CN1547055A - 一种振镜式激光扫描*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种振镜式激光扫描***,包括激光器、聚焦模块、X轴扫描头和Y轴扫描头。激光束通过聚焦模块,经X轴扫描头和Y轴扫描头到达焦点工作平面,所述X轴扫描头(4)和Y轴扫描头(5)均由全数字交流伺服电机(7、9)和附在其转轴上的镜片(8、10)组成,全数字交流伺服电机(7、9)的转轴上设置有限位装置;控制***(15)通过二个全数字交流伺服电机的控制器(12、13)分别控制镜片(8、10)在X轴和Y轴上移动,实现二维扫描。增设动态聚焦模块后,可实现三维扫描。本发明构成的激光扫描***结构简单,精度更高、扫描速度更快、可靠性更高、成本更低,克服模拟式温漂。
Description
技术领域
本发明属于光机电一体化领域,具体涉及一种振镜式激光扫描***。
背景技术
激光扫描技术的应用范围越来越广,其应用行业涉及到快速成形、图像传递、光电医疗、激光加工等,如激光微细加工设备、同位素分离设备、计算机——胶片输出设备、激光打印机、卫星通讯设备、激光娱乐设备、激光调阻设备、非接触式印刷/打印、传真通讯设备和军事夜视***、激光雷达、空中监视和巡航导航***。
在快速成形、激光标记等激光扫描技术应用中,要求激光束能准确聚焦在视场上的任意位置,且光点的移动按照确定的关系进行。
各种激光扫描技术中,振镜式扫描是广泛采用的一种扫描方式。它具有速度快,定位精度高等优点。其原理如图1所示,激光器1发出的光束通过聚焦模块3,经X轴扫描头4,Y轴扫描头5到达焦点工作平面6,称为二维振镜式扫描***。激光束通过动态聚焦模块2和聚焦模块3,经X轴扫描头4,Y轴扫描头5到达焦点工作平面6,称之为三维振镜式扫描***。
目前,振镜式激光扫描***均采用检流计作为扫描***的执行机构,检流计是一个对电流敏感的执行机构,因此,***控制方式为模拟量控制方式。模拟量控制方式难以实现“体积小,可靠性高,热消散少”的技术特点,并存在温漂、易受干扰等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处,提供一种振镜式激光扫描***,该***可克服温漂、易受干扰的缺点,具有体积小,可靠性高,热消散少的优点。
本发明提供的一种振镜式激光扫描***,包括激光器、聚焦模块、X轴扫描头和Y轴扫描头,激光束通过聚焦模块,经X轴扫描头和Y轴扫描头到达焦点工作平面,其特征在于:所述X轴扫描头和Y轴扫描头均由全数字交流伺服电机和附在其转轴上的镜片组成,全数字交流伺服电机的转轴上设置有限位装置;控制***通过二个全数字交流伺服电机的控制器分别控制二个镜片在X轴和Y轴上移动,实现二维扫描。
与现有的扫描头驱动不同,本发明采用全数字交流伺服电机作为扫描头的执行机构,实现了数字式控制。该***具有体积小、高精度,高响应,控制简单、可靠性高和热消散少等优点。本***可以扫描各种复杂的二维平面形状,以它为核心,可以构成各种实用激光扫描***。
附图说明
图1为振镜式扫描***原理图;
图2为扫描头构成示意图;
图3为动态聚焦模块的构成示意图;
图4为二维振镜式激光扫描***的扫描光路示意图;
图5为机械限位块示意图;
图6为二维振镜式激光扫描***控制***的结构图;
图7为三维振镜式激光扫描***控制***的结构图。
具体实施方式
本发明也是由激光器1、聚焦模块3,X轴扫描头4和Y轴扫描头5,构成二维振镜式扫描***。聚焦模块3之前增设动态聚焦模块2,可构成三维振镜式扫描***。
下面对上述各部件分别加以说明。
如图2所示,X轴扫描头4和Y轴扫描头5都是由电机7和附在其转轴上的镜片8组成。电机采用全数字交流伺服电机,镜片的转动角度为:±30°。
聚焦模块3可采用现有技术,其设计有多种,如在激光功率比较小的情况下,可采用如图1所示的由凸透镜组成扩束聚焦模块。
