激光扫描装置及具有其的三维制造系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种激光扫描装置及具有其的三维制造系统。该激光扫描装置，包括框架、激光发射单元、调焦单元以及偏转单元，激光扫描系统还包括有光束质量分析仪和控制器，其中：光束质量分析仪用于测量光斑形态的数据，光束质量分析仪与控制器电连接，用于将数据输入控制器；控制器与激光发射单元、偏转单元以及调焦单元均电连接。通过光束质量分析仪测量光斑的数据，并通过控制器计算得到实时指令，从而使得控制器在通过偏转单元控制光斑沿扫描路径移动的同时，还通过调焦单元实时控制光斑的离焦状态，以使得扫描光束在成像平面的光斑沿待扫描路径法线方向的投影宽度保持不变，达到保证扫描路径的宽度与能量密度均匀的效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
激光扫描装置及具有其的三维制造系统


[0001]本技术涉及3D打印领域，特别是涉及一种激光扫描装置及具有其的三维制造系统。

技术介绍

[0002]现有激光平面扫描装置通过控制偏转单元，将扫描光束偏转后控制其在成像平面上运动；
[0003]但是由于扫描光束偏转后其入射角偏离垂直入射状态，使得成像平面上的激光光斑会发生椭圆畸变，即偏转椭圆畸变；此外，激光器的原理局限性导致扫描光束发散角通常在XY方向上是不一致的，使得扫描光束的光斑在离焦时，光斑亦会产生椭圆畸变，即离焦椭圆畸变；
[0004]目前大多采用保证激光光斑聚焦的方式，通过避免使用离焦光斑以避免离焦椭圆畸变，同时聚焦还能够减小光斑面积，从而减小甚至消除偏转椭圆畸变的影响；
[0005]但是由于扫描光束在成像平面上运动过程中，光程会发生改变，进而会导致光斑离焦，因此，为维持激光光斑的聚焦状态，一般采用调焦单元来补偿因扫描光束运动导致的光程变化。
[0006]而当扫描光束偏转至成像平面的边缘位置时，即使激光光斑在成像面上处于聚焦状态，但由于其入射角明显偏离垂直入射状态，使得成像面上的实际光斑仍会发生椭圆畸变，且椭圆畸变的长轴跟随扫描光束偏转方向而动态变化，导致扫描路径宽度跟随光斑在成像平面内的移动而发生连续变化，在激光功率不变条件下，使得扫描路径上的能量密度不一，即扫描路径宽度与能量密度均不稳定。
[0007]当前的普遍做法是限制最大扫描偏转角，但这会影响激光平面扫描装置在增材制造装备中的应用潜力，有公开报道运用大口径调焦单元覆盖整个成像平面的案例，以确保扫描光束始终垂直扫描成像平面，但其成本高昂，不利于普及应用。

