自冷式雷射掃描振鏡的製作方法
2023-10-17 15:58:39
專利名稱：自冷式雷射掃描振鏡的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射加工設備技術領域，特別涉及一種自冷式雷射掃描振鏡。
背景技術：
雷射掃描振鏡是一種由驅動板與高速擺動電機組成的一個高精度、高速度伺服控制系統，廣泛應用於雷射行業中。雷射掃描振鏡的參數指標中有一項為「溫度漂移(單位為urad/k, k為溫度單位開爾文)」，溫度漂移是指環境溫度變化時會引起電晶體參數的變化，溫度升高，電晶體的電流放大倍數增大，Q點(靜態工作點)升高；反之減小。這部分額外增加的電流是溫度變化引起的，理解為溫度漂移，也稱為「零點漂移」，這種現象在雷射掃描振鏡上表現為零點位置發生變化，使得雷射掃描振鏡的位置精度降低。從上述理論分析中可以得出，雷射掃描振鏡本身若發生溫度變化，「零點位置」勢必產生漂移，在實際的使用過程中，雷射掃描振鏡的驅動板和振鏡電機都會產生熱量，這些熱量是否能迅速散發出去，直接導致其電子元器件本身的溫度在長時間的工作中是否保持恆定，進而決定「零點位置」是否產生了偏移。目前，市場上主要有三種雷射掃描振鏡:分別為水冷式雷射掃描振鏡、自適應雷射掃描振鏡和自冷式雷射掃描振鏡，水冷式雷射掃描振鏡和自適應雷射掃描振鏡不易產生零點漂移，精度較高，但其價格昂貴。自冷式雷射掃描振鏡價格較低，其結構如圖1所示，包括安裝基體1，安裝基體I內安裝有X振鏡驅動板21、X振鏡22、Y振鏡驅動板31和Y振鏡32，安裝基體I上設有散熱格柵11。其熱交換方式如圖2所示，X振鏡驅動板21、X振鏡22、Y振鏡驅動板31和Y振鏡32產生的熱量先傳導給安裝基體1，安裝基體I再將熱量散發到空氣中。此種雷射振鏡的不足之處在於其只能靠自身的機械結構與外界環境進行熱量交換，熱交換狀況隨環境溫度的變化而變化，自身易產生溫差，易產生零點漂移現象，精度也較低，只能適用於對位置精度要求不高的場合。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種自冷式雷射掃描振鏡，此自冷式雷射掃描振鏡精度高，可有效抑制零點位置漂移，且價格低廉。為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是:一種自冷式雷射掃描振鏡，包括由導熱性好的材料製成的安裝基體，所述安裝基體內安裝有工作部件，所述工作部件包括X振鏡驅動板、X振鏡、Y振鏡驅動板和Y振鏡，還包括用於抑制所述自冷式雷射掃描振鏡產生溫度漂移的抑制裝置，所述抑制裝置包括:安裝於安裝基體外側的TEC製冷片；安裝於安裝基體上用於檢測安裝基體的溫度的溫度傳感器；用於控制所述安裝基體溫度恆定的溫控裝置，所述溫度傳感器和所述TEC製冷片分別電連接所述溫控裝置。其中，所述溫控裝置包括溫控板，以及與所述溫控板連接的電源模塊和溫度顯示儀。其中，所述溫度顯示儀包括用於設定所述安裝基體的目標溫度值的設定單元和用於顯示所述安裝基體的實時溫度的顯示單元。作為一種實施方式，所述TEC製冷片的制熱工作面與所述安裝基體的表面貼合，所述制熱工作面對所述安裝基體進行加熱以達到恆定的目標溫度值。其中，所述TEC製冷片通過設置於所述TEC製冷片外側的TEC製冷片壓板固定在所述安裝基體上。作為另一種實施方式，所述TEC製冷片的製冷工作面與所述安裝基體的表面貼合，所述製冷工作面對所述安裝基體進行製冷以達到恆定的目標溫度值，所述TEC製冷片的制熱工作面上設有冷卻裝置。