一種激光掃描填充系統(tǒng)及其掃描填充方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光加工技術領域，具體涉及一種激光掃描填充系統(tǒng)及其掃描填充方法。
【背景技術】
[0002]在激光加工領域，存在著一部分加工是相對于激光焦點而言屬于大面積的激光掃描填充，毫無疑問目前絕大部分采用振鏡逐行掃描激光光束的方式，激光聚焦有前聚焦與后聚焦兩種方式，為了提高激光填充速度，振鏡的加減速水平也在不斷提高，分別從軟件、電路、振鏡鏡片材料與形狀設計、電機的創(chuàng)新等方面，但是由于振鏡鏡片運動屬于擺動，因此不論如何努力，振鏡擺動速度的提高已經(jīng)越來越接近極限了。如果想追求更高的填充掃描速度，振鏡已經(jīng)無能為力了。例如，光固化激光光速成型，對于精細結(jié)構的激光掃描，激光振鏡掃描速度必須降到3米/秒以下才可以保證激光填充時的起碼掃描精度，否則要么填充掃描速度上去了，但是掃描精度不夠，要么掃描精度夠了，填充掃描速度太慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種激光掃描填充系統(tǒng)及其掃描填充方法，既能夠高速甚至超高速激光填充掃描，同時又能夠保證激光填充掃描精度。
[0004]本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下:
[0005]—方面，本發(fā)明提供了一種激光掃描填充系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括計算機、激光聚焦模塊、填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊、光束發(fā)散擴束光學模塊、截面經(jīng)絡掃描模塊和激光平場聚焦模塊；
[0006]所述計算機，用于根據(jù)待填充掃描截面面積和形狀以及填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊控制填充掃描的實時掃描寬度范圍能力，對待填充掃描截面進行填充區(qū)域劃分，并在相鄰兩條填充區(qū)域線之間確定一條掃描經(jīng)絡線；還用于將填充掃描范圍信息發(fā)送給所述填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊以及將經(jīng)絡掃描位置信息發(fā)送給截面經(jīng)絡掃描模塊；
[0007]所述激光聚焦模塊，用于將入射激光束進行聚焦，形成入射所述填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊的聚焦的第一激光束；
[0008]所述填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊，用于根據(jù)計算機發(fā)送的填充掃描范圍信息對所述聚焦的第一激光束的掃描填充運動控制，形成入射所述光束發(fā)散擴束光學模塊的第二激光束；
[0009]所述光束發(fā)散擴束光學模塊，用于對聚焦狀態(tài)的第二激光束進行發(fā)散光學處理，獲取擴束的第三激光束，其中，所述光束發(fā)散擴束光學模塊內(nèi)部透鏡全部拆除條件下，所述第一激光束和/或第二激光束激光焦點處于所述光束發(fā)散擴束光學模塊內(nèi)部或者輸出端后端;
[0010]所述截面經(jīng)絡掃描模塊，用于根據(jù)計算機發(fā)送的經(jīng)絡掃描位置信息完成對所述第三激光束的經(jīng)絡路徑掃描運動控制，輸出第四激光束；
[0011]所述激光平場聚焦模塊，用于對所述第四激光束的平場聚焦，平場聚焦后輸出的第五激光束對待加工工件的待掃描填充截面進行掃描填充加工。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:由計算機對待填充掃描截面事先進行了掃描填充區(qū)域劃分和掃描經(jīng)絡路徑劃分，并分別控制填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊和截面經(jīng)絡掃描模塊進行填充掃描和經(jīng)絡掃描，充分利用截面經(jīng)絡掃描模塊特別是振鏡的直線長距離經(jīng)絡路徑掃描運動能力和填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊局部高速高精度填充掃描運動的優(yōu)勢，對激光束同時進行填充速度掃描調(diào)制和經(jīng)絡掃描運動調(diào)制，使得整體激光填充掃描效率和精度獲得突破性提尚°
[0013]在上述技術方案的基礎上，還可以作如下改進:
[0014]進一步的，所述填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊包括一個或多個串聯(lián)的光束偏移調(diào)制子單元，每一個所述光束偏移調(diào)制子單元包括透射光學元件以及用于控制透射光學元件進行擺動或平移的電機或壓電陶瓷；或者每一個所述光束偏移調(diào)制子單元包括反射光學元件以及用于控制反射光學元件進行偏轉(zhuǎn)或者平移的電機或壓電陶瓷；或者每一個所述光束偏移調(diào)制子單元包括聲光偏轉(zhuǎn)器，通過改變聲光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動源的載波頻率調(diào)節(jié)聚焦的所述第一激光束的布拉格光柵反射角，改變聚焦第一激光束傳輸方向；或者每一個所述光束偏移調(diào)制子單元包括電光偏轉(zhuǎn)器，電光晶體施加外加電壓，形成漸變折射率梯度分布，并在其輸出端實現(xiàn)光束方向的偏轉(zhuǎn)。
