《特种加工机床 激光加工扫描振镜系统 检测方法》

1特种加工机床激光加工扫描振镜系统通用检测方法本文件描述了激光加工扫描振镜系统的通用检测方法。本文件适用于各类激光加工机床的扫描振镜系统的关键参数和指标检测。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本（包括所有的修改单）适用GB/T7247.1激光产品的安全第1部分：设备分类和要求GB/T14896.9特种加工机床术语第9部分：激光加工机床GB/T15313激光术语GB/T16601.3激光器和激光相关设备激光损伤阈值测试方法第3部分：激光功率（能量）承受能力确信GB/T27662激光光束指向和位置稳定性测试方法3术语和定义GB/T14896.9、GB/T15313界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1扫描振镜系统scanninggalvanometersystem用于控制激光束传播方向和/或焦点位置，实现激光束在规定工作区域内快速扫描和定位的系统。3.2光斑位置beamposition<激光加工>激光束在规定测量平面上的光束的几何中心。3.3静态抖动dither<激光加工>扫描振镜系统在保持规定静止位置指令时，实际光束位置或光学偏转角相对于其平均值的短期随机波动。3.4光学角分辨率opticalangleresolution扫描振镜系统能够按规定置信准则重复辨识的最小光学偏转角增量。3.5零位误差zeropositionerror扫描振镜系统接收零位指令后，实际出射光束轴线与规定光学基准轴线之间的角度偏差。23.6跟踪误差trackingerror扫描振镜系统运行工作中，位置发出指令值与位置到达反馈值之间的时间间隔。3.7温度漂移temperaturedrift在规定工作状态下，由环境温度变化引起的扫描振镜系统输出光束位置、光学偏转角或焦点位置注1：通常以单位温度变化对应的变化量表示。注2：包括零位温度漂移和增益温度漂移。3.8长期漂移long-termdrift在规定工作状态下，扫描振镜系统连续运行过程中，输出光束位置、光学偏转角或焦点位置随时注1：通常以规定时间内的总变化量表示。注2：包括零位长期漂移和增益长期漂移。3.9扫描场径向畸变radialscanfielddistortion在标称扫描范围内，以扫描范围中心为基准，实际扫描位置与对应理论位置之间的径向距离相对偏差的最大值。3.10阶跃信号响应时间stepresponsetime扫描振镜系统接收规定幅值的阶跃位置指令后，实际位置进入并持续保持在规定误差带内所需的3.11扫描速度scanningspeed<激光加工>扫描振镜系统在规定焦平面内连续扫描时，激光束光斑位置的线速度。3.12定位速度positioningspeed<激光加工>阶跃信号驱动扫描振镜系统从任意角度移动至指令角度的线速度。4激光加工扫描振镜系统的分类与组成4.12D扫描振镜系统控制激光束在规定工作平面内实现二维扫描定位的扫描振镜系统。2D扫描振镜系统通常由二维扫描单元、伺服驱动单元、控制器或控制接口，以及实现扫描和定位功能所需的固件和控制软件组成。二维扫描单元通常包括两个独立的扫描轴及相应反射镜，两个扫描方向通常相互正交。34.23D扫描振镜系统在2D扫描振镜系统基础上增加动态聚焦功能，调节激光束焦点沿光轴方向的位置，实现三维工作空间内扫描定位的扫描振镜系统。3D扫描振镜系统通常由二维扫描单元、动态聚焦单元、伺服驱动单元、控制器或控制接口，以及实现三维扫描和定位功能所需的固件和控制软件组成。动态聚焦功能可采用动态聚焦光学组件或其他等效方式实现。5检测设备检测所用仪器包括激光器、激光功率计、光束位置探测器、光束质量分析仪、二维影像测量仪、温度传感器、示波器、激光自准直仪及与被测参数相适应的其他仪器。检测仪器需要经检定或校准并在有效期内使用。仪器的测量范围、波长范围、分辨力、最大允许误差、带宽和采样频率应满足相应检测项目的要求。检测方法涉及激光器时，使用供需双方约定的激光器作为检测光源。6检测条件6.1安全要求在涉及激光束的检测过程中，扫描振镜系统、激光器及其他检测设备的激光辐射安全性应符合GB/T7247.1的规定。