CN105033452A - 一种转动式振镜扫描装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

一种转动式振镜扫描装置包括激光器、转动装置、转轴、转台和扫描振镜，扫描振镜安装在转台上，转轴的第一端连接到在转台一侧上，转动装置驱动转轴旋转，从而使得扫描振镜随转台一起转动，改变其工作位置。本发明还提供上述转动式振镜扫描装置的应用方法。转动式振镜扫描装置在360度圆周范围内形成四个固定工作位置，使得扫描振镜保证加工精度的前提下，工作范围扩大4倍，克服了扫描振镜固定方式形成的工作空间局限，同时还避免了多扫描振镜工作方式带来的系统复杂度和硬件成本增加的问题。

Description

一种转动式振镜扫描装置及其应用方法

技术领域

本发明属于激光快速成型领域，具体涉及一种转动式振镜扫描装置及其应用方法。

背景技术

快速成型技术又称快速原型制造(RapidPrototypingManufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。

按照成型的方式，快速成型技术可以分为熔融沉积式(FDM)，选择性激光熔化成型(SLM)，立体光固化(SLA)，电子束熔化成型(EBM)等等。在这些成型技术中，选择性激光熔化成型(SLM)和立体光固化(SLA)是采用振镜扫描方式来实现的。扫描振镜主要有反射镜片、扫描电机以及驱动电路等构成，能进行高速高精度地扫描，其速度能达4m/s；反射镜片粘接在扫描电机的转轴上，通过电机的旋转带动反射镜片的旋转来实现激光束的偏转；受限于扫描电机的偏转角度(一般在±20°)，扫描振镜工作的范围是确定的。虽然，扫描振镜可以通过改变场镜焦距的大小来改变工作的范围，一般来说焦距越长，工作范围越大；但是，受限于激光的光束质量，焦距越长，其焦点处的光斑越大，精度也越低。

为了扩大快速成型设备的工作范围，在技术上可采用多振镜扫描机构实现多路激光束协同工作，通过多个成型区域的协同叠加效果，可扩大成型的工作面积。但是，扫描振镜属于快速成型设备中技术含量高、成本昂贵的组件，多扫描振镜的使用不仅大大增加了硬件控制和软件的复杂程度，降低了系统的工作稳定性，而且也大大增加了系统的硬件成本。

发明内容

为此，本发明提供一种转动式振镜扫描装置，包括激光器、转动装置、转轴、转台和扫描振镜，扫描振镜安装在转台上，转轴的第一端连接到在转台一侧上，转动装置驱动转轴旋转，从而使得扫描振镜随转台一起转动，改变其工作位置。激光器发射的激光由扫描振镜反射照射到扫描振镜下方的工作面上。

其中，转动装置由蜗杆和蜗轮组成，蜗轮套接在转轴的外侧，蜗杆由动力源驱动，通过蜗杆的旋转驱动蜗轮，带动转轴旋转。优选的，蜗杆的螺旋升角很小，使得蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。

再有，为了保证振镜扫描装置的转动平稳性，转台为圆盘状，转轴的第一端连接到转台一侧的中心上。

此外，为了保证振镜扫描装置的紧凑性，转轴呈中空状，沿其轴向设置有通孔，激光传播装置包括轴上射镜、轴下反射镜、45度反射镜，其中，轴上射镜和轴下反射镜分别设置在转轴通孔两端侧，45度反射镜安装在转台上，激光器发射的激光首先由轴上射镜反射，所反射的激光束经过转轴通孔，照射到轴下反射镜，激光束再通过45度反射镜反射到扫描振镜，进而照射到工作面上。进一步，轴上射镜设置在转轴的第二端轴向外侧，轴下反射镜设置在转轴的第一端端部内侧并安装在转台上，转轴的第一端侧壁上具有让激光出射的开口。当转台为圆盘状时，转轴的第一端连接到在转台一侧的中心上，相应的，轴下反射镜安装在转台的中心上。

