一種振鏡式激光掃描實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備技術(shù)力領(lǐng)域，具體涉及一種振鏡式激光掃描實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]激光具有單色性好、方向性好、亮度高等優(yōu)點(diǎn)，已在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)激光束進(jìn)行精確的控制是激光打標(biāo)、激光3D打印等激光加工業(yè)的核心，而高速掃描振鏡的使用使得機(jī)械加工在控制精度和速度上有了很大的提升。
[0003]例如，公開號(hào)為CN 104259668A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)文獻(xiàn)公開了一種激光打標(biāo)機(jī)，其技術(shù)方案要點(diǎn)是包括工作臺(tái)、固定柱，所述固定柱垂直固定在工作臺(tái)頂部，所述固定柱上固定連接2個(gè)激光發(fā)射器，所述2個(gè)激光發(fā)射器發(fā)射口相反設(shè)置，所述激光發(fā)射方向與工作臺(tái)垂直，所述工作臺(tái)頂部固定連接有支柱，所述支柱上固定連接有伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)上固定連接有固定盤，所述固定盤靠近激光發(fā)射器一側(cè)圓周陣列有至少4個(gè)固定夾具，所述固定夾具均與激光發(fā)射器相對(duì)設(shè)置。
[0004]公開號(hào)為CN 103072383A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)文獻(xiàn)公開了一種振鏡式激光打標(biāo)機(jī)，其特征在于，所述振鏡式激光打標(biāo)機(jī)包括:激光器，用于發(fā)出激光束；順次置于所述激光器發(fā)出的所述激光束光路上的振鏡系統(tǒng)及聚焦透鏡；上位機(jī)，用于存儲(chǔ)打標(biāo)參數(shù)；打標(biāo)控制卡，用于獲取所述上位機(jī)存儲(chǔ)的所述打標(biāo)參數(shù)，并根據(jù)獲取的所述打標(biāo)參數(shù)驅(qū)動(dòng)所述振鏡系統(tǒng)中振鏡電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以帶動(dòng)所述振鏡系統(tǒng)中的振鏡轉(zhuǎn)動(dòng)；所述打標(biāo)控制卡通過光纖連接所述振鏡系統(tǒng)。
[0005]掃描振鏡系統(tǒng)與激光應(yīng)用技術(shù)的密切結(jié)合，整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，這也意味著社會(huì)對(duì)這方面人才的需求越來越大，所以，在高校很有必要開設(shè)相關(guān)課程和實(shí)驗(yàn)來加強(qiáng)對(duì)激光控制技術(shù)的基礎(chǔ)教育。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型提供了一種振鏡式激光掃描實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，把傳統(tǒng)的工業(yè)打標(biāo)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域，能夠?qū)⑤斎胗陔娔X的二維圖像用激光高速準(zhǔn)確的輸出。
[0007]一種振鏡式激光掃描實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，包括相互垂直布置的X軸導(dǎo)軌和Y軸導(dǎo)軌；以及沿光路依次布置的激光器、擴(kuò)束鏡、X軸掃描振鏡、Y軸掃描振鏡、F-theta透鏡和投影屏；
[0008]其中，激光器、擴(kuò)束鏡、X軸掃描振鏡滑動(dòng)安裝在X軸導(dǎo)軌上，Y軸掃描振鏡、F-theta透鏡和投影屏滑動(dòng)安裝在Y軸導(dǎo)軌上。
[0009]作為優(yōu)選，還設(shè)有主控板、D/A轉(zhuǎn)換板以及用于儲(chǔ)存待輸出參數(shù)的上位機(jī)；
[0010]其中主控板與上位機(jī)之間通過USB接口通信連接；
[0011]主控板與D/A轉(zhuǎn)換板之間通過con接口通信連接；
[0012]X軸掃描振鏡以及Y軸掃描振鏡的控制電路分別通過對(duì)應(yīng)的con接口接入D/A轉(zhuǎn)換板；
[0013]激光器的控制電路通過對(duì)應(yīng)的con接口接入主控板。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選，還設(shè)有內(nèi)置開關(guān)電源的控制箱，所述主控板、D/A轉(zhuǎn)換板、X軸掃描振鏡以及Y軸掃描振鏡的控制電路、激光器的控制電路均安裝在該控制箱內(nèi)，在控制箱的外殼上嵌裝有對(duì)應(yīng)的電路接口。
[0015]更進(jìn)一步優(yōu)選，所述開關(guān)電源具有三個(gè)輸出端，其中一個(gè)輸出端與主控板以及激光器的控制電路供電連接，另外兩個(gè)輸出端與D/A轉(zhuǎn)換板、X軸掃描振鏡以及Y軸掃描振鏡的控制電路并聯(lián)供電連接。
[0016]作為優(yōu)選，主控板的面板上配有激光安全開關(guān)、振鏡遠(yuǎn)程關(guān)斷開關(guān)以及相應(yīng)的指示燈。
[0017]作為優(yōu)選，所述X軸掃描振鏡及Y軸掃描振鏡均包括反射鏡、掃描電機(jī)和控制電路，所述反射鏡固定在掃描電機(jī)軸上；所述掃描電機(jī)為伺服電機(jī)，所述控制電路優(yōu)選為伺服電路。
[0018]作為優(yōu)選，所述激光器、擴(kuò)束鏡、F-theta透鏡和投影屏分別設(shè)有底座，各底座滑動(dòng)安裝在對(duì)應(yīng)導(dǎo)軌上，每個(gè)底座均設(shè)有與對(duì)應(yīng)導(dǎo)軌相配合的定位螺栓。
