CN106584848A - 用于制造三维物体的设备及其激光校准装置 - Google Patents

用于制造三维物体的设备及其激光校准装置 Download PDF

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Abstract

一种用于制造三维物体的设置及其激光校准装置，其中激光校准装置设置在激光器和振镜系统之间，包括激光检测单元、控制单元、反射镜和支架，反射镜安装在支架上且可在支架上进行运动，当控制单元接收到激光校准开始指令时，将反射镜运动到第一预设位置，以使激光器发出的激光经过反射镜的反射下入射激光检测单元，控制单元根据激光检测单元的检测数据以及给定的输出功率进行激光功率校准，使得本发明的激光检测单元可位于成型腔体外的光路系统中，从而避免了现有技术位于成型腔体内的激光检测单元易受成型腔体高温以及加工所产生的粉尘等其他因素而影响检测数据准确性的弊端，而且，本发明提高了激光校准精度。

Description

用于制造三维物体的设备及其激光校准装置
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种用于制造三维物体的设备及其激光校准装置。
背景技术
增材制造技术（Additive Manufacturing，简称AM）是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，由于其不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，因此应用范围非常广。
增材制造技术主要采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描来完成原型制造，因此，激光功率的稳定性是影响增材制造成型质量的关键因素之一。目前，虽然出现过校正激光功率的技术，但激光检测单元设置在成型腔体内，而成型腔体内的高温以及加工所产生的粉尘等其他因素容易造成激光检测单元检测数据带来的误差，从而影响了校准精度；同时激光通过振镜系统后射入扫描区域外的激光检测单元上，由于激光穿过振镜系统带来的功率衰减可能进一步影响激光的校准精度。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种校准精度高的用于制造三维物体的设备及其激光校准装置。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于制造三维物体的激光校准装置，其设置在激光器和振镜系统之间，包括激光检测单元、控制单元、反射镜和支架，所述反射镜安装在支架上且可在支架上进行运动，当控制单元接收到激光校准开始指令时，将反射镜运动到第一预设位置，以使激光器发出的激光经过反射镜的反射下入射激光检测单元，控制单元根据激光检测单元的检测数据以及给定的输出功率进行激光功率校准。
作为本发明的进一步优选方案，当控制单元接收到激光校准完成指令时，将反射镜运动到第二预设位置，以使激光器发出的激光直接入射振镜系统的入光口。
作为本发明的进一步优选方案，所述装置还包括第一限位开关、第二限位开关，以及用于驱动反射镜运动的驱动机构，所述第一限位开关、第二限位开关设置在支架上，控制单元控制驱动机构驱动反射镜运动，当反射镜到达第一预设位置时，第一限位开关触发，控制单元接收到第一限位开关的触发信号时，通过驱动机构控制反射镜停止运动；当控制单元接收到激光校准完成指令时，控制单元控制驱动机构驱动反射镜运动，当反射镜到达第二预设位置时，第二限位开关触发，控制单元接收到第二限位开关的触发信号时，通过驱动机构控制反射镜停止运动。
作为本发明的进一步优选方案，所述反射镜通过转轴设置在支架上。
