CN213196098U - 一种扫描振镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种扫描振镜，包括壳体、X轴振镜组件、Y轴振镜组件和反射镜，壳体设有进光孔、出光孔和反射镜腔，进光孔、反射镜腔以及出光孔相连通，至少Y轴振镜组件包括变折射率镜片组件，变折射率镜片组件包括至少包括可变折射率镜片和控制模块，控制模块用于改变可变折射率镜片的通电电流或所处磁场的磁场强度进而控制可变折射率镜片的折射率，激光从进光孔进入经反射镜反射先后经X轴振镜组件和Y轴振镜组件控制激光方向的偏转后通过出光孔离开扫描振镜。本实用新型由于至少Y轴振镜组件采用变折射率镜片组件，动态响应速度快，可以提高激光振镜扫描精度，而且可大幅度降低振镜装置重量，降低振镜固定支架强度需求。

Description

一种扫描振镜

技术领域

本实用新型属于微电子机械技术领域，具体涉及一种扫描振镜。

背景技术

激光振镜是一种由驱动板与高精度摆动电机组成的光学扫描器，广泛应用于激光打标、激光焊接、激光切割、激光3D打印以及激光检测和投影等领域。现有激光振镜在工作中，激光器发出激光，照射至振镜全反射镜片上，通过振镜电机摆动使光束在镜片上发生既定偏转，完成一定范围内指定位置的扫描加工。

现有技术中，振镜电机的精度和动态响应时间很大程度上决定整个振镜系统的工作性能，现有技术中，X轴振镜组件和Y轴振镜组件多采用电机带动镜片偏转实现激光偏转的技术方案，如专利CN 107790892 A公开了一种用于激光机的密闭式扫描振镜装置，其X振镜机构包括X振镜电机、由X振镜电机驱动的X振镜片，Y振镜机构包括Y振镜电机、由Y振镜电机驱动的Y振镜片，即采用的是上述方式，但是该方案的激光振镜的精度只能在有限的水平波动，很难进一步提高。

综上所述，亟需提供一种动态响应速度快，可以提高激光振镜扫描精度的扫描振镜。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种动态响应速度快，可以提高激光振镜扫描精度的扫描振镜。

上述目的是通过如下技术方案实现：一种扫描振镜，包括壳体、X轴振镜组件、Y轴振镜组件和反射镜，所述壳体设有进光孔、出光孔和反射镜腔，所述反射镜设置在所述反射镜腔内，所述进光孔、反射镜腔以及出光孔相连通，所述X轴振镜组件和Y轴振镜组件设置在所述壳体内，至少所述Y轴振镜组件包括变折射率镜片组件，所述变折射率镜片组件包括至少包括可变折射率镜片和控制模块，所述控制模块用于改变所述可变折射率镜片的通电电流或所处磁场的磁场强度进而控制所述可变折射率镜片的折射率，激光从进光孔进入经反射镜反射先后经X轴振镜组件和Y轴振镜组件控制激光方向的偏转后通过出光孔离开所述扫描振镜。

可变折射率镜片的折射率可以随着通电电流(磁场)的变化而变化(线性电光效应)，镜片的折射率与通电电流(磁场强度)成某一关系式，可以根据电流(磁场强度)计算出镜片的折射率。反射镜通过胶水嵌入至预设的反射镜腔内，镜片采用全反性镀膜，反射率95％以上。

应用过程中，激光从进光孔进入经反射镜反射后经X轴振镜组件，激光光路发生前后方向的改变，此后，激光照射至Y轴振镜组件，控制模块通过调整可变折射率镜片的通电电流或所处磁场的磁场强度，控制Y轴可变折射率镜片的折射率大小，从而控制激光左右方向的偏转，经Y轴振镜组件折射后激光通过出光孔离开扫描振镜，进行预设的扫描加工。

