CN204596290U - 一种振镜式激光扫描实验教学装置 - Google Patents
一种振镜式激光扫描实验教学装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204596290U CN204596290U CN201520135998.6U CN201520135998U CN204596290U CN 204596290 U CN204596290 U CN 204596290U CN 201520135998 U CN201520135998 U CN 201520135998U CN 204596290 U CN204596290 U CN 204596290U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- scanning galvanometer
- axis
- axis scanning
- guide rail
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010330 laser marking Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 241000226585 Antennaria plantaginifolia Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种振镜式激光扫描实验教学装置，包括相互垂直布置的X轴导轨和Y轴导轨；以及沿光路依次布置的激光器、扩束镜、X轴扫描振镜、Y轴扫描振镜、F-theta透镜和投影屏；其中，激光器、扩束镜、X轴扫描振镜滑动安装在X轴导轨上，Y轴扫描振镜、F-theta透镜和投影屏滑动安装在Y轴导轨上。本实用新型把传统的工业打标引入实验教学领域，能够将输入于电脑的二维图像用激光高速准确的输出。
Description
技术领域
本实用新型涉及实验教学设备技术力领域，具体涉及一种振镜式激光扫描实验教学装置。
背景技术
激光具有单色性好、方向性好、亮度高等优点，已在各个领域得到了广泛应用。对激光束进行精确的控制是激光打标、激光3D打印等激光加工业的核心，而高速扫描振镜的使用使得机械加工在控制精度和速度上有了很大的提升。
例如，公开号为CN 104259668A的中国发明专利申请文献公开了一种激光打标机，其技术方案要点是包括工作台、固定柱，所述固定柱垂直固定在工作台顶部，所述固定柱上固定连接2个激光发射器，所述2个激光发射器发射口相反设置，所述激光发射方向与工作台垂直，所述工作台顶部固定连接有支柱，所述支柱上固定连接有伺服电机，所述伺服电机上固定连接有固定盘，所述固定盘靠近激光发射器一侧圆周阵列有至少4个固定夹具，所述固定夹具均与激光发射器相对设置。
公开号为CN 103072383A的中国发明专利申请文献公开了一种振镜式激光打标机，其特征在于，所述振镜式激光打标机包括：激光器，用于发出激光束；顺次置于所述激光器发出的所述激光束光路上的振镜***及聚焦透镜；上位机，用于存储打标参数；打标控制卡，用于获取所述上位机存储的所述打标参数，并根据获取的所述打标参数驱动所述振镜***中振镜电机的转动，以带动所述振镜***中的振镜转动；所述打标控制卡通过光纤连接所述振镜***。
扫描振镜***与激光应用技术的密切结合，整个产业发展十分迅速，这也意味着社会对这方面人才的需求越来越大，所以，在高校很有必要开设相关课程和实验来加强对激光控制技术的基础教育。
实用新型内容
本实用新型提供了一种振镜式激光扫描实验教学装置，把传统的工业打标引入实验教学领域，能够将输入于电脑的二维图像用激光高速准确的输出。
一种振镜式激光扫描实验教学装置，包括相互垂直布置的X轴导轨和Y轴导轨；以及沿光路依次布置的激光器、扩束镜、X轴扫描振镜、Y轴扫描振镜、F-theta透镜和投影屏；
其中，激光器、扩束镜、X轴扫描振镜滑动安装在X轴导轨上，Y轴扫描振镜、F-theta透镜和投影屏滑动安装在Y轴导轨上。
作为优选，还设有主控板、D/A转换板以及用于储存待输出参数的上位机；
其中主控板与上位机之间通过USB接口通信连接；
主控板与D/A转换板之间通过con接口通信连接；
X轴扫描振镜以及Y轴扫描振镜的控制电路分别通过对应的con接口接入D/A转换板；
激光器的控制电路通过对应的con接口接入主控板。