作为本发明的进一步优选方案，所述第一预设位置、转轴形成第一线段，所述第二预设位置、转轴形成第二线段，第一线段和第二线段的夹角小于180度，控制单元通过驱动机构驱动反射镜在到达第一预设位置和/或第二预设位置后，且在接收到运动指令时，采用反向运动进行下一次运动。
作为本发明的进一步优选方案，激光器发出的激光入射至振镜系统的入光口形成光路，所述激光检测单元和支架分别设置在光路两侧，或者所述激光检测单元和支架均设置在光路一侧。
本发明还提供了一种用于制造三维物体的设备，包括激光器、振镜系统以及上述任一项所述的用于制造三维物体的激光校准装置。
作为本发明的进一步优选方案，还包括第一反射装置、第二反射装置、第一安装支架和第二安装支架，所述第一反射装置安装在第一安装支架上且第一反射装置的镜面相对于水平面倾斜设置并形成第一夹角，所述第二反射装置安装在第二安装支架上且第二反射装置的镜面相对于水平面倾斜设置并形成第二夹角，第一夹角与第二夹角的和为180度，以使激光器发射出的激光依次经过第一反射装置镜面中心、第二反射装置镜面中心的反射下射入振镜系统的入光口。
作为本发明的进一步优选方案，所述第一反射装置通过两个调节螺杆以及两个与调节螺杆相匹配的调节螺母可调节地安装在第一安装支架上，且两个调节螺杆、两个调节螺母分别位于第一反射装置的对角位置；所述第二反射装置与第一反射装置具有相同结构。
本发明的用于制造三维物体的激光校准装置，其设置在激光器和振镜系统之间，通过包括激光检测单元、控制单元、反射镜和支架，所述反射镜安装在支架上且可在支架上进行运动，当控制单元接收到激光校准开始指令时，将反射镜运动到第一预设位置，以使激光器发出的激光经过反射镜的反射下入射激光检测单元，控制单元根据激光检测单元的检测数据以及给定的输出功率进行激光功率校准，使得本发明的激光检测单元可位于成型腔体外的光路系统中，从而避免了现有技术位于成型腔体内的激光检测单元易受成型腔体高温以及加工所产生的粉尘等其他因素而影响检测数据准确性的弊端，而且，本发明的激光检测单元检测的激光是入射振镜系统之前的激光，从而避免了振镜系统带来的功率衰减可能进一步影响激光的校准精度的弊端，因此，本发明提高了激光校准精度。
本发明的用于制造三维物体的激光校准装置，通过包括上述任一项的激光校准装置，使得本发明的激光检测单元可位于成型腔体外的光路系统中，从而避免了现有技术位于成型腔体内的激光检测单元易受成型腔体高温以及加工所产生的粉尘等其他因素而影响检测数据准确性的弊端，而且，本发明的激光检测单元检测的激光是入射振镜系统之前的激光，从而避免了振镜系统带来的功率衰减可能进一步影响激光的校准精度的弊端，因此，本发明提高了激光校准精度。
附图说明
图1为本发明用于制造三维物体的设备提供的一实施例的结构示意图；
图2为本发明用于制造三维物体的激光校准装置提供的一实施例的结构示意图；
图3为图1中第一反射装置和第一安装支架的装配连接图；
图4为第一反射装置、第二反射装置与水平面的夹角示意图。
图中部件标记如下：
1、激光校准装置，11、激光检测单元，12、反射镜，13、支架，14、第一限位开关，15、第二限位开关，2、激光器，3、振镜系统，4、第一反射装置，5、第二反射装置，6、第一安装支架，7、第二安装支架，8、调节螺母，9、调节螺杆。
具体实施方式
为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下将结合说明书附图和具体实施例做进一步详细说明。
如图1、图2所示，用于制造三维物体的激光校准装置，其设置在激光器2和振镜系统3之间，包括激光检测单元11、控制单元、反射镜12和支架13，所述反射镜12安装在支架13上且可在支架13上进行运动，当控制单元接收到激光校准开始指令时，将反射镜12运动到第一预设位置，以使激光器2发出的激光经过反射镜12的反射下入射激光检测单元11，控制单元根据激光检测单元11的检测数据以及给定的输出功率进行激光功率校准。在此需说明的是，激光功率具体校准方法可采用现有技术的方法进行校准，因此在此不做一一介绍，例如，当通过激光检测单元11检测的数据小于给定的输出功率，则增大激光器2的输出功率；而当通过激光检测单元11检测的数据大于给定的输出功率，则减小激光器2的输出功率。