6.2环境条件除具体检测项目另有规定外，环境条件应满足扫描振镜系统、激光器及检测仪器使用说明书的规定；说明书未作规定及仲裁测试时，测试环境条件应满足以下要求：b)相对湿度：45%～60%；c)检测场所无明显影响检测结果的振动，必要时采取隔振措施；d)检测场所无明显影响被测系统及检测仪器正常工作的电磁干扰；e)环境洁净度应满足被测系统及检测仪器的使用要求，并避免灰尘、烟雾等对光路和检测结果产6.3被测系统要求检测前，按照制造商的规定完成被测系统的安装、调试和预热，拥有水冷接口的被测系统按照使用说明书的要求进行水冷系统的安装。除具体检测项目另有规定外，被测系统应处于制造商出厂校正6.4检测场景与项目2D扫描振镜系统和3D扫描振镜系统分别在XY平面、XYZ空间进行测试，具体检测要求见表1。4表1检测项目与要求检测场景检测项目XY平面XYZ空间扫描振镜系统定位精度静态抖动重复定位精度光学角分辨率零位误差跟踪误差温度漂移长期漂移标称激光功率（能量）承受能力激光功率损耗有效通光孔径光斑圆度失真度阶跃信号响应时间扫描振镜系统+场镜a定位精度垂直扫描范围零位误差平面扫描范围扫描场径向畸变扫描速度定位速度a应使用供需双方约定的场镜。7检测方法7.1定位精度7.1.1检测步骤定位精度的检测步骤如下：a）在标称平面扫描范围内设置测试点阵列网格，X方向和Y方向的坐标位置均不少于5个，测试点共m个（m≥25），测试点包括扫描范围零位和四角位置，第i个测试点的指令坐标为b）在规定焦平面设置光束位置探测器，直接测量各测试点的光斑中心坐标；当无法直接测量光斑中心坐标时，在置于规定焦平面的标准试样上形成边界清晰的离散标记如图1所示，常见标记若直径不大于相邻测试点间距的圆环，使用二维影像测量仪测量离散标记位置；c）依次测量各测试点的实际坐标位置，每个测试点重复测量5次，每次测量前使光束离开该测试点后重新定位，第i个测试点第j次重复测得的实测坐标为(xi,j,yi,j)j=1,2,…,5)。5标引序号说明：h——标称扫描幅面宽度；m——标称扫描幅面长度。图1定位精度测试点示意图7.1.2检测数据处理定位精度的检测数据处理方法如下。a）测试点的平均坐标以i和i计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：i=Σ=1xi,jyi,jxi,j——X方向实测坐标，单位为微米(μm）；yi,j——Y方向实测坐标，单位为微米(μm）；计算结果表示到小数点后两位；b）二维位置误差以Δi计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：xi,0——X方向指令坐标，单位为微米(μm）；yi,0——Y方向指令坐标，单位为微米(μm）；计算结果表示到小数点后两位；c）定位精度以A计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：A=(Δi)max67.2重复定位精度7.2.1检测方法一7.2.1.1检测步骤重复定位精度的检测步骤如下：a）在标称平面扫描范围内选取零位和四个角落作为测试点，如图2所示；b）使扫描振镜分别沿X、Y轴的正方向、负方向移动至测试点，待光斑位置稳定后采用光束位置探测器或光束质量分析仪测量光斑位置实测坐标，测量完成后使光束重新返回起始位置，每个移动方向重复移动测试5次，第i个测试点第j次重复定位后的实测坐标为(xi,j,yi,j)i=1,2,…,5)(j=1,2,…,20)。标引序号说明：1——角落1；2——角落2；3——角落3；4——角落4；5——零位；h——标称扫描幅面宽度；m——标称扫描幅面长度。图2重复定位精度检测位置示意图7.2.1.2检测数据处理重复定位精度的检测数据处理方法如下。a）测试点的平均坐标以(i,i)计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：7xi,jyi,jxi,j、yi,j——X、Y方向实测坐标，单位为微米(μm）；计算结果表示到小数点后两位；b）测试点第j次重复定位结果相对于该测试点平均位置的二维偏差以ri,j计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：计算结果表示到小数点后两位；c）第i个测试点的重复定位误差以Ri计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：Ri=(ri,j)max d）长度量纲的重复定位精度以R计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：R=(Ri)max e）弧度量纲的重复定位精度以R9计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式进行换算：f——扫描振镜系统的工作距离，单位为毫米（mm）；计算结果表示到小数点后两位。