[发明专利]使用非球柱面镜组调节光斑形状及能量分布的装置及方法

权利要求书

1.一种使用非球柱面镜组调节光斑形状及能量分布的装置，其特征在于，包括安装在所述装置外壳内的非球柱面镜组，所述非球柱面镜组包括相互正交的第一非球柱面镜和第二非球柱面镜，所述第一非球柱面镜将入射的圆形光束光斑从点光斑转换为线光斑，所述第二非球柱面镜将所述第一非球柱面镜出射的所述线光斑转换为方形面光斑；

所述第一非球柱面镜和所述第二非球柱面镜的与圆锥系数满足以下公式（1）表达的关系：

；

所述第一非球柱面镜和所述第二非球柱面镜的曲率与圆锥系数满足以下公式（2）表达的关系：

；

公式（2）中，表示所述非球柱面镜的曲面高度；

表示非球柱面镜的曲面距离轴心的距离；

所述装置还包括一旋转装置，所述旋转装置用于旋转所述非球柱面镜组的角度以改变方形光斑方向，进而使得方形光斑的边与扫描线垂直。

2.根据权利要求1所述的使用非球柱面镜组调节光斑形状及能量分布的装置，其特征在于，所述非球柱面镜由熔融石英制成。

3.根据权利要求1所述的使用非球柱面镜组调节光斑形状及能量分布的装置，其特征在于，控制所述旋转装置旋转以保持所述方形光斑的边始终与扫描线方向垂直的方法通过以下公式（3）表达：

；

公式（3）中，表示打印向量的起始位置的坐标；

表示所述打印向量的结束位置的坐标；

表示保持所述方形光斑与扫描线方向垂直需要旋转的角度。

4.根据权利要求1或3所述的使用非球柱面镜组调节光斑形状及能量分布的装置，其特征在于，还包括准直镜、准直透镜、聚焦器件和振镜反射镜，光纤激光器发生的高斯光束经所述准直镜准直后直接入射到所述非球柱面镜组，所述非球柱面镜组对入射光束进行光斑形状及能量分布调节后出射给所述准直透镜进行准直，准直光束入射到所述聚焦器件进行聚焦后经所述振镜反射镜反射后形成在打印工作面上或首先经所述振镜反射镜反射后再通过所述聚焦器件聚焦后形成在所述打印工作面上。

5.根据权利要求4所述的使用非球柱面镜组调节光斑形状及能量分布的装置，其特征在于，所述聚焦器件为聚焦透镜或FTheta场镜。

6.一种使用非球柱面镜组调节光斑形状及能量分布的方法，通过如权利要求1-5任意一项所述的装置实现，其特征在于，包括步骤：

S1，确定打印向量；

S2，根据所述打印向量的起始位置坐标和结束位置坐标，计算可保持方形光斑的边与3D打印扫描线保持垂直的旋转角度，计算方式通过以下公式（4）表达：

；

公式（4）中，表示所述打印向量的起始位置的坐标；

表示所述打印向量的结束位置的坐标；

S3，驱动旋转装置旋转并带动所述非球柱面镜组旋转所述旋转角度。