專利名稱：自冷式激光掃描振鏡及抑制其溫度漂移的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自冷式激光掃描振鏡及抑制其 溫度漂移的方法。
背景技術(shù)：
激光掃描振鏡是一種由驅(qū)動(dòng)板與高速擺動(dòng)電機(jī)組成的一個(gè)高精度、高速度伺服控 制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于激光行業(yè)中。激光掃描振鏡的參數(shù)指標(biāo)中有一項(xiàng)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(huán)境溫度變化時(shí)會(huì)引起晶體管參數(shù)的變化， 溫度升高，晶體管的電流放大倍數(shù)增大，Q點(diǎn)(靜態(tài)工作點(diǎn))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(diǎn)漂移”，這種現(xiàn)象在激光掃描振 鏡上表現(xiàn)為零點(diǎn)位置發(fā)生變化，使得激光掃描振鏡的位置精度降低。
從上述理論分析中可以得出，激光掃描振鏡本身若發(fā)生溫度變化，“零點(diǎn)位置”勢(shì) 必產(chǎn)生漂移，在實(shí)際的使用過(guò)程中，激光掃描振鏡的驅(qū)動(dòng)板和振鏡電機(jī)都會(huì)產(chǎn)生熱量，這些 熱量是否能迅速散發(fā)出去，直接導(dǎo)致其電子元器件本身的溫度在長(zhǎng)時(shí)間的工作中是否保持 恒定，進(jìn)而決定“零點(diǎn)位置”是否產(chǎn)生了偏移。
目前，市場(chǎng)上主要有三種激光掃描振鏡分別為水冷式激光掃描振鏡、自適應(yīng)激光 掃描振鏡和自冷式激光掃描振鏡，水冷式激光掃描振鏡和自適應(yīng)激光掃描振鏡不易產(chǎn)生零 點(diǎn)漂移，精度較高，但其價(jià)格昂貴。自冷式激光掃描振鏡價(jià)格較低，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包 括安裝基體1，安裝基體I內(nèi)安裝有X振鏡驅(qū)動(dòng)板21、X振鏡22、Y振鏡驅(qū)動(dòng)板31和Y振 鏡32，安裝基體I上設(shè)有散熱格柵11。其熱交換方式如圖2所示，X振鏡驅(qū)動(dòng)板21、X振鏡 22、Y振鏡驅(qū)動(dòng)板31和Y振鏡32產(chǎn)生的熱量先傳導(dǎo)給安裝基體1，安裝基體I再將熱量散 發(fā)到空氣中。此種激光振鏡的不足之處在于其只能靠自身的機(jī)械結(jié)構(gòu)與外界環(huán)境進(jìn)行熱量 交換，熱交換狀況隨環(huán)境溫度的變化而變化，自身易產(chǎn)生溫差，易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，精度 也較低，只能適用于對(duì)位置精度要求不高的場(chǎng)合。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種自冷式激光掃描振鏡，此自冷式激 光掃描振鏡精度高，可有效抑制零點(diǎn)位置漂移，且價(jià)格低廉。
作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種抑制自冷 式激光掃描振鏡溫度漂移的方法。
為解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種自冷式激光掃描振鏡，包 括由導(dǎo)熱性好的材料制成的安裝基體，所述安裝基體內(nèi)安裝有工作部件，所述工作部件包 括X振鏡驅(qū)動(dòng)板、X振鏡、Y振鏡驅(qū)動(dòng)板和Y振鏡，還包括用于抑制所述自冷式激光掃描振鏡 產(chǎn)生溫度漂移的抑制裝置，所述抑制裝置包括安裝于所述安裝基體外側(cè)的TEC制冷片；安 裝于所述安裝基體上用于檢測(cè)安裝基體的溫度的溫度傳感器；用于控制所述安裝基體溫度 恒定的溫控裝置，所述溫度傳感器和所述TEC制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于設(shè)定所述安裝基體的目標(biāo)溫度值的設(shè)定單元和用 于顯示所述安裝基體的實(shí)時(shí)溫度的顯示單元。
