用于虚拟激光标记的系统和方法技术方案

公开了一种用于仿真受限旋转电机系统的性能的虚拟标记系统（３０）。所述虚拟标记系统包括指令发生单元（３２）、受限旋转电机系统单元（３４）、和光学－机械模拟单元（３６）。所述指令发生单元用于接收表示要被标记的图案的数据（４０）和提供用于标记所述要被标记的图案的指令集。受限旋转电机系统单元（３４）用于接收用于标记所述要被标记的图案的指令集和提供表示光学部件的虚拟位置的光学部件响应信号。光学－机械模拟单元（３６）是用于接收所述光学部件响应信号和提供所述要被标记的图案的虚拟图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求于2004年1月23日提交的美国临时专利申请系列号60/538,842的优先权，并要求于2004年5月28日提交的美国临时专利申请系列号60/575,255的优先权，以及要求于2004年9月28日提交的美国临时专利申请系列号60/613,962的优先权。
技术介绍
本专利技术通常涉及受限旋转电机系统，尤其涉及到用于设计受限旋转电机系统的系统。受限旋转电机通常包括步进电机和恒速电机。某些步进电机非常适合于需要大扫描角度的高速和高占空比锯齿扫描的应用。例如，美国专利号6,275,319公开了用于光栅扫描应用的光学扫描装置。然而，用于特定应用的受限旋转电机需要转子在两个位置间以精确和恒定的速度而不是以锯齿方式通过步进和稳定(settling)移动。这种应用要求到达恒定速度所需的时间尽可能短以及在所获得的速度中的误差量尽可能小。恒速电机通常提供更高的扭矩常量并且典型地包括转子和用于引起转子绕中心轴旋转的驱动电路，以及位置变换器，例如，转速计或位置传感器，和连接到变换器的允许转子响应于输入信号和反馈信号被驱动电路驱动的反馈电路。例如，美国专利号5,424,632公开了传统的两极受限旋转电机。用于某些应用的期望的受限旋转电机的需求是在任意短的时间内能够改变诸如反射镜的载荷的角度位置从角度A到角度B，同时维持所期望的速度线性在任意小的误差内的系统，角度A和B都在扫描仪的角度运动范围内，并且都被任意地精确定义。这个系统的最小响应时间和最小速度误差都由系统的有效带宽支配。然而，系统的有效带宽由许多因素控制，包括系统的开环增益。受限旋转扭矩电机可以通过二重积分器模型加上几个挠性模态和低频非线性效应模拟或表示。用于电流计的典型闭环伺服系统包括用于低频不确定性的积分作用和用于高频共振模态的陷波滤波器。系统操作被选择在中频范围内，其中该系统非常好地通过刚体建模。对于二重积分器刚体模型，开环增益和频率响应曲线上的交叉频率之间有直接关系。例如，用于伺服写入器头定位系统的自动调整系统在Y.H.Huang，S.Weerasooriya和T.S.Low的1996年发表于J.AppliedPhysics第79期第5674-5676页上的Autotuning of a servowriter headpositioning system with minimum positioning error中公开。图1示出了使用两个受限旋转电机12、14的标记系统10，这两个受限旋转电机12、14分别连接到反射镜13和15，用于向着成像表面22将由激光源18产生的激光束16引导通过成像透镜20。x扫描方向的电机12和y扫描方向的电机14的控制，以及激光源18的开启和关闭是由控制器22提供的。控制器24接收关于将在成像表面进行的标记的输入指令26。控制器24于是指导x扫描仪14和y扫描仪12相应地移动，以及响应输入指令和响应在目标平面上成像表面的移动开启和关闭激光源(例如，在低和高之间转换或者超出标记阈值)。该系统还可能包含每个电机12和14内的位置检测器，其各自提供位置检测信号返回到控制器24。例如，这种受限旋转电机可以用在各种不同的激光扫描应用上，如高速表面度量。更多的激光处理应用包括激光焊接(例如高速点焊)、表面处理、切割、钻孔、标记、清理焊缝、激光修复、快速样机研究、形成微结构、或者在各种材质上形成纳米结构的密集阵列。这种系统的处理速度典型地受一个或多个反射镜速率、X-Y阶段速率、材料相互作用和材料的热时间常数、目标材料的布局和代处理区域，以及软件性能的限制。通常，在一个或多个反射镜速率、位置准确性、和稳定时间都是限制性能的因素的应用中，在扫描系统开环增益时的任何显著改进都可以转化为直接的通过量的提高。在受限旋转电机致动器上，开环增益由电机的扭矩常量、反射镜和转子结构的惯性以及功率放大器的增益特性决定。系统设计中的改变，如磁头从一种尺寸改变为另一种尺寸，可能引起总惯性上的显著变化，因此引起开环增益的显著变化。然而，为了全面评价它们的性能，典型地必须设计和构造这种系统。因此，需要一种用于设计和评价受限旋转电机系统的改进方法，尤其需要有效和经济地生产为特定应用提供最大性能的受限旋转电机系统。
技术实现思路
