三參數，并匯整至激光畸變補償表，以供后續參照。
[0115]如此一來，當使用者在實際操作三維激光加工裝置100加工工件時，則可透過此激光畸變補償表所載的變焦鏡組130的參數數值以及振鏡掃描模塊140的參數數值等資料后，再進行三維激光加工裝置100的相關參數或位置設定，以執行工件的加工。如此一來，即可通過可視區域AA所觀測到的工件影像以控制激光光束60在工件的希望位置上進行加工，使三維激光加工裝置100達到「所見即所打」的作用，并有效降低視覺定位誤差與影像計算誤差，而可在三維工作區域WA中形成所需的三維激光圖案。
[0116]此外，還值得說明的是，前述的實施例雖以提供移動平臺170，而使激光光束60對應地聚焦在三維工作區域WA中的各參考平面RF1、RF2、RF3的方法為例示，但本發明不以此為限。以下將搭配圖9A至圖9C進行進一步解說。
[0117]圖9A至圖9C是圖1的另一種二維工作區域的側視不意圖。舉例而目，如圖9A至圖9C所示，在本實施例中，執行圖2的定位誤差校正方法中的步驟S120，即，使激光光束60對應地聚焦在三維工作區域WA中的方式也可以是依次提供多個具有不同標準高度H1、H2、H3的平臺PL1、PL2、PL3，其中各平臺PL1、PL2、PL3位于三維工作區域WA中，且各平臺PLl、PL2、PL3的表面S1、S2、S3分別對應于各參考平面RFl、RF2、RF3的位置，而使激光光束60依次對應地聚焦在三維工作區域WA中的其中一平臺PLl上。此外，在本實施例中，執行圖2的定位誤差校正方法中的步驟S210、S310也可以是通過更換具有不同標準高度H1、H2、H3的平臺PLl、PL2、PL3，并使步驟S210中的校正試片AS或步驟S310中的加工試片WS位于其中一平臺PL1、PL2或PL3的表面上，以使步驟S210中的校正試片AS或步驟S310中的加工試片WS能移動至其中一參考平面RF1、RF2或RF3的位置。進一步而言，在使用其中一平臺PL1、PL2、PL3來置放步驟S210中的校正試片AS或步驟S310中的加工試片WS時，三維激光加工裝置100而仍可用以執行圖2的其他步驟例如步驟S110、S130、S220、S230、S320、S330以及S340等步驟，并完成激光畸變補償表。其余的相關執行細節已在前述的實施例中詳述，相關細節請參考上述段落，在此不再重述。如此，本實施例的定位誤差校正方法，也可獲得三維工作領域中所對應的激光畸變補償表，而可用以進行三維激光加工裝置100的相關參數或位置設定來修正定位誤差，因此同樣地具有上述實施例的視覺誤差校正方法所描述的優點，在此便不再贅述。
[0118]綜上所述，本發明的實施例的三維激光加工裝置通過變焦鏡組與視覺模塊的配置，當調整變焦鏡組的參數時，也會同時調整了激光光束聚焦在參考平面上的聚焦焦點，以及可視區域中的成像焦點。如此一來，激光光束將可經由變焦鏡組與振鏡掃描模塊對應地聚焦在這些參考平面上，并且，三維工作區域中的影像的多個位置也可同時經由變焦鏡組以及成像鏡組對應地聚焦成像在可視區域的中心上。并且，當使用者在實際操作三維激光加工裝置加工工件時，則可通過本發明的實施例的定位校正誤差方法所得的激光畸變補償表所載的數值資料后，再進行三維激光加工裝置的相關參數或位置設定，以執行工件的加工。如此一來，即可使三維激光加工裝置達到「所見即所打」的作用，并有效降低定位誤差與影像計算誤差。
[0119]雖然結合以上實施例公開了本發明，然而其并非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護范圍應當以附上的權利要求所界定的為準。
【主權項】
1.一種定位誤差校正方法，適于校正三維激光加工裝置的定位誤差，其特征在于，該定位誤差校正方法包括: (a)使激光光束依序經由變焦鏡組以及振鏡掃描模塊聚焦在三維工作區域中，其中該三維工作區域具有多個參考平面，且該些參考平面垂直于第一方向； (b)調整該變焦鏡組的第一參數，以使激光光束對應地聚焦在其中一該參考平面上； (C)記錄該第一參數，以制作激光偏移補償表； (d)提供校正試片，并使該校正試片移動至其中一該參考平面上，其中該校正試片具有校正圖案； (e)載入該激光偏移補償表，對應地調整該振鏡掃描模塊的多個第二參數，使該校正圖案的多個校正點分次經由該變焦鏡組以及成像鏡組對應地聚焦成像在影像檢測器的可視區域的中心上； (f)記錄該些第二參數，以制作視覺畸變補償表； (g)提供加工試片，并令該加工試片位于其中一該參考平面上； (h)載入該激光偏移補償表，并讀取對應于該參考平面的該第一參數，以進行加工而形成對位圖案； (i)載入該視覺畸變補償表，對應地調整該振鏡掃描模塊的多個第三參數，使該對位圖案的多個對位點分次經由該變焦鏡組以及該成像鏡組對應地聚焦成像在該影像檢測器的該可視區域的中心上；以及 U)記錄該些第三參數，以制作激光畸變補償表。2.如權利要求1所述的定位誤差校正方法，其特征在于，執行步驟(e)的方法還包括: 使該校正圖案的其中一該校正點聚焦成像在該可視區域中； 判斷該校正圖案的該校正點是否成像于該可視區域的中心上，若否，則調整該振鏡掃描模塊，若是，則記錄與該校正點所對應的該振鏡掃描模塊的該第二參數。