作為一種實(shí)施方式，所述TEC制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(duì)所述安裝基體進(jìn)行加熱以達(dá)到恒定的目標(biāo)溫度值。
其中，所述TEC制冷片通過(guò)設(shè)置于所述TEC制冷片外側(cè)的TEC制冷片壓板固定在 所述安裝基體上。
作為另一種實(shí)施方式，所述TEC制冷片的制冷工作面與所述安裝基體的表面貼 合，所述制冷工作面對(duì)所述安裝基體進(jìn)行制冷以達(dá)到恒定的目標(biāo)溫度值，所述TEC制冷片 的制熱工作面上設(shè)有冷卻裝置。
其中，所述冷卻裝置包括安裝在所述TEC制冷片制熱工作面上的散熱片，所述散 熱片上安裝有散熱風(fēng)扇。
為解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是包括以下步驟
步驟一將TEC制冷片的制熱工作面貼合在安裝基體上并固定，將溫度傳感器安 裝于安裝基體上；
步驟二 將所述TEC制冷片電極與溫控裝置電連接，將溫度傳感器的輸出端與溫 控裝置連接；
步驟三在所述溫控裝置上設(shè)定目標(biāo)溫度值，所述目標(biāo)溫度值要高于工作部件自 身產(chǎn)生的熱量使安裝基體能夠達(dá)到的最高溫度值，所述溫控裝置根據(jù)對(duì)所述溫度傳感器采 樣的實(shí)時(shí)溫度值和所述目標(biāo)溫度值進(jìn)行運(yùn)算的結(jié)果來(lái)控制TEC制冷片的制熱工作面對(duì)安 裝基體進(jìn)行加熱，將安裝基體的溫度控制在恒定的目標(biāo)溫度值上。
其中，所述步驟三中的安裝基體能夠達(dá)到的最高溫度值為所述自冷式激光掃描振 鏡未安裝所述TEC制冷片且工作進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)測(cè)得所述安裝基體的溫度值。
本發(fā)明的有益效果在于由于本發(fā)明所述的自冷式激光掃描振鏡的安裝基體外側(cè) 設(shè)有用于抑制自冷式激光掃描振鏡產(chǎn)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(cè)的TEC(ThermoelectricCooler)制冷片；安裝于安裝基體上用于檢測(cè)安裝基體的溫 度的溫度傳感器；根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度值控制TEC制冷片工作將安裝基體的溫度 控制在一恒定的目標(biāo)溫度值的溫控裝置。TEC制冷片是電流換能型片件，具有制冷和制熱兩 種功能，本發(fā)明正是根據(jù)TEC制冷片的這一特點(diǎn)，將TEC制冷片安裝于自冷式激光掃描振鏡 的安裝基體的外側(cè)，則本發(fā)明的熱交換方式如圖11所示，為X振鏡驅(qū)動(dòng)板、X振鏡、Y振鏡驅(qū) 動(dòng)板和Y振鏡與安裝基體進(jìn)行熱交換，安裝基體再與TEC制冷片進(jìn)行熱交換，這就屏蔽了外 界環(huán)境變化對(duì)自冷式激光掃描振鏡零點(diǎn)漂移的影響；且溫控裝置可以根據(jù)溫度傳感器檢測(cè) 到的溫度值控制TEC制冷片工作將安裝基體的溫度控制在一恒定的目標(biāo)溫度值，安裝基體 的溫度恒定，則工作部件的溫度就不會(huì)產(chǎn)生變化，從而自身不會(huì)產(chǎn)生溫差，即不會(huì)發(fā)生零點(diǎn) 漂移，提高了自冷式激光掃描振鏡的位置精度，且與水冷式和自適應(yīng)式激光掃描振鏡相比， 本發(fā)明價(jià)格低廉。
TEC制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制冷片的方 式，通過(guò)加熱恒溫來(lái)保證自冷式激光掃描振鏡不發(fā)生零點(diǎn)漂移，不需要在制冷片外側(cè)安裝冷卻裝置，避免了冷卻裝置的振動(dòng)對(duì)自冷式激光掃描振鏡的精度造成的影響，進(jìn)一步的提 高了自冷式激光掃描振鏡的位置精度，且體積小巧，拆裝方便。
