CN105149792A - 一种三维激光雕刻机的控制*** - Google Patents

一种三维激光雕刻机的控制*** Download PDF

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刘喜生
曾强
晁霞
黄艳
黄亚平
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam

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Abstract

本发明属于激光设备领域，尤其涉及一种三维激光雕刻机的控制***，其包括三维激光光路***单元、DSP控制单元以及计算机控制单元。所述三维激光光路***单元包括全反镜、调制器、激光器、半反镜、动态聚焦镜、二维扫描振镜组以及平场聚焦镜；其中，所述全反镜、调制器、激光器、半反镜、动态聚焦镜、二维扫描振镜组、平场聚焦镜依照顺序串接形成三维激光的光路***单元；所述DSP控制单元包括一基于PCI总线的扫描控制卡和存储器；所述扫描控制卡分别和三维激光扫描单元、计算机控制单元电性连接。其实现了对加工件的三维雕刻，且加工速度快、效率高和工作可靠稳定。

Description

一种三维激光雕刻机的控制***
技术领域
本发明属于激光设备领域，尤其涉及一种三维激光雕刻机的控制***。
背景技术
传统的激光加工***，如激光打标机、激光切割机等，多应用于平面加工领域。通常使用振镜或者机械导轨实现二维扫描，而对激光三维加工技术的研究很少。工业中，常用导轨来实现Z方向的移动，具有加工范围大的优点。但是，高速激光三维加工应用领域，由于导轨的速度慢、实时性差，无法满足新的生产需求，亟需一种全新的***设计。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明的目的旨在提供一种三维激光雕刻机的控制***，其实现了对加工件的三维雕刻，且加工速度快、效率高和工作可靠稳定。
为了实现上述技术目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种三维激光雕刻机的控制***，包括三维激光光路***单元、DSP控制单元以及计算机控制单元；
进一步，所述三维激光光路***单元包括全反镜、调制器、激光器、半反镜、动态聚焦镜、二维扫描振镜组以及平场聚焦镜；其中，所述全反镜、调制器、激光器、半反镜、动态聚焦镜、二维扫描振镜组、平场聚焦镜依照顺序串接形成三维激光的光路***单元；所述二维扫描振镜组控制激光光束在加工件表面的X轴方向和Y轴方向，动态聚焦镜控制激光光束焦点在一定范围Z轴的方向扫描；
进一步，所述DSP控制单元包括一基于PCI总线的扫描控制卡和存储器；所述扫描控制卡分别和三维激光扫描单元、计算机控制单元电性连接，且其可接收计算机控制单元的控制指令来对二维扫描振镜组、动态聚焦镜和激光束进行三维实时控制；
进一步，所述计算机控制单元加载有激光三维加工图纸，实现对三维激光扫描单元的控制。
进一步，所述全反镜镀有基频光全反膜层。
进一步，所述调制器为声光调制开关。
进一步，所述激光器为半导体泵浦固体激光器DPL。
进一步，所述二维扫描振镜组采用德国SCANLAB公司的hurrySCAN10型号的二维扫描振镜组。
进一步，所述动态聚焦镜采用德国SCANLAB公司的varioSCAN20型号的动态聚焦镜。
进一步，所述扫描控制卡采用德国SCANLAB公司的RTC4型号扫描控制卡。
本发明的有益效果：本发明通过高速扫描的二维扫描振镜组、半导体泵浦固体激光器DPL、动态聚焦镜、平场聚焦镜灯等***硬件的相互配合，尤其二维扫描振镜组以10m/s的速度对加工工件的X和Y轴的扫描，动态聚焦镜对加工工件的Z轴扫描，实现了激光三维雕刻机能够快速工作，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明控制***的结构连接框图；
图2是本发明的三维激光光路***单元结构连接图；
具体实施方式
如图1所示，三维激光雕刻机的控制***，包括三维激光光路***单元、DSP控制单元以及计算机控制单元。
如图1和图2所示，三维激光光路***单元包括全反镜10、调制器20、激光器30、半反镜40、动态聚焦镜50、二维扫描振镜组60以及平场聚焦镜70；其中，全反镜10、调制器20、激光器30、半反镜40、动态聚焦镜50、二维扫描振镜组60、平场聚焦镜70依照顺序串接形成三维激光的光路***单元。
