光束扫描系统及其扫描方法

技术领域

本发明涉及激光多光束扫描设备技术领域，尤其是涉及一种光束扫描系统及其扫描方法。

背景技术

针对激光医疗美容行业的激光多光束分束整形机械扫描系统，基于激光嫩肤的LD激光分束等强度等间距多点光斑机械扫描，需要保证光束进行扫描。

现有技术中，光束扫描时需要通过振镜摆动配合场镜，在焦面上形成会聚光斑；但是，现有技术中的光束扫描实现方式对场镜要求较高，需要多片光学元件矫正像差，体积大，笨重，尤其是多光束时，不再适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光束扫描系统及其扫描方法，以缓解现有技术中存在的光束扫描需要多片光学元件矫正像差，以及多光束不适用的技术问题。

本发明提供的一种光束扫描系统，包括：可动镜框、驱动机构、限位机构和压紧机构；

所述限位机构设置有限位路径，所述可动镜框通过所述限位路径与所述限位机构滑动连接，所述压紧机构容置于所述限位路径中，所述压紧机构用于挤压所述可动镜框的一侧，以将所述可动镜框限制于所述限位路径内呈固定状态；

所述驱动机构与所述可动镜框传动连接，所述驱动机构用于克服所述压紧机构对所述可动镜框的作用力，以带动所述可动镜框沿着所述限位路径往复移动。

在本发明较佳的实施例中，所述限位机构包括镜筒和压框；

所述镜筒上开设有第一限位槽，所述压框对应所述第一限位槽开设有第二限位槽，所述镜筒和所述压框连接，且所述第一限位槽和所述第二限位槽对应布置，所述压紧机构位于所述第一限位槽内，所述压紧机构与所述第二限位槽形成所述限位路径，所述可动镜框的至少一部分与所述压紧机构抵接，所述压紧机构用于挤压所述可动镜框至所述第二限位槽的内壁上，以使所述可动镜框相对于所述限位路径呈固定状态。

在本发明较佳的实施例中，所述压紧机构包括弹性件和紧固板；

所述镜筒对应所述第一限位槽内开设有固定孔，所述弹性件容置于所述固定孔内，且所述弹性件与所述紧固板抵接，所述紧固板与所述可动镜框的至少一部分抵接，所述弹性件用于通过所述紧固板对所述可动镜框施加弹性作用力，以使所述可动镜框的分别与所述紧固板和所述压框摩擦固定。

在本发明较佳的实施例中，所述紧固板设置有多组，多组所述紧固板分别相对于所述可动镜框的中线呈对称布置；

每组所述紧固板设置有多个所述弹性件，所述弹性件的数量呈偶数倍，多个所述弹性件沿着所述紧固板的延伸方向间隔布置，任意相对的两个所述弹性件呈对称布置，以使所述紧固板的任意位置对所述可动镜框施加的作用力相同。

在本发明较佳的实施例中，还包括控制机构和位置检测机构；

所述控制机构分别与所述位置检测机构和所述驱动机构电信号连接，所述位置检测机构与所述可动镜框电信号连接，所述位置检测机构用于检测所述可动镜框相对于所述限位机构的位置，并将此位置信号输送至所述控制机构处，所述控制机构对应调节所述驱动机构的运行。

在本发明较佳的实施例中，所述驱动机构包括旋转电机和旋转电机驱动臂；

所述可动镜框包括滑动部，所述滑动部夹持于所述限位路径中，且所述滑动部的端部伸出所述限位路径，所述旋转电机通过所述旋转电机驱动臂与所述滑动部传动连接，且所述滑动部与所述旋转电机驱动臂转动连接，所述旋转电机用于通过所述电机驱动臂带动所述可动镜框沿着所述限位路径往复运动。