綜上所述，本發(fā)明自冷式激光掃描振鏡及抑制其溫度漂移的方法解決了現(xiàn)有技術(shù) 中自冷式激光掃描振鏡位置精度低的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明自冷式激光掃描振鏡具有位置精度 高，體積小巧，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，可適用于位置精度要求高的場(chǎng)合。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中自冷式激光掃描振鏡的結(jié)構(gòu)示意圖2是現(xiàn)有技術(shù)中自冷式激光掃描振鏡的熱交換原理框圖3是本發(fā)明自冷式激光掃描振鏡的TEC制冷片的結(jié)構(gòu)示意圖4是圖3的側(cè)視圖5是本發(fā)明自冷式激光掃描振鏡的TEC制冷片的工作原理框圖6是本發(fā)明自冷式激光掃描振鏡實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明自冷式激光掃描振鏡實(shí)施例一的TEC制冷片的安裝方式示意圖8是本發(fā)明自冷式激光掃描振鏡實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖9是本發(fā)明自冷式激光掃描振鏡實(shí)施例二的制冷模塊的結(jié)構(gòu)示意圖10是本發(fā)明自冷式激光掃描振鏡實(shí)施例二的TEC制冷片的安裝方式示意圖11是本發(fā)明自冷式激光掃描振鏡的熱交換原理框圖中1、安裝基體，11、散熱格柵，21、X振鏡驅(qū)動(dòng)板，22、X振鏡，31、Y振鏡驅(qū)動(dòng)板， 32、Y振鏡，41、TEC制冷片本體，411、制冷工作面，412、制熱工作面，42、TEC制冷片電極，5、 TEC制冷片壓板，6、冷卻裝置，61、散熱片，62、散熱風(fēng)扇。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例一
如圖3、圖4、圖5、圖6和圖7共同所不,一種自冷式激光掃描振鏡,包括安裝基體 1，安裝基體由導(dǎo)熱性良好的金屬或合金材料制成，例如可以是銅、鋁材料或者它們的合金 材料，能夠快速導(dǎo)熱。安裝基體I內(nèi)安裝有工作部件，工作部件包括X振鏡驅(qū)動(dòng)板21、X振 鏡22、Y振鏡驅(qū)動(dòng)板31和Y振鏡32，還包括用于抑制自冷式激光掃描振鏡產(chǎn)生溫度漂移的 抑制裝置，抑制裝置包括安裝于安裝基體I外側(cè)的TEC制冷片；安裝于安裝基體上用于檢 測(cè)安裝基體的溫度的溫度傳感器；根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度值控制TEC制冷片工作將 安裝基體的溫度控制在一恒定的目標(biāo)溫度值的溫控裝置。TEC制冷片是電流換能型片件， 具有制冷和制熱兩種功能。本發(fā)明正是根據(jù)TEC制冷片的這一特點(diǎn)，將TEC制冷片安裝于 自冷式激光掃描振鏡的安裝基體的外側(cè)，則本發(fā)明的熱交換方式如圖11所示，為X振鏡驅(qū) 動(dòng)板21、X振鏡22、Y振鏡驅(qū)動(dòng)板31和Y振鏡32與安裝基體I進(jìn)行熱交換，安裝基體I再 與TEC制冷片進(jìn)行熱交換，這就屏蔽了外界環(huán)境變化對(duì)自冷式激光掃描振鏡零點(diǎn)漂移的影 響；且溫控裝置可以根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度值控制TEC制冷片工作將安裝基體的溫 度控制在一恒定的目標(biāo)溫度值，安裝基體的溫度恒定，則工作部件的溫度就不會(huì)產(chǎn)生變化， 從而自身不會(huì)產(chǎn)生溫差，即不會(huì)發(fā)生零點(diǎn)漂移，提高了自冷式激光掃描振鏡的位置精度，且與水冷式和自適應(yīng)式激光掃描振鏡相比，本發(fā)明價(jià)格低廉。
TEC制冷片包括TEC制冷片本體41，TEC制冷片本體41上設(shè)有正、負(fù)兩個(gè)TEC制 冷片電極42，TEC制冷片本體41的兩側(cè)面分別為制熱工作面412和制冷工作面411。
溫度傳感器安裝于安裝基體I內(nèi)，在安裝基體上打孔，將溫度傳感器安裝于孔中， 用于檢測(cè)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制冷片和溫度顯示儀。溫度顯示儀包括用于設(shè)定安裝基體I的目標(biāo)溫度值的設(shè)定 單元和用于顯示安裝基體I的實(shí)時(shí)溫度顯示單元。