在此需说明的是，上述第一预设位置可由设计人员根据实验获得具体位置，也就是必须使得反射镜12位于该位置时，反射镜12正好挡住并反射了激光器2发出的激光，此时便可实现激光校准，例如可在设备处于铺粉的过程中完成该校准工作。
而当控制单元接收到激光校准完成指令时，将反射镜12运动到第二预设位置，以使激光器2发出的激光直接入射振镜系统3的入光口。此处的第二预设位置也可根据实验获得具体位置，也就是说只要反射镜12完全没有挡住并反射激光器2发出的激光，以使激光入射振镜系统3进行烧结，具体实施中，第二预设位置可为支架13上距离第一预设位置一定距离的任意某处位置。
如图2所示，所述装置还包括第一限位开关14、第二限位开关15，以及用于驱动反射镜12运动的驱动机构，所述第一限位开关14、第二限位开关15设置在支架13上，控制单元控制驱动机构驱动反射镜12运动，当反射镜12到达第一预设位置时，第一限位开关14触发，控制单元接收到第一限位开关14的触发信号时，通过驱动机构控制反射镜12停止运动；当控制单元接收到激光校准完成指令时，控制单元控制驱动机构驱动反射镜12运动，当反射镜12到达第二预设位置时，第二限位开关15触发，控制单元接收到第二限位开关15的触发信号时，通过驱动机构控制反射镜12停止运动。
具体实施中，所述反射镜12通过转轴设置在支架13上。由上可知，第二预设位置的位置选择更自由，因此，第二预设位置优选靠近第一预设位置，因此，进一步优选地，所述第一预设位置、转轴形成第一线段，所述第二预设位置、转轴形成第二线段，第一线段和第二线段的夹角小于180度，控制单元通过驱动机构驱动反射镜12在到达第一预设位置和/或第二预设位置后，且在接收到运动指令时，采用反向运动进行下一次运动。
可以理解的是，上述“在接收到运动指令时，采用反向运动进行下一次运动”具体是指，当反射镜12按照控制单元指令运行并停止在第一预设位置进行激光校准，而当激光校准完毕后，控制单元发送运动到第二预设位置指令，此时反射镜12便会在驱动机构的驱动下运动到第二预设位置；同理，当反射镜12按照控制单元指令运行并停止在第二预设位置，而当需要进行激光校准时，控制单元发送运动到第一预设位置指令，此时反射镜12便会在驱动机构的驱动下运动到第一预设位置，以进行激光校准，也就是说，反射镜12在第一预设位置和第二预设位置之间进行往返运动。这样不仅可以缩短反射镜12的运动行程，提高工作效率，而且，由于反射镜12不需要旋转360角度，这样也可以减小支架13的高度，从而减小整个装置的占据空间。当然，在具体实施中，第一线段和第二线段的夹角还可以为其它角度，例如大于180度，此时为了提高工作效率，反射镜12优选进行360度旋转，但同时需要更高的支架13，带来占据空间较大的弊端。
激光器2发出的激光入射至振镜系统3的入光口形成光路，具体实施中，所述激光检测单元11和支架13分别设置在光路两侧，或者所述激光检测单元11和支架13均设置在光路一侧，其具体设计可根据器件布局综合考虑确定，在此不做任何限定。
如图1所示，本发明还提供了一种用于制造三维物体的设备，该设备包括激光器2、振镜系统3以及上述用于制造三维物体的激光校准装置1。优选地，该设备还包括第一反射装置4、第二反射装置5、第一安装支架6和第二安装支架7，所述第一反射装置4安装在第一安装支架6上且第一反射装置4的镜面相对于水平面倾斜设置并形成第一夹角，所述第二反射装置5安装在第二安装支架7上且第二反射装置5的镜面相对于水平面倾斜设置并形成第二夹角，第一夹角与第二夹角的和为180度（如图4所示），以使激光器2发射出的激光依次经过第一反射装置4镜面中心、第二反射装置5镜面中心的反射下射入振镜系统3的入光口。这样相比于现有技术的光路系统来说，不仅消除了激光器2出口和振镜系统3的入光口的高度差带来的影响，而且，本发明具有安装方便、占据空间小且节约成本的优点。
