CN218876293U - 一种打印工作面的光束垂直检测机构及3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种打印工作面的光束垂直检测机构及3D打印装置，属于激光光学技术领域，打印工作面的光束垂直检测机构包括外壳、分光镜和位置传感器；所述的分光镜固定在外壳内，用于对激光光束进行分束，进而形成透射光束和反射光束；所述的位置传感器固定在外壳内且位于透射光束和反射光束的光路上，用于检测透射光束和反射光束的位置，该光束垂直检测机构安装于打印工作腔内的移动轨道上，光束垂直检测机构配合有已调节激光器。本实用新型能够获知经过振镜模块反射的扫描光束的垂直位置是否准确，避免焦距补偿算法出现错误，进而保证打印质量。

Description

一种打印工作面的光束垂直检测机构及3D打印装置

技术领域

本实用新型属于激光光学技术领域，尤其涉及一种打印工作面的光束垂直检测机构及3D打印装置。

背景技术

3D打印技术是一种先进的快速制造零件的增材制造技术，3D打印中SLA、SLS、SLM采用的方式是以振镜反射单束激光，在二维工作平面上进行图像扫描打印，根据振镜扫描光路的方式，当前激光扫描聚焦的方式有前聚焦振镜(PRE-SCAN)和后聚焦振镜(POST-SCAN)两种方式，前聚焦振镜(PRE-SCAN)是在扫描前聚焦，后聚焦振镜(POST-SCAN)是在扫描后聚焦。

前聚焦振镜方式中，激光器光束首先通过准直镜、扩束镜，再由能实时移动的动态调焦透镜，再通过振镜反射激光，实现激光在打印工作面的扫描打印工作，如附图1所示。该方案需要使用程序补偿算法，实时控制调焦镜片，配合振镜扫描的位置补偿焦距，使得激光束能实时成像于打印工作面。补偿焦距的算法的根基是光束垂直位置必须是准确的，目前的激光3D扫描设备中并没有光束垂直检测机构，也就无法判断光束垂直位置是否准确，如果光束垂直位置定位出现错误或者误差，则焦距补偿算法就会计算出错误的焦距补偿数值，导致打印质量下降。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种打印工作面的光束垂直检测机构及3D打印装置，以解决现有前聚焦振镜3D打印设备中没有光束垂直检测机构，导致无法获知光束垂直位置是否准确，无法保证打印质量的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型涉及一种打印工作面的光束垂直检测机构，其包括外壳、分光镜和位置传感器；所述的分光镜固定在外壳内，用于对激光光束进行分束，进而形成透射光束和反射光束；所述的位置传感器固定在外壳内且位于透射光束和反射光束的光路上，用于检测透射光束和反射光束的位置。

优选地，所述的激光光束从上到下垂直射入分光镜，所述的分光镜与水平面呈45度设置。

优选地，所述的位置传感器设置两个，其中一个位置传感器位于分光镜的下方，用于检测透射光束的位置，另一个位置传感器位于分光镜的侧方，用于检测反射光束的位置。

优选地，所述的位置传感器设置一个且位于分光镜的下方，所述的透射光束直接射入位置传感器上，所述的反射光束的光路上还设有反射镜，用于将反射光束反射至位置传感器上，且反射光束射入位置传感器的位置与透射光束射入位置传感器的位置重叠。

本发明还涉及一种基于上述光束垂直检测机构的3D打印装置，其包括打印工作腔和振镜模块，打印工作腔的底板上设有打印工作面，振镜模块位于打印工作面的上方；其还设有移动轨道、光束垂直检测机构和已调节激光器；所述的移动轨道两端固定于打印工作腔的相对的两个侧板上，且移动轨道的位置与振镜模块的扫描区域错开；所述的光束垂直检测机构通过直线电机安装于移动轨道上；所述的已调节激光器位于光束垂直检测机构的初始位置的正上方，且已调节激光器发射的激光束朝下并垂直于打印工作面；

所述的光束垂直检测机构包括外壳、分光镜和位置传感器，所述的分光镜固定在外壳内，用于对激光光束进行分束，进而形成透射光束和反射光束；所述的位置传感器固定在外壳内且位于透射光束和反射光束的光路上，用于检测透射光束和反射光束的位置。

优选地，所述的打印工作面与打印工作腔的侧板之间留有空间，所述的光束垂直检测机构的初始位置位于打印工作面与打印工作腔侧板之间的空间内。

与现有技术相比，采用本实用新型涉及的技术方案存在以下有益效果：

本实用新型涉及的打印工作面的光束垂直检测机构设置于3D打印装置中，配合已调节激光器使用，将已调节激光器发出的激光光束射入光束垂直检测机构中，记录经过分光镜分束后的透射光束和反射光束的位置，然后将光束垂直检测机构移至振镜模块下方，经过振镜模块反射的扫描光束通过分光镜分束，再次记录透射光束和反射光束的的位置，比较前后两次透射光束和反射光束的位置关系，获知经过振镜模块反射的扫描光束的垂直位置是否准确，避免焦距补偿算法出现错误，进而保证打印质量。

