一种紧凑型二维扫描振镜、三维扫描系统及增材制造设备的制作方法

本发明属于增材制造，具体涉及一种紧凑型二维扫描振镜、三维扫描系统及增材制造设备。

背景技术：

1、随着三维打印的快速发展，为了追求三维打印的生产高效率，设备集成商将越来越多的振镜和激光器集成在有限的空间，甚至在这有限的空间上已经极限集成了多套振镜系统和激光器之后，终端客户还要求集成更多的振镜系统和激光器。现在市面上的二维振镜因为其电机较长，且镜片安装在电机一侧，使得电机和镜片整体组装起来占用空间较大，这就决定了在有限空间不可能集成太多振镜和激光器。

2、传统的二维振镜采用两个电机，这就更加需要更多空间去集成为一个二维系统。传统的二维振镜通过x和y两个电机轴空间垂直分布的结构，x和y两个电机有一定的空间距离，造成了x和y镜片也有距离，因为该距离的存在，当要求被扫描靶面是一个正方形的时候，x和y电机分别转动时，实际在靶面扫描成一个桶型或者枕型的幅面，需要后期通过软件进行非线性校正才能得到一个正方形。

3、传统的二维振镜整体的响应速度是由y轴决定的，因为y轴镜片较大，所以y轴的负载也较大，且加上镜片是绕电机轴心转动的，所需转矩也较大，所以y轴镜片的响应速度较x轴镜片响应速度慢，所以两轴联动时候，往往y轴镜片跟不上x轴镜片，且因为有两块镜片的存在，两轴的线性度，速度等特性需要去做匹配，才能很好的联动，扫描出高质量的图形。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种紧凑型二维扫描振镜，其所有的零部件都集成在镜片投影之下，占用空间小，且本发明只有一块镜片，失真问题相较传统二维振镜较小，容易矫正，节约了矫正时间，而且扫描范围变大，不存在两轴匹配的问题，能较好控制靶面的光斑椭圆度。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种紧凑型二维扫描振镜，包括振镜外壳、镜片安装座、镜片、定轴和摆动音圈电机，所述镜片设置在所述镜片安装座的正面上；

3、所述定轴的一端与所述振镜外壳固定连接，另一端与所述镜片安装座的背面呈球铰接，所述镜片安装座能绕所述定轴和镜片安装座球铰接的球心转动；

4、所述摆动音圈电机包括电机座、定子和动子，所述电机座与所述振镜外壳相连接，所述定子和动子均位于所述电机座上，所述动子在所述电机座上能沿圆形轨迹运动，所述动子的一端露出所述电机座并与所述镜片安装座的背面呈球铰接，所述镜片安装座能绕所述动子和镜片安装座球铰接的球心转动；

5、所述定轴和镜片安装座球铰接的球心为中心圆心，所述摆动音圈电机的数量为两个，两所述动子与所述镜片安装座球铰接的球心到所述中心圆心的距离相等；两所述动子沿圆形轨迹运动的圆心与所述中心圆心重合，且两圆形轨迹与球形上成90°夹角的两经线重合。

6、进一步地，所述定子包括线圈，所述动子包括磁轴，所述磁轴呈圆弧结构，所述线圈环绕所述磁轴，所述磁轴通过导向部与所述电机座移动配合安装，所述磁轴在所述电机座上能沿圆形轨迹运动；

