用于制造三维物体的激光扫描装置及其方法
【专利摘要】一种用于制造三维物体的激光扫描装置及其方法，激光扫描装置包括激光器、振镜系统、控制系统和光束调节系统，所述控制系统将制件每一截面的待扫描点分为轮廓区和填充区，当扫描轮廓区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描；当扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描，本发明的用于制造三维物体的激光扫描装置及其方法通过采用分区扫描的方式，在保证制得的三维物体精度的前提下，提高了三维物体的成型速度。
【专利说明】用于制造三维物体的激光扫描装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于三维物体制造领域，具体涉及一种用于制造三维物体的激光扫描装置 及其方法。
【背景技术】
[0002] 三维物体的制造方法主要包括分层切片、送铺粉、激光扫描工艺步骤，其中激光扫 描是影响三维物体的精度以及成型速度的关键因素。现有三维物体的制造方法，激光扫描 步骤一般采用相同尺寸的单一光斑进行扫描，该激光扫描方法可以实现三维物体的制造， 但由于采用较小尺寸的光斑进行扫描，提高了三维物体的精度，同时却减慢了三维物体的 成型速度；而若采用较大尺寸的光斑进行扫描时，提高了三维物体的成型速度，同时可能影 响了三维物体的成型精度，因此，采用现有技术的单一光斑扫描方法制造三维物体，很难达 到高精度、高成型速度的效果。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于，针对现有技术存在的问题，提供一种用于制造三维物体的激 光扫描装置及其方法，该激光扫描装置及其方法在保证制得的三维物体精度的前提下，提 高了三维物体的成型速度。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于制造三维物体的激光扫描装置，包 括激光器、振镜系统、控制系统和光束调节系统，所述控制系统将制件每一截面的待扫描点 分为轮廓区和填充区，当扫描轮廓区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束 调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描；当扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控 制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描。
[0005] 优选地，所述光束调节系统包括固定倍率扩束镜、F-Theta透镜和光阑，所述激光 器、固定倍率扩束镜、振镜系统和F-Theta透镜组成第一光路单元，所述F-Theta透镜用于 将通过振镜系统反射的激光束在工作平面上形成均匀大小的聚焦光斑，所述固定倍率扩束 镜设置在激光器和振镜系统之间，当扫描轮廓区时，上升光阑，使得光阑设置在固定倍率扩 束镜和振镜系统之间，当扫描填充区时，下降光阑，使得光阑未出现在第一光路单元。
[0006] 优选地，所述光束调节系统包括动态聚焦模块和光阑，所述动态聚焦模块包括动 态发散镜和聚焦镜，所述激光器、动态发散镜、聚焦镜和振镜系统组成第二光路单元，所述 动态发散镜、聚焦镜依次设置在激光器和振镜系统之间，当扫描轮廓区时，上升光阑，使得 光阑设置在动态发散镜和聚集镜之间，当扫描填充区时，下降光阑，使得光阑未出现在第二 光路单元。
[0007] 优选地，所述光束调节系统包括可变倍率扩束镜和F-Theta透镜，所述可变倍率 扩束镜设置在激光器和振镜系统之间，所述F-Theta透镜用于将通过振镜系统反射的激光 束在工作平面上形成均匀大小的聚焦光斑，所述第一光斑和第二光斑通过调节可变倍率扩 束镜的倍率分别获得。
[0008] 优选地，所述第一光斑和第二光斑满足公式：d2 < 2(^，其中4为第一光斑尺寸，d2 为第二光斑尺寸。
[0009]本发明又提供了一种用于制造三维物体的设备，包括分层切片系统和送铺粉装 置，其中，该设备还包括上述用于制造三维物体的激光扫描装置。
[0010] 本发明还提供了一种用于制造三维物体的激光扫描方法，包括以下步骤： 步骤一：控制系统将制件每一截面的待扫描点分为轮廓区和填充区； 步骤二：当扫描轮廓区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系 统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描；当扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光 器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描； 步骤三：重复执行步骤一和步骤二直到三维物体成型。
