在過去的二十年中，激光加工系統(tǒng)得到了無數(shù)工業(yè)應用領域的青睞，如，焊接，切割，刻線，雕版，鉆孔，以及打標。檢流計掃描系統(tǒng)常被用于使激光光斑在工件上快速而準確的定位。這種系統(tǒng)利用一對可旋轉(zhuǎn)的鏡子來實現(xiàn)二維可控的激光光束偏轉(zhuǎn)。激光光束可被精確的定位，通過以一定的速度往復移動光束從而獲得規(guī)定的圖案。掃描頭上的控制器單一的決定了激光光斑所走的輪廓。

        與傳統(tǒng)方案相比，激光的材料加工由于使用了掃描系統(tǒng)帶來了許多的優(yōu)勢：高水平的動力學性能以及加工速度；消除了機械工具磨損；非接觸加工；小且精確限定的熱影響區(qū)域；特有的柔性，無須再加工。

        應用

        激光打標是檢流計掃描系統(tǒng)的一個關鍵應用。用激光標志的文字有永久性特點，此外，可讀性很好，且不需要耗材的使用。這項應用對于食品包裝上的有效期代碼或者是ATM卡和身份證上的文字都是很理想的選擇。

        掃描系統(tǒng)在其他許多領域也得到了應用，如高精度的材料加工領域，電子工業(yè)（硅加工，印刷電路版鉆孔），醫(yī)療技術領域（激光眼科手術，相干眼底斷層掃描儀），快速制造業(yè)（激光快速成型技術，激光燒結(jié)/熔融），以及用千瓦級功率的激光進行切割或者焊接。

        由于對激光功率，精確度和加工速度的不同要求，市場上有大量的掃描系統(tǒng)配置。圖1給出了不同應用的概況，它們的要求，以及合適的掃描頭。

圖1.根據(jù)不同的要求和應用的需要，有各種配置的
掃描頭可以供選擇。

        配置

        如果不考慮應用的話，激光的材料加工系統(tǒng)從本質(zhì)上來說依賴以下組件：激光光源，光束整形，光束定位，和控制器。此外還需要使用附加的特定用途的組件，如操作系統(tǒng)，圖象處理，或者進程控制設備。圖2給出了基本的掃描頭系統(tǒng)裝置，圖3給出了不同的#p#分頁標題#e#聚焦鏡組件的具體描述。

圖2：帶有掃描頭的激光器。聚焦通過F-Theta平場
鏡頭實現(xiàn)；varioCSCAN部件使焦點能沿Z軸定位。

        對于聚焦，典型的是使用專門的平場鏡片，即，F(xiàn)-Theta鏡頭，安裝在掃描頭的光束出射處。這個鏡頭聚焦經(jīng)過準直后的激光而不受限于偏轉(zhuǎn)鏡的位置，且聚焦后總是在一個平面內(nèi)。這種F-Theta鏡頭有許多不同的波長以及焦距可供選擇。所得到的象場邊長通常是鏡頭焦距的50%-70%。被用于材料微加工的遠心F-Theta鏡頭將激光束垂直的聚焦在象場，邊長典型值為50mm。

圖3：激光光束通過掃描系統(tǒng)聚焦（左起）：預聚焦透鏡，
F-Theta鏡頭，動態(tài)預聚焦，以及動態(tài)預聚焦與F-Theta鏡頭組合。

        焦斑的直徑由鏡頭的焦距 f，可處理的表面面積，以及激光類型和掃描頭的孔徑等因素決定。對高斯分布的光束來說，其焦斑直徑s，可以通過以下公式計算：

s = λf M2 k / d

        這里，λ是激光波長，M2表征光束質(zhì)量，d是經(jīng)過聚焦光學系統(tǒng)前的光束直徑。參數(shù)k表征激光光束由于孔徑或者是在鏡頭內(nèi)時產(chǎn)生的衍射效應。為了使焦點處的功率密度達到最大，即，提高加工速度，光束寬度必須擴展至與掃描頭孔徑相等。這種情況下，k = 1.83。

        在一些應用中，快速移動的透鏡系統(tǒng)被置于掃描器前端，用來調(diào)節(jié)焦距以符合偏轉(zhuǎn)鏡和激光在工件上的目標點之間的距離。這種varioSCAN可變掃描光學裝置在沒有合適的F-Theta鏡頭可用時尤其有用，例如在光束直徑長或者象場較大時，在高的激光功率或者激光波長特別時就可以使用。此外，這些 varioSCAN可變掃描光學部件在掃描范圍內(nèi)可實現(xiàn)三維加工，它們可以被單獨使用，或者與F-Theta鏡頭一起使用。#p#分頁標題#e#

圖4：友好的圖形用戶界面（GUI）軟件（美國Alase Technologies公司和LaserWare公司）
提供了用戶和掃描設備控制器之間的接口界面。

        帶有存儲器的DSP控制面板，其功能是作為應用軟件，掃描頭和激光器之間的硬件接口界面。這些面板使激光控制和掃描器移動以及圖象修正的完成之間實現(xiàn)同步，以確保文字被精確的定位而不會出現(xiàn)枕形失真并且也同時確保標記過程速度恒定。

        對材料的微加工來說，可以使用動力學特性很精密的專門掃描頭，快速冷卻電機以及/或者電子設備來實現(xiàn)長期漂移的最小化。對孔徑為14mm的掃描頭可以配備附加的高精度位置檢測器用來自動校準。

圖5：用來滿足應用中高要求的全數(shù)字式intelliSCAN 10。

        技術創(chuàng)新

        新材料，新的激光光源的出現(xiàn)以及生產(chǎn)工藝的進步都將帶來用于材料加工的掃描系統(tǒng)的有力發(fā)展。

        其進一步的優(yōu)勢在于能夠通過軟件來監(jiān)控掃描系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)，這就為遠程診斷和客戶支持等領域的使用提供了新的可能。掃描器的位置和速度的參數(shù)可以被數(shù)字化查詢，并在以后的加工過程使用。