本实用新型由于至少Y轴振镜组件采用变折射率镜片组件，通过改变通电电流(磁场)改变可变折射率镜片的折射率，实现激光的偏转，这样动态响应速度快，可以提高激光振镜扫描精度，而且可大幅度降低振镜装置重量，降低振镜固定支架强度需求。

进一步的技术方案是，所述可变折射率镜片由KDP晶体组或铌酸锂制备，所述可变折射率镜片与电源电连，所述控制模块可改变所述可变折射率镜片的通电电流。

进一步的技术方案是，所述可变折射率镜片由磁流体制备，所述扫描振镜设有可变磁场，所述可变折射率镜片设置在所述可变磁场内，所述控制模块可改变所述可变磁场的磁场强度。

进一步的技术方案是，所述折射率镜片组件还包括镜片基底，所述镜片基底覆盖在所述可变折射率镜片上并通过镜片连接件固定。设置镜片基底主要是加强变折射率镜片组件强度，镜片基底为常规高透过率透镜，其折射率为固定值。

进一步的技术方案是，所述控制模块集成在所述镜片连接件中，所述控制模块至少包括变折射传感及驱动控制单元以及数据通信接口。

进一步的技术方案是，所镜片连接件设有凸台，所述凸台设有矩形槽，所述镜片基底和可变折射率镜片嵌入所述矩形槽中。具体操作时，镜片基底和可变折射率镜片嵌入所述矩形槽中并用胶水粘牢，使振镜镜片组件与镜片连接件稳定连接。

进一步的技术方案是，所述X轴振镜组件包括X轴镜片和X轴电机，所述X轴镜片与X轴电机通过第一连接件相连，所述X轴电机可带动所述X轴镜片沿X轴电机的中心轴线进行偏转。

此时，可在扫描振镜右外壳左边设置X轴电机安装孔，X轴振镜组件安装在此处，整体通过电机侧面的螺栓固定电机位置，防止电机整体非正常旋转。一般，所述X轴电机可带动所述X轴镜片沿X轴电机的中心轴线进行±15°偏转。扫描振镜右外壳左下方设置Y轴振镜组件安装孔，此处孔形状不做限制，与Y轴振镜组件结构相关联，Y轴振镜组件安装在此处。

进一步的技术方案是，所述X轴振镜组件也包括变折射率镜片组件。如此设置，激光在反射镜处发生反射，使光束方向改变，照射至X轴振镜组件，由X轴振镜组件的控制模块控制可变折射率镜片的折射率变化，使光束发生指定偏转，照射至Y轴镜振镜组件，再次通过折射偏转，最后从出光孔射出，进行预设扫描加工。

进一步的技术方案是，所述壳体包括左外壳和右外壳，所述左外壳和右外壳的连接处设置有定位结构，所述左外壳和右外壳通过螺栓连接成整体。

进一步的技术方案是，所述右外壳的前后两侧设置有散热槽，所述散热槽内设有散热翅片。散热翅片可以是导热塑料或者热导率高于10W/(m.k)的散热材料，将振镜内腔由于激光照射及电机偏转产生的热量传递到环境中，降低振镜的温度，减少振镜热漂移，扫描加工更加稳定有效。

进一步的技术方案是，所述进光孔和出光孔平行设置。如此，可保证扫描振镜的进出光同向，这样可降低调试难度。

相比于现有技术，本实用新型的优势在于:

1.改变现有技术中X轴振镜组件和Y轴振镜组件均采用电机带动镜片偏转的技术思路，无需使用电机等笨重机构，可大幅度降低振镜装置重量，降低振镜固定支架强度需求。

2.采用变折射率镜片组件，通过改变通电电流(磁场)改变可变折射率镜片的折射率，实现激光的偏转，这样动态响应速度快，可以提高激光振镜扫描精度。

3.扫描振镜的进出光同向，这样可降低调试难度。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型一种实施方式所涉及的扫描振镜的结构示意图；

