CN114460560A - 一种贴片式多面转镜扫描系统及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贴片式多面转镜扫描系统及制作方法，扫描系统包括底座，底座的侧面设置有多个定位平面，定位平面上设置有反射镜，特点是反射镜焊接固定在定位平面上，优点在于针对贴片式多面转镜扫描系统使用过程中的存在的面型差、角度精度不高、高温高转速下可靠性低的问题，使用焊接的方式将多个反射镜同时焊接固定在底座上，不仅生产难度降低，还可以保证角度精度和良好的面型，提高系统的可靠性，使系统能在高温、高转速环境下稳定工作，可以实现大规模生产。

Description

一种贴片式多面转镜扫描系统及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种光学扫描系统，尤其是涉及一种贴片式多面转镜扫描系统及其制作方法。

背景技术

在激光打印和激光雷达等领域中，多面反射镜扫描系统是一个核心的光学系统。通过电机转动的带动，多面反射镜能够反射激光光源发射出来的光线，将光线扫描到后续的扩束系统，进而打到被测物体表面。光线在被测物体上产生的一部分漫反射光线，原路返回被探测器接收，利用光线传播的时间与光速乘积的一半计算出被测物体的距离。

当前多面反射镜扫描系统主流方案有4种，分别是金属多面体一体式方案、塑料多面体镀膜方案、棱镜多面体镀膜方案和多面体底座组装反射镜方案。各种方案的优劣点参考下表：

鉴于以上，在满足批量生产需求下，使用多面体底座组装反射镜。

目前该方案大多使用附图1所示的反射镜与底座之间粘胶的方案。如CN207037075U公开了一种用于激光扫描测距的转镜装置，其转镜整体和电机进行胶黏固定，反射镜粘贴在45°转镜载体上，该转镜装置结构稳定，装配简便，能够达到较高动平衡等级，实现了码盘的精确定位和扫描时角度的精确输出；但是反光镜粘贴在载体上后，因为胶水固化过程中的收缩产生的应力容易导致面型变差(PV值，反射镜表面上最高最低点之差)，PV值一般超过3微米，无法满足高精度扫描系统不超过1微米的要求，同时，反射镜在高温高湿与高转速环境下，有极大的风险从底座脱离，使系统失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种反射镜在高温高湿与高转速环境下不会从底座脱离，能够满足高精度扫描系统中反射镜表面上最高最低点之差不超过1微米的要求的贴片式多面转镜扫描系统及其制作方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种贴片式多面转镜扫描系统，包括底座，所述的底座的侧面设置有多个定位平面，所述的定位平面上设置有反射镜，所述的反射镜焊接固定在所述的定位平面上。

所述的反射镜的背面设置有金属薄膜，所述的定位平面上设置有金属表面，所述的金属薄膜与所述的金属表面焊接固定。

所述的金属薄膜成分可以为Cr、Ni、Au、Pt、Cu等中的一种或多种，总厚度为300-2000纳米。

所述的反射镜的正面设置有光学反射膜，所述的光学反射膜在波长905nm和1550nm处的反射率为95％以上。

所述的反射镜的两侧端面设置有消光涂层。

所述的消光涂层粗糙度小于等于2微米，达因值大于等于28。

所述的底座的材料为金属，所述的底座表面设置有镀层。

上述的一种贴片式多面转镜扫描系统的制作方法，具体过程如下：

加工一个底座，在所述的底座的侧面设置多个定位平面，加工与定位平面数量相等的反射镜，在定位平面上设置金属表面，通过镀膜的方法在反射镜的背面设置金属薄膜，然后将反射镜设置在定位平面上，并在反射镜背面与定位平面之间预置焊片，借助一个工装组件将所有的反射镜和焊片固定的定位平面上，将整个工装组件送入钎焊炉中对所有定位平面进行同步加热焊接后得到贴片式多面转镜扫描系统，焊片的材质为金锡合金或铟锡合金或银铜合金或锡银铜合金，加热焊接的温度根据焊片材质的不同选择100℃至720℃，加热焊接的时间为30-90分钟。

与现有技术相比，本发明的优点在于针对贴片式多面转镜扫描系统使用过程中的存在的面型差、角度精度不高、高温高转速下可靠性低的问题，通过在反射镜的背面单独设置金属薄膜，底座本身可以实现高精度制造，再利用特定的工装组件将底座与镜片进行定位贴合，使用焊接的方式将多个反射镜同时焊接固定在底座上，不仅生产难度降低，还可以保证角度精度和良好的面型，提高系统的可靠性，使系统能在高温、高转速环境下稳定工作，可以实现大规模生产。

附图说明

图1为本发明的贴片式多面转镜扫描系统与工装组件配合时的立体分解结构示意图；

图2为本发明方法使用的工装组件的调整座的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的贴片式多面转镜扫描系统包括底座、反射镜、焊片以及辅助焊接的特殊工装。