[0011] 优选地，采用相同扫描间距对填充区进行逐行扫描。
[0012] 优选地，扫描填充区具体包括以下步骤： 控制系统根据公式A=W/B计算并判断A是否为整数； 当A为整数时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸 较大的第二光斑对填充区进行逐行扫描； 当A为非整数时，将A的整数部分记作Z，第1行至第Z行，控制系统通过振镜系统控制 激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行逐行扫描；第Z+1行，控制 系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫 描； 其中，w为制件每一截面内垂直于扫描方向的长度，B为扫描光斑间距，所述第i行的行 距等于B，第Z+1行的行距小于B。
[0013] 优选地，所述激光扫描方法由上述激光扫描装置实现。
[00M]本发明的用于制造三维物体的激光扫描装置，在扫描轮廓区时，控制系统通过振 镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描，从而保证 了三维物体的精度；而在扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束 调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描，这样便提高了三维物体的成型速度，因此， 本发明的用于制造三维物体的激光扫描装置通过采用分区扫描的方式，在保证制得的三维 物体精度的前提下，提高了三维物体的成型速度。
[0015]本发明的用于制造三维物体的设备，包括激光扫描装置，该装置在扫描轮廓区时， 控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进 行扫描，从而保证了三维物体的精度；而在扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光 器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描，这样便提高了三维物体的 成$速度，因此，本发明的用于制造三维物体的设备通过采用分区扫描的方式，在保证制得 的三维物体精度的前提下，提高了三维物体的成型速度。
[0016]本发明的用于制造三维物体的激光扫描方法，在扫描轮廓区时，控制系统通过振 镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描，从而保证 了三维物体的精度；而在扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束 调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描，这样便提高了三维物体的成型速度，因此， 本发明的用于制造三维物体的激光扫描方法通过采用分区扫描的方式，在保证制得的三维 物体精度的前提下，提高了三维物体的成型速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本发明用于制造三维物体的激光扫描方法提供的一实施例的扫描示意图； 图2为本发明用于制造三维物体的激光扫描方法提供的一实施例的扫描光斑 #^量分 布图； 图3为本发明用于制造三维物体的激光扫描装置提供的实施例一的结构图； 图4为本发明用于制造三维物体的激光扫描装置提供的实施例二的结构图； 图5为实施例二中一种光路图； ' 图6为实施例二中另一种光路图； 图7为本发明用于制造三维物体的激光扫描装置提供的实施例三的结构图； 图8为本发明用于制造三维物体的激光扫描方法提供的实施例四的方法流程图。
[0018] 图例说明： 1、〇02激光器；2、动态发散镜；3、聚焦镜 ；4、「-1^^3透镜；5、固定倍率扩束镜；6、可 变倍率扩束镜；7、光阑；8、振镜系统；9、工作平面、1〇、光纤激光器、11、光纤、12、光纤准直 器；13、X轴振镜；14、Y轴振镜。
【具体实施方式】
[0019]现有三维物体的制造方法，激光扫描步骤一般采用相同尺寸的单一光斑进行扫 描，该激光扫描方法虽然可以实现三维物体的制造，但最后制得的三维物体很难兼具高精 度、高效率的优点。经过发明人的不断研究发现，影响三维物体精度的核心区域是制件的轮 廓点，因此为了既提高精度又加快成型速度，可针对制件的每一层横截面进行分区扫描，以 便制造高精度、高成型速度的三维物体。
