[发明专利]一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统及方法

权利要求书

1.一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统，其特征在于，包括激光发生器(1)、升降机构(2)、水平移动机构(3)、固定底座(4)、显像测试板(5)以及控制主机；

所述升降机构(2)包括升降垂直导轨(2.1)、升降滑块(2.2)以及升降电机；所述水平移动机构(3)包括水平导轨(3.1)、水平滑块(3.2)以及水平移动电机；

所述固定底座(4)的一端固定安装所述升降垂直导轨(2.1)；所述升降滑块(2.2)可滑动安装于所述升降垂直导轨(2.1)上面，可沿所述升降垂直导轨(2.1)进行升降滑动；并且，所述升降滑块(2.2)与所述升降电机联动，通过所述升降电机，驱动所述升降滑块(2.2)运动；所述水平导轨(3.1)与所述升降滑块(2.2)固定；所述水平滑块(3.2)可水平滑动的安装于所述水平导轨(3.1)；并且，所述水平滑块(3.2)与所述水平移动电机联动，通过所述水平移动电机，驱动所述水平滑块(3.2)运动；

所述激光发生器(1)固定安装于所述水平滑块(3.2)上面；所述激光发生器(1)包括激光光源、准直镜(1.1)、振镜(1.2)和场镜(1.3)；所述激光光源发射的激光水路上，安装所述准直镜(1.1)；所述准直镜(1.1)发出的光束经所述振镜(1.2)进行X方向和Y方向两次反射后，向下垂直入射到所述场镜(1.3)，经所述场镜(1.3)聚焦后向下射出；

在所述固定底座(4)的上面放置所述显像测试板(5)；所述显像测试板(5)位于所述场镜(1.3)的下方；

所述控制主机分别与所述升降电机、所述水平移动电机和所述激光光源连接。

2.一种基于权利要求1所述的激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，控制主机通过激光扫描控制软件设定激光扫描基本参数，所述激光扫描基本参数包括激光功率、激光频率、激光扫描速度以及激光扫描单次线段长度值；

步骤2，在固定底座(4)上面放置显像测试板(5)；参照激光发生器(1)给出的激光焦距参考值，调节激光发生器(1)的初始高度，使激光发生器(1)的场镜(1.3)的激光出射口到显像测试板(5)的垂直距离为L1，其中，L1低于激光焦距参考值，并且，差值符合设定范围；

步骤3，控制主机对升降机构(2)进行控制，使其按第一设定步长B1上升；并且，每运动到一个步长的距离，即采用以下方式：

控制主机对水平移动机构(3)进行控制，水平移动机构(3)带动激光发生器(1)行走激光扫描单次线段长度值的距离，并且，在激光发生器(1)行走的过程中，控制主机对激光发生器(1)进行控制，使其按步骤1设定的所述激光功率、所述激光频率和所述激光扫描速度在显像测试板(5)上扫描出一条线段痕迹；其中，扫描方式为：激光光源发射的激光经过准直镜(1.1)准直以及振镜(1.2)改变方向后，入射到场镜(1.3)，经场镜(1.3)聚焦后入射到显像测试板(5)，从而在显像测试板(5)的对应位置出现清晰可见的印痕；

并且，每运动一个步长的距离，即向同一方向匀速拖动显像测试板(5)一个距离，从而使激光发生器(1)在不同高度扫描到的线段痕迹错开一定距离，同时记录每一条扫描出的线段痕迹所对应的光路距离；

步骤4，当控制主机控制激光发生器(1)上升到设定距离时，停止继续扫描；由此在显像测试板(5)上扫描出多条平行的线段痕迹，并且，每条线段痕迹均对应一个光路距离；

步骤5，采用显微镜观测显像测试板(5)上各条线段痕迹的宽度，各条线段痕迹按扫描先后顺序呈现由粗到细，再到粗的渐变过程；由此分为由粗变细的第一组痕迹以及由细变粗的第二组痕迹，从第一组痕迹中找到某条痕迹K1，使其与第二组痕迹中的某条痕迹K2的宽度最为相近；痕迹K1所对应的光路距离L3，痕迹K2所对应的光路距离L4，因此，光路距离L3到光路距离L4之一距离范围，即为初步确定的焦平面存在区间[L3，L4]；

步骤6，以步骤5确定的焦平面存在区间[L3，L4]为基础，控制主机对升降机构(2)进行控制，从而调节激光发生器(1)的高度，使其场镜(1.3)的激光出射口到显像测试板(5)的垂直距离为L3；

然后，对升降机构(2)进行控制，使其按第二设定步长B2上升；其中，第二设定步长B2小于第一设定步长B1；并且，每运动到一个步长的距离，即在显像测试板(5)上扫描出一条线段痕迹；

如此不断重复，当激光发生器(1)的场镜(1.3)的激光出射口到显像测试板(5)的垂直距离达到L4时，停止操作；

由此在显像测试板(5)上扫描出多条平行的线段痕迹，并确定本次循环得到的焦平面存在区间；

步骤7，然后，在步骤6确定的焦平面存在区间的基础上，再次缩小上升的设定步长值，并采用逼近测量方式确定新的焦平面存在区间；如此不断循环，进行多次逼近测量，直到满足精度要求时，最后得到扫描出多条线段痕迹的显像测试板(5)，在此显像测试板(5)中，将最细的线段痕迹所对应的光路距离作为确定的激光光路系统的实际焦距；

步骤8，在步骤7确定激光光路系统的实际焦距后，在不同的成形系统允许的范围内，在不同位置放置染色平板，调节激光发生器(1)的高度，使其场镜(1.3)的激光出射口到染色平板的垂直距离为激光光路系统的实际焦距；然后，保持激光发生器(1)的高度不变，在各染色平板扫描出多条间隔的线段痕迹，并相互比较各线段痕迹的粗细情况，如果各线段痕迹的粗细相等，则认为步骤7确定的激光光路系统的实际焦距所对应的焦平面，即为最终确定的激光焦平面；如果各线段痕迹的粗细不相等，则表明升降平台或光路系统存在偏斜，调整升降平台或光路系统的姿态，再重复步骤3-步骤8，直到最终得到满足精度要求的场镜(1.3)的激光出射口的高度值，即为激光光路系统的实际焦距，从而确定激光焦平面。