进一步优选，还设有内置开关电源的控制箱，所述主控板、D/A转换板、X轴扫描振镜以及Y轴扫描振镜的控制电路、激光器的控制电路均安装在该控制箱内，在控制箱的外壳上嵌装有对应的电路接口。
更进一步优选，所述开关电源具有三个输出端，其中一个输出端与主控板以及激光器的控制电路供电连接，另外两个输出端与D/A转换板、X轴扫描振镜以及Y轴扫描振镜的控制电路并联供电连接。
作为优选，主控板的面板上配有激光安全开关、振镜远程关断开关以及相应的指示灯。
作为优选，所述X轴扫描振镜及Y轴扫描振镜均包括反射镜、扫描电机和控制电路，所述反射镜固定在扫描电机轴上；所述扫描电机为伺服电机，所述控制电路优选为伺服电路。
作为优选，所述激光器、扩束镜、F-theta透镜和投影屏分别设有底座，各底座滑动安装在对应导轨上，每个底座均设有与对应导轨相配合的定位螺栓。
本实用新型中，X轴扫描电镜以及Y轴扫描电镜的控制电路、激光器 的控制电路均采用本领域常用电路；主控板、D/A转换板以及操作换算方法也采用采用本技术常规技术。
扫描振镜作为整个***中的关键部件，由反射镜、扫描电机和伺服电路三部分组成。反射镜固定在扫描电机轴上，通过电机转动控制反射镜的偏转角度；扫描电机是一种冲击式有限转动伺服电机，电机内集成了一套电容式转角位置传感器；伺服电路接收主控板输出的位置电压信号，驱动扫描电机转到指定转角位置。在进行激光扫描时，由上位机软件给出图案或文字每个点的二维坐标，经D/A转换后变为X和Y轴的位置电压，输入振镜X和Y轴伺服电路板，由伺服电路板实现对扫描电机的控制和驱动，最终完成电机轴上反射镜的精确定位。这一过程带来的误差主要包含***的聚焦误差以及枕形畸变。伺服***能够一定程度的克服畸变，能够高速、准确的定位。
F-theta透镜能保证聚焦光斑均匀地打到工作面上，消除***的聚焦误差。本***由于工作面较小，采用物镜前F-theta透镜扫描。它能够保证像高与入射角成线性关系，表现为在聚焦平面上的任何一处，光斑大小一致，价格上也比动态聚焦***要便宜很多。
变倍扩束镜起到了扩束、准直的效果。激光工业加工中，一个很重要的参数就是被控制的激光束聚焦后激光的光斑大小。较小的聚焦光斑能够得到更好的扫描精度。为了减小聚焦光斑的直径，最直接的方法就是扩大聚焦前进入最后一个透镜的光束直径D，所以在整个光路***中加入扩束镜。通过D0θ0＝D1θ1也可以看出，在扩大直径的同时还能压缩了激光发散角，使从扩束镜出射的光接近于平行光，即起到准直的作用。
总之，由上位机软件完成图形或文字的绘制，激光器出射的光先经过扩束镜进行准直扩束，打到振镜镜片上，采用矢量扫描方式，通过XY二维振镜转动控制激光束，由F-theta透镜聚焦后最终在投影屏上扫描出预期图案。
利用本实用新型的振镜式激光扫描实验教学***，学习者可以完成多种多样的光机电实验。比如，光路搭建与激光校准实验、光路的扩束与聚焦实验、参数调整与优化实验等，也可以让学生可以发挥自己的想象输入任意图形或文字，通过不断调整各项参数，完成探究性实验内容，比较不同参数下的实验结果。通过实验结果理想与否，启发学生从原理角度来分 析其中可能存在的问题，直至结果令人满意为止，这也培养了学生独立思考解决问题的能力。
本实用新型的有益效果：
本实用新型是真正的光机电一体化综合***，光学平台采用模块化设计，结构直观，成本低廉，操作便捷。控制部分加入了伺服***，能够实现高速、精确的定位。器件稳定性好，操作安全，适合实验教学。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的电路结构框图；
图3是本实用新型的各模块连接示意图；
图4a-图4f分别图形、汉字、英文字母的绘图软件效果图和实物演示图。
图中所示附图标记如下：
1-激光器 2-扩速镜 3-X轴扫描振镜
4-Y轴扫描振镜 5-F-theta透镜 6-投影屏
7-X轴导轨 8-Y轴导轨 9-上位机
10-主控板 11-D/A转换板 12-开关电源
13-X轴驱动板 14-Y轴驱动板
具体实施方式
如图1～3所示，一种振镜式激光扫描教学装置，采用模块化设计，光学平台部分包括上位机9(计算机)、X轴导轨7和Y轴导轨8，X轴导轨7上沿光路顺次设置激光器1、扩速镜2和X轴扫描振镜3，Y轴导轨8上沿光路顺次设置Y轴扫描振镜4、F-theta透镜5和投影屏6。
激光器1、扩速镜2和X轴扫描振镜3通过各自的底座滑动安装在X轴导轨7上，各自的底座上均设有与X轴导轨相配合的定位螺栓；Y轴扫描振镜4、F-theta透镜5和投影屏6通过各自的底座滑动安装在Y轴导轨8上，各自的底座上均设有与Y轴导轨相配合的定位螺栓。