本實(shí)施例中TEC制冷片的制熱工作面412與安裝基體I的表面貼合，制熱工作面 412對(duì)所述安裝基體I進(jìn)行加熱以達(dá)到恒定的目標(biāo)溫度值。TEC制冷片通過(guò)設(shè)置于TEC制 冷片外側(cè)的TEC制冷片壓板5固定在安裝基體I上。這種逆向使用TEC制冷片的方式，通 過(guò)加熱恒溫來(lái)保證自冷式激光掃描振鏡不發(fā)生零點(diǎn)漂移，不需要在制冷片外側(cè)安裝冷卻裝 置，避免了冷卻裝置的振動(dòng)對(duì)自冷式激光掃描振鏡的精度造成的影響，進(jìn)一步的提高了自 冷式激光掃描振鏡的位置精度，且體積小巧，拆裝方便。
抑制上述自冷式激光掃描振鏡溫度漂移的方法，包括以下步驟
步驟一將TEC制冷片的制熱工作面412貼合在安裝基體I上并通過(guò)TEC制冷片 壓板5固定，將溫度傳感器安裝于安裝基體I上；
步驟二 將所述TEC制冷片電極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(hào)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制冷片電 極42 ；
步驟三通過(guò)溫度顯示儀設(shè)定目標(biāo)溫度值，目標(biāo)溫度值要高于工作部件自身產(chǎn)生 的熱量使安裝基體I能夠達(dá)到的最高溫度值，溫控裝置控制TEC制冷片的制熱工作面412 對(duì)安裝基體I進(jìn)行加熱，溫控板根據(jù)溫度顯示儀設(shè)定的目標(biāo)溫度值和溫度傳感器傳來(lái)的實(shí) 時(shí)溫度值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，將安裝基體I的溫度控制在恒定的目標(biāo)溫度值上。
步驟三中的安裝基體I能夠達(dá)到的最高溫度值為自冷式激光掃描振鏡未安裝TEC 制冷片且工作進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)測(cè)得安裝基體I的溫度值。
根據(jù)熱傳導(dǎo)方式可知，當(dāng)安裝基體I的溫度恒定時(shí)，安裝基體I內(nèi)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(shí)，工作部件本身沒(méi)有溫差產(chǎn)生，就不會(huì) 發(fā)生溫度漂移現(xiàn)象，即不會(huì)發(fā)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，提高了自冷式激光掃描振鏡的位置精度。
實(shí)施例二
如圖8、圖9和圖10共同所示，本實(shí)施方式與實(shí)施例一的主要區(qū)別在于
TEC制冷片的制冷工作面411與安裝基體I的表面貼合，制冷工作面對(duì)安裝基體I 進(jìn)行制冷以達(dá)到恒定的目標(biāo)溫度值，TEC制冷片的制熱工作面412上設(shè)有冷卻裝置6。冷卻 裝置6包括安裝在TEC制冷片外側(cè)的散熱片61，散熱片61上安裝有散熱風(fēng)扇62。
在本實(shí)施例中，安裝基體I的目標(biāo)溫度值要低于安裝基體I的最低溫度。
本發(fā)明不局限于上述具體的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)， 不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)，所作出的種種變換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.自冷式激光掃描振鏡，包括由導(dǎo)熱性好的材料制成的安裝基體，所述安裝基體內(nèi)安裝有工作部件，所述工作部件包括X振鏡驅(qū)動(dòng)板、X振鏡、Y振鏡驅(qū)動(dòng)板和Y振鏡，其特征在于，還包括用于抑制所述自冷式激光掃描振鏡產(chǎn)生溫度漂移的抑制裝置，所述抑制裝置包括: 安裝于所述安裝基體外側(cè)的TEC制冷片； 安裝于所述安裝基體上用于檢測(cè)安裝基體的溫度的溫度傳感器； 