在本发明较佳的实施例中，所述旋转电机驱动臂上开设有卡槽，所述滑动部与所述卡槽转动连接，且所述卡槽的延伸长度大于所述电机驱动臂的半径差。

在本发明较佳的实施例中，所述驱动机构包括直线电机和直线电机驱动臂；

所述可动镜框包括滑动部，所述滑动部夹持于所述限位路径中，且所述滑动部的端部伸出所述限位路径，所述直线电机通过所述直线电机驱动臂与所述滑动部传动连接，且所述直线电机的作用方向与所述限位路径的延伸方向相同，所述直线电机用于通过所述直线电机驱动臂带动所述可动镜框沿着所述限位路径往复运动。

本发明提供的一种基于所述的光束扫描系统的扫描方法，包括以下步骤：

利用压紧机构对限位路径中的可动镜框施加作用力，以使压紧机构与可动镜框之间呈静摩擦固定；

计算压紧机构对可动镜框的正压力；

根据压紧机构对可动镜框的正压力确认压紧机构对可动镜框一侧的摩擦力，及确认限位机构对可动镜框另一侧的摩擦力；

根据可动镜框两侧的摩擦力确定驱动机构的驱动力；

基于驱动机构的驱动力，控制驱动机构以预设速度和距离驱动可动镜框移动；

完成光斑扫描。

在本发明较佳的实施例中，还包括以下步骤：

计算压紧机构对可动镜框的正压力的公式为：

F

根据材料的属性，确认可动镜框与压紧机构的紧固板之间的动摩擦因数为μ

根据可动镜框两侧的摩擦力确定驱动机构的驱动力的公式为：F

本发明提供的一种光束扫描系统，包括：可动镜框、驱动机构、限位机构和压紧机构；限位机构设置有限位路径，可动镜框通过限位路径与限位机构滑动连接，压紧机构容置于限位路径中，压紧机构用于挤压可动镜框的一侧，以将可动镜框限制于限位路径内呈固定状态；其中，压紧机构与可动镜框无相对运动，压紧机构能够对可动镜框施加作用力，使得可动镜框的两侧分别与限位路径形成静摩擦固定，通过驱动机构与可动镜框传动连接，驱动机构能够克服压紧机构对可动镜框的作用力，以带动可动镜框沿着限位路径往复移动，其中，可动镜框上可以具有反射镜等光学元件，利用光学元件移动实现扫描运动，缓解了现有技术中存在的光束扫描需要多片光学元件矫正像差，以及多光束不适用的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光束扫描系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光束扫描系统的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的光束扫描系统的朝向可动镜框的正面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的光束扫描系统的移动状态下的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的光束扫描系统的镜筒安装有紧固板的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的光束扫描系统的镜筒内具有弹性件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的光束扫描系统的可动镜框的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的光束扫描系统的压紧机构的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的光束扫描系统的驱动机构包括直线电机的整体结构示意图；

图10为图9实施例提供的光束扫描系统的俯视结构示意图；

图11为图9实施例提供的光束扫描系统的剖面结构示意图；

图12为图9实施例提供的光束扫描系统的镜筒安装有紧固板的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的光束扫描系统的压紧机构另一实施方式的结构示意图。

图标：100-可动镜框；101-滑动部；200-驱动机构；201-旋转电机；202-旋转电机驱动臂；212-卡槽；203-直线电机；204-直线电机驱动臂；300-限位机构；301-镜筒；302-压框；400-压紧机构；401-弹性件；402-紧固板。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图13所示，本实施例提供的一种光束扫描系统，包括：可动镜框100、驱动机构200、限位机构300和压紧机构400；限位机构300设置有限位路径，可动镜框100通过限位路径与限位机构300滑动连接，压紧机构400容置于限位路径中，压紧机构400用于挤压可动镜框100的一侧，以将可动镜框100限制于限位路径内呈固定状态；驱动机构200与可动镜框100传动连接，驱动机构200用于克服压紧机构400对可动镜框100的作用力，以带动可动镜框100沿着限位路径往复移动。