本发明还提供上述的转动式振镜扫描装置的应用方法，通过转台旋转，转动式振镜扫描装置在360度的圆周范围内均布有四个固定工作位置，形成四个工作区域，转动式振镜扫描装置的四个固定工作位置分别在各自工作区域的中心，进行零件加工。

在打印大零件时，设备软件读入零件文件，将零件分为四个部分并切层；按照工作区域、扫描振镜中心位置对切层信息进行调整，形成四组切片信息；开始加工时，扫描振镜转动到第一固定工作位置，同时调入第一组切片信息的第一层切片信息进行加工；然后，再转动到第二固定工作位置，调入第二组切片信息的第一层切片信息进行加工；如此依次，转到第三固定工作位置、第四固定工作位置，相应调入第三组切片信息的第一层切片信息、第四组切片信息的第一层切片信息进行加工；四个区域的第一层加工完成后，扫描振镜回到第一固定工作位置，开始下一层的加工，如此重复，直到把零件全部加工完成。

优选的，转动式振镜扫描装置四个工作区域X、Y轴方向及坐标系方向各不相同，在顺时针方向上的相邻工作区域其X、Y轴方向及坐标系在顺时针方向上有90度的偏移。

本发明通过转台带动扫描振镜旋转，使得振镜扫描装置在保证加工精度的前提下，工作范围扩大4倍，克服了扫描振镜固定方式形成的工作空间局限，同时还避免了多扫描振镜工作方式带来的系统复杂度和硬件成本增加的问题。

附图说明

图1为本发明转动式振镜扫描装置的立体结构示意图。

图2为本发明转动式振镜扫描装置的加工区域示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明提供的一种转动式振镜扫描装置，包括激光器1、激光传播装置2、3、4、转动装置5、转轴6、转台7和扫描振镜8。

转台7为圆盘状，扫描振镜8安装在转台7上，转轴6的第一端连接到转台7一侧的中心上，转动装置5驱动转轴6旋转，从而使得扫描振镜8随转台7一起转动，改变其工作位置。激光器1发射的激光经过激光传播装置2、3、4及扫描振镜8反射，照射到扫描振镜8下方的工作面上。

转动装置5由蜗杆和蜗轮组成，蜗轮套接在转轴6的外侧，蜗杆由动力源驱动，通过蜗杆的旋转驱动蜗轮，带动转轴6旋转。本实施例中，蜗杆的螺旋升角很小，使得蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动，从而能够保证扫描振镜8定位的稳定性。

激光传播装置包括轴上射镜2、轴下反射镜3、45度反射镜4；转轴6呈中空状，沿其轴向设置有通孔，转轴通孔两端侧分别设置有轴上射镜2、轴下反射镜3，轴上射镜2设置在转轴6的第二端轴向外侧，轴下反射镜3设置在转轴6的第一端端部内侧并安装在转台7的中心上，转轴6的第一端具有让激光出射的开口；45度反射镜4安装在转台7上。激光器1发射的激光首先由轴上射镜2反射，所反射的激光束经过转轴6的通孔，照射到轴下反射镜3，激光束再通过45度反射镜4反射到扫描振镜8，进而照射到工作面上。

如图2所示，本发明的振镜扫描装置通过转台旋转，在360度的圆周范围内均布有四个固定工作位置，四个工作区域拼接可以实现工作面积扩大4倍。本实施例中，扫描振镜单个工作区域范围为250mmX250mm的正方形，四个区域拼接可以打印最大500mmX500mm的大小的零件。如图2所示，本发明中，四个工作区域扫描振镜所在的中心为O1,O2,O3,O4。在打印大零件时，即零件大小超过250mmX250mm的范围，设备软件读入零件STL文件，并通过设备软件把零件分为四个部分并切层；扫描振镜四个工作区域X，Y轴及方向各不相同，在顺时针方向上的相邻工作区域其坐标系在顺时针方向上有90度的偏移，需要按照各自所在的工作区域、振镜中心位置对切层信息进行调整，形成四组切片信息S1，S2，S3，S4。开始加工时，扫描振镜转动到O1位置，同时调入S1的第一层切片信息进行加工；然后，再转动到O2位置，调入S2的第一层切片信息进行加工；如此依次，转到O3，O4位置，再调入S3的第一层，S4的第一层进行加工；四个区域加工完成后，扫描振镜回到O1位置，开始下一层的加工，如此重复，直到把零件全部加工完成。

