【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面通過(guò)各附圖對(duì)本發(fā)明采用級(jí)聯(lián)粗精耦合光學(xué)掃描裝置的組成及實(shí)現(xiàn)粗精掃 描過(guò)程作進(jìn)一步的詳述，但是本發(fā)明專利保護(hù)范圍不限于此。
[0018]圖1所示的級(jí)聯(lián)粗精耦合光學(xué)掃描裝置主要包括兩個(gè)部分，第一部分為旋轉(zhuǎn)雙棱 鏡系統(tǒng)，第二部分為正交偏擺平板系統(tǒng)。
[0019] 所述的旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)由第一底座1、第一旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)2、第一編碼器3、第一楔 形棱鏡4、第一鏡框5、第一蝸輪6、第一蝸桿7、第一鏡架8、第二旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)9、第二編碼 器10、第二楔形棱鏡11、第二鏡框12、第二蝸輪13、第二蝸桿14和第二鏡架15組成。第一 鏡架8和第二鏡架15布置在第一底座1上，可以在第一底座1上滑動(dòng)，以調(diào)節(jié)第一楔形棱 鏡4和第二楔形棱鏡11的距離。第一旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)2與第一編碼器3安裝在第一蝸桿7 的蝸桿軸上，第一蝸輪6與第一蝸桿7接合形成蝸輪蝸桿連接，第一鏡框5壓緊在第一蝸輪 6內(nèi)部，第一楔形棱鏡4內(nèi)置在第一鏡框5上。第一旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)第一 鏡架8內(nèi)部的第一蝸輪6和第一蝸桿7傳遞到第一鏡框5,使得第一鏡框5繞Z軸旋轉(zhuǎn)，帶 動(dòng)第一楔形棱鏡4繞Z軸旋轉(zhuǎn)。第二旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)9與第二編碼器10安裝在第二蝸桿14 的蝸桿軸上，第二蝸輪13與第二蝸桿14接合形成蝸輪蝸桿連接，第二鏡框12壓緊在第二 蝸輪14內(nèi)部，第二楔形棱鏡11內(nèi)置在第二鏡框12上。第二旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)9的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通 過(guò)第二鏡架15內(nèi)部的第二蝸輪13和第二蝸桿14傳遞到第二鏡框12,使得第二鏡框12繞 Z軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)第二楔形棱鏡11繞Z軸旋轉(zhuǎn)。
[0020] 所述的正交偏擺平板系統(tǒng)由第二底座16、第三鏡架17、第三旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)18、第 一平面鏡19、第三鏡框20、第三編碼器21、第四編碼器22、第四鏡框23、第二平面鏡24、第 四旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)25和第四鏡架26組成。第三鏡架17和第四鏡架26布置在第二底座16 上，可以在第二底座16上滑動(dòng)，以調(diào)節(jié)第一平面鏡19和第二平面鏡24的距離。第三旋轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī)18與第三編碼器21安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，第三鏡框20固定在旋轉(zhuǎn)軸上，第一平面鏡 19內(nèi)置在第三鏡框20上。第三旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)18的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸傳遞到第三鏡框 20上，使第三鏡框20繞著Y軸偏擺，帶動(dòng)第一平面鏡19繞著Y軸偏擺。第四旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī) 25與第四編碼器22安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，第四鏡框23固定在旋轉(zhuǎn)軸上，第二平面鏡24內(nèi)置在 第四鏡框23上。第四旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)25的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸傳遞到第四鏡框23上，使第 四鏡框23繞著X軸偏擺，帶動(dòng)第二平面鏡24繞著X軸偏擺。
[0021] 級(jí)聯(lián)粗精耦合光學(xué)掃描裝置的工作原理如下： 控制器采集要掃描的點(diǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)和正交偏擺平板系統(tǒng)發(fā)出控制信 號(hào)，控制第一旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)2和第二旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)9的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)粗掃描。同時(shí)，控制器控 制第三旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)18和第四旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)25旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)精掃描，達(dá)到粗精耦合光學(xué)掃描 的目的。
