在過去的二十年中，激光加工系統得到了無數工業(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。這種系統利用一對可旋轉的鏡子來實現二維可控的激光光束偏轉。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。

        與傳統方案相比，激光的材料加工由于使用了掃描系統帶來了許多的優(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/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從本質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，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裝置，圖3給出了不同的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；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-Theta鏡頭，安裝在掃描頭的光束出射處。這個鏡頭聚焦經過準直后的激光而不受限于偏轉鏡的位置，且聚焦后總是在一個平面內。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表征光束質量，d是經過聚焦光學系統前的光束直徑。參數k表征激光光束由于孔徑或者是在鏡頭內時產生的衍射效應。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被置于掃描器前端，用來調節(jié)焦距以符合偏轉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可實現三維加工，它們可以被單獨使用，或者與F-Theta鏡頭一起使用。

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同步，以確保文字被精確的定位而不會出現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字式intelliSCAN 10。

        技術創(chuàng)新

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

        其進一步的優(yōu)勢在于能夠通過軟件來監(jiān)控掃描系統的狀態(tài)參數，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可以被數字化查詢，并在以后的加工過程使用。