[0015]所述進一步的有益效果為:填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊使用聲光偏轉(zhuǎn)器或者電光偏轉(zhuǎn)器，掃描精度會更高。
[0016]進一步的，所述透射光學元件為透射平板光學元件或透射棱鏡光學元件；所述反射光學元件為反射鏡片。
[0017]進一步的，所述激光平場聚焦模塊為遠心平場鏡頭或者平場掃描聚焦鏡頭。
[0018]進一步的，所述光束發(fā)散擴束光學模塊包括兩個或兩個以上串聯(lián)的光學透鏡，其中，至少串聯(lián)有一個發(fā)散凹透鏡和一個會聚凸透鏡。
[0019]另一方面，本發(fā)明提供了一種激光掃描填充方法，所述方法包括:
[0020]S1、計算機根據(jù)待填充掃描截面面積和形狀以及填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊控制填充掃描的實時掃描寬度范圍能力，對待填充掃描截面進行填充區(qū)域劃分，并在相鄰兩條填充區(qū)域線之間確定一條掃描經(jīng)絡線；并將填充掃描范圍信息發(fā)送給所述填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊以及將經(jīng)絡掃描位置信息發(fā)送給截面經(jīng)絡掃描模塊；
[0021]S2、入射激光束經(jīng)過聚焦形成聚焦的第一激光束，并通過所述填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊對聚焦的第一激光束進行掃描填充運動控制，輸出聚焦狀態(tài)的第二激光束；
[0022]S3、對聚焦狀態(tài)的第二激光束進行發(fā)散光學處理，獲取擴束的第三激光束；
[0023]S4、根據(jù)計算機發(fā)送的經(jīng)絡掃描位置信息完成對所述第三激光束的經(jīng)絡路徑掃描運動控制，輸出第四激光束；
[0024]S5、對所述第四激光束平場聚焦，以使平場聚焦后輸出的第五激光束對待加工工件的待掃描填充截面進行掃描填充加工。
[0025]本發(fā)明提供的激光掃描填充方法的有益效果為:由計算機對待填充掃描截面事先進行了掃描填充區(qū)域劃分和掃描經(jīng)絡路徑劃分，并分別控制填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊和截面經(jīng)絡掃描模塊進行填充掃描和經(jīng)絡掃描，充分利用截面經(jīng)絡掃描模塊特別是振鏡的直線長距離經(jīng)絡路徑掃描運動能力和填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊局部高速高精度填充掃描運動的優(yōu)勢，對激光束同時進行填充速度掃描調(diào)制和經(jīng)絡掃描運動調(diào)制，使得整體激光填充掃描效率和精度獲得突破性提高。
[0026]在上述技術方案的基礎上，還可以作如下改進:
[0027]進一步的，當所述第二激光束處于靜態(tài)時，所述第五激光束的填充掃描路徑為經(jīng)絡狀；當所述掃描填充激光偏轉(zhuǎn)控制模塊對第一激光束進行偏轉(zhuǎn)運動控制以形成偏轉(zhuǎn)運動的第二激光束時，所述第五激光束的填充掃描路徑為填充掃描運動和經(jīng)絡路徑掃描運動的合成路徑，其中，填充掃描運動矢量和經(jīng)絡路徑掃描運動矢量不共線。
[0028]所述進一步的有益效果為:
[0029]通過掃描填充激光偏轉(zhuǎn)控制模塊和截面經(jīng)絡掃描模塊的共同作用，可形成合成運動路徑的第五激光束，對待加工工件的填充掃描精度更高。
[0030]進一步的，所述第五激光束的填充掃描運動矢量和經(jīng)絡路徑掃描運動矢量夾角在45。與90。之間。
[0031]進一步的，所述待加工工件為激光快速成型材料。
[0032]進一步的，所述激光快速成型材料為光敏樹脂、金屬粉末、陶瓷粉末或尼龍。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明實施例1的一種激光掃描填充系統(tǒng)結(jié)構示意圖；
[0034]圖2為實施例1中計算機與填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊以及截面經(jīng)絡掃描模塊之間的連接示意圖；
[0035]圖3-a為實施例1中單獨的填充掃描路徑軌跡和單獨的經(jīng)絡掃描路徑軌跡示意圖；
[0036]圖3-b為實施例中填充掃描路徑軌跡和經(jīng)絡掃描路徑軌跡合成運動軌跡示意圖；
[0037]圖4-a為實施例1中帶填充掃描區(qū)域示意圖；
[0038]圖4-b為傳統(tǒng)振鏡逐行填充掃描軌跡示意圖；
[0039]圖4-c為實施例1中填充掃描路線和經(jīng)絡掃描路線示意圖；
[0040]圖4-d為是實施例1中填充掃描運動與經(jīng)絡掃描運動的合成運動軌跡示意圖；
[0041]圖5為實施例2的用于硅晶圓激光銑削盲槽的激光掃描填充系統(tǒng)結(jié)構示意圖；
[0042]圖6為本發(fā)明實施例3的一種激光掃描填充方法流程圖。
[0043]附圖中，各部件標號如下:
[0044]1、入射激光束，2、激光聚焦模塊，3、第一激光束，4、填充掃描激光偏轉(zhuǎn)控制模塊，5、出射零級衍射激光，6、第二激光束，7、光束發(fā)散擴束光學模塊，71、發(fā)散凹透鏡，72、會聚凸透鏡，8、第三激光束，9、截面經(jīng)絡掃描模塊，91、第二電機主軸，92、第二振鏡反射鏡片，93、第一振鏡反射鏡片反射光束，94、第一電機，95、第一電機主軸，96第一振鏡反射鏡片，10第四激光束，11、激光平場聚焦模塊，12、