[0019]本實(shí)用新型中，X軸掃描電鏡以及Y軸掃描電鏡的控制電路、激光器的控制電路均采用本領(lǐng)域常用電路；主控板、D/A轉(zhuǎn)換板以及操作換算方法也采用采用本技術(shù)常規(guī)技術(shù)。
[0020]掃描振鏡作為整個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，由反射鏡、掃描電機(jī)和伺服電路三部分組成。反射鏡固定在掃描電機(jī)軸上，通過電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度；掃描電機(jī)是一種沖擊式有限轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)，電機(jī)內(nèi)集成了一套電容式轉(zhuǎn)角位置傳感器；伺服電路接收主控板輸出的位置電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)掃描電機(jī)轉(zhuǎn)到指定轉(zhuǎn)角位置。在進(jìn)行激光掃描時(shí)，由上位機(jī)軟件給出圖案或文字每個(gè)點(diǎn)的二維坐標(biāo)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變?yōu)閄和Y軸的位置電壓，輸入振鏡X和Y軸伺服電路板，由伺服電路板實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，最終完成電機(jī)軸上反射鏡的精確定位。這一過程帶來的誤差主要包含系統(tǒng)的聚焦誤差以及枕形畸變。伺服系統(tǒng)能夠一定程度的克服畸變，能夠高速、準(zhǔn)確的定位。
[0021]F-theta透鏡能保證聚焦光斑均勻地打到工作面上，消除系統(tǒng)的聚焦誤差。本系統(tǒng)由于工作面較小，采用物鏡前F-theta透鏡掃描。它能夠保證像高與入射角成線性關(guān)系，表現(xiàn)為在聚焦平面上的任何一處，光斑大小一致，價(jià)格上也比動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)要便宜很多。
[0022]變倍擴(kuò)束鏡起到了擴(kuò)束、準(zhǔn)直的效果。激光工業(yè)加工中，一個(gè)很重要的參數(shù)就是被控制的激光束聚焦后激光的光斑大小。較小的聚焦光斑能夠得到更好的掃描精度。為了減小聚焦光斑的直徑，最直接的方法就是擴(kuò)大聚焦前進(jìn)入最后一個(gè)透鏡的光束直徑D，所以在整個(gè)光路系統(tǒng)中加入擴(kuò)束鏡。通過Dtl Θ D i Θ i也可以看出，在擴(kuò)大直徑的同時(shí)還能壓縮了激光發(fā)散角，使從擴(kuò)束鏡出射的光接近于平行光，即起到準(zhǔn)直的作用。
[0023]總之，由上位機(jī)軟件完成圖形或文字的繪制，激光器出射的光先經(jīng)過擴(kuò)束鏡進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束，打到振鏡鏡片上，采用矢量掃描方式，通過XY 二維振鏡轉(zhuǎn)動(dòng)控制激光束，由F-theta透鏡聚焦后最終在投影屏上掃描出預(yù)期圖案。
[0024]利用本實(shí)用新型的振鏡式激光掃描實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)習(xí)者可以完成多種多樣的光機(jī)電實(shí)驗(yàn)。比如，光路搭建與激光校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)、光路的擴(kuò)束與聚焦實(shí)驗(yàn)、參數(shù)調(diào)整與優(yōu)化實(shí)驗(yàn)等，也可以讓學(xué)生可以發(fā)揮自己的想象輸入任意圖形或文字，通過不斷調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，完成探宄性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，比較不同參數(shù)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果理想與否，啟發(fā)學(xué)生從原理角度來分析其中可能存在的問題，直至結(jié)果令人滿意為止，這也培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考解決問題的能力。
[0025]本實(shí)用新型的有益效果:
[0026]本實(shí)用新型是真正的光機(jī)電一體化綜合系統(tǒng)，光學(xué)平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)直觀，成本低廉，操作便捷。控制部分加入了伺服系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、精確的定位。器件穩(wěn)定性好，操作安全，適合實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
【附圖說明】
[0027]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0029]圖3是本實(shí)用新型的各模塊連接示意圖；
[0030]圖4a-圖4f分別圖形、漢字、英文字母的繪圖軟件效果圖和實(shí)物演示圖。
[0031]圖中所示附圖標(biāo)記如下:
[0032]1-激光器2_擴(kuò)速鏡3-X軸掃描振鏡
[0033]4-Y軸掃描振鏡5-F-theta透鏡6_投影屏
[0034]7-X軸導(dǎo)軌8-Y軸導(dǎo)軌9-上位機(jī)
[0035]10-主控板11-D/A轉(zhuǎn)換板12-開關(guān)電源
[0036]13-X軸驅(qū)動(dòng)板14-Y軸驅(qū)動(dòng)板