CN105033453A - 一种旋转式振镜扫描装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

一种旋转式振镜扫描装置，包括激光器、转轴、扫描振镜、转动装置、工作反射镜和转台，扫描振镜固定在转台上；转轴连接在扫描振镜上，转动装置驱动转轴旋转，从而通过扫描振镜带动转台旋转；激光器发射的激光经过扫描振镜和工作反射镜反射照射到工作面上。本发明还提供上述旋转式振镜扫描装置的应用方法。旋转式振镜扫描装置在360度圆周范围内形成四个工作位置，使得扫描振镜保证加工精度的前提下，工作范围扩大4倍，克服了扫描振镜固定方式形成的工作空间局限，同时还避免了多扫描振镜工作方式带来的***复杂度和硬件成本增加的问题。

Description

一种旋转式振镜扫描装置及其应用方法

技术领域

本发明属于激光快速成型领域，具体涉及一种旋转式振镜扫描装置及其应用方法。

背景技术

快速成型技术又称快速原型制造(RapidPrototypingManufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。

按照成型的方式，快速成型技术可以分为熔融沉积式(FDM)，选择性激光熔化成型(SLM)，立体光固化(SLA)，电子束熔化成型(EBM)等等。在这些成型技术中，选择性激光熔化成型(SLM)和立体光固化(SLA)是采用振镜扫描方式来实现的。扫描振镜主要有反射镜片、扫描电机以及驱动电路等构成，能进行高速高精度地扫描，其速度能达4m/s；反射镜片粘接在扫描电机的转轴上，通过电机的旋转带动反射镜片的旋转来实现激光束的偏转；受限于扫描电机的偏转角度(一般在±20°)，扫描振镜工作的范围是确定的。虽然，扫描振镜可以通过改变场镜焦距的大小来改变工作的范围，一般来说焦距越长，工作范围越大；但是，受限于激光的光束质量，焦距越长，其焦点处的光斑越大，精度也越低。

为了扩大快速成型设备的工作范围，有的厂家在技术上采用多振镜扫描机构实现多路激光束协同工作，通过多个成型区域的协同叠加效果，可扩大成型的工作面积。但是，扫描振镜属于快速成型设备中技术含量高、成本昂贵的组件，多扫描振镜的使用不仅大大增加了硬件控制和软件的复杂程度，降低了***的工作稳定性，而且也大大增加了***的硬件成本。

发明内容

本发明提供一种旋转式振镜扫描装置，包括激光器、转轴、扫描振镜、转动装置、工作反射镜和转台，其中：扫描振镜固定在转台上；转轴的第一端连接在扫描振镜上，转动装置驱动转轴旋转，从而通过扫描振镜带动转台旋转；转轴呈中空状，沿其轴向设置有通孔，工作反射镜固定在转台上，激光器发射的激光经过转轴的通孔照射到扫描振镜，随后激光束依次由扫描振镜和工作反射镜反射，照射到转台下方的工作面上。

其中，转动装置由蜗杆和蜗轮组成，蜗轮套接在转轴的外侧，蜗杆由动力源驱动，通过蜗杆的旋转驱动蜗轮，带动转轴旋转。优选地，蜗杆的螺旋升角很小，使得蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。

另外，在转台上设置有孔洞，工作反射镜反射的激光束可以穿过所述孔洞照射到工作面上。

还有，为了保证振镜扫描装置的转动平稳性，转台为圆盘状，扫描振镜固定在转台的中心位置。

此外，该装置还包括上反射镜，上反射镜设置在转轴的第二端轴向外侧，激光器发射的激光束首先经过上反射镜反射后再穿过转轴通孔照射到扫描振镜。

该装置还可以包括下反射镜，下反射镜可以固定在转台上，从扫描振镜出射的激光束经过下反射镜反射到工作反射镜。

本发明还提供了上述旋转式振镜扫描装置的应用方法，通过转台旋转，旋转式振镜扫描装置在360度的圆周范围内均布有四个固定工作位置，从而形成四个工作区域，旋转式振镜扫描装置的四个固定工作位置分别在各自工作区域的中心，进行零件加工。

其中，在打印大零件时，设备软件读入零件文件，将零件分为四个部分并切层；按照工作区域、工作反射镜中心位置对切层信息进行调整，形成四组切片信息；开始加工时，工作反射镜转动到第一固定工作位置，同时调入第一组切片信息的第一层切片信息进行加工；然后，再转动到第二固定工作位置，调入第二组切片信息的第一层切片信息进行加工；如此依次，转到第三固定工作位置、第四固定工作位置，相应调入第三组切片信息的第一层切片信息、第四组切片信息的第一层切片信息进行加工；四个区域的第一层加工完成后，工作反射镜回到第一固定工作位置，开始下一层的加工，如此重复，直到把零件全部加工完成。

旋转式振镜扫描装置四个工作区域的X、Y轴方向及坐标系方向各不相同，在顺时针方向上的相邻工作区域其X、Y轴方向及坐标系在顺时针方向上有90度的偏移。

本发明通过转台带动扫描振镜旋转，使得振镜扫描装置在保证加工精度的前提下，工作范围扩大4倍，克服了扫描振镜固定方式形成的工作空间局限，同时还避免了多扫描振镜工作方式带来的***复杂度和硬件成本增加的问题。