动态聚焦模块2适用于物镜后扫描***。动态聚焦模块完成了对全视场上的离焦校正。如图3所示。其工作原理是:在全数字交流伺服电机11的输出轴上安装一个转轮18,通过钢带17等传动装置带动一个在精密导轨上移动的透镜座16实现快速来回移动。透镜座的最大移动范围为10mm。由于无往返运动死区,可大大提高其控制精度。这样,也就实现了将电机的旋转运动转变为镜座的直线运动。
动态聚焦模块2与聚焦模块3一起组成扫描***的聚焦子***。只不过动态聚焦模块2在电机的驱动下,作往复直线运动。聚焦模块3则是静止的。聚焦子***一方面起聚焦作用,另一方面起光学杠杆作用,限定动态聚焦模块的移动距离。
由于全数字式交流伺服电机是连续运转的,为限定镜片其在所设计的角度(通常为:±30°)内摆动,在伺服电机上应没置限位装置。为简单、安全可见,可采用可调式机械限位挡块。如图4所示,A,B盘上各带一点,作相对调节可得所限位角度范围。伺服电机的转轴穿过机械限位挡块的中央通孔,并将挡块固定在电机的支座上。
对于小范围的平面扫描,采用二维振镜式扫描***。如图4、图6所示,控制***15通过X轴扫描头控制器12控制X轴扫描头的全数字交流伺服电机7;通过Y轴扫描头控制器13控制Y轴扫描头的全数字交流伺服电机10;伺服电机均为绝对值编码器方式的全数字式交流伺服电机。
X、Y轴扫描头上的镜片8、10在伺服电机7,9的控制下,把激光束反射到工作面6预定的X、Y坐标点上,通过X、Y轴扫描头的匹配,***实现二维扫描。
X、Y轴扫描头的位置可根据实际要求设计,优化设计。
对于大范围的平面扫描,采用带动态聚焦模块的三维物镜后振镜式扫描***。如图2、图4、图7所示,控制***15通过X轴扫描头控制器12控制X轴扫描头的全数字交流伺服电机7;通过Y轴扫描头控制器13控制Y轴扫描头的全数字交流伺服电机10;通过动态聚焦模块的控制器14控制动态聚焦模块中的全数字交流伺服电机11。三个伺服电机均为绝对值编码器方式的全数字式交流伺服电机。
X、Y轴扫描头上的镜片8,10在伺服电机7,9的控制下,把激光束反射到工作面6预定的X、Y坐标点上。通过动态聚焦模块2的补偿,反射到X、Y任意坐标点上的激光束始终聚焦在同一平面上。
X、Y轴扫描头的位置可根据实际要求设计,优化设计。
上述控制***15可以指工业控制计算机、PC机和单片机等具有数据处理能力的控制器,负责整个***的控制协调。控制器12-14指的是控制伺服电机运动的控制器。
以应用于选择性激光粉末烧结成形(SLS)的扫描***为例。通过配套选型后采用激光器为CO2激光器,扫描视场400mm×400mm。全数字交流伺服电机采用日本松下电机公司生产的MINAS A系列电机,控制***采用工控机,动态聚焦模块的移动范围±5mm,扫描头机械偏转角±20°,扫描速度达2m/s,视场上光斑的大小为350um。
Claims (2)
1、一种振镜式激光扫描***,包括激光器、聚焦模块、X轴扫描头和Y轴扫描头,激光束通过聚焦模块,经X轴扫描头和Y轴扫描头到达焦点工作平面,其特征在于:所述X轴扫描头(4)和Y轴扫描头(5)均由全数字交流伺服电机(7、9)和附在其转轴上的镜片(8、10)组成,全数字交流伺服电机(7、9)的转轴上设置有限位装置;控制***(15)通过二个全数字交流伺服电机的控制器(12、13)分别控制镜片(8、10)在X轴和Y轴上移动,实现二维扫描。
2、根据权利要求1所述的扫描***,其特征在于:所述聚焦模块(3)之前设置有动态聚焦模块(2),该模块包括有全数字交流伺服电机(11),伺服电机的输出轴上装有带限位装置的转轮(18),转轮(18)通过传动装置带动透镜座(16)在导轨上作往复运动,透镜座内设置有聚焦透镜,用于完成对全视场上的离焦校正。
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