[实用新型]高效率旋转扫描平面成像装置

说明书

本实用新型涉及一种高效率旋转扫描平面成像装置，直线模组的移动平台上有刚性支架，刚性支架上设有转镜电机、激光器，转镜电机输出轴与多面反射镜的中心孔紧密配合，多面反射镜的圆周等分分布多个反射面，转镜电机可带动多面反射镜连续旋转；激光器射出的激光束，相对多面反射镜正截面并倾斜指向多面反射镜的中轴线，所形成的反射光束在直线模组上方的成像面上形成光斑；转镜电机带动多面反射镜连续旋转时，反射光束被多个反射面顺序偏转，使得光斑在成像面上往复扫描生成弯曲扫描线；成像面上方设有图像传感器。本实用新型光路简单、激光束能量损失小，最大光学扫描角接近2倍反射面圆周分度角，并能有效解决扫描线枕形畸变对成像精度影响。

技术领域

本实用新型涉及三维打印机领域，尤其是一种高效率旋转扫描平面成像装置。

背景技术

多面反射镜旋转扫描装置采用正多边形截面的棱柱反射镜，配合高速主轴每秒可输出数百至数千条激光扫描线，被广泛用于激光打印机、高分辨率光学图像采集等设备中，不仅扫描速度快，而且具有运转平稳、电机发热小、噪音低等优势。为了消除扫描线在平面成像面上的枕形失真，传统的多面反射镜旋转扫描装置普遍采用正截面入射光路。枕形畸变来源于多面反射镜的偏转反射结构，当入射光束与反射镜正截面存在夹角α时，反射光束到达成像面时，成像光斑相对于入射点处正截面有投影高度h，h是反射光程d与夹角α正弦函数值的乘积；由于反射光程d随多面反射镜偏转而变化，导致成像光斑扫描线在平面成像面上呈现中心对称的枕形弯曲形态，只有夹角α为零、即采用正截面入射光路时，成像光斑扫描线才为直线。但在实践中，采用正截面入射光路极易造成激光光源与反射光束发生几何干涉，为此不得不限制多面反射镜的有效偏转角，使得激光扫描窗口变窄。这不仅缩小了扫描幅宽，而且直接导致激光器功率利用率低下。

近年来，快速发展的增材技术促进355nm至405nm波长的紫外激光扫描成像装置，在多类型光固化三维打印机中得以广泛应用。其中最普遍的是检流计式两轴联动扫描振镜，其矢量扫描方式对激光器标称功率的利用率高，但在处理复杂图形时，频繁的矢量转弯及空程跳转会大幅降低平均扫描线速度，使其难以实现复杂零件的高速打印。近期，有专利文献和媒体资料公开报道基于微机电系统(MEMS)高速微振镜，以及多面反射镜旋转扫描装置的光固化三维打印技术，但前者的打印精度及精度稳定性还有待提高，而后者对激光器利用效率低下的问题依旧存在，特别是紫外激光器在光固化三维打印机总成本中的占比长期居高不下，造成整机费效比低下。也有报道采用多次反射光路校正枕形畸变、提升激光器利用效能的技术方案，但其光路结构复杂、激光束多次反射产生的能量损耗问题还亟待解决。目前，针对进一步提升激光器利用效能的迫切需求，在激光扫描成像领域，尚缺少一种光路简单、激光束能量损失小、扫描窗口宽，并能有效解决扫描线枕形畸变对成像精度影响的高效率旋转扫描平面成像方法。

实用新型内容

本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种光路简单、激光束能量损失小，最大光学扫描角接近2倍反射面圆周分度角，并能有效解决扫描线枕形畸变对成像精度影响的高效率旋转扫描平面成像装置。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种高效率旋转扫描平面成像装置，包括直线模组，直线模组的移动平台上有刚性支架，刚性支架上设有转镜电机、激光器，转镜电机输出轴与多面反射镜的中心孔紧密配合，多面反射镜的圆周等分分布多个反射面，转镜电机可带动多面反射镜连续旋转；激光器射出的激光束，相对多面反射镜正截面并倾斜指向多面反射镜的中轴线，所形成的反射光束在直线模组上方的成像面上形成光斑；转镜电机带动多面反射镜连续旋转时，反射光束被多个反射面顺序偏转，使得光斑在成像面上往复扫描生成弯曲扫描线；成像面上方设有图像传感器，用于将弯曲扫描线转换为数字化像素图，以确定弯曲扫描线中各投射像素在矩形成像区域中的行列位置。

作为优选，多面反射镜的圆周等分分布有三个反射面。

作为优选，扫描控制器分别与直线模组、转镜电机、激光器、图像传感器连接。