附图说明

图1为本发明旋转式振镜扫描装置的立体结构示意图。

图2为本发明旋转式振镜扫描装置的加工区域示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明

如图1所示，本发明提供的一种旋转式振镜扫描装置，包括激光器1、上反射镜2、转轴3、扫描振镜4、转动装置5、工作反射镜6、下反射镜7和转台8。

转台8为圆盘状，扫描振镜4固定在转台7的中心位置；

转轴3的第一端连接在扫描振镜4上，转动装置5驱动转轴3旋转，从而带动转台8旋转。

转动装置5由蜗杆和蜗轮组成，蜗轮套接在转轴3的外侧，蜗杆由动力源驱动，通过蜗杆的旋转驱动蜗轮，带动转轴3旋转。本实施例中，蜗杆的螺旋升角很小，使得蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动，从而能够保证扫描振镜4定位的稳定性。

转轴3呈中空状，沿其轴向设置有通孔，上反射镜2设置在转轴3的第二端轴向外侧，下反射镜7、工作反射镜6固定在转台8上，激光器1发射的激光首先由上反射镜2反射，所反射的激光束经过转轴3的通孔照射到扫描振镜4，随后激光束依次由扫描振镜4、下反射镜7、工作反射镜6反射，穿过设置在转台8上的孔洞照射到转台8下方的工作面9上。

如图1、2所示，本发明的振镜扫描装置通过转台旋转，在360度的圆周范围内均布有四个固定工作位置，四个工作区域拼接可以实现工作面积扩大4倍。本实施例中，振镜扫描装置的单个工作区域范围为250mmX250mm的正方形，四个区域拼接可以打印最大500mmX500mm的大小的零件。如图2所示，本发明中，四个工作区域中心为O1,O2,O3,O4。在打印大零件时，即零件大小超过250mmX250mm的范围，设备软件读入零件STL文件，并通过设备软件把零件分为四个部分并切层；四个工作区域的X、Y轴及方向各不相同，在顺时针方向上的相邻工作区域其坐标系在顺时针方向上有90度的偏移，需要按照各自所在的工作区域、中心位置对切层信息进行调整，形成四组切片信息S1，S2，S3，S4。开始加工时，扫描中心转动到O1位置，同时调入S1的第一层切片信息进行加工；然后，再转动到O2位置，调入S2的第一层切片信息进行加工；如此依次，转到O3、O4位置，再相应调入S3的第一层切片信息、S4的第一层切片信息进行加工；四个区域加工完成后，回到O1位置，开始下一层的加工，如此重复，直到把零件全部加工完成。

以上已对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，例如转动装置5可以是动力源的转轴，直接驱动转轴3转动，这些等同的变型或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种旋转式振镜扫描装置，其特征在于：包括激光器、转轴、扫描振镜、转动装置、工作反射镜和转台，其中：

扫描振镜固定在转台上；

转轴的第一端连接在扫描振镜上，转动装置驱动转轴旋转，从而通过扫描振镜带动转台旋转；

转轴呈中空状，沿其轴向设置有通孔，工作反射镜固定在转台上，激光器发射的激光经过转轴的通孔照射到扫描振镜，随后激光束依次由扫描振镜和工作反射镜反射，照射到转台下方的工作面上。

2.如权利要求1所述的旋转式振镜扫描装置，其特征在于：转动装置由蜗杆和蜗轮组成，蜗轮套接在转轴的外侧，蜗杆由动力源驱动，通过蜗杆的旋转驱动蜗轮，带动转轴旋转。

3.如权利要求2所述的旋转式振镜扫描装置，其特征在于：蜗杆的螺旋升角很小，使得蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。

4.如权利要求1所述的旋转式振镜扫描装置，其特征在于：在转台上设置有孔洞，工作反射镜反射的激光束可以穿过所述孔洞照射到工作面上。

5.如权利要求1所述的旋转式振镜扫描装置，其特征在于：转台为圆盘状，扫描振镜固定在转台的中心位置。

6.如权利要求1-5之一所述的旋转式振镜扫描装置，其特征在于：还包括上反射镜，上反射镜设置在转轴的第二端轴向外侧，激光器发射的激光束首先经过上反射镜反射后再穿过转轴通孔照射到扫描振镜。

7.如权利要求1-5之一所述的旋转式振镜扫描装置，其特征在于：还包括下反射镜，下反射镜可以固定在转台上，从扫描振镜出射的激光束经过下反射镜反射到工作反射镜。

8.如权利要求1-7之一所述的旋转式振镜扫描装置的应用方法，其特征在于：

通过转台旋转，旋转式振镜扫描装置在360度的圆周范围内均布有四个固定工作位置，从而形成四个工作区域，旋转式振镜扫描装置的四个固定工作位置分别在各自工作区域的中心，进行零件加工。

9.如权利要求8所述的应用方法，其特征在于：

在打印大零件时，设备软件读入零件文件，将零件分为四个部分并切层；

按照工作区域、工作反射镜中心位置对切层信息进行调整，形成四组切片信息；

开始加工时，工作反射镜转动到第一固定工作位置，同时调入第一组切片信息的第一层切片信息进行加工；然后，再转动到第二固定工作位置，调入第二组切片信息的第一层切片信息进行加工；如此依次，转到第三固定工作位置、第四固定工作位置，相应调入第三组切片信息的第一层切片信息、第四组切片信息的第一层切片信息进行加工；四个区域的第一层加工完成后，工作反射镜回到第一固定工作位置，开始下一层的加工，如此重复，直到把零件全部加工完成。

10.如权利要求8或9所述的应用方法，其特征在于：旋转式振镜扫描装置四个工作区域的X、Y轴方向及坐标系方向各不相同，在顺时针方向上的相邻工作区域其X、Y轴方向及坐标系在顺时针方向上有90度的偏移。