[0020] 发明人基于上述发明构思，提供了一种用于制造三维物体的激光扫描装置，包括 激光器、振镜系统、控制系统和光束调节系统，所述控制系统将制件每一截面的待扫描点分 为轮廓区和填充区，当扫描轮廓区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调 节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描；当扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制 激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描。
[0021] 在此需说明的是，制件的每一横截面的激光扫描都是按照上述方法实现，即在每 一次横截面扫描时，控制系统区分制件的轮廓点和填充点，并将制件的所有轮廓点归纳为 轮廓区，而将制件的所有填充点归纳为填充区。
[0022] 具体实施中，所述光束调节系统可由以下几种实施方式实现： 实施方式一：所述光束调节系统包括固定倍率扩束镜、F-Theta透镜和光阑，所述激光 器、固定倍率扩束镜、振镜系统和F-Theta透镜组成第一光路单元，所述F-Theta透镜用于 将通过振镜系统反射的激光束在工作平面上形成均匀大小的聚焦光斑，所述固定倍率扩束 镜设置在激光器和振镜系统之间，当扫描轮廓区时，上升光阑，使得光阑设置在固定倍率扩 束镜和振镜系统之间，当扫描填充区时，下降光阑，使得光阑未出现在第一光路单元。
[0023] 实施方式二：所述光束调节系统包括动态聚焦模块和光阑，所述动态聚焦模块包 括动态发散镜和聚焦镜，所述激光器、动态发散镜、聚焦镜和振镜系统组成第二光路单元， 所述动态发散镜、聚焦镜依次设置在激光器和振镜系统之间，当扫描轮廓区时，上升光阑， 使得光阑设置在动态发散镜和聚集镜之间，当扫描填充区时，下降光阑，使得光阑未出现在 第二光路单元。
[0024]实施方式一和实施方式二中的光阑可通过电机控制上升和下降，当光阑上升时， 即光阑出现在第一光路单元和/或第二光路单元，相当于启动了滤光功能，当光阑下降时， 相当于关闭了滤光功能，即光阑未出现在光路中。可以理解的是，这是启动和关闭光阑的一 种实施方式，当然，还可以采用其它的方式实现(如，通过控制光阑处于直立或水平位置来 启动和关闭光阑的滤光功能)，在此不做详细叙述。
[0025]实施方式三：所述光束调节系统包括可变倍率扩束镜和F-Theta透镜，所述可变 倍率扩束镜设置在激光器和振镜系统之间，所述F-Theta透镜用于将通过振镜系统反射的 激光束在工作平面上形成均匀大小的聚焦光斑，所述第一光斑和第二光斑通过调节可变倍 率扩束镜的倍率分别获得。
[0026] 优选地，为了进一步提高三维物体的精度以及成型速度，所述第一光斑和第二光 斑应满足公式：d2 < 2屯，其中屯为第一光斑尺寸，d2为第二光斑尺寸。
[0027]具体实施中，所述激光器为C02激光器或光纤激光器，当然还可以为其它类型的激 光器。
[0028]本发明的用于制造三维物体的激光扫描装置，在扫描轮廓区时，控制系统通过振 镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描，从而保证 了三维物体的精度；而在扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束 调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描，这样便提高了三维物体的成型速度，因此， 本发明的用于制造三维物体的激光扫描装置通过采用分区扫描的方式，在保证制得的三维 物体精度的前提下，提高了三维物体的成型速度。
[0029]发明人还提供了一种用于制造三维物体的设备，包括分层切片系统和送铺粉装 置，其中还包括上述任一实施例的用于制造三维物体的激光扫描装置。
[0030]本发明的用于制造三维物体的设备，包括激光扫描装置，该装置在扫描轮廓区时， 控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进 行扫描，从而保证了三维物体的精度；而在扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光 器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描，这样便提高了三维物体的 成型速度，因此，本发明的用于制造三维物体的设备通过采用分区扫描的方式，在保证制得 的三维物体精度的前提下，提高了三维物体的成型速度。
[0031]发明人还提供了一种用于制造三维物体的激光扫描方法，包括以下步骤： 步骤一：控制系统将制件每一截面的待扫描点分为轮廓区和填充区； 步骤-:当扫描轮廊区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系 统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描；当扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光 器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描； 步骤三：重复执行步骤一和步骤二直到三维物体成型。