7.2.2检测方法二7.2.2.1检测步骤重复定位精度的检测步骤如下：a）搭建图3所示的检测平台，在扫描平面的零位和四个角落放置反射镜并调整反射角，使检测激光可以垂直反射回光电自准直仪；b）在图2所示的标称平面扫描范围内选取零位和四个角落作为测试点，使扫描振镜分别沿X、Y轴的正方向、负方向移动至测试点，待光斑位置稳定后采用光电自准直仪测量当前偏转角度，测量完成后使光束重新返回起始位置，每个移动方向重复移动并测试5次，第i个测试点第j次重复定位后的实测偏转角度为θi,j(i=1,2,…,5xj=1,2,…,20)。8标引序号说明：1——光电自准直仪；2——扫描振镜；3——反射镜；4——零位测试光束；5——角落测试光束。图3光电自准直仪检测装置示意图7.2.2.2检测数据处理重复定位精度的检测数据处理方法如下。a）测试点的平均偏转角度以i计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计算：i=Σ1θi,jθi,j——实测偏转角度，单位为微弧度(μrad）；计算结果表示到小数点后两位；b）测试点第j次重复定位结果相对于该测试点平均偏转角度的偏差以△θi,j计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计算：△θi,j=(θi,j−i)计算结果表示到小数点后两位；c）第i个测试点的重复定位误差以R计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计算：R=(l△θi,jI)max d）弧度量纲的重复定位精度以R′计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计算：R′=(R)max 9e）长度量纲的重复定位精度以R计，单位以微米(μm）表示，按下列公式进行换算：R=f×tan(R′×10−6)×103f——扫描振镜系统的工作距离，单位为毫米（mm）；计算结果表示到小数点后两位。7.3静态抖动7.3.1检测方法一7.3.1.1检测步骤静态抖动的检测步骤如下：a）使用低噪声电源供电，避免检测设备引入的噪声干扰检测结果；b）在扫描振镜系统与激光器之间放置分光镜，使出射光分为未经过扫描振镜系统的参考光和经过扫描振镜系统的测试光；c）启动扫描振镜系统并保持零位静止指令，采用光束位置探测器或光束质量分析仪按照GB/T27662同时测量参考光和测试光的位置稳定性Δin,1、Δout,1和指向稳定性δαin,1、δαout,1，每个位置的连续采样时长不少于10s，采用图4的装置保证参考光和测试光的光程相等，记录测量带宽、采样频率和测量时长；d）使扫描振镜系统依次指向最大扫描幅面的四个角落，四个摆角位置沿光轴移动一段距离以保证测试光光程和步骤c）的测试光光程相同，按照GB/T27662同时测量参考光和测试光的位置稳定性Δin,i(i=2,3,…,5)、Δout,i和指向稳定性δαin,i、δαout,i，每个位置的连续采样时长不少于10s，保证参考光和测试光的光程相等，记录测量带宽、采样频率和测量时长。标引序号说明：1——激光器；2——分束镜；3——扫描振镜；4——探测器2；5——探测器1；6——测试光束；7——参考光束。图4光束位置探测器或光束质量分析仪检测装置示意图7.3.1.2检测数据处理静态抖动的检测数据处理方法如下。