其中，所述冷卻裝置包括安裝在所述TEC製冷片制熱工作面上的散熱片，所述散熱片上安裝有散熱風扇。本實用新型的有益效果在於:由於本實用新型所述的自冷式雷射掃描振鏡的安裝基體外側設有用於抑制自冷式雷射掃描振鏡產生溫度漂移的抑制裝置，抑制裝置包括安裝在安裝基體外側的TEc(ThermoelectricCooler)製冷片；安裝於安裝基體上用於檢測安裝基體的溫度的溫度傳感器；用於控制所述安裝基體溫度恆定的溫控裝置，所述溫度傳感器和所述TEC製冷片分別電連接所述溫控裝置。TEC製冷片是電流換能型片件，具有製冷和制熱兩種功能，本實用新型正是根據TEC製冷片的這一特點，將TEC製冷片安裝於自冷式雷射掃描振鏡的安裝基體的外側，則本實用新型的熱交換方式如圖11所示，為X振鏡驅動板、X振鏡、Y振鏡驅動板和Y振鏡與安裝基體進行熱交換，安裝基體再與TEC製冷片進行熱交換，這就屏蔽了外界環境變化對自冷式雷射掃描振鏡零點漂移的影響；且溫控裝置可以根據溫度傳感器檢測到的溫度值控制TEC製冷片工作將安裝基體的溫度控制在一恆定的目標溫度值，安裝基體的溫度恆定，則工作部件的溫度就不會產生變化，從而自身不會產生溫差，即不會發生零點漂移，提高了自冷式雷射掃描振鏡的位置精度，且與水冷式和自適應式雷射掃描振鏡相比，本實用新型價格低廉。TEC製冷片的制熱工作面與安裝基體的表面貼合。這種逆向使用TEC製冷片的方式，通過加熱恆溫來保證自冷式雷射掃描振鏡不發生零點漂移，不需要在製冷片外側安裝冷卻裝置，避免了冷卻裝置的振動對自冷式雷射掃描振鏡的精度造成的影響，進一步的提高了自冷式雷射掃描振鏡的位置精度，且體積小巧，拆裝方便。綜上所述，本實用新型自冷式雷射掃描振鏡解決了現有技術中自冷式雷射掃描振鏡位置精度低的技術問題。本實用新型自冷式雷射掃描振鏡具有位置精度高，體積小巧，價格低廉等優點，可適用於位置精度要求高的場合。
圖1是現有技術中自冷式雷射掃描振鏡的結構示意圖；圖2是現有技術中自冷式雷射掃描振鏡的熱交換原理框圖；圖3是本實用新型自冷式雷射掃描振鏡的TEC製冷片的結構示意圖；圖4是圖3的側視圖；圖5是本實用新型自冷式雷射掃描振鏡的TEC製冷片的工作原理框圖；圖6是本實用新型自冷式雷射掃描振鏡實施例一的結構示意圖；圖7是本實用新型自冷式雷射掃描振鏡實施例一的TEC製冷片的安裝方式示意圖；圖8是本實用新型自冷式雷射掃描振鏡實施例二的結構示意圖；圖9是本實用新型自冷式雷射掃描振鏡實施例二的製冷模塊的結構示意圖；圖10是本實用新型自冷式雷射掃描振鏡實施例二的TEC製冷片的安裝方式示意圖；圖11是本實用新型自冷式雷射掃描振鏡的熱交換原理框圖；圖中:1、安裝基體，11、散熱格柵，21、X振鏡驅動板，22、X振鏡，31、Y振鏡驅動板，32、Y振鏡，41、TEC製冷片本體，411、製冷工作面，412、制熱工作面，42、TEC製冷片電極，5、TEC製冷片壓板，6、冷卻裝置，61、散熱片，62、散熱風扇。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，進一步闡述本實用新型。實施例一:如圖3、圖4、圖5、圖6和圖1共同所不,一種自冷式雷射掃描振鏡,包括安裝基體1，安裝基體由導熱性良好的金屬或合金材料製成，例如可以是銅、鋁材料或者它們的合金材料，能夠快速導熱。