本发明的全反镜镀有基频光全反膜层，提高了光源输入转换效率。
本发明的调制器20为声光调制开关，其可以在很短时间内获得高峰值的功率脉冲。本发明采用OS2141-B型号的声光调制器。
本发明的激光器30采用半导体泵浦固体激光器DPL，其具有高功率输出，稳定可靠，体积小和重量轻的特点。
本发明动态聚焦镜50采用德国SCANLAB公司的varioSCAN20型号，其由两组透镜组成，一组是负透镜，另一组是正透镜。激光光束从负透镜端入射被扩束后，再经正透镜聚焦，然后出射。本发明采用1.06μm波长的动态聚焦镜。
二维扫描振镜组60是由两个振镜组成的，这两个振镜分别控制X方向、Y方向扫描。当振镜转动一个微小的角度，激光焦点相应快速地沿着直线移动一段距离。振镜的振动速度，即激光束扫描速度由计算机精确控制。本发明的二维扫描振镜组采用德国SCANLAB公司的hurrySCAN10型号的二维扫描振镜组。hurrySCAN10的二维扫描振镜组振镜光圈，即接受的入射激光束的最大光斑直径，是10mm。连续的最大入射激光功率密度不能超过500W/cm2，镜面对波长为1.06μm的光线的反射率平均大于99.5％。二维扫描振镜组控制有效的信号为时钟信号、同步信号和校正信号三组，由DSP控制单元的RTC4卡提供。hurrySCAN10的振镜最快跳转速度为100rad/s，振镜最大偏转角度为±0.36rad，振镜控制电路为16位AD。经单位换算振镜最快跳转速度约为24m/s，扫描范围170*170mm2，焦面扫描精度约为2.5um。振镜的扫描速度是传统机械导轨所无法比拟的，因此，高速扫描极大的提高了加工效率。
DSP控制单元包括一基于PCI总线的扫描控制卡和存储器；所述扫描控制卡分别和三维激光扫描单元、计算机控制单元电性连接，且其可接收计算机控制单元的控制指令来对二维扫描振镜组、动态聚焦镜和激光束进行三维实时控制。其中，扫描控制卡采用德国SCANLAB公司的RTC4型号扫描控制卡。
计算机控制单元加载有激光三维加工图纸，实现对三维激光扫描单元的控制。计算机通过PCI总线和RTC4卡进行实时通讯，将控制信号传递给激光器30、动态聚焦镜50和二维扫描振镜组60。
上述所列具体实现方式为非限制性的，对本领域的技术人员来说，在不偏离本发明范围内，进行的各种改进和变化，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种三维激光雕刻机的控制***，其特征在于：包括三维激光光路***单元、DSP控制单元以及计算机控制单元；
所述三维激光光路***单元包括全反镜、调制器、激光器、半反镜、动态聚焦镜、二维扫描振镜组以及平场聚焦镜；其中，所述全反镜、调制器、激光器、半反镜、动态聚焦镜、二维扫描振镜组、平场聚焦镜依照顺序串接形成三维激光的光路***单元；所述二维扫描振镜组控制激光光束在加工件表面的X轴方向和Y轴方向，动态聚焦镜控制激光光束焦点在一定范围Z轴的方向扫描；
所述DSP控制单元包括一基于PCI总线的扫描控制卡和存储器；所述扫描控制卡分别和三维激光扫描单元、计算机控制单元电性连接，且其可接收计算机控制单元的控制指令来对二维扫描振镜组、动态聚焦镜和激光束进行三维实时控制；
所述计算机控制单元加载有激光三维加工图纸，实现对三维激光扫描单元的控制。
2.根据权利要求1所述的一种三维激光雕刻机的控制***，其特征在于：所述全反镜镀有基频光全反膜层。
3.根据权利要求1所述的一种三维激光雕刻机的控制***，其特征在于：所述调制器为声光调制开关。
4.根据权利要求1所述的一种三维激光雕刻机的控制***，其特征在于：所述激光器为半导体泵浦固体激光器DPL。
5.根据权利要求1所述的一种三维激光雕刻机的控制***，其特征在于：所述二维扫描振镜组采用德国SCANLAB公司的hurrySCAN10型号的二维扫描振镜组。
6.根据权利要求1所述的一种三维激光雕刻机的控制***，其特征在于：所述动态聚焦镜采用德国SCANLAB公司的varioSCAN20型号的动态聚焦镜。
7.根据权利要求1所述的一种三维激光雕刻机的控制***，其特征在于：所述扫描控制卡采用德国SCANLAB公司的RTC4扫描控制卡。
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