专利名称：一种用于激光快速成形技术的分区域移动式光源扫描系统的制作方法
技术领域：
本发明属于并行快速成形制造技术领域，具体涉及一种用于激光快速成形技术的分区域移动式光源扫描系统。
背景技术：
激光快速成形技术根据读入的模型零件的CAD数据，通过控制激光器对成形材料进行照射，在当前层完成制作后，添加需成形的材料，重复照射至完成零件制作。扫描系统作为激光快速成形技术的重要组成部分，对整个系统的成型件尺寸、成形效率及质量具有至关重要的作用，然而已有的快速成型系统大多采用单扫描装置，无法一次成型大尺寸零件。分区并行加工概念的提出较好的解决了大尺寸零件的制作问题，例如名称为“用于快速成型的分区并行加工装置”、申请号为98219120.0的专利，但不适合激光快速成型加工。多光源分区并行扫描系统的出现很好地解决了激光快速成型机制作大尺寸零件的问题，例如，名称为“一种粉末材料成型系统”、申请号为200610018754. 5的专利，但该扫描系统存在的问题是使用多套激光器、扫描振镜会因为其本身售价昂贵而造成快速成型设备成本大幅度增加，同时，多套扫描系统不仅增加了快速成型设备的设计难度，也使承载这些扫描系统的光路板体积和载重变大。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于激光快速成形技术的分区域移动式光源扫描系统，在不增加激光快速成形设备成本的基础上，实现激光快速成形的分区域扫描，增大激光快速成形系统的成形尺寸，同时保有高的成形精度。为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下一种用于激光快速成形技术的分区域移动式光源扫描系统，包括分区域可移动平台、装有活塞10的工件腔9，分区域可移动平台固定在工作壳体6内，并配置于工件腔9上方，分区域可移动平台包括直线电机平台I和扫描平台5，直线电机平台I通过连接件悬于工件腔6的上方,扫描平台5固定在直线电机平台I上，扫描平台5包括激光器3、扫描振镜4及反射镜2，反射镜2位于激光器3和扫描振镜4的上方,激光器3位于扫描振镜4的右边，一个含有扫描控制程序的计算机输出端通过振镜控制卡与扫描平台5的控制端相连，同时通过运动控制卡与直线电机平台I的控制端相连。所述的扫描控制程序包含有一个分区规则，分区规则是(I)读取当前截面轮廓线信息，并得出当前截面轮廓线在水平X和垂直Y方向上最大尺寸长度HX、HY，令HX、HY与振镜扫描区域直径D做除法运算，结果记为ZX、ZY，建立取整函数 Nx= [Zx]和 Ny= [Zy],建立小数部分函数 Mx = {Zx} e [o，+°o)和 My= {Zy} e [O,
+ OO );(2)L1是与Y轴平行的截面轮廓线左端的切线，为X方向分区起始基准线；L2是与Y轴平行的截面轮廓线右端的切线，为X方向分区终止基准线；l3是与X轴平行的截面轮廓线下端的切线，为Y方向分区起始基准线山4是与X轴平行的截面轮廓线上端的切线，为Y方向分区终止基准线；(3)以切线L1为分区起点，以切线L3为分区下基准线，以D为划分区域边长，依次在X方向划分Nx个区域；以切线L2为分区起点，以切线L3为分区下基准线，以D为单区域边长，在-X方向划分I个区域，第一列X方向分区完成，其中第Nx个区域与第Nx+1个区域重置部分长度为Lx = D-Mx ；(4)将切线L3沿Y方向依次平移D、2D、……(Ny-I)D个长度，并依次作为新的分区下基准线，依次重复分区步骤(3)，完成第二列、第三列、……第Ny列X方向分区；以切线L4为新的分区上基准线，重复分区步骤(3)，完成第Νγ+1列X方向分区，其中第Νγ+1列X方向分区与第Ny列X方向分区重叠部分宽度为Ly = D-MY。本发明与现有技术相比，具有以下突出优点在确保精度的同时，仅使用一套扫描系统实现了大尺寸零件的一次成型，降低了设备成本及复杂度。
图I为本发明的结构示意图。图2为本发明的光源扫描系统工作原理图。图3为分区域原理示意图。图中1_直线电机平台；2_反射镜；3_激光器；4_扫描振镜；5_扫描平台；6-工作壳体；7_振镜扫描区域；8_工作平台；9_工作腔；10_活塞。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细的说明。参照图1，一种用于激光快速成形技术的分区域移动式光源扫描系统，包括分区域可移动平台、装有活塞10的工件腔9，分区域可移动平台固定在工作壳体6内，并配置于工件腔9上方，分区域可移动平台包括直线电机平台I和扫描平台5，直线电机平台I通过连接件悬于工件腔6的上方，扫描平台5固定在直线电机平台I上，扫描平台5包括激光器3、扫描振镜4及反射镜2，反射镜2位于激光器3和扫描振镜4的上方,激光器3位于扫描振镜4的右边，一个含有扫描控制程序的计算机输出端通过振镜控制卡与扫描平台5的控制端相连，同时通过运动控制卡与直线电机平台I的控制端相连。