图2为图1中所涉及的扫描振镜的剖视图；

图3为本实用新型一种实施方式所涉及的变折射率镜片组件的结构示意图；

图4为本实用新型一种实施方式所涉及的变折射率镜片组件的折射过程示意图；

图5为本实用新型另一种实施方式所涉及的扫描振镜的结构示意图；

图6为图5中所涉及的扫描振镜的剖视图。

图中：

1镜片基底 2可变折射率镜片 3镜片连接件 4控制模块

5螺栓 6右外壳 7反射镜 8反射镜腔

9封板 10进光孔 11X轴振镜组件 12Y轴振镜组件

13左外壳 14出光孔 15散热翅片 16第一连接件

17入射光 18出射光 19导线 20第一交界面

21第二交界面 22第三交界面 23X轴镜片 24X轴电机

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

本实用新型实施例如下，参照图1～4，一种扫描振镜，包括壳体、X轴振镜组件11、Y轴振镜组件12和反射镜7，所述壳体设有进光孔10、出光孔14和反射镜腔8，所述反射镜7设置在所述反射镜腔8内，所述进光孔10、反射镜腔8以及出光孔14相连通，所述X轴振镜组件11和Y轴振镜组件12设置在所述壳体内，至少所述Y轴振镜组件12包括变折射率镜片组件，所述变折射率镜片组件包括至少包括可变折射率镜片2和控制模块4，所述控制模块4用于改变所述可变折射率镜片2的通电电流或所处磁场的磁场强度进而控制所述可变折射率镜片2的折射率，激光从进光孔10进入经反射镜7反射先后经X轴振镜组件11和Y轴振镜组件12控制激光方向的偏转后通过出光孔14离开所述扫描振镜。

可变折射率镜片2的折射率可以随着通电电流(磁场)的变化而变化(线性电光效应)，镜片的折射率与通电电流(磁场强度)成某一关系式，可以根据电流(磁场强度)计算出镜片的折射率。反射镜7通过胶水嵌入至预设的反射镜腔8内，镜片采用全反性镀膜，反射率95％以上，反射镜腔8采用封板9密封。

应用过程中，如图4，激光从进光孔10进入经反射镜7反射后经X轴振镜组件11，激光光路发生前后方向的改变，此后，激光照射至Y轴振镜组件12，控制模块4通过调整可变折射率镜片2的通电电流或所处磁场的磁场强度，控制Y轴可变折射率镜片2的折射率大小，从而控制激光左右方向的偏转，经Y轴振镜组件12折射后激光通过出光孔14离开扫描振镜，进行预设的扫描加工。

如图4，折射定律如下：

本实用新型由于至少Y轴振镜组件12采用变折射率镜片组件，通过改变通电电流(磁场)改变可变折射率镜片2的折射率，实现激光的偏转，这样动态响应速度快，可以提高激光振镜扫描精度，而且可大幅度降低振镜装置重量，降低振镜固定支架强度需求。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图4，所述可变折射率镜片2由KDP晶体组或铌酸锂制备，所述可变折射率镜片2与电源电连，所述控制模块4可改变所述可变折射率镜片2的通电电流。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述可变折射率镜片2由磁流体制备，所述扫描振镜设有可变磁场，所述可变折射率镜片2设置在所述可变磁场内，所述控制模块4可改变所述可变磁场的磁场强度。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图3和图4，所述折射率镜片组件还包括镜片基底1，所述镜片基底1覆盖在所述可变折射率镜片2上并通过镜片连接件3固定。设置镜片基底1主要是加强变折射率镜片组件强度，镜片基底1为常规高透过率透镜，其折射率为固定值，具体的工作原理如下，可变折射率镜片2的折射率以可以随着通电电流的变化而变化为例，工作时，通过控制电流大小，改变入射光17折射方向，从而进行扫描工作，激光从空气中入射至变折射率镜片组件，激光入射到镜片基底1时在第一交界面20处发生折射，此后光线进入镜片基底1中，再入射至第二交界面21，即可变折射率镜片2与镜片基底1的交界面，发生进一步折射，折射后进入可变折射率镜片2中，最后在第三交界面22发生折射，出射至空气中，进行扫描加工。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图3，所述控制模块4集成在所述镜片连接件3中，所述控制模块4至少包括变折射传感及驱动控制单元以及数据通信接口。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图3，所镜片连接件3设有凸台，所述凸台设有矩形槽，所述镜片基底1和可变折射率镜片2嵌入所述矩形槽中。具体操作时，镜片基底1和可变折射率镜片2嵌入所述矩形槽中并用胶水粘牢，使振镜镜片组件与镜片连接件3稳定连接。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1和图2，所述X轴振镜组件11包括X轴镜片23和X轴电机24，所述X轴镜片23与X轴电机24通过第一连接件16相连，所述X轴电机24可带动所述X轴镜片23沿X轴电机24的中心轴线进行偏转。

