本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本技术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。
技术介绍
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的中国专利技术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的中国专利技术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系统及聚焦透镜；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系统中振镜电机的转动，以带动所述振镜系统中的振镜转动；所述打标控制卡通过光纤连接所述振镜系统。扫描振镜系统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。技术内容本技术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。本技术中，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。扫描振镜作为整个系统中的关键部件，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系统的聚焦误差以及枕形畸变。伺服系统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，消除系统的聚焦误差。本系统由于工作面较小，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系统要便宜很多。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，所以在整个光路系统中加入扩束镜。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。利用本技术的振镜式激光扫描实验教学系统，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。本技术的有益效果：本技术是真正的光机电一体化综合系统，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系统，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是本技术的结构示意图；图2是本技术的电路结构框图；图3是本技术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上沿本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶宇巡，赵哲，隋成华，陈晓明，童建平，陈春晓，郭亚平，沃圣杰，施浩天，魏高尧，卢忠，
申请(专利权)人：浙江工业大学，杭州博源光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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