CN210649013U - 三维振镜扫描系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三维振镜扫描系统，包括激光发射器、聚焦镜系统、X轴扫描头以及Y轴扫描头，激光发射器发射光束，光束通过聚焦镜系统，经X轴扫描头、Y轴扫描头到达焦点工作平面，所述聚焦镜系统包括扩束镜以及聚焦镜片组，光束经所述扩束镜扩束后被聚焦镜片组聚焦，所述扩束镜相对聚焦镜片组可移动以调节焦点在Z轴的位置。本实用新型提供的三维振镜扫描系统，体积小、制作成本低廉。

Description

三维振镜扫描系统

技术领域

本实用新型涉及光学三维扫描技术领域，具体地说，涉及一种三维振镜扫描系统。

背景技术

扫描振镜控制系统具有输出力矩大，转动惯量小、速度快、精度高以及运行稳定等特点，被广泛用于打标、雕刻、钻孔、切割、焊接、快速加工等应用领域。振镜式激光扫描系统的工作原理是将激光器输出的光束经扩束镜放大准直后依次经过x轴扫描振镜、y轴扫描振镜和扫描聚焦镜会聚到工件表面上，通过控制x轴、y轴扫描振镜的转动来控制激光光束在材料表面的x方向和y方向上移动距离和位置，对工件表面行加工。由于这种振镜式激光扫描系统的xy两轴扫描振镜和扫描聚焦镜之间距离是固定一体，因而只能用于xy平面二维加工。

有方案公开一种光纤激光动态聚焦振镜扫描式点焊系统，包括依次光路连接的光纤激光器、扩束镜、动态聚焦单元、X轴振镜片、Y轴振镜片，动态聚焦单元由移动负透镜和聚焦镜组成，移动负透镜安装在Z轴数字伺服电机的转轴上，该光纤激光动态聚焦振镜扫描式点焊系统可通过Z轴数字伺服电机驱使移动负透镜在Z轴方向移动，光路路径过长，体积较大，且制造成本和制造难度较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种体积小且成本低廉三维振镜扫描系统。

本实用新型公开的三维振镜扫描系统所采用的技术方案是:

一种三维振镜扫描系统，包括激光发射器、聚焦镜系统、X轴扫描头以及Y轴扫描头，激光发射器发射光束，光束通过聚焦镜系统，经X轴扫描头、Y轴扫描头到达焦点工作平面，所述聚焦镜系统包括扩束镜以及聚焦镜片组，光束经所述扩束镜扩束后被聚焦镜片组聚焦，所述扩束镜相对聚焦镜片组可移动以调节焦点在Z轴的位置。

作为优选方案，所述扩束镜设于移动组件，所述移动组件包括驱动电机、第一连杆、第二连杆、用于安放扩束镜的滑座以及滑轨；所述第一连杆设于驱动电机的转轴，所述第二连杆一端活动连接第一连杆，另一端活动连接滑座，所述驱动电机通过第一连杆与第二连杆驱动滑座沿滑轨往返移动。

作为优选方案，所述第二连杆的两端分别通过销钉活动连接第一连杆与滑座，两个所述销钉之间设有拉力件，所述拉力件用于提供使两销钉相互靠近的力。

作为优选方案，所述拉力件为拉力弹簧。

作为优选方案，两个所述销钉的一端均开设有螺纹，该销钉分别通过螺纹紧固在第一连杆以及滑座上。

作为优选方案，所述聚焦镜系统可拆卸。

作为优选方案，所述X轴扫描头包括X轴伺服电机以及设于X轴伺服电机的转轴上的振镜X，所述Y轴扫描头包括Y轴伺服电机以及设于Y轴伺服电机的转轴上的振镜Y。

作为优选方案，所述振镜X与振镜Y的镜面中心位于扩束镜与聚焦镜片组的光束轴心线上。

作为优选方案，所述Y轴扫描头的出光侧设有场镜。

作为优选方案，所述扩束镜的一入光面靠近中心位置为凹面，所述扩束镜的出光面为平面；所述聚焦镜片组包括分离的聚焦镜片一和聚焦镜片二，所述聚焦镜片一靠近Y轴扫描头设置，所述聚焦镜片一的入光面为凸面，所述聚焦镜片一的出光面为平面，所述聚焦镜片二靠近聚焦镜片一的出光面设置，所述聚焦镜片二的入光面为平面，所述聚焦镜片二的出光面为凸面。

