一种激光扫描填充系统及其扫描填充方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种激光扫描填充系统及其扫描填充方法。
【背景技术】
[0002]在激光加工领域，存在着一部分加工是相对于激光焦点而言属于大面积的激光扫描填充，毫无疑问目前绝大部分采用振镜逐行扫描激光光束的方式，激光聚焦有前聚焦与后聚焦两种方式，为了提高激光填充速度，振镜的加减速水平也在不断提高，分别从软件、电路、振镜镜片材料与形状设计、电机的创新等方面，但是由于振镜镜片运动属于摆动，因此不论如何努力，振镜摆动速度的提高已经越来越接近极限了。如果想追求更高的填充扫描速度，振镜已经无能为力了。例如，光固化激光光速成型，对于精细结构的激光扫描，激光振镜扫描速度必须降到3米/秒以下才可以保证激光填充时的起码扫描精度，否则要么填充扫描速度上去了，但是扫描精度不够，要么扫描精度够了，填充扫描速度太慢。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种激光扫描填充系统及其扫描填充方法，既能够高速甚至超高速激光填充扫描，同时又能够保证激光填充扫描精度。
[0004]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
[0005]—方面，本发明提供了一种激光扫描填充系统，所述系统包括计算机、激光聚焦模块、填充扫描激光偏转控制模块、光束发散扩束光学模块、截面经络扫描模块和激光平场聚焦模块；
[0006]所述计算机，用于根据待填充扫描截面面积和形状以及填充扫描激光偏转控制模块控制填充扫描的实时扫描宽度范围能力，对待填充扫描截面进行填充区域划分，并在相邻两条填充区域线之间确定一条扫描经络线；还用于将填充扫描范围信息发送给所述填充扫描激光偏转控制模块以及将经络扫描位置信息发送给截面经络扫描模块；
[0007]所述激光聚焦模块，用于将入射激光束进行聚焦，形成入射所述填充扫描激光偏转控制模块的聚焦的第一激光束；
[0008]所述填充扫描激光偏转控制模块，用于根据计算机发送的填充扫描范围信息对所述聚焦的第一激光束的扫描填充运动控制，形成入射所述光束发散扩束光学模块的第二激光束；
[0009]所述光束发散扩束光学模块，用于对聚焦状态的第二激光束进行发散光学处理，获取扩束的第三激光束，其中，所述光束发散扩束光学模块内部透镜全部拆除条件下，所述第一激光束和/或第二激光束激光焦点处于所述光束发散扩束光学模块内部或者输出端后端;
[0010]所述截面经络扫描模块，用于根据计算机发送的经络扫描位置信息完成对所述第三激光束的经络路径扫描运动控制，输出第四激光束；
[0011]所述激光平场聚焦模块，用于对所述第四激光束的平场聚焦，平场聚焦后输出的第五激光束对待加工工件的待扫描填充截面进行扫描填充加工。
[0012]本发明的有益效果为:由计算机对待填充扫描截面事先进行了扫描填充区域划分和扫描经络路径划分，并分别控制填充扫描激光偏转控制模块和截面经络扫描模块进行填充扫描和经络扫描，充分利用截面经络扫描模块特别是振镜的直线长距离经络路径扫描运动能力和填充扫描激光偏转控制模块局部高速高精度填充扫描运动的优势，对激光束同时进行填充速度扫描调制和经络扫描运动调制，使得整体激光填充扫描效率和精度获得突破性提尚°
[0013]在上述技术方案的基础上，还可以作如下改进:
[0014]进一步的，所述填充扫描激光偏转控制模块包括一个或多个串联的光束偏移调制子单元，每一个所述光束偏移调制子单元包括透射光学元件以及用于控制透射光学元件进行摆动或平移的电机或压电陶瓷；或者每一个所述光束偏移调制子单元包括反射光学元件以及用于控制反射光学元件进行偏转或者平移的电机或压电陶瓷；或者每一个所述光束偏移调制子单元包括声光偏转器，通过改变声光偏转器的驱动源的载波频率调节聚焦的所述第一激光束的布拉格光栅反射角，改变聚焦第一激光束传输方向；或者每一个所述光束偏移调制子单元包括电光偏转器，电光晶体施加外加电压，形成渐变折射率梯度分布，并在其输出端实现光束方向的偏转。
[0015]所述进一步的有益效果为:填充扫描激光偏转控制模块使用声光偏转器或者电光偏转器，扫描精度会更高。
