振鏡式激光掃描系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種振鏡式激光掃描系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光掃描技術(shù)是一種能夠精確控制激光束指向的技術(shù)，現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)已廣 泛的應(yīng)用于光電醫(yī)療、激光加工、空間激光通信、激光雷達(dá)、遙感與測量、自適應(yīng)光學(xué)等領(lǐng) 域。在激光加工和激光達(dá)標(biāo)領(lǐng)域，一直采用振鏡式激光掃描技術(shù)。為了保證激光加工精度， 激光在到達(dá)加工面之前需要經(jīng)過聚焦以保證在工作面上有良好的聚焦特性，根據(jù)聚焦系統(tǒng) 擺放的位置，可以分為振鏡前聚焦和振鏡后聚焦兩種聚焦方式。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中專利200320116330. 4公開了一種振鏡式前聚焦的激光掃描系統(tǒng)，包 括激光器、聚焦模塊、X軸掃描頭和Y軸掃描頭。激光束通過三塊組合鏡片構(gòu)成的聚焦模 塊，經(jīng)X軸掃描頭和Y軸掃描頭到達(dá)焦點(diǎn)工作平面，所述X軸掃描頭和Y軸掃描頭均由全數(shù) 字交流伺服電機(jī)和附在其轉(zhuǎn)軸上的鏡片組成，全數(shù)字交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有限位裝 置；控制系統(tǒng)通過二個全數(shù)字交流伺服電機(jī)的控制器分別控制鏡片在X軸和Y軸上移動，實(shí) 現(xiàn)二維掃描。增設(shè)動態(tài)聚焦模塊后，可以保證掃描面上良好的聚焦特性。但是這一掃描系 統(tǒng)采用三塊鏡片實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)焦，光學(xué)設(shè)計(jì)和調(diào)焦模型比較復(fù)雜。鏡片太多，加工和裝配帶來 的誤差也會增多，影響調(diào)焦效果。此外，該發(fā)明所述的系統(tǒng)有采用聚焦透鏡，系統(tǒng)中除掃描 面外在光路中也存在聚焦點(diǎn)，高能激光束聚焦點(diǎn)會導(dǎo)致溫度過高，增加設(shè)備損壞風(fēng)險。
[0004] 另，現(xiàn)有技術(shù)中專利200810197661. 2公開了一種振鏡后聚焦掃描系統(tǒng)，包括激光 器、擴(kuò)束鏡、X軸掃描振鏡、y軸掃描振鏡、掃描聚焦透鏡、z軸移動機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)。激光器 發(fā)出激光束，經(jīng)擴(kuò)束鏡放大準(zhǔn)直后，激光束直接進(jìn)入X軸掃描振鏡和y軸掃描振鏡，控制系 統(tǒng)控制z軸移動機(jī)構(gòu)帶動掃描聚焦透鏡在z軸方向上、下移動，調(diào)節(jié)激光聚焦點(diǎn)在z軸方向 的位置，通過固定在可沿z軸方向上下移動的z軸移動機(jī)構(gòu)的掃描聚焦透鏡來實(shí)現(xiàn)三維立 體加工功能。這種系統(tǒng)采用F-theta透鏡作為聚焦透鏡，在一定范圍內(nèi)可以保證工作面上 激光的聚焦特性。但是，一方面F-theta透鏡尺寸不可能做到很大，另一方面，這種聚焦方 式在F-theta透鏡邊緣的聚焦效果變差，無法實(shí)現(xiàn)大幅面的激光掃描。
[0005] 因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種新的振鏡式激光掃描系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種振鏡前聚焦得振鏡式激光掃 描系統(tǒng)。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下：
[0008] -種振鏡式激光掃描系統(tǒng)，所述系統(tǒng)沿軸線依次包括：激光器、調(diào)焦鏡頭、第一振 鏡、第二振鏡和掃描面，所述調(diào)焦鏡頭包括平凹鏡和凸透鏡，所述平凹鏡包括相對設(shè)置的平 面和凹面，所述凸透鏡包括相對設(shè)置的第一凸面和第二凸面，所述凸透鏡固定設(shè)置，所述平 凹鏡固定安裝于可沿軸線的平行線水平移動的位移臺上。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述位移臺包括第一位移臺和第二位移臺，所述平凹 鏡固定安裝于第一位移臺上，所述第一位移臺固定安裝于第二位移臺上。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一位移臺為自動位移臺，所述第二位移臺為手 動位移臺。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述激光器與調(diào)焦鏡頭之間設(shè)有激光束擴(kuò)束系統(tǒng)。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述凸透鏡中第一凸面和第二凸面的曲率半徑相等， 且大于平凹鏡中凹面的曲率半徑。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述平凹鏡的凹面與凸透鏡的第一凸面之間的距離為 10 ~100mm。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述平凹鏡的平面與凹面之間的距離為1~10mm，凸 透鏡的第一凸面和第二凸面之間的距離為1~1〇_。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述系統(tǒng)還包括與位移臺相連的控制單元，所述控制 單元包括：