以上已对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，例如转动装置5可以是动力源的转轴，直接驱动转轴6转动，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种转动式振镜扫描装置，其特征在于：包括激光器、转动装置、转轴、转台和扫描振镜，扫描振镜安装在转台上，转轴的第一端连接到在转台一侧上，转动装置驱动转轴旋转，从而使得扫描振镜随转台一起转动，改变其工作位置，激光器发射的激光由扫描振镜反射照射到扫描振镜下方的工作面上。

2.如权利要求1所述的转动式振镜扫描装置，其特征在于：转动装置由蜗杆和蜗轮组成，蜗轮套接在转轴的外侧，蜗杆由动力源驱动，通过蜗杆的旋转驱动蜗轮，带动转轴旋转。

3.如权利要求2所述的转动式振镜扫描装置，其特征在于：蜗杆的螺旋升角很小，使得蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。

4.如权利要求1所述的转动式振镜扫描装置，其特征在于：转台为圆盘状，转轴的第一端连接到转台一侧的中心上。

5.如权利要求1-4之一所述的转动式振镜扫描装置，其特征在于：转轴呈中空状，沿其轴向设置有通孔，激光传播装置包括轴上射镜、轴下反射镜、45度反射镜，其中，轴上射镜和轴下反射镜分别设置在转轴通孔两端侧，45度反射镜安装在转台上，

激光器发射的激光首先由轴上射镜反射，所反射的激光束经过转轴通孔，照射到轴下反射镜，激光束再通过45度反射镜反射到扫描振镜，进而照射到工作面上。

6.如权利要求5所述的转动式振镜扫描装置，其特征在于：轴上射镜设置在转轴的第二端轴向外侧，轴下反射镜设置在转轴的第一端端部内侧并安装在转台上，转轴的第一端侧壁上具有让激光出射的开口。

7.如权利要求6所述的转动式振镜扫描装置，其特征在于：转台为圆盘状，转轴的第一端连接到在转台一侧的中心位置，相应的，轴下反射镜安装在转台的中心位置。

8.如权利要求1-7之一所述的转动式振镜扫描装置的应用方法，其特征在于：

通过转台旋转，转动式振镜扫描装置在360度的圆周范围内均布有四个固定工作位置，形成四个工作区域，转动式振镜扫描装置的四个固定工作位置分别在各自工作区域的中心，进行零件加工。

9.如权利要求8所述的应用方法，其特征在于：

在打印大零件时，设备软件读入零件文件，将零件分为四个部分并切层；

按照工作区域、扫描振镜中心位置对切层信息进行调整，形成四组切片信息；

开始加工时，扫描振镜转动到第一固定工作位置，同时调入第一组切片信息的第一层切片信息进行加工；然后，再转动到第二固定工作位置，调入第二组切片信息的第一层切片信息进行加工；如此依次，转到第三固定工作位置、第四固定工作位置，相应调入第三组切片信息的第一层切片信息、第四组切片信息的第一层切片信息进行加工；四个区域的第一层加工完成后，扫描振镜回到第一固定工作位置，开始下一层的加工，如此重复，直到把零件全部加工完成。

10.如权利要求8或9所述的应用方法，其特征在于：转动式振镜扫描装置四个工作区域X、Y轴方向及坐标系方向各不相同，在顺时针方向上的相邻工作区域其X、Y轴方向及坐标系在顺时针方向上有90度的偏移。