激光器1采用准直光源，该准直光源采用波长为532nm的小功率激光器，发出圆形的准直绿色可见光，工作电压5V，输出功率3mW，1m内输出光斑直径<3mm。该准直光源的前方设有一个变倍扩束镜，该变倍 扩束镜的适用波长为532nm，可进行2-8倍变倍调焦，最佳入射光直径4mm，最大输出光斑直径31mm。
经变倍扩束镜扩束准直的光线随即进入X轴扫描振镜和Y轴扫描振镜，X轴扫描振镜和Y轴扫描振镜结构、型号相同，均由反射镜、扫描电机和控制电路三部分组成。扫描振镜模块选用CTI公司6220H型号的振镜，匹配型号为677的单轴驱动板，6220H振镜适合光斑直径5mm～10mm，电机转动惯量1.25gm*cm2(+/-10％)，额定偏转角度+/-20°，转子最大温度110℃，电流有效值(RMS)3.9A，位置传感器线性度99.9％，677驱动板输入电压要求+/-15V～+/-28V(DC)，位置输入输出比例系数0.5V/°。
由振镜***(X轴扫描振镜和Y轴扫描振镜)射出的光线随即通过F-theta透镜投射至投影屏6，F-theta透镜5适用波长为532nm，焦距120mm，工作距132mm，其最大扫描范围为74mm×74mm(Φ105mm)，扫描角度为±25°，像光斑直径14um。投影屏7尺寸在本实施方式中定为100mm×100mm。
控制部分由控制机箱和上位机9组成，开关电源12、主控板10、D/A转换板11、X轴扫描振镜以及Y轴扫描振镜的控制电路、X轴扫描振镜以及Y轴扫描振镜的扫描电机、激光器的控制电路均集成在控制机箱中，在控制箱的外壳上嵌装有对应的电路接口。
主控板10与上位机9之间通过USB接口通信连接；主控板10与D/A转换板11之间通过con接口通信连接；X轴扫描振镜以及Y轴扫描振镜的控制电路分别通过对应的con接口接入D/A转换板11，激光器的控制电路通过对应的con接口接入主控板10。
开关电源具有三个输出端，其中一个输出端与主控板以及激光器的控制电路供电连接，另外两个输出端与D/A转换板11、X轴扫描振镜以及Y轴扫描振镜的控制电路并联供电连接。主控板10的前面板上配有激光安全开关、振镜远程关断开关以及相应的指示灯。电路结构框如图2所示，各模块的连接方式如图3所示。
本***的使用方法如下：
激光器和振镜分别与控制机箱连接，计算机与控制机箱通过USB口连接，启动控制箱与电脑，开启用于绘图的上位机软件。
由上位机软件完成图形或文字的绘制，激光器出射的光先经过扩束镜进行准直扩束，打到X轴扫描振镜和Y轴扫描振镜上，采用矢量扫描方式，通过XY二维振镜转动控制激光束，由F-theta透镜聚焦后最终在投影屏上扫描出预期图案，光路结构通过导轨固定，并可以用滑块调节。调节扩束镜的倍数，观察输出光斑直径大小的变化，也可自行取下扩束镜或F-theta透镜，比较光斑的变化，以理解各光学元件的作用，也可以自行设计具体的实验。
上位机完成扫描图形后，将矢量关键点坐标值(矢量起始点坐标值)存储到缓存区供下位机调用，下位机通过USB通讯读取坐标值并进行插补运算，将每个矢量的数据密集化，插补运算后所得的x、y坐标值才是真正的扫描数据。由偏转角与坐标值的映射公式可得到每个位置振镜转动的角度。用D/A模块将偏转角度的数字量转换成模拟量，通过驱动板来控制振镜电机偏转，最终使激光束精确定位在投影屏上。
绘图板上的图形、汉字、英文字母分别见图4a、图4b及图4c。投影屏上的图形、汉字、英文字母如图4d、图4e及图4f所示。
可以看到，无论是图形、汉字还是英文字母都能够在投影屏上快速、准确的显示出来，变形在教学要求的环境下可以接受。
Claims (6)
1.一种振镜式激光扫描实验教学装置，其特征在于，包括相互垂直布置的X轴导轨和Y轴导轨；以及沿光路依次布置的激光器、扩束镜、X轴扫描振镜、Y轴扫描振镜、F-theta透镜和投影屏；
其中，激光器、扩束镜、X轴扫描振镜滑动安装在X轴导轨上，Y轴扫描振镜、F-theta透镜和投影屏滑动安装在Y轴导轨上。
2.根据权利要求1所述振镜式激光扫描实验教学装置，其特征在于，还设有主控板、D/A转换板以及用于储存待输出参数的上位机；
其中主控板与上位机之间通过USB接口通信连接；
主控板与D/A转换板之间通过con接口通信连接；
X轴扫描振镜以及Y轴扫描振镜的控制电路分别通过对应的con接口接入D/A转换板；
激光器的控制电路通过对应的con接口接入主控板。