本实用新型公开的三维振镜扫描系统的有益效果是：激光发射器发射光束，光束经所述扩束镜扩束后被聚焦镜片组聚焦，扩束镜相对聚焦镜片组可移动以调节焦点位置，进而实现三维立体加工。由于该三维加工过程是通过移动扩束镜改变焦点的位置实现，体积较小，结构相对简单，同时制作成本低廉。

驱动电机转动，带动第一连杆转动，转动的第一连杆拉动第二连杆，进而使得安放有扩束镜的滑座沿滑轨移动，该滑座的行程末端和行程始端被由第一连杆与第二连杆的长度限制，可有效保证光束经扩束后依然限制在X轴扫描头、Y轴扫描头以及聚焦镜片组上，整体结构简单，调节方便可靠。

附图说明

图1是本实用新型三维振镜扫描系统的光路示意图。

图2是本实用新型三维振镜扫描系统的结构示意图。

图3是本实用新型三维振镜扫描系统的移动组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本实用新型做进一步阐述和说明:

请参考图1、图2和图3，一种三维振镜扫描系统，包括激光发射器10、聚焦镜系统20、X轴扫描头30、Y轴扫描头40以及场镜50。

激光发射器10发射光束，光束通过聚焦镜系统20，经X轴扫描头30、Y轴扫描头40、场镜50到达焦点工作平面。其中，光束可选用波长为1064nm、355nm、532nm、9.3um、10.6um的任一种激光。

聚焦镜系统20包括扩束镜21以及聚焦镜片组22，光束经扩束镜21扩束后被聚焦镜片组22聚焦，其中，扩束镜21相对聚焦镜片组22可移动以调节焦点在Z轴的位置，因此可以实现三维加工。

该扩束镜21设于移动组件50，移动组件50用于移动扩束镜21，移动组件50包括驱动电机51、第一连杆52、第二连杆53、用于安放扩束镜21的滑座54以及滑轨55。其中，驱动电机51与滑轨55设于一支撑座，该支撑座上开设有与滑轨55对应的条形槽，滑轨55紧固在该条形槽中。滑座54底部开设一与滑轨55对应的通槽，滑座54通过该通槽与滑轨55连接。为了提高精度、降低摩擦，可选用高精密的滑座54和滑轨55。

第一连杆52固定于驱动电机51的转轴，并跟随驱动电机51的转轴转动，第二连杆53一端活动连接第一连杆52，另一端活动连接滑座54，驱动电机51通过第一连杆52与第二连杆53驱动滑座54沿滑轨55往返移动，

实施过程：驱动电机51转动，带动第一连杆52跟随转动一预设角度，进而拉动第二连杆53，同时与第二连杆53连接的滑座54也被拉动并沿滑轨55移动。

具体的，第二连杆53的两端分别通过销钉56活动连接第一连杆52与滑座54，两个销钉56之间设有拉力件57，拉力件57用于提供使两销钉56相互靠近的力，以消除间隙与误差。该拉力件57优选为拉力弹簧，拉力弹簧两端的挂钩分别挂设在两销钉56上。

两个销钉56的一端均开设有螺纹，该销钉分别通过螺纹紧固在第一连杆52以及滑座54上。该销钉56另一端设有轴承，该轴承用于降低销钉56与第二连杆53之间的摩擦。

聚焦镜系统20可拆卸，方便与市面上不同的X轴扫面头与Y轴扫描头40搭配使用。

X轴扫描头30包括X轴伺服电机以及设于X轴伺服电机的转轴上的振镜X，Y轴扫描头40包括Y轴伺服电机以及设于Y轴伺服电机的转轴上的振镜Y。较佳的，该X轴伺服电机、Y轴伺服电机以及驱动电机51采用相同类型的电机，方便控制。