[0016] 計(jì)算機(jī)，用于通過位移臺中的位移臺驅(qū)動電機(jī)控制平凹鏡的位移大小；
[0017] 掃描頭控制器，與所述計(jì)算機(jī)相連，用于接收振鏡擺動角度信息；
[0018] 驅(qū)動電機(jī)，與所述掃描頭控制器相連，用于驅(qū)動第一振鏡和/或第二振鏡以擺動 角度信息進(jìn)行擺動。
[0019] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述掃描頭控制器包括第一掃描頭控制器和第二掃描 頭控制器，分別用于接收第一振鏡的第一擺動角度信息和第二振鏡的第二擺動角度信息。
[0020] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動電機(jī)包括與第一掃描頭控制器相連的第一驅(qū) 動電機(jī)和與第二掃描頭控制器相連的第二驅(qū)動電機(jī)，所述第一驅(qū)動電機(jī)與第一振鏡相連并 驅(qū)動第一振鏡以第一擺動角度信息進(jìn)行擺動，第二驅(qū)動電機(jī)與第二振鏡相連并驅(qū)動第二振 鏡以第二擺動角度信息進(jìn)行擺動。
[0021] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0022] 振鏡式激光掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且系統(tǒng)的裝調(diào)誤差??；
[0023] 調(diào)焦鏡頭無實(shí)焦點(diǎn)使得振鏡式激光掃描系統(tǒng)能夠保持相對低溫；
[0024] 通過電動平移臺改變平凹鏡的位置從而自動調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的焦距，保證整個掃描 面上都有良好的聚焦光斑，能完成大尺寸幅面的精密加工；
[0025] 通過手動位移臺調(diào)節(jié)平凹鏡的位置可使系統(tǒng)在不同工作距離和工作幅面情況下 工作。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】振鏡式激光掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖2為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】振鏡式激光掃描系統(tǒng)中控制單元的模塊示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí) 施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施 例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù) 的范圍。
[0029] 本發(fā)明公開了一種振鏡式激光掃描系統(tǒng)，沿軸線依次包括：激光器、調(diào)焦鏡頭、第 一振鏡、第二振鏡和掃描面，調(diào)焦鏡頭包括平凹鏡和凸透鏡，平凹鏡包括相對設(shè)置的平面和 凹面，凸透鏡包括相對設(shè)置的第一凸面和第二凸面，凸透鏡固定設(shè)置，平凹鏡固定安裝于可 沿軸線的平行線水平移動的位移臺上。
[0030] 參圖1所示，在本發(fā)明的一【具體實(shí)施方式】中，振鏡式激光掃描系統(tǒng)包括：二氧化碳 激光器1、擴(kuò)束透鏡2,平凹鏡3、凸透鏡4, X振鏡5、Y振鏡6、掃描面7、電動位移臺8和手 動位移臺9。
[0031] 二氧化碳激光器1發(fā)出的光束經(jīng)過擴(kuò)束透鏡2進(jìn)行擴(kuò)束，經(jīng)擴(kuò)束的激光光束經(jīng)過 由一平平凹鏡3和凸透鏡4構(gòu)成的調(diào)焦鏡頭，然后入射到X振鏡5中心，X振鏡5將激光束 反射到Y(jié)振鏡6上，Y振鏡6再將激光束反射到掃描面7上。平凹鏡安裝在電動位移臺8 上，初始安裝位置固定，電動位移臺安裝在手動位移臺9上。電動位移臺可以自動控制平凹 鏡3朝向凸透鏡4方向移動，調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的焦距，使得掃描面7上每個掃描點(diǎn)都正好是激 光束聚焦點(diǎn)。電動位移臺8安裝在手動位移臺9上，初始安裝時可以手動調(diào)節(jié)電動位移臺 8與手動位移臺9之間的距離，使得平凹鏡3與凸透鏡4之間有不同的距離，可對應(yīng)與不同 的初始焦距。
[0032] 本實(shí)施方式中平凹鏡3和凸透鏡4共同構(gòu)成了調(diào)焦鏡頭，其目的在于優(yōu)化現(xiàn)有動 態(tài)聚焦模塊光學(xué)系統(tǒng)，該調(diào)焦鏡頭結(jié)構(gòu)更為簡單，調(diào)焦鏡頭無實(shí)焦點(diǎn)使結(jié)構(gòu)不易產(chǎn)生高溫。
[0033] 平凹鏡3包括相對設(shè)置的平面和凹面，凸透鏡4包括相對設(shè)置的第一凸面和第二 凸面。凸透鏡4固定設(shè)置，平凹鏡3在軸線上可移動設(shè)置，激光光束從平凹鏡3的平面入射， 依次經(jīng)過平凹鏡的凹面、凸透鏡的第一凸面后從凸透鏡4的第二凸面出射。