a）当某一测试位置满足Δout,i≤Δin,i或δαout,i≤δαin,i时，说明测试激光器自身的稳定性已达到检测下限，此时记录为在本次检测条件下，扫描振镜系统引入的附加静态抖动未高于入射光束稳b）第i个测试位置由扫描振镜系统引入的位置静态抖动以Δi计，单位以微米(μm）表示，按下列Δout,i、Δin,i−−出射光束、入射光束的短期位置稳定性，单位为微米(μm）；计算结果表示到小数点后两位；c）第i个测试位置的角度静态抖动以i计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计算：δαout,i、δαin,i−−出射光束、入射光束的短期光束指向稳定性，单位为微弧度(μrad）；计算结果表示到小数点后两位；d）扫描振镜系统的位置静态抖动以Δ计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：Δ=(Δi)max e）扫描振镜系统的角度静态抖动以δα计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计算：δα=(δαi)max 7.3.2检测方法二7.3.2.1检测步骤静态抖动的检测步骤如下：a）使用低噪声电源供电，在图3的检测平台的扫描平面零位和四个角落放置反射镜并调整反射角，使出射光可以垂直反射回光电自准直仪；b）启动扫描振镜系统并保持零位静止指令，按照GB/T27662测量光束的指向稳定性δa1和位置稳定性Δ1，每个位置的连续采样时长不少于10s，记录测量带宽、采样频率和测量时长；c）使扫描振镜系统依次指向最大扫描幅面的四个角落，四个摆角位置的反射镜沿光轴移动一段距离以保证角落光程和零位光程相同，按照GB/T27662同时测量光束的指向稳定性δai(i=2,3,…,5)和位置稳定性Δi，每个位置的连续采样时长不少于10s，记录测量带宽、采样频率和测量时长。7.3.2.2检测数据处理静态抖动的检测数据处理方法如下。a）扫描振镜系统的位置静态抖动以Δ计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：Δ=(Δi)maxΔi−−第i(i=1,2,…,5)个测量位置的光束位置稳定性，单位为微米(μm）；计算结果表示到小数点后两位；b）扫描振镜系统的角度静态抖动以δα计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计算：δα=(δαi)maxi−−第i个测量位置的光束指向稳定性，单位为微弧度(μrad）；计算结果表示到小数点后两位。7.4光学角分辨率7.4.1检测步骤光学角分辨率的检测步骤如下：a）对扫描范围零位和四个规定摆角位置进行检测，测试位置保证沿被测方向施加正、负角度增量后均不超出标称扫描范围；b）在各测试位置保持指令角度不变，连续测量出射光束角度，确定被测方向的静态角度测量噪c）以制造商声明的标称光学角分辨率作为角度增量，若制造商未声明则采用控制器能够输出的最小角度指令增量；d）保持非被测轴的指令不变，每次从测试位置的基准角度出发，沿被测方向的正方向施加一个Δθ′的角度增量，待输出稳定后记录出射光束角度，测量后返回测试位置的基准角度，再沿被测方向的负方向施加相同角度增量并测量，测量后返回测试位置的基准角度，每个方向重复e）按照上述方法完成X、Y扫描方向及全部测试位置的检测，第i个测试位置、第k个扫描方向、θ1,i,k,d,j(i=1,2,…,5)(k=1,2)(d=1,2)(j=1,2,…,5)，增量后出射光束角度为θ2,i,k,d,j，其中，检测位置序号i包括零位和四个角落，扫描方向序号k分为X轴、Y轴，增量指令方向序号d分为正方向、负方向，重复测量序号j共测试5次。7.4.2检测数据处理光学角分辨率的检测数据处理方法如下。a）增量前后实际角度变化量以△θi,k,d,j计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计算：△θi,k,d,j=θ2,i,k,d,j−θ1,i,k,d,jθ1,i,k,d,j、θ2,i,k,d,j——增量前、增量后出射光束角度，单位为微弧度(μrad）；计算结果表示到小数点后两位；b）若某次测量中出现△θi,k,d,j＜l△θ′l×10%，则认为该次测试丢步，扫描振镜系统无法实现该标c）测试点的平均角度变化量以△θi,k,d计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计算：qd——增量方向修正参数，增量为正方向时qd=1，增量为负方向时qd=−1；计算结果表示到小数点后两位；d）光学角分辨率以△θ计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计算：7.5零位误差7.5.1检测步骤零位误差的检测步骤如下：a）根据扫描振镜系统的机械安装信息以及入光孔出光孔的相对位置，搭建测试台