需要说明的是，本实施例提供的光束扫描系统可以对多种方式的LD激光光源进行移动扫描，具体地，可动镜框100、限位机构300和压紧机构400形成光束整体结构，限位机构300可以在两侧开设有限位路径，限位路径可以为限位槽结构，可动镜框100上安装有LD激光光源，并且可动镜框100的两侧可以插设于限位路径的限位槽中，压紧机构400可以与限位机构300连接，并且压紧机构400与可动镜框100的一侧贴合抵接，压紧机构400可以对可动镜框100施加压力，即使得可动镜框100在限位路径中分别受到压紧机构400和限位机构300夹持的作用力，此时可动镜框100分别与压紧机构400的表面和限位机构300的表面形成静摩擦，利用压紧机构400的紧配合作用，保证了可动镜框100在限位路径的固定状态；当需要利用可动镜框100带动光学元件进行移动时，通过控制驱动机构200带动可动镜框100克服压紧机构400施加的摩擦作用力，使得可动镜框100可以沿着限位路径进行相对运动，完成对激光光束的扫描；其中，通过对可动镜框100移动位置的控制从而将扫描光斑数量任意扩展成1、2、3、4、5、6……，有利于降低成本。

可选地，当激光光源为一个点光斑时可以扫描成一个一维点阵，当激光光源为一行多束准直光斑(一维点阵)时可以扫描成多行多束准直光斑(二维点阵)，当激光光源为一个线光斑时可以扫描成一个面光斑。

可选地，可动镜框100可以采用平面框架也可以采用凹凸框架，优选地，可动镜框100可以采用“几”字形结构，即可动镜框100的两侧与限位路径滑动连接，可动镜框100的中心安装有激光光源和镜片，并且可动镜框100的中心位置可以伸出限位机构300，当可动镜框100在移动过程中，可以完成对激光光束的直线扫描。

本实施例提供的一种光束扫描系统，包括：可动镜框100、驱动机构200、限位机构300和压紧机构400；限位机构300设置有限位路径，可动镜框100通过限位路径与限位机构300滑动连接，压紧机构400容置于限位路径中，压紧机构400用于挤压可动镜框100的一侧，以将可动镜框100限制于限位路径内呈固定状态；其中，压紧机构400与可动镜框100无相对运动，压紧机构400能够对可动镜框100施加作用力，使得可动镜框100的两侧分别与限位路径形成静摩擦固定，通过驱动机构200与可动镜框100传动连接，驱动机构200能够克服压紧机构400对可动镜框100的作用力，以带动可动镜框100沿着限位路径往复移动，其中，可动镜框100上可以具有反射镜等光学元件，利用光学元件移动实现扫描运动，缓解了现有技术中存在的光束扫描需要多片光学元件矫正像差，以及多光束不适用的技术问题。

在上述实施例的基础上，进一步地，在本发明较佳的实施例中，限位机构300包括镜筒301和压框302；镜筒301上开设有第一限位槽，压框302对应第一限位槽开设有第二限位槽，镜筒301和压框302连接，且第一限位槽和第二限位槽对应布置，压紧机构400位于第一限位槽内，压紧机构400与第二限位槽形成限位路径，可动镜框100的至少一部分与压紧机构400抵接，压紧机构400用于挤压可动镜框100至第二限位槽的内壁上，以使可动镜框100相对于限位路径呈固定状态。

本实施例中，镜筒301内可以设置有电源等结构，压框302可以采用环形框结构，即压框302的内部具有可动镜框100伸出的空间，镜筒301对应压框302的一侧设置有接触面，在镜筒301朝向压框302的接触面上开设有第一限位槽，压紧机构400容置于第一限位槽中，当压框302与镜筒301连接时，此时第二限位槽和第一限位槽对应布置，即第一限位槽和第二限位槽形成限位路径，并当可动镜框100的端部夹持于限位路径中，可动镜框100相对的两侧分别与压紧机构400和压框302抵接，压紧机构400能够通过镜筒301对可动镜框100施加正压力，保证了可动镜框100在压紧机构400和压框302之间的限位路径的固定状态。

可选地，镜筒301和压框302之间的连接方式为多种，例如：卡接、通过螺钉连接或者通过卡扣连接等，优选地，镜筒301和压框302之间通过螺钉连接，即当将压紧机构400安装于第一限位槽后，通过将可动镜框100的端部与压紧机构400贴合，利用压框302通过可动镜框100挤压压紧机构400后与镜筒301连接，当压框302和镜筒301连接固定后，此时压框302、可动镜框100和压紧机构400之间没有相对运动，即压紧机构400对可动镜框100施加的作用力形成静摩擦力。

