CN103033932B - 自冷式激光扫描振镜及抑制其温度漂移的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自冷式激光扫描振镜及抑制其温度漂移的方法，涉及激光加工设备技术领域，振镜包括由导热性好的材料制成的安装基体，安装基体内安装有工作部件，工作部件包括X振镜驱动板、X振镜、Y振镜驱动板和Y振镜，还包括用于抑制自冷式激光扫描振镜产生温度漂移的抑制装置，抑制装置包括：安装于安装基体外侧的TEC制冷片；安装于安装基体上用于检测安装基体的温度的温度传感器；根据温度传感器检测到的温度值控制TEC制冷片工作将安装基体的温度控制在一恒定的目标温度值的温控装置。本发明解决了现有技术中自冷式激光扫描振镜位置精度低的技术问题。本发明具有位置精度高，体积小巧，价格低廉等优点，可适用于位置精度要求高的场合。

Description

自冷式激光扫描振镜及抑制其温度漂移的方法

技术领域

本发明涉及激光加工设备技术领域，特别涉及一种自冷式激光扫描振镜及抑制其温度漂移的方法。

背景技术

激光扫描振镜是一种由驱动板与高速摆动电机组成的一个高精度、高速度伺服控制系统，广泛应用于激光行业中。激光扫描振镜的参数指标中有一项为“温度漂移（单位为urad/k,k为温度单位开尔文）”，温度漂移是指环境温度变化时会引起晶体管参数的变化，温度升高，晶体管的电流放大倍数增大，Q点（静态工作点）升高；反之减小。这部分额外增加的电流是温度变化引起的，理解为温度漂移，也称为“零点漂移”，这种现象在激光扫描振镜上表现为零点位置发生变化，使得激光扫描振镜的位置精度降低。

从上述理论分析中可以得出，激光扫描振镜本身若发生温度变化，“零点位置”势必产生漂移，在实际的使用过程中，激光扫描振镜的驱动板和振镜电机都会产生热量，这些热量是否能迅速散发出去，直接导致其电子元器件本身的温度在长时间的工作中是否保持恒定，进而决定“零点位置”是否产生了偏移。

目前，市场上主要有三种激光扫描振镜：分别为水冷式激光扫描振镜、自适应激光扫描振镜和自冷式激光扫描振镜，水冷式激光扫描振镜和自适应激光扫描振镜不易产生零点漂移，精度较高，但其价格昂贵。自冷式激光扫描振镜价格较低，其结构如图1所示，包括安装基体1，安装基体1内安装有X振镜驱动板21、X振镜22、Y振镜驱动板31和Y振镜32，安装基体1上设有散热格栅11。其热交换方式如图2所示，X振镜驱动板21、X振镜22、Y振镜驱动板31和Y振镜32产生的热量先传导给安装基体1，安装基体1再将热量散发到空气中。此种激光振镜的不足之处在于其只能靠自身的机械结构与外界环境进行热量交换，热交换状况随环境温度的变化而变化，自身易产生温差，易产生零点漂移现象，精度也较低，只能适用于对位置精度要求不高的场合。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种自冷式激光扫描振镜，此自冷式激光扫描振镜精度高，可有效抑制零点位置漂移，且价格低廉。

作为一个总的发明构思，本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种抑制自冷式激光扫描振镜温度漂移的方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种自冷式激光扫描振镜，包括由导热性好的材料制成的安装基体，所述安装基体内安装有工作部件，所述工作部件包括X振镜驱动板、X振镜、Y振镜驱动板和Y振镜，还包括用于抑制所述自冷式激光扫描振镜产生温度漂移的抑制装置，所述抑制装置包括：安装于所述安装基体外侧的TEC制冷片；安装于所述安装基体上用于检测安装基体的温度的温度传感器；用于控制所述安装基体温度恒定的温控装置，所述温度传感器和所述TEC制冷片分别电连接所述温控装置。

其中，所述温控装置包括温控板，以及与所述温控板连接的电源模块和温度显示仪。

其中，所述温度显示仪包括用于设定所述安装基体的目标温度值的设定单元和用于显示所述安装基体的实时温度的显示单元。

作为一种实施方式，所述TEC制冷片的制热工作面与所述安装基体的表面贴合，所述制热工作面对所述安装基体进行加热以达到恒定的目标温度值。

其中，所述TEC制冷片通过设置于所述TEC制冷片外侧的TEC制冷片压板固定在所述安装基体上。

作为另一种实施方式，所述TEC制冷片的制冷工作面与所述安装基体的表面贴合，所述制冷工作面对所述安装基体进行制冷以达到恒定的目标温度值，所述TEC制冷片的制热工作面上设有冷却装置。

其中，所述冷却装置包括安装在所述TEC制冷片制热工作面上的散热片，所述散热片上安装有散热风扇。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：包括以下步骤：