3.如權利要求1所述的定位誤差校正方法，其特征在于，執行步驟(i)的方法還包括: 使該對位圖案的其中一該對位點聚焦成像在該可視區域中； 判斷該對位圖案的該對位點是否成像于該可視區域的中心上，若否，則調整該振鏡掃描模塊，若是，則記錄與該位置所對應的該振鏡掃描模塊的該第三參數。4.如權利要求1所述的定位誤差校正方法，其特征在于，執行步驟(c)的方法還包括: 重復執行步驟(b)多次，且該多次重復的步驟(b)中的該些參考平面彼此不相同，以記錄對應于各該參考平面的各該第一參數，并匯整至該激光偏移補償表。5.如權利要求1所述的定位誤差校正方法，其特征在于，執行步驟(f)的方法還包括: 重復執行步驟(e)多次，且該多次重復的步驟(e)中的該些參考平面彼此不相同，以記錄對應于各該參考平面的該些第二參數，并匯整至該視覺畸變補償表。6.如權利要求1所述的定位誤差校正方法，其特征在于，執行步驟(j)的方法還包括: 重復執行步驟(g)、步驟(h)以及步驟(i)多次，且該多次重復的步驟(g)中的該些參考平面彼此不相同，以記錄對應于各該參考平面的該些第三參數，并匯整至該激光畸變補償表。7.如權利要求1所述的定位誤差校正方法，其特征在于，還包括: 提供移動平臺，其中該移動平臺位于該三維工作區域中，且該移動平臺的表面能沿該第一方向移動。8.如權利要求1所述的定位誤差校正方法，其特征在于，還包括: 依次提供多個具有不同標準高度的平臺，其中各該平臺位于該三維工作區域中，且各該平臺的表面分別對應于各該參考平面的位置。9.如權利要求1所述的定位誤差校正方法，其特征在于，該校正圖案的形狀為十字形、圓形或多邊形。10.如權利要求1所述的定位誤差校正方法，其特征在于，該對位圖案的形狀為十字形、圓形或多邊形。11.如權利要求1所述的定位誤差校正方法，其特征在于，該變焦鏡組包括至少二透鏡，其中一該透鏡的焦距為正，另一該透鏡的焦距為負。12.如權利要求11所述的定位誤差校正方法，其特征在于，該變焦鏡組具有鏡片間距，且該鏡片間距的距離為該至少二透鏡的焦距之和。13.如權利要求11所述的定位誤差校正方法，其特征在于，該變焦鏡組符合0.1 ^ I f2/fl I ^ 10，fl為其中一該透鏡的焦距，且f2為另一該透鏡的焦距。14.如權利要求1所述的定位誤差校正方法，其特征在于，該變焦鏡組的該第一參數為該變焦鏡組的焦距參數。15.如權利要求1所述的定位誤差校正方法，其特征在于，該振鏡掃描模塊包括聚焦物鏡組以及二反射鏡，且該振鏡掃描模塊的該些第二參數及該些第三參數為該些反射鏡的角度參數或位置參數。16.一種三維激光加工裝置，其特征在于，包括: 激光源，用以提供激光光束； 變焦鏡組，位于該激光光束的傳遞位置上； 振鏡掃描模塊，位于該激光光束的傳遞位置上，其中該激光光束經由該變焦鏡組以及該振鏡掃描模塊聚焦在三維工作區域中，該三維工作區域具有多個參考平面，且該些參考平面垂直于第一方向； 視覺模塊單元，包括成像鏡組以及影像檢測器，其中該成像鏡組位于該三維工作區域與該影像檢測器之間，且該影像檢測器具有可視區域；以及 控制單元，電連接該變焦鏡組以及該振鏡掃描模塊，該控制單元調整該變焦鏡組與該振鏡掃描模塊，以使激光光束對應地聚焦在該些參考平面上，且使該三維工作區域中的影像的多個位置經由該變焦鏡組以及該成像鏡組對應地聚焦成像在該可視區域的中心上。17.如權利要求16所述的三維激光加工裝置，其特征在于，該變焦鏡組包括至少二透鏡，其中一該透鏡的焦距為正，另一該透鏡的焦距為負。18.如權利要求17所述的三維激光加工裝置，其特征在于，該變焦鏡組具有鏡片間距，且該鏡片間距的距離為該至少二透鏡的焦距之和。19.如權利要求17所述的三維激光加工裝置，其特征在于，該變焦鏡組符合0.1 ^ I f2/fl I ^ 10，fl為其中一該透鏡的焦距，且f2為另一該透鏡的焦距。20.如權利要求16所述的三維激光加工裝置，其特征在于，還包括移動平臺，位于該三維工作區域中，且該移動平臺的表面能沿該第一方向移動，以使該表面移動至該些參考平面的位置。21.如權利要求16所述的三維激光加工裝置，其特征在于，控制單元調整該變焦鏡組的方式為調整該變焦鏡組的焦距參數。22.如權利要求16所述的三維激光加工裝置，其特征在于，該振鏡掃描模塊包括: 聚焦物鏡組；以及 二反射鏡，其中控制單元調整該振鏡掃描模塊的方式為調整該些反射鏡的角度或位置。23.如權利要求16所述的三維激光加工裝置，其特征在于，還包括: 分光單元，位于該激光光束的傳遞位置上，且該激光光束經由該分光單元被傳遞至該變焦鏡組。24.如權利要求16所述的三維激光加工裝置，其特征在于，該變焦鏡組與該視覺模塊單元為串聯架構。
【文檔編號】B23K26/042GK105834580SQ201510021836
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月16日
【發明人】呂紹銓, 林于中, 曾介亭, 李閔凱
【申請人】財團法人工業技術研究院