3D动态聚焦振镜系统原理及应用

一、动态聚焦振镜系统原理

动态调焦Z轴通常通过电机驱动透镜组来改变激光束的传播路径，使得激光焦点沿Z方向移动。透镜移动式Z轴（电动调焦结构）：通过移动聚焦透镜，改变激光聚焦点的深度。

在三维打标或3D打印过程中，Z轴通常需要与X、Y轴实时联动，进行动态聚焦（Dynamic Focus）。即根据加工路径变化自动调节焦距，以保证激光束始终聚焦于加工面的正确深度。

将第三个轴Z轴添加到标准X Y轴组成了3D动态聚焦系统。利用动态聚焦系统控制，突破传统打标的维度和幅面限制，可以在大幅面、3D曲面、台阶、锥面、斜面等物件进行无失真标刻。

二、动态聚焦振镜系统分类

动态聚焦振镜系统分为三大类，第一种采用音圈电机的方式进行动态调焦距，第二种是采用动态轴的方式，采用电机加连杆的方式将电机的旋转变成聚焦透镜水平单一方向的移动进行调焦。第三种是采用非球面反射光路设计，突破传统的透视式光路设计方案，大幅提升Z轴聚焦模块的动态性能。

2.1音圈电机

音圈电机（Voice Coil Motor, VCM）在3D振镜系统中的Z轴控制中被广泛应用，特别适用于高精度的动态调焦系统。以下是音圈电机用于动态Z轴的原理及优势解析：

音圈电机是一种非接触式的直线驱动器件，基于电磁感应原理。其基本结构包括：

线圈（动子）：接收电流并在磁场中产生力；

永磁体（定子）：形成稳定磁场；

导轨：引导动子沿直线运动。

优点是非接触式结构，无摩擦延迟无机械传动，直线运动电机结构简单，稳定性高

2.2振镜电机+连杆式动态轴

特别适用于高速高动态响应调焦系统。以下是动态轴原理及优势解析：

采用电机加连杆的方式，巧妙地将振镜电机的旋转运动转换成线性运动，基本结构包括：

振镜电机：接受指令动作并进行绕电机轴心的旋转；

机械连杆：接收振镜旋转的动作，将电机的旋转转变成一维方向的线性移动；

导轨：引导连杆进行直线上的运动。

2.3非球面反射式动态轴

适用于超高动态响应的调焦系统。采用非球面反射光路设计，使Z轴动态性能和XY轴完美匹配。保证三轴振镜的扫描速度不受制于Z的动态性能制约。

三.思特动态聚焦振镜系统分类及应用

3.1音圈电机 VCM F1

VCM F1

VCM F1 采用传统的音圈电机设计方案，采用高精度栅尺作为位置反馈，速度较慢但定位精度很高，位置分辨率精度达到25位。数字编码器技术大幅提升了定位精度，同时具备极低的噪音、出色的线性度和极小的漂移。主要应用在在曲面深雕，浮雕以及曲面雕刻上。

曲面雕刻

3.2振镜电机连杆式动态Z轴 VCM G1

VCM G1

采用电机加连杆的方式，Z轴的动态跟随误差小于1.5ms，相较于传统的音圈电机，响应速度提高了50%以上。采用全数字电机驱动方案，性能稳定。适用于精度不太高，对调焦速度要求较高的应用场景，类似于3D打印，皮革雕花，服饰加工，木材纹理雕刻等应用领域。汽车零部件加工等。

汽车零部件加工

3.3非球面反射式Z轴

VCM Z

VCM-Z Z轴聚焦模块突破传统的透视式光路设计方案，大幅提升Z轴聚焦模块的动态性能。采用非球面反射光路设计，使Z轴动态性能和XY轴完美匹配，保证三轴振镜的扫描速度不受制于Z的动态性能制约。适用于高速玻璃钻孔，笔记本外壳钻孔，键盘膜切割等应用

玻璃钻孔

在激光加工系统中，Z轴是实现三维动态聚焦和精密调节焦点位置的关键组成部分，广泛应用于打标、切割、焊接、雕刻等多种场景。Z轴通常负责沿垂直方向调节激光焦点的位置，以适应不同材料厚度或复杂三维结构的加工需求。针对客户不同的应用，思特光学可以提供全面的2.5D，3D系统以及其他定制化解决方案。在自研驱光栅编码器和驱动板的优化更新，以及电机性能，产品结构上的不断优化中，思特在精密加工，3D打印，新能源锂电，皮革服饰制造业等领域不断突破。持续助力激光行业，为客户提供完整振镜系统解决方案。