安裝基體I內安裝有工作部件，工作部件包括X振鏡驅動板21、X振鏡22、Y振鏡驅動板31和Y振鏡32，還包括用於抑制自冷式雷射掃描振鏡產生溫度漂移的抑制裝置，抑制裝置包括:安裝於安裝基體I外側的TEC製冷片；安裝於安裝基體上用於檢測安裝基體的溫度的溫度傳感器；根據溫度傳感器檢測到的溫度值控制TEC製冷片工作將安裝基體的溫度控制在一恆定的目標溫度值的溫控裝置。TEC製冷片是電流換能型片件，具有製冷和制熱兩種功能。本實施例正是根據TEC製冷片的制熱功能，將TEC製冷片安裝於自冷式雷射掃描振鏡的安裝基體的外側，則本實用新型的熱交換方式如圖11所示，為X振鏡驅動板21、X振鏡22、Y振鏡驅動板31和Y振鏡32與安裝基體I進行熱交換，安裝基體I再與TEC製冷片進行熱交換，這就屏蔽了外界環境變化對自冷式雷射掃描振鏡零點漂移的影響；且溫控裝置可以根據溫度傳感器檢測到的溫度值控制TEC製冷片工作將安裝基體的溫度控制在一恆定的目標溫度值，安裝基體的溫度恆定，則工作部件的溫度就不會產生變化，從而自身不會產生溫差，即不會發生零點漂移，提高了自冷式雷射掃描振鏡的位置精度，且與水冷式和自適應式雷射掃描振鏡相比，本實用新型價格低廉。TEC製冷片包括TEC製冷片本體41，TEC製冷片本體41上設有正、負兩個TEC製冷片電極42，TEC製冷片本體41的兩側面分別為制熱工作面412和製冷工作面411。溫度傳感器安裝於安裝基體I內，在安裝基體上打孔，將溫度傳感器安裝於孔中，用於檢測安裝基體的溫度，溫控裝置包括與溫度傳感器連接的溫控板，溫控板連接電源模塊、TEC製冷片和溫度顯示儀。溫度顯示儀包括用於設定安裝基體I的目標溫度值的設定單元和用於顯示安裝基體I的實時溫度顯示單元。本實施例中TEC製冷片的制熱工作面412與安裝基體I的表面貼合，制熱工作面412對所述安裝基體I進行加熱以達到恆定的目標溫度值。TEC製冷片通過設置於TEC製冷片外側的TEC製冷片壓板5固定在安裝基體I上。這種逆向使用TEC製冷片的方式，通過加熱恆溫來保證自冷式雷射掃描振鏡不發生零點漂移，不需要在製冷片外側安裝冷卻裝置，避免了冷卻裝置的振動對自冷式雷射掃描振鏡的精度造成的影響，進一步的提高了自冷式雷射掃描振鏡的位置精度，且體積小巧，拆裝方便。抑制上述自冷式雷射掃描振鏡溫度漂移的方法，包括以下步驟:步驟一:將TEC製冷片的制熱工作面412貼合在安裝基體I上並通過TEC製冷片壓板5固定，將溫度傳感器安裝於安裝基體I上；步驟二:將所述TEC製冷片電極42與溫控裝置電連接，將溫度傳感器的輸出端與溫控裝置連接；如圖5所示:溫控裝置包括溫控板，溫控板的電源端連接直流電源模塊，溫控板的信號輸入端分別連接溫度顯示儀和溫度傳感器，溫控板的輸出端連接TEC製冷片電極42 ；步驟三:通過溫度顯示儀設定目標溫度值，目標溫度值要高於工作部件自身產生的熱量使安裝基體I能夠達到的最高溫度值，溫控裝置控制TEC製冷片的制熱工作面412對安裝基體I進行加熱，溫控板根據溫度顯示儀設定的目標溫度值和溫度傳感器傳來的實時溫度值進行PID調節運算，將安裝基體I的溫度控制在恆定的目標溫度值上。步驟三中的安裝基體I能夠達到的最高溫度值為自冷式雷射掃描振鏡未安裝TEC製冷片且工作進入穩定狀態時測得安裝基體I的溫度值。根據熱傳導方式可知，當安裝基體I的溫度恆定時，安裝基體I內部的工作部件的溫度將與安裝基體I的溫度一致，也保持不變，此時，工作部件本身沒有溫差產生，就不會發生溫度漂移現象，即不會發生零點漂移現象，提高了自冷式雷射掃描振鏡的位置精度。