为了进一步保证激光地传输效果，如图3所示，所述第一反射装置4通过两个调节螺杆9以及两个与调节螺杆9相匹配的调节螺母8可调节地安装在第一安装支架6上，且两个调节螺杆9、两个调节螺母8分别位于第一反射装置4的对角位置；由于第二反射装置5与第一反射装置4具有相同结构，因此图3中仅示出了第一反射装置4和第一安装支架6的装配连接图。
在此需说明的是，本发明的用于制造三维物体的设备可为选择性激光烧结设备、选择性激光熔融设备、光固化成型设备，当然还可以为其它用于三维物体制造的设备，在此不做一一例举。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和修饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于制造三维物体的激光校准装置，其特征在于，激光校准装置设置在激光器和振镜系统之间，包括激光检测单元、控制单元、反射镜和支架，所述反射镜安装在支架上且可在支架上进行运动，当控制单元接收到激光校准开始指令时，将反射镜运动到第一预设位置，以使激光器发出的激光经过反射镜的反射下入射激光检测单元，控制单元根据激光检测单元的检测数据以及给定的输出功率进行激光功率校准。
2.根据权利要求1所述的激光校准装置，其特征在于，当控制单元接收到激光校准完成指令时，将反射镜运动到第二预设位置，以使激光器发出的激光直接入射振镜系统的入光口。
3.根据权利要求2所述的激光校准装置，其特征在于，所述装置还包括第一限位开关、第二限位开关，以及用于驱动反射镜运动的驱动机构，所述第一限位开关、第二限位开关设置在支架上，控制单元控制驱动机构驱动反射镜运动，当反射镜到达第一预设位置时，第一限位开关触发，控制单元接收到第一限位开关的触发信号时，通过驱动机构控制反射镜停止运动；当控制单元接收到激光校准完成指令时，控制单元控制驱动机构驱动反射镜运动，当反射镜到达第二预设位置时，第二限位开关触发，控制单元接收到第二限位开关的触发信号时，通过驱动机构控制反射镜停止运动。
4.根据权利要求2或3所述的激光校准装置，其特征在于，所述反射镜通过转轴设置在支架上。
5.根据权利要求4所述的激光校准装置，其特征在于，所述第一预设位置、转轴形成第一线段，所述第二预设位置、转轴形成第二线段，第一线段和第二线段的夹角小于180度，控制单元通过驱动机构驱动反射镜在到达第一预设位置和/或第二预设位置后，且在接收到运动指令时，采用反向运动进行下一次运动。
6.根据权利要求5所述的激光校准装置，其特征在于，激光器发出的激光入射至振镜系统的入光口形成光路，所述激光检测单元和支架分别设置在光路两侧，或者所述激光检测单元和支架均设置在光路一侧。
7.一种用于制造三维物体的设备，其特征在于，包括激光器、振镜系统以及权利要求1-6任一项所述的用于制造三维物体的激光校准装置。
8.根据权利要求7所述的用于制造三维物体的设备，其特征在于，还包括第一反射装置、第二反射装置、第一安装支架和第二安装支架，所述第一反射装置安装在第一安装支架上且第一反射装置的镜面相对于水平面倾斜设置并形成第一夹角，所述第二反射装置安装在第二安装支架上且第二反射装置的镜面相对于水平面倾斜设置并形成第二夹角，第一夹角与第二夹角的和为180度，以使激光器发射出的激光依次经过第一反射装置镜面中心、第二反射装置镜面中心的反射下射入振镜系统的入光口。
9.根据权利要求8所述的用于制造三维物体的设备，其特征在于，所述第一反射装置通过两个调节螺杆以及两个与调节螺杆相匹配的调节螺母可调节地安装在第一安装支架上，且两个调节螺杆、两个调节螺母分别位于第一反射装置的对角位置；所述第二反射装置与第一反射装置具有相同结构。
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