振镜X与振镜Y的镜面中心位于扩束镜21与聚焦镜片组22的光束轴心线上，方便安装与拆卸。

扩束镜21的一入光面靠近中心位置为凹面，扩束镜21的出光面为平面。

聚焦镜片组22包括分离的聚焦镜片一221和聚焦镜片二222。聚焦镜片一221靠近Y轴扫描头40设置，聚焦镜片一221的入光面为凸面，聚焦镜片一221的出光面为平面。聚焦镜片二222靠近聚焦镜片一221的出光面设置，聚焦镜片二222的入光面为平面，聚焦镜片二222的出光面为凸面。针对不同波长的激光，扩束镜、聚焦镜片一、聚焦镜片二所镀的膜以及镜片的曲率根据计算做相应的调整。

该三维振镜扫描系统均采用密封条进行密封处理，防止粉尘进入光路中，造成激光功率损耗。该三维振镜扫描系统可进行模块化安装，操作简单，无需调节光路。

本实用新型公开的三维振镜扫描系统，激光发射器10发射光束，光束经扩束镜21扩束后被聚焦镜片组22聚焦，扩束镜21相对聚焦镜片组22可移动以调节焦点位置，进而实现三维立体加工。由于该三维加工过程是通过移动扩束镜21改变焦点的位置实现，体积较小，结构相对简单，同时成本低廉。

驱动电机51转动，带动第一连杆52转动，转动的第一连杆52拉动第二连杆53，进而使得安放有扩束镜21的滑座54沿滑轨55移动，该滑座54的行程末端和行程始端被由第一连杆52与第二连杆53的长度限制，可有效保证光束经扩束后依然限制在X轴扫描头30、Y轴扫描头40以及聚焦镜片组22上，整体结构简单，调节方便可靠。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种三维振镜扫描系统，包括激光发射器、聚焦镜系统、X轴扫描头以及Y轴扫描头，激光发射器发射光束，光束通过聚焦镜系统，经X轴扫描头、Y轴扫描头到达焦点工作平面，其特征在于，所述聚焦镜系统包括扩束镜以及聚焦镜片组，光束经所述扩束镜扩束后被聚焦镜片组聚焦，所述扩束镜相对聚焦镜片组可移动以调节焦点在Z轴的位置。

2.如权利要求1所述的三维振镜扫描系统，其特征在于，所述扩束镜设于移动组件，所述移动组件包括驱动电机、第一连杆、第二连杆、用于安放扩束镜的滑座以及滑轨；

所述第一连杆设于驱动电机的转轴，所述第二连杆一端活动连接第一连杆，另一端活动连接滑座，所述驱动电机通过第一连杆与第二连杆驱动滑座沿滑轨往返移动。

3.如权利要求2所述的三维振镜扫描系统，其特征在于，所述第二连杆的两端分别通过销钉活动连接第一连杆与滑座，两个所述销钉之间设有拉力件，所述拉力件用于提供使两销钉相互靠近的力。

4.如权利要求3所述的三维振镜扫描系统，其特征在于，所述拉力件为拉力弹簧。

5.如权利要求3所述的三维振镜扫描系统，其特征在于，两个所述销钉的一端均开设有螺纹，该销钉分别通过螺纹紧固在第一连杆以及滑座上。

6.如权利要求1-5任一项所述的三维振镜扫描系统，其特征在于，所述聚焦镜系统可拆卸。

7.如权利要求6所述的三维振镜扫描系统，其特征在于，所述X轴扫描头包括X轴伺服电机以及设于X轴伺服电机的转轴上的振镜X，所述Y轴扫描头包括Y轴伺服电机以及设于Y轴伺服电机的转轴上的振镜Y。

8.如权利要求7所述的三维振镜扫描系统，其特征在于，所述振镜X与振镜Y的镜面中心位于扩束镜与聚焦镜片组的光束轴心线上。

9.如权利要求6所述的三维振镜扫描系统，其特征在于，所述Y轴扫描头的出光侧设有场镜。

10.如权利要求6所述的三维振镜扫描系统，其特征在于，所述扩束镜的一入光面靠近中心位置为凹面，所述扩束镜的出光面为平面；

所述聚焦镜片组包括分离的聚焦镜片一和聚焦镜片二，所述聚焦镜片一靠近Y轴扫描头设置，所述聚焦镜片一的入光面为凸面，所述聚焦镜片一的出光面为平面，所述聚焦镜片二靠近聚焦镜片一的出光面设置，所述聚焦镜片二的入光面为平面，所述聚焦镜片二的出光面为凸面。

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