一種振鏡式激光掃描實驗教學裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及實驗教學設備技術力領域，具體涉及一種振鏡式激光掃描實驗教學裝置。
【背景技術】
[0002]激光具有單色性好、方向性好、亮度高等優(yōu)點，已在各個領域得到了廣泛應用。對激光束進行精確的控制是激光打標、激光3D打印等激光加工業(yè)的核心，而高速掃描振鏡的使用使得機械加工在控制精度和速度上有了很大的提升。
[0003]例如，公開號為CN 104259668A的中國發(fā)明專利申請文獻公開了一種激光打標機，其技術方案要點是包括工作臺、固定柱，所述固定柱垂直固定在工作臺頂部，所述固定柱上固定連接2個激光發(fā)射器，所述2個激光發(fā)射器發(fā)射口相反設置，所述激光發(fā)射方向與工作臺垂直，所述工作臺頂部固定連接有支柱，所述支柱上固定連接有伺服電機，所述伺服電機上固定連接有固定盤，所述固定盤靠近激光發(fā)射器一側圓周陣列有至少4個固定夾具，所述固定夾具均與激光發(fā)射器相對設置。
[0004]公開號為CN 103072383A的中國發(fā)明專利申請文獻公開了一種振鏡式激光打標機，其特征在于，所述振鏡式激光打標機包括:激光器，用于發(fā)出激光束；順次置于所述激光器發(fā)出的所述激光束光路上的振鏡系統(tǒng)及聚焦透鏡；上位機，用于存儲打標參數(shù)；打標控制卡，用于獲取所述上位機存儲的所述打標參數(shù)，并根據(jù)獲取的所述打標參數(shù)驅動所述振鏡系統(tǒng)中振鏡電機的轉動，以帶動所述振鏡系統(tǒng)中的振鏡轉動；所述打標控制卡通過光纖連接所述振鏡系統(tǒng)。
[0005]掃描振鏡系統(tǒng)與激光應用技術的密切結合，整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，這也意味著社會對這方面人才的需求越來越大，所以，在高校很有必要開設相關課程和實驗來加強對激光控制技術的基礎教育。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型提供了一種振鏡式激光掃描實驗教學裝置，把傳統(tǒng)的工業(yè)打標引入實驗教學領域，能夠將輸入于電腦的二維圖像用激光高速準確的輸出。
[0007]一種振鏡式激光掃描實驗教學裝置，包括相互垂直布置的X軸導軌和Y軸導軌；以及沿光路依次布置的激光器、擴束鏡、X軸掃描振鏡、Y軸掃描振鏡、F-theta透鏡和投影屏；
[0008]其中，激光器、擴束鏡、X軸掃描振鏡滑動安裝在X軸導軌上，Y軸掃描振鏡、F-theta透鏡和投影屏滑動安裝在Y軸導軌上。
[0009]作為優(yōu)選，還設有主控板、D/A轉換板以及用于儲存待輸出參數(shù)的上位機；
[0010]其中主控板與上位機之間通過USB接口通信連接；
[0011]主控板與D/A轉換板之間通過con接口通信連接；
[0012]X軸掃描振鏡以及Y軸掃描振鏡的控制電路分別通過對應的con接口接入D/A轉換板；
[0013]激光器的控制電路通過對應的con接口接入主控板。
[0014]進一步優(yōu)選，還設有內(nèi)置開關電源的控制箱，所述主控板、D/A轉換板、X軸掃描振鏡以及Y軸掃描振鏡的控制電路、激光器的控制電路均安裝在該控制箱內(nèi)，在控制箱的外殼上嵌裝有對應的電路接口。
[0015]更進一步優(yōu)選，所述開關電源具有三個輸出端，其中一個輸出端與主控板以及激光器的控制電路供電連接，另外兩個輸出端與D/A轉換板、X軸掃描振鏡以及Y軸掃描振鏡的控制電路并聯(lián)供電連接。
[0016]作為優(yōu)選，主控板的面板上配有激光安全開關、振鏡遠程關斷開關以及相應的指示燈。
[0017]作為優(yōu)選，所述X軸掃描振鏡及Y軸掃描振鏡均包括反射鏡、掃描電機和控制電路，所述反射鏡固定在掃描電機軸上；所述掃描電機為伺服電機，所述控制電路優(yōu)選為伺服電路。