[0032] 具体实施中，可采用相同扫描间距对填充区进行逐行扫描。
[0033]为了进一步提高制件三维物体的精度，扫描填充区可具体按照以下方式实现： 控制系统根据公式A=W/B计算并判断A是否为整数； 当A为整数时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸 较大的第二光斑对填充区进行逐行扫描； 当A为非整数时，将A的整数部分记作Z，第1行至第Z行，控制系统通过振镜系统控制 激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行逐行扫描；第Z+1行，控制 系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫 描； 其中，W为制件每一截面内垂直于扫描方向的长度,b为扫描光斑间距，所述第1行的行 距等于B，第Z+1行的行距小于B，具体参阅图1，该图设定沿X方向对制件的横截面进行扫 描，则L为X方向长度，W为Y方向长度。
[0034]具体实施中，为了均匀地扫描制件以获得高性能制件，扫描光斑间距B可通过以 下方式得到： 若干个光斑按照相邻光斑叠加的方法进行依次排列； 使得相邻光斑叠加区域的能量之和等于单一光斑的最强能量； 将相邻波峰的距离记作扫描光斑间距B，如图2所示。
[0035]在此需说明的是，所述激光扫描方法由上述任一实施例的激光扫描装置实现。 [0036]本发明的用于制造三维物体的激光扫描方法，在扫描轮廓区时，控制系统通过振 镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描，从而保证 了三维物体的精度；而在扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束 调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描，这样便提高了三维物体的成型速度，因此， 本发明的用于制造三维物体的激光扫描方法通过采用分区扫描的方式，在保证制得的三维 物体精度的前提下，提高了三维物体的成型速度。
[0037]为了使本领域的技术人员能够更好地理解并实现本发明的技术方案，下面结合说 明书附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。
[0038] 实施例一： 图3为本发明用于制造三维物体的激光扫描装置提供的实施例一的结构图，如图3所 示，用于制造三维物体的激光扫描装置包括光纤激光器10、振镜系统8、控制系统（图中未 示出)和光束调节系统，所述光束调节系统包括固定倍率扩束镜5、F-Theta透镜4和光阑7， 光纤激光器10、固定倍率扩束镜5、振镜系统8和F-Theta透镜4组成第一光路单元，所述 F-Theta透镜4用于将通过振镜系统8反射的激光束在工作平面上形成均匀大小的聚焦光 斑，所述固定倍率扩束镜5设置在光纤激光器10和振镜系统8之间，所述控制系统将制件 每一截面的待扫描点分为轮廓区和填充区，当扫描轮廓区时，上升光阑7,使得光阑7设置 在固定倍率扩束镜5和振镜系统8之间，从光纤激光器10中发出的发散光束通过光纤11、 光纤准直器12转换为平行光束，平行激光束经固定倍率扩束镜5,光束经过光阑7的部分 滤光后，反射到振镜系统8,振镜系统8控制激光束通过F-Theta透镜4后聚焦至工作平面 9,并形成尺寸较小的第一光斑进行轮廓扫描；当扫描填充区时，下降光阑7,使得光阑7未 出现在第一光路单元，从光纤激光器10中发出的激光束经固定倍率扩束镜5反射到振镜系 统8,振镜系统8控制激光束通过F-Theta透镜4后聚焦至工作平面9,并形成尺寸较大的 第二光斑进行填充扫描，所述第一光斑和第二光斑应满足公式：d 2 < 2屯，其中屯为第一光 斑尺寸，d2为第二光斑尺寸。
[0039] 可以理解的是，第一光斑和第二光斑的具体值可由设计人员根据具体精度和成型 速度的要求确定，当具体值确定后，即可通过设定固定倍率扩束镜5的倍率、F-Theta透镜4 的焦距以及光阑7的孔径组合确定。