架，让激光束水平入射至振镜入光孔内，激光光束与振镜入光孔圆心同轴；b）根据振镜实际入光孔与出光孔及台架的尺寸，得到焦平面上零位光斑理论坐标(x0,y0)；c）使扫描振镜系统在标称平面扫描范围内以零位坐标为圆心标刻圆形轨迹，常见标刻直径取值d）在规定焦平面的中心设置光束位置探测器，直接测量扫描振镜在零位指令下的光斑中心坐标(xi,yi)，重复测量10次(i=1,2,…,10)；若无法直接测量光斑中心坐标时，在置于规定焦平面的标准试样上，以零位坐标为圆心形成边界清晰的圆形轨迹，常见标刻直径2mm，使用二维影像测量仪测量圆形轨迹的圆心位置(xi,yi)，重复测量10次。7.5.2检测数据处理零位误差的检测数据处理方法如下。零位误差以E0计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计算：xi、yi——X、Y方向零位光斑实测坐标，单位为微米(μm）；x0、y0——X、Y方向零位光斑理论坐标，单位为微米(μm）；f——扫描振镜系统的工作距离，单位为毫米（mm）；计算结果表示到小数点后两位。7.6跟踪误差7.6.1检测步骤跟踪误差的检测步骤如下：a）使用光束位置探测器测量光斑位置信息，使用示波器连接扫描振镜系统电机控制板和光束位置探测器，进行三角波信号的输入和光斑位置响应信号的记录，采样频率不低于被测闭环带b）输入连续三角波控制信号至扫描振镜系统，通常选择满行程1%、10%、100%对应的输入波形，且三角波频率不高于扫描振镜系统最大摆动频率，通常选择10Hz~50Hz。c）记录示波器输入三角波信号峰值时间为tj，记录该输入信号对应的光斑位置响应信号达到目标位置的时刻为t,j(i=1%,10%,100%xj=1,2,…,5)，重复测量并记录5次。7.6.2检测数据处理跟踪误差的检测数据处理方法如下。跟踪误差以t计，单位以毫秒（ms）表示，按下列公式计算：t=(t,j−ti,j)maxt,j——光斑位置响应信号达到目标位置的时刻，单位为毫秒（ms）；ti,j——示波器输入三角波信号峰值时刻，单位为毫秒（ms）；计算结果表示到小数点后三位。7.7温度漂移7.7.1检测步骤温度漂移的检测步骤如下：a）将环境温度设定为10℃,允许偏差为±2℃,扫描振镜系统通电运行，待环境温度及被测系统规定测温位置的温度达到稳定状态后进行测量，达到设定环境温度后的稳定时间不应少b）按图5布置光束位置探测器，选取零位和四个角落位置作为测试点，采用光束位置探测器测量光斑位置坐标，每个测试位置重复测量5次；c）记录环境温度10℃条件下测得的零位光斑位置坐标(x0,j,y0,j)、角落光斑位置坐标(xi,j,yi,j)i=1,2,3,4xj=1,2,…,5)，其中,i对应4个角落序号，j对应5次重复测试序号，测量的温度平均值为T0；d）将环境温度依次设定为20℃、30℃、40℃和50℃,各设定温度允许偏差为±2℃,每个温度点达到规定的稳定状态后，重复步骤b），在环境温度20℃~50℃条件下测量的零位光斑位置坐标(x′0,j,k,y′0,j,k)、角落光斑位置坐标(x,j,k,y,j,k)。其中，k=1,2,3,4，分别对应20℃、30℃、40℃和50℃,测量的温度平均值为Tk。标引序号说明：1——角落1；2——角落2；3——角落3；4——角落4；5——零位；h——标称扫描幅面宽度；m——标称扫描幅面长度。图5温度漂移检测扫描路径示意图7.7.2检测数据处理温度漂移的检测数据处理方法如下。a）10℃条件下零位光斑平均位置坐标以(0,0)计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：0=∑=1x0,j0=∑=1y0,jx0,j、y0,j——10℃条件下零位光斑X、Y方向位置坐标，单位为微米(μm）；计算结果表示到小数点后两位；b）20℃~50℃条件下零位光斑偏移角度以(θx,,k,θy,,k)计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列x′0,j,k、y′0,j,k——20℃~50℃条件下零位光斑X、Y方向位置坐标，单位为微米(μm）；f——扫描振镜系统的工作距离，单位为毫米（mm）；计算结果表示到小数点后两位；c）X、Y方向零位温度漂移分别以Δx,0、Δy,0计，单位以微弧度每摄氏度(μrad/℃)表示，按下Tk——20℃~50℃