3.根据权利要求2所述振镜式激光扫描实验教学装置，其特征在于，还设有内置开关电源的控制箱，所述主控板、D/A转换板、X轴扫描振镜以及Y轴扫描振镜的控制电路、激光器的控制电路均安装在该控制箱内，在控制箱的外壳上嵌装有对应的电路接口。
4.根据权利要求3所述振镜式激光扫描实验教学装置，其特征在于，所述开关电源具有三个输出端，其中一个输出端与主控板以及激光器的控制电路供电连接，另外两个输出端与D/A转换板、X轴扫描振镜以及Y轴扫描振镜的控制电路并联供电连接。
5.根据权利要求2所述振镜式激光扫描实验教学装置，其特征在于，所述X轴扫描振镜及Y轴扫描振镜均包括反射镜、扫描电机和控制电路，所述反射镜固定在扫描电机轴上。
6.根据权利要求1所述振镜式激光扫描实验教学装置，其特征在于，所述激光器、扩束镜、F-theta透镜和投影屏分别设有底座，各底座滑动安装在对应导轨上，每个底座均设有与对应导轨相配合的定位螺栓。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520135998.6U CN204596290U (zh) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | 一种振镜式激光扫描实验教学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520135998.6U CN204596290U (zh) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | 一种振镜式激光扫描实验教学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204596290U true CN204596290U (zh) | 2015-08-26 |
Family
ID=53932420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201520135998.6U Expired - Fee Related CN204596290U (zh) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | 一种振镜式激光扫描实验教学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204596290U (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105510809A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-04-20 | 工业和信息化部电子第五研究所 | 脉冲激光模拟单粒子试验***及方法 |
| CN106541132A (zh) * | 2015-09-18 | 2017-03-29 | 广东汉邦激光科技有限公司 | 激光3d打印机及其调焦***及方法 |
| CN106847054A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-06-13 | 安徽省春谷3D打印智能装备产业技术研究院有限公司 | 激光扫描控制教学模块 |
| CN107942755A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-04-20 | 宁波博为机器人科技有限公司 | 一种激光控制装置和激光控制方法 |
| CN110026689A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-07-19 | 深圳技术大学 | 一种开放式激光打标装调实验平台 |
| CN111521266A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-11 | 佛山科学技术学院 | 一种光谱仪光路搭建装置 |
-
2015
- 2015-03-11 CN CN201520135998.6U patent/CN204596290U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106541132A (zh) * | 2015-09-18 | 2017-03-29 | 广东汉邦激光科技有限公司 | 激光3d打印机及其调焦***及方法 |