根据一个实施例，本专利技术提供了一种用于仿真受限旋转电机系统的性能的虚拟标记系统。该虚拟标记系统包括指令发生单元、受限旋转电机系统单元、和光学-机械模拟单元。指令发生单元用于接收表示要被标记的图案的数据和提供用于标记要被标记的图案的指令集。受限旋转电机系统单元用于接收用于标记要被标记的图案的指令集以及提供表示光学部件的虚拟位置的光学部件响应信号。光学-机械模拟单元用于接收光学部件响应信号以及提供要被标记的图案的虚拟图像。附图说明参考附图可以更进一步理解以下的说明书，其中图1示出了现有技术的扫描或标记系统的示例性视图；图2示出了根据本专利技术的一个实施例的虚拟激光标记系统的示例性视图；图3A示出了要被标记图案的示例性视图，以及图3B示出了可用于标记图3A中示出的图案的实时电流；图4示出了要做的期望标记的角度位置和时间的示例性图形表示；图5示出了要做的期望标记以及做出的真实标记的角度位置和时间的示例性图形表示；图6示出了用于标记操作的指令和位置控制序列的示例性视图； 图7A-7C示出了根据本专利技术的一个实施例的用于期望的标记图案和虚拟标记图案的X位置、Y位置、激光开启和激光关闭的时序图的示例性视图；图8示出了根据本专利技术的一个实施例，用于受限旋转电机系统的数学模型的示例性图解表示；以及图9示出了根据本专利技术的一个实施例的光学-机械模拟系统的示例性图解表示。所示附图仅仅用于示例性目的。具体实施例方式根据一个实施例，本专利技术规定向虚拟受限旋转电机控制器提供输入指令，并且虚拟受限旋转电机控制器提供输出指令给虚拟电机、输出轴和反射镜系统。位置检测系统记录在激光已经开启时的位置检测信号，从而确定虚拟激光标记图像。因此，计算机模型仿真该激光标记系统。虚拟光学标记器连同在标记给定图案时标记器的各种实时信号把将被标记的特定图案转化为标记图案的图像。图2示出了根据本专利技术的一个实施例的系统的功能框图。系统30包括提供指令发生和激光控制单元32，其提供图案发生和激光控制以将给定多维图像转换成镜像位置指令和激光控制指令的时间序列。指令发生和激光控制单元32产生在33所示的指令历史和激光控制信号。标记的图像通过组合激光控制信号、射束轨迹、激光类型和被标记的材料来获取。系统30还包括仿真电机驱动的射束偏转表面的动态响应的闭环致动器系统34，以及光学-机械模型或组件36用于在目标表面上将反射镜角转换成射束轨迹。激光标记系统经由参数输入单元38接收用户可调扫描参数以及经由图案输入40接收被标记的图案。闭环致动器系统34提供在42所示的电机电流、功率、和角度位置轨迹。光学-机械组件提供在43所示的反射镜、透镜和目标上的激光射束轨迹。系统30还能包括激光系统44，并且该系统提供在48所示的标记图案的图像。例如，图3A示出了被标记图案52的示例性视图，以及图3B示出了可用于标记图3A中示出的图案的实时电流54。图4示出了在做标记的移动周期60内角度位置与时间的关系，接下来是等待周期62。独本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于仿真受限旋转电机系统的性能的虚拟标记系统，所述虚拟标记系统包括：指令发生装置，用于接收表示要被标记的图案的数据，并且提供用于标记所述要被标记的图案的指令集；受限旋转电机系统装置，用于接收用以标记所述要被标记的图案的指 令集，并且提供表示光学部件的虚拟位置的光学部件响应信号；以及光学－机械模拟装置，用于接收所述光学部件响应信号，并且提供所述要被标记的图案的虚拟图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-1-23 60/538,842;US 2004-5-28 60/575,255;US1.一种用于仿真受限旋转电机系统的性能的虚拟标记系统，所述虚拟标记系统包括指令发生装置，用于接收表示要被标记的图案的数据，并且提供用于标记所述要被标记的图案的指令集；受限旋转电机系统装置，用于接收用以标记所述要被标记的图案的指令集，并且提供表示光学部件的虚拟位置的光学部件响应信号；以及光学-机械模拟装置，用于接收所述光学部件响应信号，并且提供所述要被标记的图案的虚拟图像。2.根据权利要求1的所述虚拟标记系统，其中所述指令发生装置还接收关于所述虚拟标记系统的一组可调整参数。3.根据权利要求2的所述虚拟标记系统，其中所述参数包括表示标记速度、标记延迟、跳跃速度、跳跃延迟、激光开启延迟以及激光关闭延迟的数据。4.根据权利要求1的所述虚拟标记系统，其中所述受限旋转电机系统提供表示电机电流的数据。5.根据权利要求1的所述虚拟标记系统，其中所述受限旋转电机系统提供表示电机功率的数据。6.根据权利要求1的所述虚拟标记系统，其中所述受限旋转电机系统提供表示角度位置的数据。7.根据权利要求1的所述虚拟标记系统，其中所述受限旋转电机系统提供表示轨迹的数据。8.根据权利要求1的所述虚拟标记系统，其中所述光学-机械模拟装置提供所述要被标记的图案的虚拟图像的图形表示。9.根据权利要求1的所述虚拟标记系统，其中所述受限旋转电机系统装置包括X扫描仪电机和Y扫描仪电机的数学模拟。10.根据权利要求1的所述虚拟标记系统，其中所述虚拟标记系统用在受限旋转电机系统中。11.根据权利要求10的所述虚拟标记系统，其中所述受限旋转电机系统用于真实激光标记。12.一种用于仿真X-Y受限旋转电机系统的性能的虚拟标记系统，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇弘，
申请(专利权)人：杰斯集团公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]