下测量的温度平均值，单位为摄氏度(℃);T0——10℃下测量的温度平均值，单位为摄氏度(℃);计算结果表示到小数点后两位；d）扫描振镜零位温度漂移以Δ0计，单位以微弧度每摄氏度(μrad/℃)表示，按下列公式计计算结果表示到小数点后两位；e）10℃下角落光斑平均位置坐标以(i,i)计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：i=∑=1xi,jyi,jxi,j、yi,j——10℃下角落光斑X、Y方向位置坐标，单位为微米(μm）；计算结果表示到小数点后两位；f）10℃下角落光斑距离当前温度下零位的距离以ri计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算结果表示到小数点后两位；g）20℃~50℃下角落光斑距离当前温度下零位的距离以r,j,k计，单位以微米(μm）表示，按x,j,k、y,j,k——20℃~50℃条件下角落光斑X方向位置坐标，单位为微米(μm）；计算结果表示到小数点后两位；h）扫描振镜增益温度漂移以Δgain计，单位以百万分之一每摄氏度（ppm/℃)表示，按下列公式计算结果表示到小数点后两位。7.8长期漂移7.8.1检测步骤长期漂移的检测步骤如下：a）控制环境温度为25℃±2℃;b）启动扫描振镜系统，热机时间不少于30min，以制造商规定最大扫描速度的50%按图6所示路径连续扫描。采用被测系统内置温度传感器或在规定代表性测温位置布置温度传感器，待被测系统温度达到稳定状态后开始检测；c）热机结束后，开启激光器以光束位置探测器可识别的最低功率运行，保持扫描振镜系统持续按图6所示路径进行扫描，采用光束位置探测器同步重复测量5次，记录起始时刻的零位光斑位置坐标(x0,j,y0,j)j=1,2,…,5)、角落光斑位置坐标(xi,j,yi,j)i=1,2,…,4)，测量温度的平均值为d）保持扫描振镜系统持续扫描，每间隔10min重复步骤c)的测量，连续检测不少于8h，测量并记录的第二组及后续零位光斑位置坐标(x′0,k,y′0,k)k=1,2,…)、角落光斑位置坐标(x,k,y,k)，测量温度的平均值为Tk，与第一组测量的时间间隔为tk，其中，时间序号k对应每间隔10min进行的测试。标引序号说明：1——角落1；2——角落2；3——角落3；4——角落4；5——零位；h——标称扫描幅面宽度；m——标称扫描幅面长度。图6长期漂移检测扫描路径示意图7.8.2检测数据处理长期漂移的检测数据处理方法如下。a）起始时刻零位光斑平均位置坐标以(0,0)计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：0=∑=1x0,j0=∑=1y0,jx0,j、y0,j——起始时刻零位光斑X、Y方向位置坐标，单位为微米(μm）；计算结果表示到小数点后两位；b）X、Y方向零位长期漂移分别以Δx,0、Δy,0计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计x,0,k、y,0,k——第二组及后续零位光斑X、Y方向位置坐标，单位为微米(μm）；f——扫描振镜系统的工作距离，单位为毫米（mm）；计算结果表示到小数点后两位；c）扫描振镜零位长期漂移以Δ0计，单位以微弧度(μrad）表示，按下列公式计算：计算结果表示到小数点后两位；d）起始时刻角落光斑平均位置坐标以(i,i)计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算：i=∑=1xi,jyi,jxi,j、yi,j——起始时刻零位光斑X、Y方向位置坐标，单位为微米(μm）；计算结果表示到小数点后两位；e）起始时刻角落光斑距离当前时刻下零位的距离以ri计，单位以微米(μm）表示，按下列公式计算结果表示到小数点后两位；f）第二组及后续角落光斑距离当前时刻下零位的距离以r,j,k计，单位以微米(μm）表示，按下x,k、y,k——第二组及后续增益光斑X、Y方向位置坐标，单位为微米(μm）；计算结果表示到小数点后两位；g）扫描振镜增益长期漂移以Δgain计，无量纲，计至百万分之一（ppm），按下列公式计算：计算结果表示到小数点后两位。