實施例二:如圖8、圖9和圖10共同所示，本實施方式與實施例一的主要區別在於:TEC製冷片的製冷工作面411與安裝基體I的表面貼合，製冷工作面對安裝基體I進行製冷以達到恆定的目標溫度值，TEC製冷片的制熱工作面412上設有冷卻裝置6。冷卻裝置6包括安裝在TEC製冷片外側的散熱片61，散熱片61上安裝有散熱風扇62。在本實施例是利用了 TEC製冷片的製冷功能，安裝基體I的目標溫度值要低於安裝基體I的最低溫度。本實用新型不局限於上述具體的實施方式，本領域的普通技術人員從上述構思出發，不經過創造性的勞動，所作出的種種變換，均落在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.自冷式雷射掃描振鏡，包括由導熱性好的材料製成的安裝基體，所述安裝基體內安裝有工作部件，所述工作部件包括X振鏡驅動板、X振鏡、Y振鏡驅動板和Y振鏡，其特徵在於，還包括用於抑制所述自冷式雷射掃描振鏡產生溫度漂移的抑制裝置，所述抑制裝置包括: 安裝於所述安裝基體外側的TEC製冷片； 安裝於所述安裝基體上用於檢測安裝基體的溫度的溫度傳感器； 用於控制所述安裝基體溫度恆定的溫控裝置，所述溫度傳感器和所述TEC製冷片分別電連接所述溫控裝置。
2.根據權利要求1所述的自冷式雷射掃描振鏡，其特徵在於:所述溫控裝置包括溫控板，以及與所述溫控板連接的電源模塊和溫度顯示儀。
3.根據權利要求2所述的自冷式雷射掃描振鏡，其特徵在於:所述溫度顯示儀包括用於設定所述安裝基體的目標溫度值的設定單元和用於顯示所述安裝基體的實時溫度的顯示單元。
4.根據權利要求1至3任一權利要求所述的自冷式雷射掃描振鏡，其特徵在於:所述TEC製冷片的制熱工作面與所述安裝基體的表面貼合，所述制熱工作面對所述安裝基體進行加熱以達到恆定的目標溫度值。
5.根據權利要求4所述的自冷式雷射掃描振鏡，其特徵在於:所述TEC製冷片通過設置於所述TEC製冷片外側的TEC製冷片壓板固定在所述安裝基體上。
6.根據權利要求1至3任一權利要求所述的自冷式雷射掃描振鏡，其特徵在於:所述TEC製冷片的製冷工作面與所述安裝基體的表面貼合，所述製冷工作面對所述安裝基體進行製冷以達到恆定的目標溫度值，所述TEC製冷片的制熱工作面上設有冷卻裝置。
7.根據權利要求6所述的自冷式雷射掃描振鏡，其特徵在於:所述冷卻裝置包括安裝在所述TEC製冷片制熱工作面上的散熱片，所述散熱片上安裝有散熱風扇。
專利摘要本實用新型公開了一種自冷式雷射掃描振鏡，涉及雷射加工設備技術領域，包括由導熱性好的材料製成的安裝基體，安裝基體內安裝有工作部件，工作部件包括X振鏡驅動板、X振鏡、Y振鏡驅動板和Y振鏡，還包括用於抑制自冷式雷射掃描振鏡產生溫度漂移的抑制裝置，抑制裝置包括安裝於安裝基體外側的TEC製冷片；安裝於安裝基體上用於檢測安裝基體的溫度的溫度傳感器用於控制所述安裝基體溫度恆定的溫控裝置，所述溫度傳感器和所述TEC製冷片分別電連接所述溫控裝置。本實用新型解決了現有技術中自冷式雷射掃描振鏡位置精度低的技術問題。本實用新型具有位置精度高，體積小巧，價格低廉等優點，可適用於位置精度要求高的場合。
文檔編號G02B26/10GK203054344SQ20122071649
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者林敬剛, 李婷, 王永峰, 陳海清 申請人:濰坊路加精工有限公司