[0040] 实施方式二：所述光束调节系统包括动态聚焦模块和光阑，所述动态聚焦模块包 括动态发散镜和聚焦镜，所述激光器、动态发散镜、聚焦镜和振镜系统组成第二光路单元， 所述动态发散镜、聚焦镜依次设置在激光器和振镜系统之间，当扫描轮廓区时，上升光阑， 使得光阑设置在动态发散镜和聚集镜之间，当扫描填充区时，下降光阑，使得光阑未出现在 第二光路单元。实施例二 图4为本发明用于制造三维物体的激光扫描装置提供的实施例二的结构图，图5为实 施例二中一种光路图；图6为实施二中另一种光路图，如图4、图5和图6所示，用于制造三 维物体的激光扫描装置包括C02激光器1、振镜系统8、控制系统（图中未示出）和光束调节 系统，所述光束调节系统包括动态聚焦模块和光阑7,所述动态聚焦模块包括动态发散镜2 和聚焦镜3, C02激光器1、动态发散镜2、聚焦镜3和振镜系统8组成第二光路单元，所述动 态发散镜2、聚焦镜3依次设置在C0 2激光器1和振镜系统8之间，所述控制系统将制件每 一截面的待扫描点分为轮廓区和填充区，当扫描轮廓区时，上升光阑7,使得光阑7设置在 动态发散镜2和聚集镜3之间，从C02激光器1中发出的激光束经动态发散镜2,光束经过 光阑7的部分滤光，发散至聚焦镜3后反射到X轴振镜13和Y轴振镜14,经X、Y轴振镜反 射后聚焦在工作平面9,并形成尺寸较小的第一光斑进行轮廓扫描(如图6所示）；当扫描填 充区时，下降光阑7,使得光阑7未设置在第二光路单元，从C02激光器1中发出的激光束经 动态聚焦模块反射到X轴振镜13和Y轴振镜14,经X、Y轴振镜反射后聚焦于工作平面9 (如图5所示)，并形成尺寸较大的第二光斑进行填充扫描，所述第一光斑和第二光斑应满足 公式：d 2 < 2屯，其中山为第一光斑尺寸，d2为第二光斑尺寸。
[0041] 可以理解的是，第一光斑和第二光斑的具体值可由设计人员根据具体精度和成型 速度的要求确定，当具体值确定后，便可通过设定动态发散镜2的曲率、聚焦镜3的焦距以 及光阑7的孔径组合确定。所述振镜系统8包括X轴振镜13和Y轴振镜14。
[0042] 实施例三 ^图7为本发明用于制造三维物体的激光扫描装置提供的实施例三的结构图，如图7所 示，用于制造三维物体的激光扫描装置包括光纤激光器10、振镜系统8、控制系统（图中未 示出)和光束调节系统，所述光束调节系统包括可变倍率扩束镜6和F-Theta透镜4,所述可 变倍率扩束镜6设置在光纤激光器10和振镜系统 8之间，所述F-Theta透镜4用于将通过 振镜系统8反射的激光束在工作平面9上形成均匀大小的聚焦光斑，所述控制系统将制件 每一截面的待扫描点分为轮廓区和填充区，当扫描轮廓区时，增加可变扩束镜的倍率，从光 纤激光器10中发出的激光束经可变倍率扩束镜6反射到振镜系统8,振镜系统8控制激光 束通过F-Theta透镜4后聚焦至工作平面9,并形成尺寸较小的第一光斑进行轮廓扫描；当 扫描填充区时，减小可变扩束镜的倍率，从光纤激光器10中发出的发散光束通过光纤11、 光纤准直器12转换为平行光束，平行激光束经可变倍率扩束镜6反射到振镜系统8,振镜系 统8控制激光束通过F-Theta透镜4后聚焦至工作平面9,并形成尺寸较大的第二光斑进行 轮廓扫描，所述第一光斑和第二光斑应满足公式：d 2 < 24，其中屯为第一光斑尺寸，d2为第 二光斑尺寸。
[0043]可以理解的是，第一光斑和第二光斑的具体值可由设计人员根据具体精度和成型 速度的要求确定，当具体值确定后，便可通过设定可变倍率扩束镜6的倍率和F-Theta透镜 4的焦距组合确定。
[GG44] 实施例四 图8为本发明用于制造三维物体的激光扫描方法提供的实施例四的方法流程图，如图 8所示，用于制造三维物体的激光扫描方法包括以下步骤： 步骤81 :控制系统将制件一截面的待扫描点分为轮廓区和填充区，当扫描轮廓区时执 行步骤82,当扫描填充区时执行步骤83 ; 步骤82 :控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小 的第一光斑进行扫描； 步骤S3 :控制系统根据公式A=W/B计算并判断A是否为整数，当A为整数时执行步骤 84,否则执行步骤85 ; 步骤S4 :控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大 的第二光斑对填充区进行逐行扫描，该步骤执行完后返回执行步骤81 ; 该步骤中，对填充区的所有行均选择尺寸较大的第二光斑进行扫描。
[0045]步骤S5 :将A的整数部分记作Z,第1行至第Z行，控制系统通过振镜系统控制激 光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行逐行扫描；第Z+1行，控制系 统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描， 该步骤执行完后返回执行步骤81。
[0046]在此需说明的是，三维物体的成型需要重复执行该实施例的上述步骤，当三维物 体成型，即可结束上述流程。
[0047] 本实施例中，W为制件每一截面内垂直于扫描方向的长度，B为扫描光斑间距，所 述第1行的行距等于B，第Z+1行的行距小于B。
[0048] 在此需说明的是，本申请文本中提到的制件即为待成型的三维物体。