[0016]进一步的，所述透射光学元件为透射平板光学元件或透射棱镜光学元件；所述反射光学元件为反射镜片。
[0017]进一步的，所述激光平场聚焦模块为远心平场镜头或者平场扫描聚焦镜头。
[0018]进一步的，所述光束发散扩束光学模块包括两个或两个以上串联的光学透镜，其中，至少串联有一个发散凹透镜和一个会聚凸透镜。
[0019]另一方面，本发明提供了一种激光扫描填充方法，所述方法包括:
[0020]S1、计算机根据待填充扫描截面面积和形状以及填充扫描激光偏转控制模块控制填充扫描的实时扫描宽度范围能力，对待填充扫描截面进行填充区域划分，并在相邻两条填充区域线之间确定一条扫描经络线；并将填充扫描范围信息发送给所述填充扫描激光偏转控制模块以及将经络扫描位置信息发送给截面经络扫描模块；
[0021]S2、入射激光束经过聚焦形成聚焦的第一激光束，并通过所述填充扫描激光偏转控制模块对聚焦的第一激光束进行扫描填充运动控制，输出聚焦状态的第二激光束；
[0022]S3、对聚焦状态的第二激光束进行发散光学处理，获取扩束的第三激光束；
[0023]S4、根据计算机发送的经络扫描位置信息完成对所述第三激光束的经络路径扫描运动控制，输出第四激光束；
[0024]S5、对所述第四激光束平场聚焦，以使平场聚焦后输出的第五激光束对待加工工件的待扫描填充截面进行扫描填充加工。
[0025]本发明提供的激光扫描填充方法的有益效果为:由计算机对待填充扫描截面事先进行了扫描填充区域划分和扫描经络路径划分，并分别控制填充扫描激光偏转控制模块和截面经络扫描模块进行填充扫描和经络扫描，充分利用截面经络扫描模块特别是振镜的直线长距离经络路径扫描运动能力和填充扫描激光偏转控制模块局部高速高精度填充扫描运动的优势，对激光束同时进行填充速度扫描调制和经络扫描运动调制，使得整体激光填充扫描效率和精度获得突破性提高。
[0026]在上述技术方案的基础上，还可以作如下改进:
[0027]进一步的，当所述第二激光束处于静态时，所述第五激光束的填充扫描路径为经络状；当所述扫描填充激光偏转控制模块对第一激光束进行偏转运动控制以形成偏转运动的第二激光束时，所述第五激光束的填充扫描路径为填充扫描运动和经络路径扫描运动的合成路径，其中，填充扫描运动矢量和经络路径扫描运动矢量不共线。
[0028]所述进一步的有益效果为:
[0029]通过扫描填充激光偏转控制模块和截面经络扫描模块的共同作用，可形成合成运动路径的第五激光束，对待加工工件的填充扫描精度更高。
[0030]进一步的，所述第五激光束的填充扫描运动矢量和经络路径扫描运动矢量夹角在45。与90。之间。
[0031]进一步的，所述待加工工件为激光快速成型材料。
[0032]进一步的，所述激光快速成型材料为光敏树脂、金属粉末、陶瓷粉末或尼龙。
【附图说明】
[0033]图1为本发明实施例1的一种激光扫描填充系统结构示意图；
[0034]图2为实施例1中计算机与填充扫描激光偏转控制模块以及截面经络扫描模块之间的连接示意图；
[0035]图3-a为实施例1中单独的填充扫描路径轨迹和单独的经络扫描路径轨迹示意图；
[0036]图3-b为实施例中填充扫描路径轨迹和经络扫描路径轨迹合成运动轨迹示意图；
[0037]图4-a为实施例1中带填充扫描区域示意图；
[0038]图4-b为传统振镜逐行填充扫描轨迹示意图；
[0039]图4-c为实施例1中填充扫描路线和经络扫描路线示意图；
[0040]图4-d为是实施例1中填充扫描运动与经络扫描运动的合成运动轨迹示意图；
[0041]图5为实施例2的用于硅晶圆激光铣削盲槽的激光扫描填充系统结构示意图；
[0042]图6为本发明实施例3的一种激光扫描填充方法流程图。
[0043]附图中，各部件标号如下:
[0044]1、入射激光束，2、激光聚焦模块，3、第一激光束，4、填充扫描激光偏转控制模块，5、出射零级衍射激光，6、第二激光束，7、光束发散扩束光学模块，71、发散凹透镜，72、会聚凸透镜，8、第三激光束，9、截面经络扫描模块，91、第二电机主轴，92、第二振镜反射镜片，93、第一振镜反射镜片反射光束，94、第一电机，95、第一电机主轴，96第一振镜反射镜片，10第四激光束，11、激光平场聚焦模块，12、