在本发明较佳的实施例中，压紧机构400包括弹性件401和紧固板402；镜筒301对应第一限位槽内开设有固定孔，弹性件401容置于固定孔内，且弹性件401与紧固板402抵接，紧固板402与可动镜框100的至少一部分抵接，弹性件401用于通过紧固板402对可动镜框100施加弹性作用力，以使可动镜框100的分别与紧固板402和压框302摩擦固定。

可选地，弹性件401可以为多种，例如：压缩弹簧、弹性片或者橡胶环等，优选地，弹性件401可以为压缩弹簧。

本实施例中，固定孔可以采用盲孔结构，即弹性件401容置于固定孔中，并且紧固板402可以卡设于第一限位槽中，紧固板402与镜筒301抵接的一侧可以与弹性件401抵接，紧固板402的另一侧与可动镜框100抵接，可动镜框100与压框302抵接，当压框302与镜筒301连接后，压框302、可动镜框100和紧固板402限制弹性件401在固定孔中形成压缩变形，弹性件401在自身形变的作用下对紧固板402施加正压力，因弹性件401一直处于压缩状态，故可以通过紧固板402对可动镜框100施加正压力，因此在整个寿命期内，可动镜框100会一直处于紧固板402和压框302的挤压状态中。

如图8和图13所示，可选地，紧固板402与镜筒301的连接方式可以为多种方式，例如：紧固板402上设置有限位凸起，镜筒301对应限位凸起设置有限位槽，镜筒301通过限位凸起与限位槽卡接，并且紧固板402可以完全卡设于第一限位槽中；或者，紧固板402对应固定孔的位置设置有限位杆，限位杆能够伸入至固定孔中，并且弹性件401套设于限位杆的外部，弹性件401的两端分别与固定孔的底壁和紧固板402的表面抵接，弹性件401对紧固板402具有弹性趋势。

另外，紧固板402与可动镜框100之间可以直接表面摩擦，或者紧固板402对应可动镜框100的一侧可以设置有容置槽，可动镜框100上设置有用于与容置槽卡接的滑动凸起，可动镜框100可以通过滑动凸起与紧固板402的容置槽滑动连接。

在本发明较佳的实施例中，紧固板402设置有多组，多组紧固板402分别相对于可动镜框100的中线呈对称布置；每组紧固板402设置有多个弹性件401，弹性件401的数量呈偶数倍，多个弹性件401沿着紧固板402的延伸方向间隔布置，任意相对的两个弹性件401呈对称布置，以使紧固板402的任意位置对可动镜框100施加的作用力相同。

可选地，镜筒301朝向压框302的一侧可以设置为矩形结构，其中，紧固板402可以采用成组使用的方式，利用多组紧固板402分别相对于可动镜框100的中线呈对称布置，能够实现可动镜框100在移动时施加于紧固板402和可动镜框100件的两侧正压力均匀一致；进一步地，弹性件401采用对称成组偶数倍设计，保证施加于紧固板402的正压力均匀一致，避免可动镜框100与紧固板402间多次运动的磨损；优选地，紧固板402可以采用两组，两组紧固板402分别位于镜筒301的两侧，每组紧固板402上设置有两个弹性件401，并且两个弹性件401分别位于紧固板402的延伸方向的两端对称位置。

在本发明较佳的实施例中，还包括控制机构和位置检测机构；控制机构分别与位置检测机构和驱动机构200电信号连接，位置检测机构与可动镜框100电信号连接，位置检测机构用于检测可动镜框100相对于限位机构300的位置，并将此位置信号输送至控制机构处，控制机构对应调节驱动机构200的运行。

可选地，控制机构可以为多种，例如：MCU，计算机，PLC控制器等；较佳地，控制机构为MCU，微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)，又称单片微型计算机或者单片机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。优选地，控制器可以采用STM32F103C8T6单片机，控制器也可以采用PLC控制，此处对此不再赘述。