步骤一：将TEC制冷片的制热工作面贴合在安装基体上并固定，将温度传感器安装于安装基体上；

步骤二：将所述TEC制冷片电极与温控装置电连接，将温度传感器的输出端与温控装置连接；

步骤三：在所述温控装置上设定目标温度值，所述目标温度值要高于工作部件自身产生的热量使安装基体能够达到的最高温度值，所述温控装置根据对所述温度传感器采样的实时温度值和所述目标温度值进行运算的结果来控制TEC制冷片的制热工作面对安装基体进行加热，将安装基体的温度控制在恒定的目标温度值上。

其中，所述步骤三中的安装基体能够达到的最高温度值为所述自冷式激光扫描振镜未安装所述TEC制冷片且工作进入稳定状态时测得所述安装基体的温度值。

本发明的有益效果在于：由于本发明所述的自冷式激光扫描振镜的安装基体外侧设有用于抑制自冷式激光扫描振镜产生温度漂移的抑制装置，抑制装置包括安装在安装基体外侧的TEC(ThermoelectricCooler)制冷片；安装于安装基体上用于检测安装基体的温度的温度传感器；根据温度传感器检测到的温度值控制TEC制冷片工作将安装基体的温度控制在一恒定的目标温度值的温控装置。TEC制冷片是电流换能型片件，具有制冷和制热两种功能，本发明正是根据TEC制冷片的这一特点，将TEC制冷片安装于自冷式激光扫描振镜的安装基体的外侧，则本发明的热交换方式如图11所示，为X振镜驱动板、X振镜、Y振镜驱动板和Y振镜与安装基体进行热交换，安装基体再与TEC制冷片进行热交换，这就屏蔽了外界环境变化对自冷式激光扫描振镜零点漂移的影响；且温控装置可以根据温度传感器检测到的温度值控制TEC制冷片工作将安装基体的温度控制在一恒定的目标温度值，安装基体的温度恒定，则工作部件的温度就不会产生变化，从而自身不会产生温差，即不会发生零点漂移，提高了自冷式激光扫描振镜的位置精度，且与水冷式和自适应式激光扫描振镜相比，本发明价格低廉。

TEC制冷片的制热工作面与安装基体的表面贴合。这种逆向使用TEC制冷片的方式，通过加热恒温来保证自冷式激光扫描振镜不发生零点漂移，不需要在制冷片外侧安装冷却装置，避免了冷却装置的振动对自冷式激光扫描振镜的精度造成的影响，进一步的提高了自冷式激光扫描振镜的位置精度，且体积小巧，拆装方便。

综上所述，本发明自冷式激光扫描振镜及抑制其温度漂移的方法解决了现有技术中自冷式激光扫描振镜位置精度低的技术问题。本发明自冷式激光扫描振镜具有位置精度高，体积小巧，价格低廉等优点，可适用于位置精度要求高的场合。

附图说明

图1是现有技术中自冷式激光扫描振镜的结构示意图；

图2是现有技术中自冷式激光扫描振镜的热交换原理框图；

图3是本发明自冷式激光扫描振镜的TEC制冷片的结构示意图；

图4是图3的侧视图；

图5是本发明自冷式激光扫描振镜的TEC制冷片的工作原理框图；

图6是本发明自冷式激光扫描振镜实施例一的结构示意图；

图7是本发明自冷式激光扫描振镜实施例一的TEC制冷片的安装方式示意图；

图8是本发明自冷式激光扫描振镜实施例二的结构示意图；

图9是本发明自冷式激光扫描振镜实施例二的制冷模块的结构示意图；

图10是本发明自冷式激光扫描振镜实施例二的TEC制冷片的安装方式示意图；

图11是本发明自冷式激光扫描振镜的热交换原理框图；

图中：1、安装基体，11、散热格栅，21、X振镜驱动板，22、X振镜，31、Y振镜驱动板，32、Y振镜，41、TEC制冷片本体，411、制冷工作面，412、制热工作面，42、TEC制冷片电极，5、TEC制冷片压板，6、冷却装置，61、散热片，62、散热风扇。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。