| CN105510809A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-04-20 | 工业和信息化部电子第五研究所 | 脉冲激光模拟单粒子试验***及方法 |
| CN105510809B (zh) * | 2016-01-26 | 2018-07-20 | 工业和信息化部电子第五研究所 | 脉冲激光模拟单粒子试验***及方法 |
| CN106847054A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-06-13 | 安徽省春谷3D打印智能装备产业技术研究院有限公司 | 激光扫描控制教学模块 |
| CN107942755A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-04-20 | 宁波博为机器人科技有限公司 | 一种激光控制装置和激光控制方法 |
| CN110026689A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-07-19 | 深圳技术大学 | 一种开放式激光打标装调实验平台 |
| CN111521266A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-11 | 佛山科学技术学院 | 一种光谱仪光路搭建装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN204596290U (zh) | 一种振镜式激光扫描实验教学装置 | |
| CN208019618U (zh) | 一种自动对焦激光打标机 | |
| CN204322752U (zh) | 一种3d激光打标机的可控距离指示装置 | |
| CN101396767B (zh) | 激光加工设备、加工数据产生方法 | |
| KR100341076B1 (ko) | 유리의 표면과 내부를 가공할 수 있는 레이저 조각기 | |
| CN104267670A (zh) | 一种激光飞行打标硬件补偿方法及电路 | |
| CN206253303U (zh) | 一种具有双摄像头的点胶*** | |
| CN106903438A (zh) | 激光蚀刻机的光路设计控制***及控制方法 | |
| CN204712657U (zh) | 一种自动升降激光打标机 | |
| CN104942452A (zh) | 一种激光打孔机及利用激光打孔机的打孔方法 | |
| CN105328345A (zh) | 一种三维镭射雕刻机 | |
| CN101870203B (zh) | 宽幅面翻转式激光打标机 | |
| CN201455546U (zh) | 激光加工设备和被加工件的对位装置 | |
| CN102029824B (zh) | 一种大幅面激光灼刻标识的方法及装置 | |
| CN202102175U (zh) | 一种用于大幅面激光灼刻的光路切换装置及大幅面激光灼刻标识的装置 | |
| CN202383903U (zh) | 一种机电多功能实验台 | |
| CN110421264A (zh) | 一种激光微织构加工方法 | |
| CN106826358B (zh) | 一种新型加工流水线 | |
| Zhang et al. | Design of online laser marking system by vision guided based on template matching | |
| CN209980599U (zh) | 一种光的干涉教学演示仪 | |
| CN205615019U (zh) | 一种教学型激光立体打印机 | |
| CN110763160A (zh) | 一体化三维测量***及测量方法 | |
| CN216248616U (zh) | 十字分划线板及光机装调检测装置 | |
| CN203572447U (zh) | 一种酸蚀岩板三维激光扫描仪 | |
| CN210413040U (zh) | 一种面板镭射修复机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150826 Termination date: 20180311 |