[發(fā)明專利]一種高效率旋轉(zhuǎn)掃描平面成像裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911258576.7
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN110877456B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 俞紅祥;龐偉;何雪軍;王康恒;朱瑩瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州德迪智能科技有限公司
• 主分類號: B29C64/135
• 分類號: B29C64/135;B29C64/268;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 杭州華進(jìn)聯(lián)浙知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33250
• 代理人: 戴賢群

本發(fā)明涉及一種高效率旋轉(zhuǎn)掃描平面成像裝置及方法，包括直線模組，直線模組的移動平臺上有剛性支架，剛性支架上設(shè)有轉(zhuǎn)鏡電機(jī)、激光器，轉(zhuǎn)鏡電機(jī)輸出軸與多面反射鏡的中心孔緊密配合，多面反射鏡的圓周等分分布多個反射面，轉(zhuǎn)鏡電機(jī)可帶動多面反射鏡連續(xù)旋轉(zhuǎn)；激光器射出的激光束，相對多面反射鏡正截面并傾斜指向多面反射鏡的中軸線，所形成的反射光束在直線模組上方的成像面上形成光斑；轉(zhuǎn)鏡電機(jī)帶動多面反射鏡連續(xù)旋轉(zhuǎn)時，反射光束被多個反射面順序偏轉(zhuǎn)，使得光斑在成像面上往復(fù)掃描生成彎曲掃描線；成像面上方設(shè)有圖像傳感器，用于將彎曲掃描線轉(zhuǎn)換為數(shù)字化像素圖，以確定彎曲掃描線中各投射像素在矩形成像區(qū)域中的行列位置。本發(fā)明光路簡單、激光束能量損失小，最大光學(xué)掃描角接近2倍反射面圓周分度角，并能有效解決掃描線枕形畸變對成像精度影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維打印機(jī)領(lǐng)域，尤其是一種高效率旋轉(zhuǎn)掃描平面成像裝置及方法。

背景技術(shù)

多面反射鏡旋轉(zhuǎn)掃描裝置采用正多邊形截面的棱柱反射鏡，配合高速主軸每秒可輸出數(shù)百至數(shù)千條激光掃描線，被廣泛用于激光打印機(jī)、高分辨率光學(xué)圖像采集等設(shè)備中，不僅掃描速度快，而且具有運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、電機(jī)發(fā)熱小、噪音低等優(yōu)勢。為了消除掃描線在平面成像面上的枕形失真，傳統(tǒng)的多面反射鏡旋轉(zhuǎn)掃描裝置普遍采用正截面入射光路。枕形畸變來源于多面反射鏡的偏轉(zhuǎn)反射結(jié)構(gòu)，當(dāng)入射光束與反射鏡正截面存在夾角α?xí)r，反射光束到達(dá)成像面時，成像光斑相對于入射點處正截面有投影高度h，h是反射光程d與夾角α正弦函數(shù)值的乘積；由于反射光程d隨多面反射鏡偏轉(zhuǎn)而變化，導(dǎo)致成像光斑掃描線在平面成像面上呈現(xiàn)中心對稱的枕形彎曲形態(tài)，只有夾角α為零、即采用正截面入射光路時，成像光斑掃描線才為直線。但在實踐中，采用正截面入射光路極易造成激光光源與反射光束發(fā)生幾何干涉，為此不得不限制多面反射鏡的有效偏轉(zhuǎn)角，使得激光掃描窗口變窄。這不僅縮小了掃描幅寬，而且直接導(dǎo)致激光器功率利用率低下。

近年來，快速發(fā)展的增材技術(shù)促進(jìn)355nm至405nm波長的紫外激光掃描成像裝置，在多類型光固化三維打印機(jī)中得以廣泛應(yīng)用。其中最普遍的是檢流計式兩軸聯(lián)動掃描振鏡，其矢量掃描方式對激光器標(biāo)稱功率的利用率高，但在處理復(fù)雜圖形時，頻繁的矢量轉(zhuǎn)彎及空程跳轉(zhuǎn)會大幅降低平均掃描線速度，使其難以實現(xiàn)復(fù)雜零件的高速打印。近期，有專利文獻(xiàn)和媒體資料公開報道基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)高速微振鏡，以及多面反射鏡旋轉(zhuǎn)掃描裝置的光固化三維打印技術(shù)，但前者的打印精度及精度穩(wěn)定性還有待提高，而后者對激光器利用效率低下的問題依舊存在，特別是紫外激光器在光固化三維打印機(jī)總成本中的占比長期居高不下，造成整機(jī)費效比低下。也有報道采用多次反射光路校正枕形畸變、提升激光器利用效能的技術(shù)方案，但其光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、激光束多次反射產(chǎn)生的能量損耗問題還亟待解決。目前，針對進(jìn)一步提升激光器利用效能的迫切需求，在激光掃描成像領(lǐng)域，尚缺少一種光路簡單、激光束能量損失小、掃描窗口寬，并能有效解決掃描線枕形畸變對成像精度影響的高效率旋轉(zhuǎn)掃描平面成像方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種光路簡單、激光束能量損失小，最大光學(xué)掃描角接近2倍反射面圓周分度角，并能有效解決掃描線枕形畸變對成像精度影響的高效率旋轉(zhuǎn)掃描平面成像裝置及方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案：這種高效率旋轉(zhuǎn)掃描平面成像裝置，包括直線模組，直線模組的移動平臺上有剛性支架，剛性支架上設(shè)有轉(zhuǎn)鏡電機(jī)、激光器，轉(zhuǎn)鏡電機(jī)輸出軸與多面反射鏡的中心孔緊密配合，多面反射鏡的圓周等分分布多個反射面，轉(zhuǎn)鏡電機(jī)可帶動多面反射鏡連續(xù)旋轉(zhuǎn)；激光器射出的激光束，相對多面反射鏡正截面并傾斜指向多面反射鏡的中軸線，所形成的反射光束在直線模組上方的成像面上形成光斑；轉(zhuǎn)鏡電機(jī)帶動多面反射鏡連續(xù)旋轉(zhuǎn)時，反射光束被多個反射面順序偏轉(zhuǎn)，使得光斑在成像面上往復(fù)掃描生成彎曲掃描線；成像面上方設(shè)有圖像傳感器，用于將彎曲掃描線轉(zhuǎn)換為數(shù)字化像素圖，以確定彎曲掃描線中各投射像素在矩形成像區(qū)域中的行列位置。

作為優(yōu)選，多面反射鏡的圓周等分分布有三個反射面。

作為優(yōu)選，掃描控制器分別與直線模組、轉(zhuǎn)鏡電機(jī)、激光器、圖像傳感器連接。