应用于SLS的振镜式三维激光扫描系统研究

摘要

振镜式激光扫描技术广泛应用于激光加工领域,为获得良好的加工质量，激光光斑在整个工作面上都必须小而且均匀一致。由于离焦误差的存在，传统激光聚焦系统聚焦面为曲面，越偏离聚焦中心，聚焦光斑越发散，严重影响聚焦质量。为解决上述问题，本文研究一种适应大幅面扫描的动态聚焦式三维振镜扫描系统，在400mm*400mm工作面范围内，工作高度为750mm时，对所设计的振镜扫描系统进行理论分析和仿真设计，随后进行了大量的实验，光斑在整个加工幅面小于0.44mm，从而约束光斑在整个工作面精细且均一，验证了该系统可用于选择性激光烧结系统（SLS）的可行性。
　　文中首先确定扫描振镜系统的整体方案，通过分析扫描振镜系统的组成原理和离焦误差来源进行分析，并提出了一种三维动态聚焦光学系统,其采用光学杠杆的原理补偿离焦误差。随后对动态聚焦系统进行光学设计，通过几何光学计算和物理光学计算确定初始结构，运用光学设计软件对透镜参数进行优化，通过像质评价与分析，使元件最终达到设计指标。随后将透镜及机械结构通过CAD出图加工，选取激光源和光束质量分析仪对所设计动态聚焦光学系统通过实验进行光束质量和调焦性能的分析。接着由所设计动态聚焦光学系统选取一款扫描振镜，构建出一套三维振镜扫描系统，对扫描振镜硬件控制进行了研究，包括扫描卡对激光器控制和振镜控制及D/A转换卡等。随后详细研究了振镜扫描枕型失真误差原理和数学模型，提出了校正枕型模型的方法，并研究其他非线性失真对扫描精度的影响，提出了软件校正的方法。

目录

声明

1 绪论

1.1 激光振镜扫描简介

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的来源和意义

1.4 论文主要研究内容

2 动态聚焦光学系统设计及优化

2.1 扩束光学系统

2.2 动态聚焦系统

2.3 本章小结

3 动态聚焦系统实验

3.1 激光器的选择

3.2 分析仪的选择

3.3 动态聚焦系统实验

3.4 本章小结

4 激光振镜扫描硬件控制系统

4.1 硬件控制系统结构

4.2 振镜的选择

4.3 振镜硬件控制系统研究

4.4 本章小结

5 振镜扫描图形失真校正算法研究及软件设计

5.1 扫描枕型失真原理性分析

5.2 误差校正数学模型及校正

5.3 扫描误差校正的实验

5.4 本章小结

6 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录