[0022] 根據(jù)下列步驟完成粗精耦合光學(xué)掃描： 1.根據(jù)粗掃描目標(biāo)軌跡點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)將位置坐標(biāo)(X，J)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口傳遞 到PC機(jī)上，PC機(jī)根據(jù)坐標(biāo)(X，J)，計(jì)算出第一楔形棱鏡4和第二楔形棱鏡11的旋轉(zhuǎn)角度 閑,?)以及旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。再根據(jù)精掃描目標(biāo) 軌跡點(diǎn)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)將目標(biāo)軌跡點(diǎn)轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)(X，J)并傳輸?shù)絇C機(jī)上。PC機(jī)根據(jù)掃 描坐標(biāo)(x，J)，計(jì)算出光束需要的位移偏移量(辦，辦〇，再根據(jù)正交偏擺雙平板偏轉(zhuǎn)角和光 束平移關(guān)系，計(jì)算出第一平面鏡19和第二平面鏡24的偏擺角度(?,?)以及偏擺速度數(shù) 據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。
[0023] 2.第一旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)2和第二旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)9根據(jù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)傳遞的(?,?)以及 旋轉(zhuǎn)速度信息，分別帶動(dòng)第一楔形棱鏡4和第二楔形棱鏡11的旋轉(zhuǎn)，使得光束在粗掃描域 內(nèi)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)粗掃描過(guò)程。
[0024] 3.判斷掃描光束是否在精掃描區(qū)域內(nèi)，在精掃描域內(nèi)，則執(zhí)行第4步，不在精掃描 域內(nèi)，則執(zhí)行第2步。
[0025] 4.第三旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)18和第四旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)25根據(jù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)傳遞的(?,?)以 及旋轉(zhuǎn)速度信息，分別帶動(dòng)第一平面鏡19繞Y軸偏擺和第二平面鏡24繞X軸偏擺，使得光 束在局部精掃描域位移偏移(Ac3Av)，實(shí)現(xiàn)精掃描過(guò)程。
[0026] 這種級(jí)聯(lián)粗精耦合光學(xué)掃描裝置可以在滿足大范圍掃描的同時(shí)，在局部小范圍 內(nèi)，不改變光束傳播方向而進(jìn)行高精度掃描。
[0027] 以上所述僅為本發(fā)明在掃描中應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái) 說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同 替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種級(jí)聯(lián)粗精耦合光學(xué)掃描裝置，其特征在于沿光軸方向由旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)和正交 偏擺光學(xué)平板系統(tǒng)組成，所述旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)采用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)楔形棱 鏡繞Z軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)粗掃描；正交偏擺光學(xué)平板系統(tǒng)采用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)光 學(xué)平板繞Y軸和繞X軸偏擺，通過(guò)折射光束的位移偏移來(lái)實(shí)現(xiàn)光束在局部范圍內(nèi)的位移平 移，滿足精細(xì)的掃描要求； 所述的旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)由第一底座（1)、第一旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（2)、第一編碼器（3)、第一 楔形棱鏡（4)、第一鏡框（5)、第一蝸輪（6)、第一蝸桿（7)、第一鏡架（8)、第二旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī) (9)、第二編碼器（10)、第二楔形棱鏡（11)、第二鏡框（12)、第二蝸輪（13)、第二蝸桿（14) 和第二鏡架（15)組成，第一鏡架（8)上設(shè)有第一鏡框（5)，第一楔形棱鏡（4)內(nèi)置于第一鏡 框（5)上，第一鏡框（5)壓緊于第一蝸輪（6)內(nèi)部，第一蝸輪（6)與第一蝸桿（7)接合形成 蝸輪蝸桿連接，第一旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（2)和第一編碼器（3)分別位于第一蝸桿的蝸桿軸兩端； 第二鏡架（15)上設(shè)有第二鏡框（17)，第二楔形棱鏡（11)內(nèi)置于第二鏡框（17)上，第二鏡 框（12)壓緊于第二蝸輪（13)內(nèi)部，第二蝸輪（13)與第二蝸桿（14)接合形成蝸輪蝸桿連 接，第二旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（9)和第二編碼器（10)分別位于第二蝸桿（14)的蝸桿軸兩端；第一 鏡架（8)和第二鏡架（15)分別布置于第一底座（1)上，且可以在第一底座（1)上來(lái)滑動(dòng)， 以調(diào)節(jié)第一楔形棱鏡（4)和第二楔形棱鏡（11)的距離；第一旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（2)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 