此时，可在扫描振镜右外壳6左边设置X轴电机24安装孔，X轴振镜组件11安装在此处，整体通过电机侧面的螺栓5固定电机位置，防止电机整体非正常旋转。一般，所述X轴电机24可带动所述X轴镜片23沿X轴电机24的中心轴线进行±15°偏转。扫描振镜右外壳6左下方设置Y轴振镜组件12安装孔，此处孔形状不做限制，与Y轴振镜组件12结构相关联，Y轴振镜组件12安装在此处。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图5和图6，所述X轴振镜组件11也包括变折射率镜片组件。如此设置，激光在反射镜7处发生反射，使光束方向改变，照射至X轴振镜组件11，由X轴振镜组件11的控制模块4控制可变折射率镜片2的折射率变化，使光束发生指定偏转，照射至Y轴镜振镜组件，再次通过折射偏转，最后从出光孔14射出，进行预设扫描加工。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图2和图6，所述壳体包括左外壳13和右外壳6，所述左外壳13和右外壳6的连接处设置有定位结构，所述左外壳13和右外壳6通过螺栓5连接成整体。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1和图3，所述右外壳6的前后两侧设置有散热槽，所述散热槽内设有散热翅片15。散热翅片15可以是导热塑料或者热导率高于10W/(m.k)的散热材料，将振镜内腔由于激光照射及电机偏转产生的热量传递到环境中，降低振镜的温度，减少振镜热漂移，扫描加工更加稳定有效。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图2和图6，所述进光孔10和出光孔14平行设置。如此，可保证扫描振镜的进出光同向，这样可降低调试难度。

为了更好的理解本发明，提供一种更为具体的实施例，如图1～4，振镜壳体包括左壳体、右壳体，左右壳体连接处设置定位结构，通过螺栓5紧固在一起。右壳体上部开设进光孔10，激光从进光孔10进入振镜内部，下部设出光孔14，激光从出光孔14离开振镜进行扫描加工。右壳体前后两侧设置散热槽，安装散热翅片15，散热翅片15可以是导热塑料或者热导率高于10W/(m.k)的散热材料，将振镜内腔由于激光照射及电机偏转产生的热量传递到环境中。右壳体上部布置四个M5螺纹孔和2个Φ4直径的定位销孔，这里直径尺寸仅为举例，可以根据连接强度更改尺寸大小。振镜右壳体6边开设矩形槽，用于安装改变光路方向的反射镜7，反射镜7通过胶水嵌入至预设的反射镜腔8内，镜片采用全反性镀膜，反射率95％以上。振镜右壳体左边设置X轴电机24安装孔，X轴振镜组件11安装在此处；振镜右壳体左下方设置Y轴振镜组件12安装孔，此处孔形状不做限制，与Y轴振镜组件12结构相关联，Y轴振镜组件12共两层，第一层镜片基底1，为常规高透过率透镜，第二层为可变折射率镜片2，折射率可以随着通电电流的变化而变化，镜片的折射率与通电电流成某一关系式：n＝f(I)，可以根据电流计算出镜片的折射率，再根据折射定律计算出偏转角。工作时激光从振镜进光孔10从上而下进入振镜，经过反射镜7片后改变出射角度，照射至X轴振镜组件11，通过控制X轴电机24偏转，改变X轴镜片23角度，激光光路发生前后方向的改变，此后，激光照射至Y轴镜片，通过调整镜片通电电流控制Y轴可变折射率镜片2折射率大小，从而控制激光左右方向的偏转，经Y轴可变折射率镜片2折射后激光通过出光孔14离开振镜，进行预设的扫描加工。