技术实现思路

[0008]基于此，有必要针对扫描光束的扫描路径的宽度与能量密度不均匀的问题，提供一种能够使得扫描光束在成像平面的光斑沿待扫描路径法线方向的投影宽度保持不变的激光扫描系统及其方法。
[0009]本技术首先提供一种激光扫描装置，用于在成像平面上进行扫描，包括框架、激光发射单元、调焦单元以及偏转单元，所述激光扫描装置还包括有光束质量分析仪和控制器，其中：
[0010]所述光束质量分析仪用于测量所述激光发射单元所发射的扫描光束入射至所述成像平面中心位置的光斑形态的数据，所述光束质量分析仪与所述控制器电连接，用于将数据输入所述控制器；
[0011]所述控制器与所述激光发射单元、所述偏转单元以及所述调焦单元均电连接，所
述控制器用于对输入的所述测量数据进行计算并得到实时指令，以通过控制激光发射单元和偏转单元使得所述扫描光束沿待扫描路径移动，同时通过实时控制所述调焦单元，以使得所述扫描光束在所述成像平面的光斑沿所述待扫描路径法线方向的投影宽度保持不变。
[0012]上述激光扫描装置，通过光束质量分析仪测量光斑的数据，并通过控制器计算得到实时指令，从而使得控制器在通过偏转单元控制光斑沿扫描路径移动的同时，还通过调焦单元实时控制光斑的离焦状态，以使得扫描光束在成像平面的光斑沿待扫描路径法线方向的投影宽度保持不变，达到保证扫描路径的宽度与能量密度均匀的效果。
[0013]在其中一个实施例中，所述框架设置有位于所述激光发射单元与所述调焦单元之间的准直器。
[0014]如此设置，以使得激光发射单元输出的激光束，在经准直器处理后，呈近似平行的激光束输出。
[0015]在其中一个实施例中，所述激光发射单元与所述准直器的入光口通过输出光纤连接。
[0016]以使得激光发射单元发射的激光束能够通过输出光纤传导至准直器的入光口。
[0017]在其中一个实施例中，所述准直器的出光口与所述调焦单元的入光口连接，用以使所述准直器输出的激光束经所述调焦单元处理后，输出焦距可变的锥状激光束。
[0018]在其中一个实施例中，所述调焦单元的出光口与所述偏转单元入光口连接，用以使所述调焦单元输出的锥状激光束经所述偏转单元反射后输出扫描光束。
[0019]在其中一个实施例中，所述框架还设置有光学基板，所述准直器、所述调焦单元以及所述偏转单元均设置于所述光学基板，且所述准直器的光轴、所述调焦单元的光轴以及所述偏转单元的入光口光轴同轴设置。
[0020]如此设置，以保证经准直器处理后的近似平行光束，能够呈直线无偏移的射入偏转单元。
[0021]在其中一个实施例中，所述成像平面设置于所述框架且与所述光学基板平行。
[0022]如此设置，以使得扫描光束经过设置于光学基板的偏转单元反射并投影至成像平面后，与实际所需的光斑位置之间没有偏差。
[0023]在其中一个实施例中，所述偏转单元包括输出轴相互垂直的X轴电机与Y轴电机，所述X轴电机的输出轴设置有X轴反射镜，所述Y轴电机的输出轴设置有Y轴反射镜。
[0024]如此设置，以使得X轴反射镜与Y轴反射镜在连续偏转时，可驱动扫描光束在成像平面上连续移动，并在成像平面形成光斑扫描线
[0025]在其中一个实施例中，所述X轴电机与Y轴电机均为音圈电机。
[0026]如此设置，以使得X轴电机与Y轴电机能够高速旋转，加速、响应速度较快且旋转较为平滑
[0027]本技术第二方面提供一种三维制造系统，其特征在于，所述三维制造系统包括上述的激光扫描装置。
附图说明
[0028]图1为本技术的立体结构示意图；
[0029]图2为光斑发生偏转椭圆畸变时成像平面的正视方向示意图；
[0030]图3为光斑发生正离焦时成像平面的立体结构示意图；
[0031]图4为光斑发生负离焦时成像平面的立体结构示意图；
[0032]图5为现有技术中扫描路径在成像平面的正视方向示意图；
[0033]图6为本技术中扫描路径在成像平面的正视方向示意图；
[0034]图7为调焦单元、偏转单元以及成像平面间的光路结构示意图。
[0035]主要元件符号说明
[0036]100、框架；10、激光发射单元；11、输出光纤；20、调焦单元；30、偏转单元；31、X轴电机；32、X轴反射镜；33、Y轴电机；34、Y轴反射镜；40、准直器；50、光学基板；
[0037]200、成像平面。
[0038]以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
具体实施方式
[0039]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0040]需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光扫描装置，用于在成像平面(200)上进行扫描，包括框架(100)、激光发射单元(10)、调焦单元(20)以及偏转单元(30)，其特征在于，所述激光扫描装置还包括有光束质量分析仪和控制器，其中：所述光束质量分析仪用于测量所述激光发射单元(10)所发射的扫描光束入射至所述成像平面(200)中心位置的光斑形态的数据，所述光束质量分析仪与所述控制器电连接，用于将所述数据输入所述控制器；所述控制器与所述激光发射单元(10)、所述偏转单元(30)以及所述调焦单元(20)均电连接。2.根据权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，所述框架(100)设置有位于所述激光发射单元(10)与所述调焦单元(20)之间的准直器(40)。3.根据权利要求2所述的激光扫描装置，其特征在于，所述激光发射单元(10)与所述准直器(40)的入光口通过输出光纤(11)连接。4.根据权利要求2所述的激光扫描装置，其特征在于，所述准直器(40)的出光口与所述调焦单元(20)的入光口连接，用以使所述准直器(40)输出的激光束经所述调焦单元(20)处理后，输出焦距可变的锥状激光束。5.根据权利要求4所述的激光扫描装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞红祥，庞伟，
申请(专利权)人：杭州正向增材制造技术有限公司，
类型：新型
国别省市：