用于控制所述安裝基體溫度恒定的溫控裝置，所述溫度傳感器和所述TEC制冷片分別電連接所述溫控裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自冷式激光掃描振鏡，其特征在于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(jù)權(quán)利要求2所述的自冷式激光掃描振鏡，其特征在于所述溫度顯示儀包括用于設(shè)定所述安裝基體的目標(biāo)溫度值的設(shè)定單元和用于顯示所述安裝基體的實(shí)時(shí)溫度的顯示單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述的自冷式激光掃描振鏡，其特征在于所述TEC制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(duì)所述安裝基體進(jìn)行加熱以達(dá)到恒定的目標(biāo)溫度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自冷式激光掃描振鏡，其特征在于所述TEC制冷片通過(guò)設(shè)置于所述TEC制冷片外側(cè)的TEC制冷片壓板固定在所述安裝基體上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述的自冷式激光掃描振鏡，其特征在于所述TEC制冷片的制冷工作面與所述安裝基體的表面貼合，所述制冷工作面對(duì)所述安裝基體進(jìn)行制冷以達(dá)到恒定的目標(biāo)溫度值，所述TEC制冷片的制熱工作面上設(shè)有冷卻裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自冷式激光掃描振鏡，其特征在于所述冷卻裝置包括安裝在所述TEC制冷片制熱工作面上的散熱片，所述散熱片上安裝有散熱風(fēng)扇。
8.抑制自冷式激光掃描振鏡溫度漂移的方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一 ^fTEC制冷片的制熱工作面貼合在安裝基體上并固定，將溫度傳感器安裝于安裝基體上； 步驟二 將所述TEC制冷片電極與溫控裝置電連接，將溫度傳感器的輸出端與溫控裝置連接； 步驟三在所述溫控裝置上設(shè)定目標(biāo)溫度值，所述目標(biāo)溫度值要高于工作部件自身產(chǎn)生的熱量使安裝基體能夠達(dá)到的最高溫度值，所述溫控裝置根據(jù)對(duì)所述溫度傳感器采樣的實(shí)時(shí)溫度值和所述目標(biāo)溫度值進(jìn)行運(yùn)算的結(jié)果來(lái)控制TEC制冷片的制熱工作面對(duì)安裝基體進(jìn)行加熱，將安裝基體的溫度控制在恒定的目標(biāo)溫度值上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的抑制自冷式激光掃描振鏡溫度漂移的方法，其特征在于所述步驟三中的安裝基體能夠達(dá)到的最高溫度值為所述自冷式激光掃描振鏡未安裝所述TEC制冷片且工作進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)測(cè)得所述安裝基體的溫度值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自冷式激光掃描振鏡及抑制其溫度漂移的方法，涉及激光加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，振鏡包括由導(dǎo)熱性好的材料制成的安裝基體，安裝基體內(nèi)安裝有工作部件，工作部件包括X振鏡驅(qū)動(dòng)板、X振鏡、Y振鏡驅(qū)動(dòng)板和Y振鏡，還包括用于抑制自冷式激光掃描振鏡產(chǎn)生溫度漂移的抑制裝置，抑制裝置包括安裝于安裝基體外側(cè)的TEC制冷片；安裝于安裝基體上用于檢測(cè)安裝基體的溫度的溫度傳感器；根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度值控制TEC制冷片工作將安裝基體的溫度控制在一恒定的目標(biāo)溫度值的溫控裝置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中自冷式激光掃描振鏡位置精度低的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明具有位置精度高，體積小巧，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，可適用于位置精度要求高的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H05K7/20GK103033932SQ20121056260
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者林敬剛, 李婷, 王永峰, 陳海清 申請(qǐng)人:濰坊路加精工有限公司