将转镜与转镜支撑架相对摆动形成二维光路的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供将转镜与转镜支撑架相对摆动形成二维光路的方法及装置，所述方法包括：将包括转镜与转镜支撑架的转子机构固定连接在摆动机构的上部；设转镜的转轴的偏摆角度为α，且转轴的转动角度为β角，将入射光经转镜形成的扫描曲线采用函数进行参数化；利用转子机构的自然振动频率或振动产生器与转镜转子的转动产生相对摆动。本发明专利技术以转镜为激光扫描的频率产生机构，通过将转镜的整个支撑架放置在摆动机构上，由摆动机构提供转镜的垂直上下方向的摆动，除左右扫描方向以外还有垂直方向的摆动，能够将转镜与转镜支撑架相对摆动使得入射激光形成二维扫描光路，实现了高速大面积的二维扫描曲线。的二维扫描曲线。的二维扫描曲线。

【技术实现步骤摘要】
将转镜与转镜支撑架相对摆动形成二维光路的方法及装置


[0001]本专利技术涉及二维激光扫描
，具体而言，涉及将转镜与转镜支撑架相对摆动形成二维光路的方法及装置。

技术介绍

[0002]激光技术是一门跨学科、跨行业的高新技术，随着激光技术的发展，激光扫描技术在制造领域的应用越来越广泛。振镜激光扫描作为激光扫描技术的主要应用，以其高精度、高速度等特点被广泛应用于激光清洗、激光焊接、激光打标等领域。振镜激光扫描技术的实质是利用高密度、高功率激光源作为加工主体，通过一维或二维振镜的反射或折射，以振镜的运动实现静止的激光的运动，最终实现激光在工件上按指定的规律扫描加工。
[0003]将激光在平面上扫描各种图案或曲线的方法，通常以两个振镜反射光线为操作原理，就是将光线打在第一振镜来产生某轴（如x轴）的摆动，再将光打在另一振镜上产生另一轴（如y轴）的作动，经由操控在扫描平面上形成不同的激光扫描曲线，所述激光扫描曲线在扫描平面上会显现从而产生加工或制作效果（例如激光焊接、激光打标等）。
[0004]振镜是一种优良的矢量扫描器件，它是一种特殊的摆动电机，基本原理是通电线圈在磁场中产生力矩，但与旋转电机不同，摆动电机的转子上通过机械扭簧或电子的方法施加有复位力矩，大小与转子偏离平衡位置的角度成正比，当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定角度时，电磁力矩与复位力矩的大小相等，因而振镜不能像普通电机一样旋转，只能偏转，偏转角与电流成正比，与电流计一样，故振镜又叫电流计扫描器（Galvanometric Scanner）。
[0005]但是，两轴的振镜在产生曲面时会有振频的差异，在很多状况下两轴振频的差异会达到好几倍（有时在其中一轴需要往复多次使得振频的差异达到上百倍），因而高速大面积扫描时在电机控制上很难执行（例如控制器指令周期不够、发热、结构疲劳等）。并且，在某些只要求高速扫描而不需要多种曲线种类的应用场景，可能只需要一种曲线即可，现有的两轴振镜的使用在一定程度上是一种资源浪费。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术的目的在于在以现有的转镜为激光左右扫描的频率产生机构的基础上，将转镜的整个支撑架放置在摆动机构上，由摆动机构提供转镜的垂直方向的摆动，使入射转镜的激光产生左右摆动和上下摆动，从而产生二维扫描曲线，并且使转镜扫描的面积相比现有技术的没有增加摆动机构的更大，以增加扫描的效率。
[0007]本专利技术提供一种将转镜与转镜支撑架相对摆动形成二维光路的方法，较佳案例包括以下步骤：S1、构建摆动机构，将包括转镜与转镜支撑架的转子机构固定连接在所述摆动机构的上部；S2、设转镜的转轴的偏摆角度为α，且转轴的转动角度为β，将入射光经转镜形成的
扫描曲线采用函数进行参数化；
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（5）
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（6）所述扫描曲线的参数化表达式为：
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（7）
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（8）其中，参数的含义如下：θ为激光入射线与转镜入射点垂直反射面之间的夹角；β：转镜在t时间内R从初始的与平面成45
°
角的起始点，逆时针旋转的旋转角度；：转镜转速；R：转镜中心到边的垂直距离；:为转轴至转镜与激光入射点的距离；H1：激光和扫描面的垂直距离；为转镜未偏摆时激光反射点与目标点的距离；为因转镜摆动所造成的目标点偏移的距离；H为转镜摆动中心与激光入射点之间的距离；为因摆动在射入线的摆动距离；为转镜未摆动时与目标面的距离；S3、利用所述转子机构的自然振动频率或振动产生器与转镜转子的转动产生相对摆动；所述扭力弹簧的常数为γ，转子机构的转动惯量为I，转子机构的自然振动角频率为：