附图说明

图1为前聚焦振镜方式的扫描方式图；

图2为实施例1中打印工作面的光束垂直检测机构的结构图；

图3为实施例1中光束垂直检测机构位于初始位置时的3D打印设备结构图；

图4为实施例1中光束垂直检测机构检测过程中的3D打印设备结构图；

图5为实施例2中打印工作面的光束垂直检测机构的结构图；

图6为实施例2中基于光束垂直检测机构的3D打印设备结构示意图；

图7为实施例1中光束垂直检测机构检测过程中的3D打印设备结构图。

附图标记：1-外壳，2-分光镜，3-位置传感器，4-反射镜，5-激光光束，6-透射光束，7-反射光束，8-打印工作腔，9-振镜模块，10-移动轨道，11-已调节激光器，12-打印工作面。

具体实施方式

下面对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

参照附图2所示，本实施例涉及的一种打印工作面的光束垂直检测机构包括外壳1、分光镜2和位置传感器3。所述的分光镜2固定在外壳内，用于对从上到下垂直射入的激光光束5进行分束，进而形成透射光束6和反射光束7，分光镜2与水平面呈45度设置，位置传感器固定在外壳内且位于透射光束和反射光束的光路上，用于检测透射光束和反射光束的位置。本实施例的位置传感器3设置两个，其中一个位置传感器3位于分光镜2的下方，用于检测透射光束6的位置，另一个位置传感器3位于分光镜2的侧方，用于检测反射光束7的位置。

参照附图3所示，上述打印工作面的光束垂直检测机构安装于3D打印装置中，3D打印装置包括打印工作腔8、振镜模块9、移动轨道10、光束垂直检测机构和已调节激光器11。打印工作腔8的底板上设有打印工作面12，打印工作面12与打印工作腔8的侧板之间留有空间，振镜模块9位于打印工作面12的上方，振镜模块9包括X振镜、Y振镜、用于调整X振镜的振镜电机和用于调整Y振镜的振镜电机；所述的移动轨道10两端固定于打印工作腔8的相对的两个侧板上，且移动轨道10的位置与振镜模块9的扫描区域错开；所述的光束垂直检测机构通过直线电机安装于移动轨道10上，光束垂直检测机构的初始位置位于打印工作面12与打印工作腔侧板之间的空间内；所述的已调节激光器11位于光束垂直检测机构的初始位置的正上方，且已调节激光器发射11的激光束朝下并垂直于打印工作面12，当然，已调节激光器发射11也可以是外置的激光器。

本实施例的3D打印装置的振镜模块激光垂直位置的校对方法为：参照附图3所示，已调节激光器11发出一束与水平面精确垂直的激光光束6并射入光束垂直检测机构中，激光光束6经过分光镜2分束，形成一束透射光束6和一束反射光束7，透射光束6射入分光镜2下方的位置传感器3，坐标为(x1,y1)，反射光束7射入分光镜2侧方的位置传感器3，坐标为(x2,y2)；参照附图4所示，将光束垂直检测机构移动至振镜模块9下方，扫描激光经过振镜模块9反射并射入光束垂直检测机构中，经过分光镜2分束并形成一束透射光束6和一束反射光束7，透射光束6射入分光镜2下方的位置传感器3，坐标为(x3,y3)，反射光束7射入分光镜2侧方的位置传感器3，坐标为(x4,y4)；令a1＝x2-x1，b1＝y2-y1，a2＝x4-x3，b2＝y4-y3，比较a1与a2，b1与b2大小，如a1与a2不相等，则调节X轴振镜，直至a1＝a2，记录当前X轴振镜的编码器角度位置；同样调节Y轴振镜，直至b1＝b2，记录当前Y轴振镜的编码器角度位置；此时，X、Y振镜电机所记录的编码器角度位置，即为激光束与打印工作面垂直入射时，振镜电机的反射镜角度，将此值存入系统，完成光束垂直检测。

实施例2

参照附图5所示，本实施例涉及的一种打印工作面的光束垂直检测机构包括外壳1、分光镜2和位置传感器3。所述的分光镜2固定在外壳内，用于对从上到下垂直射入的激光光束5进行分束，进而形成透射光束6和反射光束7，分光镜2与水平面呈45度设置，所述的位置传感器固定在外壳内且位于透射光束和反射光束的光路上，用于检测透射光束和反射光束的位置。本实施例的位置传感器3设置一个，且位于分光镜2的下方，所述的透射光束6直接射入位置传感器3上，所述的反射光束7的光路上还设有反射镜4，用于将反射光束7反射至位置传感器3上，且反射光束7射入位置传感器3的位置与透射光束6射入位置传感器的位置重叠。