实施例一：

如图3、图4、图5、图6和图7共同所示，一种自冷式激光扫描振镜，包括安装基体1，安装基体由导热性良好的金属或合金材料制成，例如可以是铜、铝材料或者它们的合金材料，能够快速导热。安装基体1内安装有工作部件，工作部件包括X振镜驱动板21、X振镜22、Y振镜驱动板31和Y振镜32，还包括用于抑制自冷式激光扫描振镜产生温度漂移的抑制装置，抑制装置包括：安装于安装基体1外侧的TEC制冷片；安装于安装基体上用于检测安装基体的温度的温度传感器；根据温度传感器检测到的温度值控制TEC制冷片工作将安装基体的温度控制在一恒定的目标温度值的温控装置。TEC制冷片是电流换能型片件，具有制冷和制热两种功能。本发明正是根据TEC制冷片的这一特点，将TEC制冷片安装于自冷式激光扫描振镜的安装基体的外侧，则本发明的热交换方式如图11所示，为X振镜驱动板21、X振镜22、Y振镜驱动板31和Y振镜32与安装基体1进行热交换，安装基体1再与TEC制冷片进行热交换，这就屏蔽了外界环境变化对自冷式激光扫描振镜零点漂移的影响；且温控装置可以根据温度传感器检测到的温度值控制TEC制冷片工作将安装基体的温度控制在一恒定的目标温度值，安装基体的温度恒定，则工作部件的温度就不会产生变化，从而自身不会产生温差，即不会发生零点漂移，提高了自冷式激光扫描振镜的位置精度，且与水冷式和自适应式激光扫描振镜相比，本发明价格低廉。

TEC制冷片包括TEC制冷片本体41，TEC制冷片本体41上设有正、负两个TEC制冷片电极42，TEC制冷片本体41的两侧面分别为制热工作面412和制冷工作面411。

温度传感器安装于安装基体1内，在安装基体上打孔，将温度传感器安装于孔中，用于检测安装基体的温度，温控装置包括与温度传感器连接的温控板，温控板连接电源模块、TEC制冷片和温度显示仪。温度显示仪包括用于设定安装基体1的目标温度值的设定单元和用于显示安装基体1的实时温度显示单元。

本实施例中TEC制冷片的制热工作面412与安装基体1的表面贴合，制热工作面412对所述安装基体1进行加热以达到恒定的目标温度值。TEC制冷片通过设置于TEC制冷片外侧的TEC制冷片压板5固定在安装基体1上。这种逆向使用TEC制冷片的方式，通过加热恒温来保证自冷式激光扫描振镜不发生零点漂移，不需要在制冷片外侧安装冷却装置，避免了冷却装置的振动对自冷式激光扫描振镜的精度造成的影响，进一步的提高了自冷式激光扫描振镜的位置精度，且体积小巧，拆装方便。

抑制上述自冷式激光扫描振镜温度漂移的方法，包括以下步骤：

步骤一：将TEC制冷片的制热工作面412贴合在安装基体1上并通过TEC制冷片压板5固定，将温度传感器安装于安装基体1上；

步骤二：将所述TEC制冷片电极42与温控装置电连接，将温度传感器的输出端与温控装置连接；如图5所示：温控装置包括温控板，温控板的电源端连接直流电源模块，温控板的信号输入端分别连接温度显示仪和温度传感器，温控板的输出端连接TEC制冷片电极42；

步骤三：通过温度显示仪设定目标温度值，目标温度值要高于工作部件自身产生的热量使安装基体1能够达到的最高温度值，温控装置控制TEC制冷片的制热工作面412对安装基体1进行加热，温控板根据温度显示仪设定的目标温度值和温度传感器传来的实时温度值进行PID调节运算，将安装基体1的温度控制在恒定的目标温度值上。

步骤三中的安装基体1能够达到的最高温度值为自冷式激光扫描振镜未安装TEC制冷片且工作进入稳定状态时测得安装基体1的温度值。

根据热传导方式可知，当安装基体1的温度恒定时，安装基体1内部的工作部件的温度将与安装基体1的温度一致，也保持不变，此时，工作部件本身没有温差产生，就不会发生温度漂移现象，即不会发生零点漂移现象，提高了自冷式激光扫描振镜的位置精度。

实施例二：

如图8、图9和图10共同所示，本实施方式与实施例一的主要区别在于:

TEC制冷片的制冷工作面411与安装基体1的表面贴合，制冷工作面对安装基体1进行制冷以达到恒定的目标温度值，TEC制冷片的制热工作面412上设有冷却装置6。冷却装置6包括安装在TEC制冷片外侧的散热片61，散热片61上安装有散热风扇62。

在本实施例中，安装基体1的目标温度值要低于安装基体1的最低温度。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.抑制自冷式激光扫描振镜温度漂移的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将TEC制冷片的制热工作面贴合在安装基体上并固定，将温度传感器安装于安装基体上；

步骤二：将所述TEC制冷片电极与温控装置电连接，将温度传感器的输出端与温控装置连接；

步骤三：在所述温控装置上设定目标温度值，所述目标温度值要高于工作部件自身产生的热量使安装基体能够达到的最高温度值，所述温控装置根据对所述温度传感器采样的实时温度值和所述目标温度值进行运算的结果来控制TEC制冷片的制热工作面对安装基体进行加热，将安装基体的温度控制在恒定的目标温度值上。

2.根据权利要求1所述的抑制自冷式激光扫描振镜温度漂移的方法，其特征在于：所述步骤三中的安装基体能够达到的最高温度值为所述自冷式激光扫描振镜未安装所述TEC制冷片且工作进入稳定状态时测得所述安装基体的温度值。