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（9）
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（10）
为让能被转镜转子的转动频率相对摆动出来，将和的关系列成
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（11）式（11）中，为在转镜转动一个角度时设计的激光扫描次数（可为非整数）；在组装摆动机构时调整γ使自然振动角频率符合式（11）的条件。
[0008]进一步地，所述S3步骤的产生相对摆动的方法还包括：利用外界振动源的振动产生符合式（11）的角频率。
[0009]进一步地，所述扭力弹簧给所述转镜与转镜支撑架提供垂直方向的摆动：所述转镜在转轴的垂直方向有一偏摆角α，造成激光产生2α的偏摆，因摆动是往复的，所以转轴以
±
2α的角度摆动，造成原本是直线的激光变成摆动的光线；在扫描面上的摆动幅度与扫描面与转镜的反射点距离有关。
[0010]进一步地，所述S1步骤的将包括转镜与转镜支撑架的转子机构固定连接在所述摆动机构的上部的方法包括：将所述转镜支撑架与所述摆动机构的上部通过焊接固定、螺接固定、粘接固定中的一种或多种的组合连接在一起。
[0011]进一步地，所述S2步骤的入射到转镜的所述入射光包括：平行光、非平行光中的一种或两种的组合。
[0012]经由本专利技术运动产生的任何二维扫描均属于本专利技术技术方案的范围。
[0013]本专利技术还提供将转镜与转镜支撑架摆动机构形成二维扫描光路的装置，应用如上述所述的将转镜与转镜支撑架相对摆动形成二维光路的方法，包括：转镜：用于将入射光经过反射面的发射形成来回摆动的扫描曲线；转轴：与转镜同心，用于转镜与转镜支撑架之间的转动连接；摆动机构：可采用扭力弹簧构建，所述摆动机构的上部与所述转子机构固定连接。
[0014]本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述所述将转镜与转镜支撑架相对摆动形成二维光路的方法的步骤。
[0015]本专利技术还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述将转镜与转镜支撑架相对摆动形成二维光路的方法的步骤。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术以转镜为激光左右扫描的频率产生机构，通过将转镜的整个支撑架放置在摆动机构上，由摆动机构提供转镜的垂直上下方向的摆动，除左右扫描方向以外还有垂直方向的摆动，能够将转镜与转镜支撑架相对摆动使得入射激光形成二维扫描光路，实现了高速大面积的二维扫描曲线。
附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.将转镜与转镜支撑架相对摆动形成二维光路的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建摆动机构，将包括转镜与转镜支撑架的转子机构固定连接在所述摆动机构的上部；S2、设转镜的转轴的偏摆角度为α，且转轴的转动角度为β，将入射光经转镜形成的扫描曲线采用函数进行参数化；
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（6）所述扫描曲线的参数化表达式为：
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（8）其中，参数的含义如下：θ为激光入射线与转镜入射点垂直反射面之间的夹角；β：转镜在t时间内R从初始的与平面成45
°
角的起始点，逆时针旋转的旋转角度；：转镜转速；R：转镜中心到边的垂直距离；:为转轴至转镜与激光入射点的距离；H1：激光和扫描面的垂直距离；为转镜未偏摆时激光反射点与目标点的距离；为因转镜摆动所造成的目标点偏移的距离；H为转镜摆动中心与激光入射点之间的距离；为因摆动在射入线的摆动距离；为转镜未摆动时与目标面的距离；S3、利用所述转子机构的自然振动频率或振动产生器与转镜转子的转动产生相对摆动；所述扭力弹簧的常数为γ，转子机构的转动惯量为I，转子机构的自然振动角频率为：
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（10）为让能被转镜转子的转动频率相对摆动出来，将和的关系列成
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【专利技术属性】
技术研发人员：萧德瑛，郭诗坪，马奡麟，
申请(专利权)人：南通唐人电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：