参照附图6所示，上述打印工作面的光束垂直检测机构安装于3D打印装置中，3D打印装置包括打印工作腔8、振镜模块9、移动轨道10、光束垂直检测机构和已调节激光器11。打印工作腔8的底板上设有打印工作面12，打印工作面12与打印工作腔8的侧板之间留有空间，振镜模块9位于打印工作面12的上方，振镜模块9包括X振镜、Y振镜、用于调整X振镜的振镜电机和用于调整Y振镜的振镜电机；所述的移动轨道10两端固定于打印工作腔8的相对的两个侧板上，且移动轨道10的位置与振镜模块9的扫描区域错开；所述的光束垂直检测机构通过直线电机安装于移动轨道10上，光束垂直检测机构的初始位置位于打印工作面12与打印工作腔侧板之间的空间内；所述的已调节激光器11位于光束垂直检测机构的初始位置的正上方，且已调节激光器发射11的激光束朝下并垂直于打印工作面12，当然，已调节激光器发射11也可以是外置的激光器。

本实施例的3D打印装置的振镜模块激光垂直位置的校对方法为：参照附图3所示，已调节激光器11发出一束与水平面精确垂直的激光光束6并射入光束垂直检测机构中，激光光束6经过分光镜2分束，形成一束透射光束6和一束反射光束7，透射光束6射入分光镜2下方的位置传感器3，反射光束7经过反射镜4反射后射入位置传感器3，通过调整反射镜4的角度，使得投影至位置传感器3的透射光束6和反射光束7的光斑完全重合；参照附图7所示，将光束垂直检测机构移动至振镜模块9下方，扫描激光经过振镜模块9反射并射入光束垂直检测机构中，经过分光镜2分束并形成一束透射光束6和一束反射光束7，透射光束6射入分光镜2下方的位置传感器3，反射光束7经过反射镜4反射后射入位置传感器3，经过反射镜4的反射光束，相比于透射光束6多增加了一次反射，根据反射原理，如果光束5的入射方向与工作面不垂直，则透射光束6与反射光束7的偏转方向相反，导致透射光束6月反射光束7在位置传感器3上的成像光斑变得不重叠，观察透射光束6和反射光束7在位置传感器3上形成的光斑是否重叠，若不重叠，调整振镜模块9中的X振镜和Y振镜的角度，直至两束光束的光斑重叠，记录当前X轴振镜的编码器角度位置和Y轴振镜的编码器角度位置，即为激光束与打印工作面垂直入射时，振镜电机的反射镜角度，将此值存入系统，完成光束垂直检测。

以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种打印工作面的光束垂直检测机构，其特征在于：其包括外壳、分光镜和位置传感器；所述的分光镜固定在外壳内，用于对激光光束进行分束，进而形成透射光束和反射光束；所述的位置传感器固定在外壳内且位于透射光束和反射光束的光路上，用于检测透射光束和反射光束的位置。

2.根据权利要求1所述的打印工作面的光束垂直检测机构，其特征在于：所述的激光光束从上到下垂直射入分光镜，所述的分光镜与水平面呈45度设置。

3.根据权利要求2所述的打印工作面的光束垂直检测机构，其特征在于：所述的位置传感器设置两个，其中一个位置传感器位于分光镜的下方，用于检测透射光束的位置，另一个位置传感器位于分光镜的侧方，用于检测反射光束的位置。

4.根据权利要求2所述的打印工作面的光束垂直检测机构，其特征在于：所述的位置传感器设置一个且位于分光镜的下方，所述的透射光束直接射入位置传感器上，所述的反射光束的光路上还设有反射镜，用于将反射光束反射至位置传感器上，且反射光束射入位置传感器的位置与透射光束射入位置传感器的位置重叠。

5.一种基于权利要求1所述的光束垂直检测机构的3D打印装置，其包括打印工作腔和振镜模块，打印工作腔的底板上设有打印工作面，振镜模块位于打印工作面的上方；其特征在于：其还设有移动轨道、光束垂直检测机构和已调节激光器；所述的移动轨道两端固定于打印工作腔的相对的两个侧板上，且移动轨道的位置与振镜模块的扫描区域错开；所述的光束垂直检测机构通过直线电机安装于移动轨道上；所述的已调节激光器位于光束垂直检测机构的初始位置的正上方，且已调节激光器发射的激光束朝下并垂直于打印工作面；

所述的光束垂直检测机构包括外壳、分光镜和位置传感器，所述的分光镜固定在外壳内，用于对激光光束进行分束，进而形成透射光束和反射光束；所述的位置传感器固定在外壳内且位于透射光束和反射光束的光路上，用于检测透射光束和反射光束的位置。

6.根据权利要求5所述的基于光束垂直检测机构的3D打印装置，其特征在于：所述的打印工作面与打印工作腔的侧板之间留有空间，所述的光束垂直检测机构的初始位置位于打印工作面与打印工作腔侧板之间的空间内。

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