图1中，序号1是底座，包含定位平面101，定位孔102和安装孔103。其中，101定位平面101通常粗糙度不超过2微米，达因值不小于28；定位孔102用于焊接时用定位杆408与焊接工装上的定位孔402进行定位。安装孔103在焊接时用于和定位柱404间隙配合，用于限位；安装孔103在焊接后用于和电机轴(图未显示)配合，用以带动底座1旋转。底座1的材料为金属，包括但不限于铝、铜、不锈钢等，考虑到轻便性，优选铝；表面有镀层，镀层方式可以是电镀或化学镀，成分可以为Cr、Ni、Au、Pt、Cu中的一种或多种，考虑到性价比，优选电镀Ni，厚度在500-1000nm；底座1有多个定位平面101，相邻定位平面之间的角度相等时为正多面体，相邻定位平面之间的角度不同时，为异形多面体。

图1中，序号2是焊片，其中焊片2的材质包括但不限于金锡合金、铟锡合金、银铜合金、锡银铜合金等，工艺温度根据焊片材质不同在100℃至720℃之间，工艺时间在30-90分钟之间，可以根据工艺需要进行选择。

图1中，序号3是反射镜，包含反射平面301，消杂光的侧面302和背面303。其中，反射平面301有镀膜，针对特定波长的光源(比如905nm、1550nm波长光源)的反射率达可以达到95％以上；消杂光的侧面302设置有消光涂层，通常粗糙度不超过2微米，达因值不小于28，对380nm～1600nm波段，反射率可以≤2％；背面303上均匀镀有金属薄膜，成分可以为Cr、Ni、Au、Pt、Cu等中的一种或多种，总厚度为300-2000纳米，考虑到性价比，优选镀Cr、Ni，厚度在500-1000nm。反射镜的材料不限于玻璃、铝板，也可以为任意可以能耐受焊接温度的材质；反射镜的形状不限于实施例图中的示意，可以为圆角矩形、梯形、中间开槽形状等。

如图2所示，序号4是焊接用的工装组件的调整座，包含反射镜承靠面401、定位孔402、底座定位面403、定位柱404、调整孔405、锁紧螺钉406、压片407、定位杆408、弹性顶头409和调整螺钉410。其中，反射镜承靠面401用于焊接时的初步承靠定位，定位孔402用于使用定位杠408和定位孔102对应定位，底座定位面403用于使用锁紧螺钉406、压片407将底座1紧配合在底座定位面403上，弹性顶头409穿过调整孔405与反射平面301接触，通过调整螺钉410调整弹性顶头409与反射平面301的压力，以实现焊接角度的精准控制。

焊接时，先通过压片407、锁紧螺钉406和定位杆408将底座1固定在工装组件的调整座4中，在反射镜承靠面401与定位平面101之间，先装入焊片2再装入反射镜3，使焊片2处于背面303与定位平面101之间，并通过调整螺钉410和弹性顶头409调整反射镜3的角度；重复以上动作，直到所有待焊接的定位平面101安装完成，再将整个工装组件送入钎焊炉中对所有面进行同步焊接。

本发明的焊接方案与传统胶水方案的环测对比情况如下表：

该贴片式多面转镜扫描系统应用于激光打印、激光雷达等领域时，电机转动后，带动底座转动，通过反射镜反射激光光源发射出来的光线，将光线扫描到后续的扩束系统，进而打到被测物体表面，光线在被测物体上产生的一部分漫反射光线，原路返回被探测器接收，利用光线传播的时间与光速乘积的一半计算出被测物体的距离。

Claims (8)

1.一种贴片式多面转镜扫描系统，包括底座，所述的底座的侧面设置有多个定位平面，所述的定位平面上设置有反射镜，其特征在于所述的反射镜焊接固定在所述的定位平面上。

2.如权利要求1所述的一种贴片式多面转镜扫描系统，其特征在于所述的反射镜的背面设置有金属薄膜，所述的定位平面上设置有金属表面，所述的金属薄膜与所述的金属表面焊接固定。

3.如权利要求2所述的一种贴片式多面转镜扫描系统，其特征在于所述的金属薄膜成分可以为Cr、Ni、Au、Pt、Cu等中的一种或多种，总厚度为300-2000纳米。

4.如权利要求1所述的一种贴片式多面转镜扫描系统，其特征在于所述的反射镜正面设置有光学反射膜，所述的光学反射膜在波长905nm和1550nm处的反射率为95％以上。

5.如权利要求1所述的一种贴片式多面转镜扫描系统，其特征在于所述的反射镜的两侧端面设置有消光涂层。

6.如权利要求5所述的一种贴片式多面转镜扫描系统，其特征在于所述的消光涂层粗糙度小于等于2微米，达因值大于等于28。

7.如权利要求1所述的一种贴片式多面转镜扫描系统，其特征在于所述的底座的材料为金属，所述的底座表面设置有镀层。

8.一种贴片式多面转镜扫描系统的制作方法，其特征在于具体过程如下：

加工一个底座，在所述的底座的侧面设置多个定位平面，加工与定位平面数量相等的反射镜，在定位平面上设置金属表面，通过镀膜的方法在反射镜的背面设置金属薄膜，然后将反射镜设置在定位平面上，并在反射镜背面与定位平面之间预置焊片，借助一个工装组件将所有的反射镜和焊片固定的定位平面上，将整个工装组件送入钎焊炉中对所有定位平面进行同步加热焊接后得到贴片式多面转镜扫描系统，焊片的材质为金锡合金或铟锡合金或银铜合金或锡银铜合金，加热焊接的温度根据焊片材质的不同选择100℃至720℃，加热焊接的时间为30-90分钟。

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