7、所述磁轴的轴心线与对应的圆形轨迹同轴，所述磁轴的长度小于1/4个圆形轨迹的周长。

8、进一步地，所述导向部包括设于所述电机座上并与所述磁轴外表面相配合的圆弧轨道；

9、或者所述导向部包括设于所述电机座上的铁芯和滚珠，所述磁轴通过多个所述滚珠支撑，所述铁芯吸引所述磁轴，使所述磁轴压在多个所述滚珠上。

10、进一步地，所述磁轴的另一端露出所述电机座，所述磁轴的两端均设有挡块，所述挡块用于所述磁轴沿圆形轨迹运动的限位。

11、进一步地，所述磁轴的另一端设置有光栅尺，所述电机座上设有光栅读数头，所述光栅读数头和光栅尺用于获取所述磁轴沿圆形轨迹运动的位移。

12、进一步地，所述紧凑型二维扫描振镜还包括设置于所述振镜外壳上的冷却块和驱动卡，所述驱动卡与所述线圈和光栅读数头相连接；所述冷却块上设有水冷通道。

13、进一步地，所述镜片为正方形或圆形，所述镜片为正方形时，所述镜片安装座包括方框和安装于所述方框框口的十字形架；所述镜片安装座采用钛合金或铝材金属制成。

14、进一步地，所述定轴的另一端通过第一铰接件与所述镜片安装座球铰接，且所述动子的一端通过第二铰接件与所述镜片安装座球铰接；所述第一铰接件包括第一球头杆和第一球头面盖板，所述第一球头杆连接所述定轴，所述第一球头面盖板与所述镜片安装座可拆卸连接，所述镜片安装座和第一球头面盖板上设有第一球形凹槽，所述第一球头杆的球头端转动安装于所述第一球形凹槽内；

15、所述第二铰接件包括第二球头杆和第二球头面盖板，所述第二球头杆连接所述动子，所述第二球头面盖板与所述镜片安装座可拆卸连接，所述镜片安装座和第二球头面盖板上设有第二球形凹槽，所述第二球头杆的球头端转动安装于所述第二球形凹槽内。

16、一种三维扫描系统，包括按光路方向依次设置的光纤头、准直镜、动态聚焦模块和所述的紧凑型二维扫描振镜；

17、或者包括按光路方向依次设置的光纤头、准直镜、所述的紧凑型二维扫描振镜、场镜；

18、或者包括按光路方向依次设置的光纤头、准直镜、动态聚焦模块、反射镜和所述的紧凑型二维扫描振镜；

19、或者包括按光路方向依次设置的光纤头、准直镜、反射镜、所述的紧凑型二维扫描振镜、场镜。

20、优选地，所述紧凑型二维扫描振镜中的所述镜片相对于靶面呈45°。

21、一种增材制造设备，包括所述的三维扫描系统，所述三维扫描系统的数量为多个，且多个所述三维扫描系统按照横纵m×n的形式矩阵排列，m、n为大于1的自然数。

22、本发明具有的有益效果如下：

23、1、传统二维振镜占用空间很大，从而在有限空间内不可能集成太多振镜。本发明的紧凑型二维扫描振镜其所有零部件都集成在镜片投影之下，占用空间小，传统二维振镜占用的空间是本发明的3-4倍以上，因此本发明能在有限空间内安装最多的二维扫描振镜。

24、2、传统二维振镜存在严重的枕型或者桶型失真，需要多次矫正，而本发明因为只有一块镜片，失真问题相较传统二维振镜较小，容易矫正，节约了矫正时间。

25、3、传统二维振镜激光光束先到x轴镜片再到y轴镜片，因为x轴镜片能以一定角度转动，因此设计y轴镜片的尺寸的时候必须考虑：在x轴镜片转动的角度范围a内，x轴镜片反射的光以2a角度范围反射，且光束通过xy轴镜片之间的距离传输后范围放大，y轴镜片的尺寸设计必须考虑能完全接收住上述范围的激光，因此y轴镜片设计的比x轴镜片大。所以在y轴镜片不能设计很大的情况下，xy轴镜片的旋转范围是较小的，比如正负10度，而本发明因为只有一块镜片，没有第二块镜片的限制，该镜片的旋转范围可以做的较大，因此扫描范围也会变大。

26、4、传统二维振镜在速度快的情况下，往往y轴镜片因为其重量较x轴镜片大，所以y轴镜片响应比x轴镜片慢，所以两轴联动时候，往往y轴镜片跟不上x轴镜片，且因为有两块镜片的存在，两轴的线性度，速度等特性需要去做匹配，才能很好的联动，扫描出高质量的图形，而本发明因为只有一块镜片，不存在两轴匹配的问题。

27、5、传统二维振镜镜片是绕电机轴心转动的，所需转矩也较大，而本发明力的方向几乎垂直于镜片，且作用于镜片的边缘，这导致力矩可以做到非常大，同样镜片重量的情况下，达到某种动态响应，所需电机输出的力较小。

28、6、传统二维振镜镜片采用两块镜片，因为镜片的平面度无法做到完美，所以每块镜片有或多或少的不平整，导致靶面的光斑的椭圆度较差，本发明只有一块镜片，能较好控制靶面的光斑椭圆度。