[0049]以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实 施例，凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本 发明原理前提下的若干修改和修饰，应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种用于制造三维物体的激光扫描装置，其特征在于，包括激光器、振镜系统、控制 系统和光束调节系统，所述控制系统将制件每一截面的待扫描点分为轮廓区和填充区，当 扫描轮廓区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小 的第一光斑进行扫描；当扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束 调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描。
2. 根据权利要求1所述的用于制造三维物体的激光扫描装置，其特征在于，所述光束 调节系统包括固定倍率扩束镜、F-Theta透镜和光阑，所述激光器、固定倍率扩束镜、振镜系 统和F-Theta透镜组成第一光路单元，所述F-Theta透镜用于将通过振镜系统反射的激光 束在工作平面上形成均匀大小的聚焦光斑，所述固定倍率扩束镜设置在激光器和振镜系统 之间，当扫描轮廓区时，上升光阑，使得光阑设置在固定倍率扩束镜和振镜系统之间，当扫 描填充区时，下降光阑，使得光阑未出现在第一光路单元。
3. 根据权利要求1所述的用于制造三维物体的激光扫描装置，其特征在于，所述光束 调节系统包括动态聚焦模块和光阑，所述动态聚焦模块包括动态发散镜和聚焦镜，所述激 光器、动态发散镜、聚焦镜和振镜系统组成第二光路单元，所述动态发散镜、聚焦镜依次设 置在激光器和振镜系统之间，当扫描轮廓区时，上升光阑，使得光阑设置在动态发散镜和聚 集镜之间，当扫描填充区时，下降光阑，使得光阑未出现在第二光路单元。
4. 根据权利要求1所述的用于制造三维物体的激光扫描装置，其特征在于，所述光束 调节系统包括可变倍率扩束镜和F-Theta透镜，所述可变倍率扩束镜设置在激光器和振镜 系统之间，所述F-Theta透镜用于将通过振镜系统反射的激光束在工作平面上形成均匀大 小的聚焦光斑，所述第一光斑和第二光斑通过调节可变倍率扩束镜的倍率分别获得。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的用于制造三维物体的激光扫描装置，其特征在于， 所述第一光斑和第二光斑满足公式：d2 < 24，其中屯为第一光斑尺寸，d2为第二光斑尺寸。
6. -种用于制造三维物体的设备，包括分层切片系统和送铺粉装置，其特征在于，还包 括权利要求1_ 5任一项所述的用于制造三维物体的激光扫描装置。
7. -种用于制造三维物体的激光扫描方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一：控制系统将制件每一截面的待扫描点分为轮廓区和填充区； 步骤二：当扫描轮廓区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系 统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描；当扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光 器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描； 步骤三：重复执行步骤一和步骤二直到三维物体成型。 8_根据权利要求7所述的用于制造三维物体的激光扫描方法，其特征在于，采用相同 扫描间距对填充区进行逐行扫描。
9·根据权利要求8所述的用于制造三维物体的激光扫描方法，其特征在于，扫描填充 区具体包括以下步骤： 八 ' '、 控制系统根据公式A=W/B计算并判断A是否为整数； 当A为整数时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸 较大的第二光斑对填充区进行逐行扫描； w ' 当A为非整数时，将A的整数部分记作Z，第丨行至第z行，控制系统通过振镜系统控制 激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行逐行扫描；第Z+1行，控制 系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫 描； 其中，W为制件每一截面内垂直于扫描方向的长度，B为扫描光斑间距，所述第1行的行 距等于B，第Z+1行的行距小于B。
10·根据权利要求7_9任一项所述的用于制造三维物体的激光扫描方法，其特征在于， 所述激光扫描方法由权利要求1_5任一项所述的激光扫描装置实现。
【文档编号】G02B26/10GK104142574SQ201410301764
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】鲍光, 许小曙 申请人:湖南华曙高科技有限责任公司