振鏡式激光掃描控制
3D打印技術最初研發過程, 研發人員便試圖將激光加工技術的理念引入, 即激光固化光敏樹脂成型. 激光掃描系統由激光器、掃描器件、光路轉換器件、接收裝置及需要的反饋系統構成. 光束掃描在工作區域是由掃描器件接收控制信號完成, 掃描器件分為許多種, 例如: 機械式繪圖掃描器、聲光偏轉器件、振鏡掃描器件等, 而振鏡式掃描系統由于快速、高精度等性能特點, 廣泛應用于3D打印技術中。本節將介紹振鏡式激光掃描控制系統。
振鏡式激光掃描控制經過多年的研究, 發展相對成熟, 特別是德國的ScanLab公司以及美國的GSI公司、Nutfield公司等出售振鏡掃描系統, 價格十分昂貴, 國內的上海通用掃描公司、北京世紀桑尼科技有限公司是國產振鏡掃描系統的制造公司。目前,振鏡式激光掃描系統應用最多的領域是激光打標、激光快速成型以及激光的掃描與顯示, 例如在3D打印中的立體光固化技術就是采用振鏡式激光掃描系統, 使整個成型系統能夠高效、快速、高性能成型。振鏡掃描是光機掃描方式,即控制機械裝置的運動來掌握光束的偏轉, 完成激光光束在掃描界面
的移動。振鏡式激光掃描系統主要有兩種: 第一種是利用F-Theta 透鏡聚焦方式, 也稱二維振鏡式激光掃描系統(靜態聚焦系統)一種專業的透鏡系統, 其工作原理如圖7所示, 目的是將激光束在整個平面內形成均勻大小的聚焦光斑; 第二種是動態聚焦方式的三維振鏡式激光掃描系統(動態聚焦系統),具體應用根據實際掃描視場、工作面聚焦光斑的大小、性價比、工作距離等方面來決定使用哪種聚焦系統.
針對聚焦系統位置的不同, 把二維振鏡式掃描又分成了兩種掃描類型, 即物鏡前掃描方式和物鏡后掃描方式. 物鏡前掃描指光束先經
過偏轉器偏轉, 然后由F-Theta透鏡將光束聚焦; 物鏡后掃描指光束先經過F-Theta 透鏡聚焦后, 再通過偏轉器將光束進行偏轉掃描。動態聚焦方式相對于靜態聚焦方式采用的控制方式更加復雜, 動態聚焦方式的振鏡式激光掃描系統原理: 激光器發射光束經過擴束鏡, 得到一系列平行光束, 光束通過動態聚焦系統的聚焦以及物鏡組的光學放大后, 依次投射到X 軸和Y 軸振鏡上, 經過兩個振鏡的二次反射到工作臺面上, 形成掃描平面上的掃描點. 如果立體光固化技術的成型尺寸大于1000cm3,并且要求成型精度非常高的情況下, 這時候需要采用動態聚焦的掃描系統, 文世峰深入研究了將動態聚焦振鏡激光掃描系統應用在立體光固化成型技術上的可行性, 分析了基于PC的數控系統實現對輸入圖像的復雜插補算法、數據的模型轉換、圖形校正算法以及通過中端控制方式實現對插補后的掃描點高速、準確地定位控制，并通過對焦距進行動態的調節, 確保在工作時整個掃描工作區域的掃描點都處于焦點位置。
振鏡式激光掃描控制系統在實際運用中會出現圖形掃描的線性失真和非線性失真現象, 隨著掃描圖形尺寸增大, 模型成型質量將會受到影響. 基于上述問題, 文獻應用了一種針對3D打印技術中振鏡式激光掃描系統的二次曲線擬合校正算法,一方面消除激光在圖形掃描中出現的線性失真和非線性失真; 另一方面可以校正激光掃描過程中產生的綜合誤差. 當激光發射至工作平面上任一點(x，y)時, 能夠得到激光在整個平面上的掃描軌跡函數為：
式中, α，β分別表示x軸和y 軸轉角角度的一半; d表示振鏡x軸鏡片中心到y軸振鏡中心的垂直距離; D表示振鏡y軸中心到工作平面的
距離. 假設(x0，y0)為待加工零件的坐標, 方程x = y2/x1；Δx和△y分別是x 軸和y 軸上的畸變量, μ和λ分別是x軸和y軸上的校正系數可以通過公式校正。得到如表4所示誤差校正的實驗數據,(X，Y)是圖形發生起畸變后的坐標。
未完待續；
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