7.9平面扫描范围7.9.1检测步骤平面扫描范围的检测步骤如下：a）在标称平面扫描范围内如图1所示设置测试点阵列网格，X方向和Y方向的坐标位置均不少于5个，测试点共m个（m≥25），测试点包括扫描范围的零位和四角位置；b）通过扫描振镜系统以最大扫描速度扫描设置的网格，以平面扫描范围的中心作为原点，测量所有圆的圆心坐标(xi,yi)(i=1,2,…,m)、线宽di、圆度Ri，重复测量5次；c）选取圆心坐标、圆度和线宽在5次重复测量中都符合扫描振镜系统要求的测试点为合格点，圆心坐标、线宽、圆度评价标准应在报告中明确给出，如圆心坐标偏差小于1倍聚焦光斑直径、圆度大于95%、线宽变化小于10%；d）取标称平面扫描范围内仅包含合格点的最大矩形作为合格区域，合格区域的范围以Lx×Ly计，Lx和Ly的单位以毫米（mm）表示。7.9.2检测数据处理平面扫描范围的检测数据处理方法如下。平面扫描范围以θx×θy计，θx和θy的单位以弧度（rad）表示，按下列公式计算：D——扫描圆的直径，单位为毫米（mm）；f——扫描振镜系统的工作距离，单位为毫米（mm）；计算结果表示到小数点后两位。7.10垂直扫描范围7.10.1检测步骤垂直扫描范围的检测步骤如下：a）按标称平面扫描范围的最大尺寸，在基准焦平面使用扫描振镜绘制矩形框，测量矩形框尺寸b）按固定距离沿扫描平面法线方向移动扫描平面或扫描振镜，单次移动距离不大于标称垂直扫描范围的1/20，按标称平面扫描范围的最大尺寸使用扫描振镜绘制矩形框，测量矩形框尺寸Lx,i×Ly,i(i=1,2,…5)与线宽，重复c）重复步骤b直至移动距离达到该方向标称垂直扫描范围的最大值，连续合格矩形框的最大移动距离z1；d）以相反方向移动扫描平面或扫描振镜，重复步骤b）~c连续合格矩形框的最大移动距离z2；e）选取尺寸、线宽在5次重复测量中都符合扫描振镜要求的矩形框为合格矩形框，尺寸、线宽评价标准需在报告中明确给出，如尺寸变化小于1倍聚焦光斑直径、线宽变化小于10%。7.10.2检测数据处理垂直扫描范围的检测数据处理方法如下。所有连续合格矩形框对应的移动距离为垂直扫描范围，垂直扫描范围以z计，单位以毫米（mm）表示，按下列公式计算：z=z1+z2z1——检测步骤b）~c）中连续合格矩形框的最大移动距离，单位为毫米（mm）；z2——检测步骤d）中连续合格矩形框的最大移动距离，单位为毫米（mm）；计算结果表示到小数点后两位。7.11标称激光功率（能量）承受能力7.11.1检测步骤将扫描振镜提交至有检测资质的第三方检测机构，在振镜工作波长下使用标称激光功率（能量）承受能力进行测试，检测机构按照GB/T16601.3的规定检测扫描振镜系统光学元件是否损伤。7.11.2检测数据处理检测数据处理方法按照GB/T16601.3中描述的检测过程，结果表述为在规定条件下“通过”或“未通过”标称承受能力验证，但不应据此声称测得了真实最大承受功率，同时应报告损伤判据、照射条件、测试对象以及照射前后的功率损耗和光斑性能变化。7.12激光功率损耗7.12.1检测步骤激光功率损耗的检测步骤如下：20a）采用功率不超过扫描振镜标称激光功率（能量）承受能力的激光束入射，在扫描振镜系统入口处使用激光功率计测量输入平均功率P0，测量重复不少于5次并取平均值；b）保持激光器输出功率不变，控制扫描振镜系统依次摆动至零位及四个角落的位置上，使用功率计测量扫描振镜系统的输出平均功率Pi(i=1,2,…,5)，测量重复不少于5次并取平均值。7.12.2检测数据处理激光功率损耗的检测数据处理方法如下。扫描振镜系统的激光功率损耗以δ计，无量纲，以百分率(表示，按下列公式计算：P0——输入平均功率平均值，单位为瓦（W）；Pi——零位和满幅面四个角落位置上的输出平均功率平均值，单位为瓦（W）；计算结果表示到小数点后两位。7.13有效通光孔径7.13.1检测步骤有效通光孔径的检测步骤如下：a）根据标称有效通光孔径设置不同的入射平行光直径Di(i=1,2,…5)；b）使用功率不超过扫描振镜标称激光功率（能量）承受能力的激光束入射，在扫描振镜系统入口处使用激光功率计测量输入平均功率，测量重复不少于5次并取平均值P0,i；c）保持激光器输出功率不变，控制扫描振镜系统依次摆动至零位及四个角落的位置上，使用功率计测量扫描振镜系统的输出平均功率，测量重复不少于5次并取平均值Pk,i(k=1,2,…,5)；d）更改入射平行光直径，重复步骤b）~c）。7.13.2检测数据处理有效通光孔径的检测数据处理方法如下。