本实施例中，位置检测机构可以包括霍尔传感器和磁环，其中霍尔传感器和磁环可以设置在驱动机构200内部，并在控制机构预设有可动镜框100的初始位置对应的值，当驱动机构200运动时，可以根据转动的圈数配合编码器，确定可动镜框100的当前位置；或者，也可以将磁环设置于固定位置，霍尔传感器设置于可动镜框100上，根据霍尔传感器感应到的磁通量确定可动镜框100当前的位置；通过位置检测机构对可动镜框100的位置进行实时监测，从而可以精确判断可动镜框100的位移，以得到激光光束的扫描范围。

如图1-图4所示，在本发明较佳的实施例中，驱动机构200包括旋转电机201和旋转电机驱动臂202；可动镜框100包括滑动部101，滑动部101夹持于限位路径中，且滑动部101的端部伸出限位路径，旋转电机201通过旋转电机驱动臂202与滑动部101传动连接，且滑动部101与旋转电机驱动臂202转动连接，旋转电机201用于通过电机驱动臂带动可动镜框100沿着限位路径往复运动。

在本发明较佳的实施例中，旋转电机驱动臂202上开设有卡槽212，滑动部101与卡槽212转动连接，且卡槽212的延伸长度大于电机驱动臂的半径差。

本实施例中，卡槽212位于旋转电机驱动臂202的端部位置，卡槽212可以采用U型或者椭圆形开口卡槽212，卡槽212与可动镜框100的滑动部101转动连接，由于可动镜框100在旋转电机驱动臂202的卡槽212可以沿卡槽212方向移动，在旋转电机驱动臂202绕旋转电机201沿半径弧线旋转时，可动镜框100仅受弹性件401压力贴在紧固板402和压框302的表面滑动，实现直线扫描；其中，旋转电机驱动臂202的卡槽212安装可动镜框100的滑动部101后的长度余量须大于旋转电机驱动臂202旋转半径差，使可动镜框100沿法线方向完全不受力。

可选地，旋转电机驱动臂202可以设置有两组，两组旋转电机驱动臂202分别与可动镜框100的两侧滑动连接，并且两组旋转电机驱动臂202之间通过连杆连接，将形成整体的两组旋转电机驱动臂202与旋转电机201传动连接。

在本发明较佳的实施例中，驱动机构200包括直线电机203和直线电机驱动臂204；可动镜框100包括滑动部101，滑动部101夹持于限位路径中，且滑动部101的端部伸出限位路径，直线电机203通过直线电机驱动臂204与滑动部101传动连接，且直线电机203的作用方向与限位路径的延伸方向相同，直线电机203用于通过直线电机驱动臂204带动可动镜框100沿着限位路径往复运动。

本实施例中，直线电机203的运动方向与限位路径的延伸方向相同，直线电机203通过直线电机驱动臂204与可动镜框100的滑动部101连接，利用直线电机203的驱动，能够实现电机导轨方向的一维扫描。

如图1-图13所示，本实施例提供的一种基于的光束扫描系统的扫描方法，包括以下步骤：利用压紧机构400对限位路径中的可动镜框100施加作用力，以使压紧机构400与可动镜框100之间呈静摩擦固定；计算压紧机构400对可动镜框100的正压力；根据压紧机构400对可动镜框100的正压力确认压紧机构400对可动镜框100一侧的摩擦力，及确认限位机构300对可动镜框100另一侧的摩擦力；根据可动镜框100两侧的摩擦力确定驱动机构200的驱动力；基于驱动机构200的驱动力，控制驱动机构200以预设速度和距离驱动可动镜框100移动；完成光斑扫描。

在本发明较佳的实施例中，还包括以下步骤：计算压紧机构400对可动镜框100的正压力的公式为：F

本实施例中，可动镜框100处于紧固板402与压框302组成的限位路径中，可动镜框100滑动的两侧面分别与紧固板402和压框302接触，同时因压缩弹性件401光束扫描系统处于压缩状态，故对紧固板402始终施加正压力F

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。