[0018]作為優(yōu)選，所述激光器、擴束鏡、F-theta透鏡和投影屏分別設有底座，各底座滑動安裝在對應導軌上，每個底座均設有與對應導軌相配合的定位螺栓。
[0019]本實用新型中，X軸掃描電鏡以及Y軸掃描電鏡的控制電路、激光器的控制電路均采用本領域常用電路；主控板、D/A轉換板以及操作換算方法也采用采用本技術常規(guī)技術。
[0020]掃描振鏡作為整個系統(tǒng)中的關鍵部件，由反射鏡、掃描電機和伺服電路三部分組成。反射鏡固定在掃描電機軸上，通過電機轉動控制反射鏡的偏轉角度；掃描電機是一種沖擊式有限轉動伺服電機，電機內(nèi)集成了一套電容式轉角位置傳感器；伺服電路接收主控板輸出的位置電壓信號，驅動掃描電機轉到指定轉角位置。在進行激光掃描時，由上位機軟件給出圖案或文字每個點的二維坐標，經(jīng)D/A轉換后變?yōu)閄和Y軸的位置電壓，輸入振鏡X和Y軸伺服電路板，由伺服電路板實現(xiàn)對掃描電機的控制和驅動，最終完成電機軸上反射鏡的精確定位。這一過程帶來的誤差主要包含系統(tǒng)的聚焦誤差以及枕形畸變。伺服系統(tǒng)能夠一定程度的克服畸變，能夠高速、準確的定位。
[0021]F-theta透鏡能保證聚焦光斑均勻地打到工作面上，消除系統(tǒng)的聚焦誤差。本系統(tǒng)由于工作面較小，采用物鏡前F-theta透鏡掃描。它能夠保證像高與入射角成線性關系，表現(xiàn)為在聚焦平面上的任何一處，光斑大小一致，價格上也比動態(tài)聚焦系統(tǒng)要便宜很多。
[0022]變倍擴束鏡起到了擴束、準直的效果。激光工業(yè)加工中，一個很重要的參數(shù)就是被控制的激光束聚焦后激光的光斑大小。較小的聚焦光斑能夠得到更好的掃描精度。為了減小聚焦光斑的直徑，最直接的方法就是擴大聚焦前進入最后一個透鏡的光束直徑D，所以在整個光路系統(tǒng)中加入擴束鏡。通過Dtl Θ D i Θ i也可以看出，在擴大直徑的同時還能壓縮了激光發(fā)散角，使從擴束鏡出射的光接近于平行光，即起到準直的作用。
[0023]總之，由上位機軟件完成圖形或文字的繪制，激光器出射的光先經(jīng)過擴束鏡進行準直擴束，打到振鏡鏡片上，采用矢量掃描方式，通過XY 二維振鏡轉動控制激光束，由F-theta透鏡聚焦后最終在投影屏上掃描出預期圖案。
[0024]利用本實用新型的振鏡式激光掃描實驗教學系統(tǒng)，學習者可以完成多種多樣的光機電實驗。比如，光路搭建與激光校準實驗、光路的擴束與聚焦實驗、參數(shù)調(diào)整與優(yōu)化實驗等，也可以讓學生可以發(fā)揮自己的想象輸入任意圖形或文字，通過不斷調(diào)整各項參數(shù)，完成探宄性實驗內(nèi)容，比較不同參數(shù)下的實驗結果。通過實驗結果理想與否，啟發(fā)學生從原理角度來分析其中可能存在的問題，直至結果令人滿意為止，這也培養(yǎng)了學生獨立思考解決問題的能力。
[0025]本實用新型的有益效果:
[0026]本實用新型是真正的光機電一體化綜合系統(tǒng)，光學平臺采用模塊化設計，結構直觀，成本低廉，操作便捷?？刂撇糠旨尤肓怂欧到y(tǒng)，能夠實現(xiàn)高速、精確的定位。器件穩(wěn)定性好，操作安全，適合實驗教學。
【附圖說明】
[0027]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0028]圖2是本實用新型的電路結構框圖；
[0029]圖3是本實用新型的各模塊連接示意圖；
[0030]圖4a-圖4f分別圖形、漢字、英文字母的繪圖軟件效果圖和實物演示圖。
[0031]圖中所示附圖標記如下:
[0032]1-激光器2_擴速鏡3-X軸掃描振鏡
[0033]4-Y軸掃描振鏡5-F-theta透鏡6_投影屏
[0034]7-X軸導軌8-Y軸導軌9-上位機
[0035]10-主控板11-D/A轉換板12-開關電源
[0036]13-X軸驅動板14-Y軸驅動板