校准的基本概念：精度、重复性、线性度、分辨率

各位好，我是老张。做Galvo校准这行十几年了，接触过几十台不同品牌的扫描振镜。为什么要把这四个概念单独拎出来讲？因为很多新手（甚至一些老手）在实际项目中只会盯着“精度”看，结果调试了半天，打出来的标还是歪歪扭扭。

说白了，这四个是评价一台Galvo系统好不好的四个独立维度。一个维度差，整个标就做不好。今天咱们一个一个掰开揉碎讲清楚。

精度（Accuracy）—— “你打的位置对不对？”

精度是最直观的概念。指的是你让振镜打到坐标（X, Y），它实际打到的地方离理想点有多远。通常用偏差的值或均方根值来表示，比如 ±10 µm、±0.01 mm。

指标怎么定？

• 精度：全幅面内任意点与理想坐标的偏差最大值。
• 相对精度：相邻两点之间的偏差。

重复性（Repeatability）—— “同一个位置打100次，每次偏一样吗？”

重复性衡量的是：在相同条件下，反复回到同一个目标点，位置分布的离散程度。常用 3σ（三倍标准差）或总范围（最大值–最小值）来表征。

举个例子：你让振镜停在（100, 100）处，打100次，记录每次实际坐标。如果这些点基本挤在一个半径 2 µm 的圆里，那重复性就是 ±2 µm（3σ 约 6 µm）。

重复性好不好，直接决定了你能不能打出一致性好、拼缝整齐的图案。比如在 PCB 板上打二维码阵，如果重复性差，相邻两个二维码的间距会忽大忽小，扫码枪就经常误读。

线性度（Linearity）—— “整幅面内偏差是不是均匀的？”

线性度描述的是：实际位置与理想位置之间的偏差是否随输入坐标呈线性变化。如果偏差是系统的（比如越靠近边缘偏差越大），那通过标定可以补偿掉；但如果偏差是非线性的（无规律波浪），那基本不可能完美补偿。

通常用 最大残余偏差 / 全幅面尺寸 的百分比来标定，比如 <0.1%。

幅面区域	理想坐标 (mm)	实际坐标 (mm)	偏差 (µm)
中心	(0,0)	(0.001, -0.002)	2.2
左上	(-50, 50)	(-49.985, 50.012)	18.0
右下	(50, -50)	(50.021, -49.978)	25.6

你看，偏差从中心的 2 µm 涨到边角的 25 µm，而且方向不一致。这就是典型的非线性误差。线性度差的系统，即使你在中心区域精度不错，到了边缘就全废了。

分辨率（Resolution）—— “它能分辨的最小步长是多少？”

分辨率是系统的“眼力”。它由振镜电机的位置反馈和DAC位数共同决定。比如16位DAC对应 65536 个码值，如果振镜摆动角度对应满幅 20°×20°，那每个码值对应的理论最小位移就是 20° / 65536 ≈ 0.0003°。换算到工作面上，假设场镜焦距 F=160 mm，最小步长 ≈ F × tan(0.0003°) ≈ 0.84 µm。

注意！分辨率高≠精度高。很多廉价振镜号称 16位 DAC，但位置检测元件（如电容式传感器）的噪声本身就大于 2 µm，那分辨率再高也白搭，因为信号都淹没在噪声里了。

• 理论分辨率： DAC 位数+机械传动比算出的理想值。
• 有效分辨率： 实际能可靠分辨的最小位移，通常受电气噪声、机械回差限制。

我个人习惯用“微台阶测试”来估算有效分辨率：让振镜以最小步长连续移动，看输出位置是否出现跳跃或重复。如果能清晰分出每个台阶，有效分辨率就接近理论值；如果台阶连成一条模糊带，那实际分辨率远低于标称值。

四个概念的核心关系

你想想看，这四个参数互相独立，但又相互影响。

• 精度是总体指标，但它依赖于线性度（补偿模型）和重复性（随机误差）。
• 重复性决定了你能把精度做到多稳定，如果重复性差，即使线性度补好了，每次打出来的位置也不一样。
• 线性度是系统误差，可以通过标定补偿，但补偿的前提是重复性好、分辨率够。
• 分辨率是下限，决定了系统能分辨的最小细节，但分辨率低时，精度和重复性的天花板也就压低了。

用一句话总结：先保证重复性，再补偿线性度，最后评估精度是否满足指标，同时确认分辨率不会成为瓶颈。

掌握了这四个基本概念，后面讲标定方法和补偿算法时你才能听懂细节。我见过太多人上来就调 PID 参数，结果重复性差得一塌糊涂，调来调去只是在错误的基础上微调。所以，下次再拿到一台振镜，先别急着跑标定程序。先测一遍重复性，再画个九点偏差图，看看线性度有没有大问题。这些基本功，才是高精度校准的根基。