本发明的工作原理为参照图2，在开始扫描之前，将零件CAD数据输入到计算机中的数据处理程序，该数据处理程序根据分区规则进行分区，每个区域的大小由振镜扫描区域7决定，将分区后的数据存储在独立的文件中，并进行扫描填充处理；然后，扫描程序读入分区数据文件，并判断在当前区域内是否存在数据需要进行扫描，如果存在，则进行当前数据扫描，如果不存在对应数据，则通过控制软件搜索层内其他数据分布区域，选择距离当前位置最近的区域并通过分区域移动平台将扫描平台5移动至该区域，然后使用激光进行加工制作，本层数据加工完成，活塞10下降设定的层厚高度，在工作平台8的上表面进行制作材料的填充，反复制作直到完成全部数据的扫描。 所述的扫描控制程序包含有一个分区规则，参照图3，图3为分区规则原理示意图，分区规则是(I)读取当前截面轮廓线信息，并得出当前截面轮廓线在水平X和垂直Y方向上最大尺寸长度HX、HY，令HX、HY与振镜扫描区域直径D做除法运算，结果记为ZX、ZY，建立取整函数 Nx= [Zx]和 Ny= [Zy],建立小数部分函数 Mx = {Zx} e [o，+°o)和 My= {Zy} e [O,
+ OO );
(2)L1是与Y轴平行的截面轮廓线左端的切线，为X方向分区起始基准线；L2是与
Y轴平行的截面轮廓线右端的切线，为X方向分区终止基准线；l3是与X轴平行的截面轮廓线下端的切线，为Y方向分区起始基准线山4是与X轴平行的截面轮廓线上端的切线，为Y方向分区终止基准线；(3)以切线L1为分区起点，以切线L3为分区下基准线，以D为划分区域边长，依次在X方向划分Nx个区域；以切线L2为分区起点，以切线L3为分区下基准线，以D为单区域边长，在-X方向划分I个区域，第一列X方向分区完成，其中第Nx个区域与第Nx+1个区域重置部分长度为Lx = D-Mx ；(4)将切线L3沿Y方向依次平移D、2D、……(Ny-I)D个长度，并依次作为新的分区下基准线，依次重复分区步骤(3)，完成第二列、第三列、……第Ny列X方向分区；以切线L4为新的分区上基准线，重复分区步骤(3)，完成第Νγ+1列X方向分区，其中第Νγ+1列X方向分区与第Ny列X方向分区重叠部分宽度为Ly = D-MY。
权利要求
1.一种用于激光快速成形技术的分区域移动式光源扫描系统，包括分区域可移动平台、装有活塞(10)的工件腔(9)，其特征在于分区域可移动平台固定在工作壳体￠)内，并配置于工件腔(9)上方，分区域可移动平台包括直线电机平台(I)和扫描平台(5)，直线电机平台(I)通过连接件悬于工件腔(6)的上方，扫描平台(5)固定在直线电机平台(I)上，扫描平台(5)包括激光器(3)、扫描振镜⑷及反射镜(2),反射镜⑵位于激光器(3)和扫描振镜(4)的上方，激光器(3)位于扫描振镜(4)的右边,一个含有扫描控制程序的计算机输出端通过振镜控制卡与扫描平台(5)的控制端相连，同时通过运动控制卡与直线电机平台(I)的控制端相连。
2.根据权利要求I所述的一种用于激光快速成形技术的分区域移动式光源扫描系统，其特征在于所述的扫描控制程序包含有一个分区规则，分区规则是 (1)读取当前截面轮廓线信息，并得出当前截面轮廓线在水平X和垂直Y方向上最大尺寸长度HX、HY，令HX、HY与振镜扫描区域直径D做除法运算，结果记为ZX、ZY，建立取整函数Nx=[Zx]和 Ny = [Ζγ],建立小数部分函数 Mx = {Zx} e [0，+ oo )和 my = {ZY} e [O, + °° )； (2)L1是与Y轴平行的截面轮廓线左端的切线，为X方向分区起始基准线；L2是与Y轴平行的截面轮廓线右端的切线，为X方向分区终止基准线山3是与X轴平行的截面轮廓线下端的切线，为Y方向分区起始基准线山4是与X轴平行的截面轮廓线上端的切线，为Y方向分区终止基准线； (3)以切线L1为分区起点，以切线L3为分区下基准线，以D为划分区域边长，依次在X方向划分Nx个区域；以切线L2为分区起点，以切线L3为分区下基准线，以D为单区域边长，在-X方向划分I个区域，第一列X方向分区完成，其中第Nx个区域与第Nx+1个区域重叠部分长度为Lx = D-Mx ； (4)将切线1^沿￥方向依次平移D、2D、……(Ny-I)D个长度，并依次作为新的分区下基准线，依次重复分区步骤(3)，完成第二列、第三列、……第NjljX方向分区；以切线L4为新的分区上基准线，重复分区步骤(3)，完成第Νγ+1列X方向分区，其中第Νγ+1列X方向分区与第Ny列X方向分区重叠部分宽度为Ly = D-MY。
全文摘要
一种用于激光快速成形技术的分区域移动式光源扫描系统，包括分区域可移动平台，分区域可移动平台固定在工作壳体内，并配置于工件腔上方，分区域可移动平台的直线电机平台通过连接件悬于工件腔的上方，扫描平台固定在直线电机平台上，扫描平台的反射镜位于激光器和扫描振镜的上方，激光器位于扫描振镜的右边，一个含有扫描控制程序的计算机通过振镜控制卡与扫描平台相连，通过运动控制卡与直线电机平台相连，在扫描之前，将零件数据输入到计算机中进行分区，并进行扫描填充处理，判断在当前区域内是否存在数据需要进行扫描，直到完成全部数据的扫描，本发明增大激光快速成形系统的成形尺寸，同时保有高的成形精度。
文档编号B22F3/105GK102615281SQ20121010008
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者乐光, 何成, 包坤, 曹毅, 李涤尘 申请人:西安交通大学