在過去的二十年中，激光加工系統(tǒng)得到了無(wú)數(shù)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的青睞，如，焊接，切割，刻線，雕版，鉆孔，以及打標(biāo)。檢流計(jì)掃描系統(tǒng)常被用于使激光光斑在工件上快速而準(zhǔn)確的定位。這種系統(tǒng)利用一對(duì)可旋轉(zhuǎn)的鏡子來(lái)實(shí)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(fù)移動(dòng)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(lái)了許多的優(yōu)勢(shì)：高水平的動(dòng)力學(xué)性能以及加工速度；消除了機(jī)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(wú)須再加工。

        應(yīng)用

        激光打標(biāo)是檢流計(jì)掃描系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用。用激光標(biāo)志的文字有永久性特點(diǎn)，此外，可讀性很好，且不需要耗材的使用。這項(xiàng)應(yīng)用對(duì)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(lǐng)域也得到了應(yīng)用，如高精度的材料加工領(lǐng)域，電子工業(yè)（硅加工，印刷電路版鉆孔），醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域（激光眼科手術(shù)，相干眼底斷層掃描儀），快速制造業(yè)（激光快速成型技術(shù)，激光燒結(jié)/熔融），以及用千瓦級(jí)功率的激光進(jìn)行切割或者焊接。

        由于對(duì)激光功率，精確度和加工速度的不同要求，市場(chǎng)上有大量的掃描系統(tǒng)配置。圖1給出了不同應(yīng)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(yīng)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(yīng)用的話，激光的材料加工系統(tǒng)從本質(zhì)上來(lái)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(jìn)程控制設(shè)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(chǎng)
鏡頭實(shí)現(xiàn)；varioCSCAN部件使焦點(diǎn)能沿Z軸定位。

        對(duì)于聚焦，典型的是使用專門的平場(chǎng)鏡片，即，F(xiàn)-Theta鏡頭，安裝在掃描頭的光束出射處。這個(gè)鏡頭聚焦經(jīng)過準(zhǔn)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(gè)平面內(nèi)。這種F-Theta鏡頭有許多不同的波長(zhǎng)以及焦距可供選擇。所得到的象場(chǎng)邊長(zhǎng)通常是鏡頭焦距的50%-70%。被用于材料微加工的遠(yuǎn)心F-Theta鏡頭將激光束垂直的聚焦在象場(chǎng)，邊長(zhǎng)典型值為50mm。

圖3：激光光束通過掃描系統(tǒng)聚焦（左起）：預(yù)聚焦透鏡，
F-Theta鏡頭，動(dòng)態(tài)預(yù)聚焦，以及動(dòng)態(tài)預(yù)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(duì)高斯分布的光束來(lái)說，其焦斑直徑s，可以通過以下公式計(jì)算：

s = λf M2 k / d

        這里，λ是激光波長(zhǎng)，M2表征光束質(zhì)量，d是經(jīng)過聚焦光學(xué)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(shí)產(chǎn)生的衍射效應(yīng)。為了使焦點(diǎn)處的功率密度達(dá)到最大，即，提高加工速度，光束寬度必須擴(kuò)展至與掃描頭孔徑相等。這種情況下，k = 1.83。

        在一些應(yīng)用中，快速移動(dòng)的透鏡系統(tǒng)被置于掃描器前端，用來(lái)調(diào)節(jié)焦距以符合偏轉(zhuǎn)鏡和激光在工件上的目標(biāo)點(diǎn)之間的距離。這種varioSCAN可變掃描光學(xué)裝置在沒有合適的F-Theta鏡頭可用時(shí)尤其有用，例如在光束直徑長(zhǎng)或者象場(chǎng)較大時(shí)，在高的激光功率或者激光波長(zhǎng)特別時(shí)就可以使用。此外，這些 varioSCAN可變掃描光學(xué)部件在掃描范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)三維加工，它們可以被單獨(dú)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(guó)Alase Technologies公司和LaserWare公司）
提供了用戶和掃描設(shè)備控制器之間的接口界面。

        帶有存儲(chǔ)器的DSP控制面板，其功能是作為應(yīng)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(dòng)以及圖象修正的完成之間實(shí)現(xiàn)同步，以確保文字被精確的定位而不會(huì)出現(xiàn)枕形失真并且也同時(shí)確保標(biāo)記過程速度恒定。

        對(duì)材料的微加工來(lái)說，可以使用動(dòng)力學(xué)特性很精密的專門掃描頭，快速冷卻電機(jī)以及/或者電子設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期漂移的最小化。對(duì)孔徑為14mm的掃描頭可以配備附加的高精度位置檢測(cè)器用來(lái)自動(dòng)校準(zhǔn)。

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

        技術(shù)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(jìn)步都將帶來(lái)用于材料加工的掃描系統(tǒng)的有力發(fā)展。

        其進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)在于能夠通過軟件來(lái)監(jiān)控掃描系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)，這就為遠(yuǎn)程診斷和客戶支持等領(lǐng)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。