a）扫描振镜出口激光功率衰减小于5%的入射平行光直径以Dn(n=1,2,…)计，单位以毫米（mm）表示，按下列公式计算：Di——入射平行光直径，单位为毫米（mm）；Pk,i——零位和满幅面四个角落位置上的输出平均功率平均值，单位为瓦（W）；P0,i——输入平均功率平均值，单位为瓦（W）；计算结果表示到小数点后两位；b）有效通光孔径以D计，单位以毫米（mm）表示，按下列公式计算：D=(Dn)max217.14光斑圆度失真度7.14.1检测步骤光斑圆度失真度的检测步骤如下：a）使用标准高斯光束入射，通过光束质量分析仪记录扫描振镜系统入射光束光斑横截面能量分布，通过软件等手段描绘入射光束横截面为的光斑轮廓，重复测量5次，记录轮廓的最大内切圆直径为D1，记录轮廓的最小外接圆直径为D2；b）使扫描振镜系统依次摆向零位和四个角落，通过光束质量分析仪记录扫描振镜系统出射光束光斑横截面能量分布，通过软件等手段描绘出射光束横截面为的光斑轮廓，每个位置重复测量5次，记录轮廓的最大内切圆直径为D，记录轮廓的最小外接圆直径为D。7.14.2检测数据处理光斑圆度失真度的检测数据处理方法如下：a）入射光斑与出射光斑的圆度分别以R和R′计，无量纲，以百分率（%）表示，按下列公式计D1、D——入射光斑、出射光斑最大内切圆直径，单位为毫米（mm）；D2、D——入射光斑、出射光斑最小外接圆直径，单位为毫米（mm）；计算结果表示到小数点后两位；b）扫描振镜系统的光斑圆度失真度以Δ计，无量纲，以百分率（%）表示，按下列公式计算：计算结果表示到小数点后两位。7.15扫描场径向畸变7.15.1检测步骤扫描场径向畸变的检测步骤如下：a）在标称平面扫描范围内设置图7的测试点阵列网格，X方向和Y方向的坐标位置均不少于5个，网格覆盖扫描范围的四角位置，坐标原点不设置测试点。测试点共m个（m≥24），扫描振镜系统中输入的第i个测试点理论圆心坐标为(xi,yii=1,2,…,m)；b）通过扫描振镜系统以最大扫描速度扫描设置的网格，测量所有圆的圆心坐标，重复测量5次取平均值(x,y)。22标引序号说明：h——标称扫描幅面宽度；m——标称扫描幅面长度。图7扫描场径向畸变测试点示意图7.15.2检测数据处理扫描场径向畸变的检测数据处理方法如下。a）各测试点的理论径向距离以ri计，单位以毫米（mm）表示，按下列公式计算：rixi、yi——扫描圆X方向、Y方向理论坐标平均值，单位为毫米（mm）；计算结果表示到小数点后三位；b）各测试点的实测径向距离以r计，单位以毫米（mm）表示，按下列公式计算：rx、y——扫描圆心X、Y方向坐标平均值，单位为毫米（mm）；计算结果表示到小数点后三位；c）各测试点的径向畸变以Di计，无量纲，以百分率（%）表示，按下列公式计算：Di计算结果表示到小数点后两位；d）扫描场径向畸变以D计，无量纲，以百分率（%）表示，按下列公式计算：D=(Di)max237.16阶跃信号响应时间7.16.1检测步骤阶跃信号响应时间的检测步骤如下：a）使用示波器连接扫描振镜系统电机控制板进行阶跃信号的输入和阶跃响应信号的记录；b）输入控制信号至扫描振镜系统，通常选择满行程1%、10%、100%对应的输入波形作为控制信号，同步记录电机控制板的输出波形，测量次数不少于5次并取平均值，示波器输入阶跃信号的时间为t0,1%、t0,10%、t0,100%，阶跃响应信号上升至预期幅值且振荡幅度不大于1%时的时间为t1,1%、t1,10%、t1,100%。7.16.2检测数据处理阶跃信号响应时间的检测数据处理方法如下。a）满行程1%阶跃信号响应时间以△t1%计，单位以毫秒（ms）表示，按下列公式计算：△t1%=t1,1%−t0,1%t1,1%——1%阶跃响应信号上升至预期幅值的时刻，单位为毫秒（ms）；t0,1%——示波器输入1%阶跃信号的时刻，单位为毫秒（ms）；计算结果表示到小数点后两位；b）满行程10%阶跃信号响应时间以△t10%计，单位以毫秒（ms）表示，按下列公式计算：△t10%=t1,10%−t0,10%t1,10%——10%阶跃响应信号上升至预期幅值的时刻，单位为毫秒（ms）；t0,10%——示波器输入10%阶跃信号的时刻，单位为毫秒（ms）；计算结果表示到小数点后两位；c）满行程100%阶跃信号响应时间以△t100%计，单位以毫秒（ms）表示，按下列公式计算：△t100%=t1,100%−t0,100%t1,100%——100%阶跃响应信号上升至预期幅值时的时刻，单位为毫秒（ms）；t0,1