通過(guò)第一鏡架（8)內(nèi)部的第一蝸輪（6)和第一蝸桿（7)傳遞到第一鏡框（5)，使得第一鏡框 (5)繞Z軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)第一楔形棱鏡⑷繞Z軸旋轉(zhuǎn)；第二旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（9)的旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)通過(guò)第二鏡架（15)內(nèi)部的第二蝸輪（13)和第二蝸桿（14)傳遞到第二鏡框（12)，使得第 二鏡框（12)繞Z軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)第二楔形棱鏡（11)繞Z軸旋轉(zhuǎn)； 所述正交偏擺平板系統(tǒng)由第二底座（16)、第三鏡架（17)、第三旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（18)、第 一平面鏡（19)、第三鏡框（20)、第三編碼器（21)、第四編碼器（22)、第四鏡框（23)、第二平 面鏡（24)、第四旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（25)和第四鏡架（26)組成，所述第三鏡架（17)上設(shè)有第一 旋轉(zhuǎn)軸，第三鏡框（20)固定于所述第一旋轉(zhuǎn)軸上，第三旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（18)與第三編碼器 (21)分別安裝于第一旋轉(zhuǎn)軸兩端，第一平面鏡（19)內(nèi)置于第三鏡框（20)上；所述第四鏡 架（26)上設(shè)有第二旋轉(zhuǎn)軸，第四鏡框（23)固定系于所述第二旋轉(zhuǎn)軸上，第四旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電 機(jī)（25)與第四編碼器（22)分別安裝于第二旋轉(zhuǎn)軸兩端，第二平面鏡（24)內(nèi)置于第四鏡框 (23)上；第三鏡架（17)和第四鏡架（26)分別布置于第二底座（16)上，且可以在第二底座 (16)上來(lái)滑動(dòng)，第三旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（18)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)第一旋轉(zhuǎn)軸傳遞到第三鏡框（20) 上，使第三鏡框（20)繞著Y軸偏擺，帶動(dòng)第一平面鏡（19)繞著Y軸偏擺；第四旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電 機(jī)（25)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)第二旋轉(zhuǎn)軸傳遞到第四鏡框（23)上，使第四鏡框（23)繞著X軸偏 擺，帶動(dòng)第二平面鏡（24)繞著X軸偏擺； 所述第一旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（2)、第二旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（9)、第三旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（18)和第四旋 轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)（25)分別通過(guò)數(shù)據(jù)通信口連接運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)連接PC機(jī)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種級(jí)聯(lián)粗精耦合光學(xué)掃描裝置，沿光軸方向由旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)和正交偏擺光學(xué)平板系統(tǒng)組成，所述旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)采用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)楔形棱鏡繞Z軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)粗掃描；正交偏擺光學(xué)平板系統(tǒng)采用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)光學(xué)平板繞Y軸和繞X軸偏擺，通過(guò)折射光束的位移偏移來(lái)實(shí)現(xiàn)光束在局部范圍內(nèi)的位移平移，滿足精細(xì)的掃描要求；所述旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)的兩套棱鏡系統(tǒng)均由底座、旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)、編碼器、楔形棱鏡、鏡框、蝸輪、蝸桿和鏡架組成，所述正交偏擺平板系統(tǒng)由第二底座、第三鏡架、第三旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)、第一平面鏡、第三鏡框、第三編碼器、第四編碼器、第四鏡框、第二平面鏡、第四旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)和第四鏡架組成，本發(fā)明易于控制光束傳播方向，控制方便。
【IPC分類(lèi)】G02B26-10
【公開(kāi)號(hào)】CN104793334
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510152371
【發(fā)明人】李安虎, 左其友, 孫萬(wàn)松
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月2日