另一具体实施例中，将X轴振镜组件11也使用变折射率镜片组件，请参阅图5和图6，装置的零部件组成和上述具体实施例类似，此处不再赘述，将X轴振镜组件11也使用变折射率镜片组件，X轴振镜组件11的安装位置也有所变化，详见图5和图6，入射光17束从进光孔10进入扫描振镜内部，在反射镜7处发生反射，使光束方向改变，照射至X轴振镜组件11，X轴振镜组件11的控制模块4控制可变折射率镜片2的折射率变化，使光束发生指定偏转，照射至Y轴镜振镜组件，再次通过折射偏转，最后从出光孔14射出，进行预设扫描加工。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种扫描振镜，包括壳体、X轴振镜组件、Y轴振镜组件和反射镜，其特征在于，所述壳体设有进光孔、出光孔和反射镜腔，所述反射镜设置在所述反射镜腔内，所述进光孔、反射镜腔以及出光孔相连通，所述X轴振镜组件和Y轴振镜组件设置在所述壳体内，至少所述Y轴振镜组件包括变折射率镜片组件，所述变折射率镜片组件包括至少包括可变折射率镜片和控制模块，所述控制模块用于改变所述可变折射率镜片的通电电流或所处磁场的磁场强度进而控制所述可变折射率镜片的折射率，激光从进光孔进入经反射镜反射先后经X轴振镜组件和Y轴振镜组件控制激光方向的偏转后通过出光孔离开所述扫描振镜。

2.根据权利要求1所述的扫描振镜，其特征在于，所述可变折射率镜片由KDP晶体组或铌酸锂制备，所述可变折射率镜片与电源电连，所述控制模块可改变所述可变折射率镜片的通电电流。

3.根据权利要求1所述的扫描振镜，其特征在于，所述可变折射率镜片由磁流体制备，所述扫描振镜设有可变磁场，所述可变折射率镜片设置在所述可变磁场内，所述控制模块可改变所述可变磁场的磁场强度。

4.根据权利要求2或3所述的扫描振镜，其特征在于，所述折射率镜片组件还包括镜片基底，所述镜片基底覆盖在所述可变折射率镜片上并通过镜片连接件固定。

5.根据权利要求4所述的扫描振镜，其特征在于，所述控制模块集成在所述镜片连接件中，所述控制模块至少包括变折射传感及驱动控制单元以及数据通信接口。

6.根据权利要求5所述的扫描振镜，其特征在于，所镜片连接件设有凸台，所述凸台设有矩形槽，所述镜片基底和可变折射率镜片嵌入所述矩形槽中。

7.根据权利要求1～3任意一项所述的扫描振镜，其特征在于，所述X轴振镜组件包括X轴镜片和X轴电机，所述X轴镜片与X轴电机通过第一连接件相连，所述X轴电机可带动所述X轴镜片沿X轴电机的中心轴线进行偏转。

8.根据权利要求1～3任意一项所述的扫描振镜，其特征在于，所述X轴振镜组件也包括变折射率镜片组件。

9.根据权利要求8所述的扫描振镜，其特征在于，所述壳体包括左外壳和右外壳，所述左外壳和右外壳的连接处设置有定位结构，所述左外壳和右外壳通过螺栓连接成整体。

10.根据权利要求9所述的扫描振镜，其特征在于，所述右外壳的前后两侧设置有散热槽，所述散热槽内设有散热翅片。

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