El escaneo láser es la desviación controlada de rayos láser , visibles o invisibles. [1] Los rayos láser escaneados se utilizan en algunas impresoras 3D , en la creación rápida de prototipos , en máquinas para el procesamiento de materiales, en máquinas de grabado láser , en sistemas láser oftalmológicos para el tratamiento de la presbicia , en microscopía confocal , en impresoras láser , en impresoras láser. programas , en Laser TV y en lectores de códigos de barras . Las aplicaciones específicas de mapeo y reconstrucción de objetos 3D se conocen como escáner láser 3D .
La mayoría de los escáneres láser utilizan espejos móviles para dirigir el rayo láser. La dirección del rayo puede ser unidimensional , como en el interior de una impresora láser, o bidimensional , como en un sistema de espectáculo láser. Además, los espejos pueden provocar un movimiento periódico , como el espejo poligonal giratorio en un escáner de códigos de barras o los llamados escáneres de galvanómetro resonante , o un movimiento libremente direccionable , como en los escáneres de galvanómetro servocontrolados . También se utilizan los términos escaneo rasterizado y escaneo vectorial para distinguir las dos situaciones. Para controlar el movimiento de escaneo, los escáneres necesitan un codificador rotatorio y un sistema electrónico de control que proporcione, para un ángulo o fase deseado, la corriente eléctrica adecuada al motor (para un espejo poligonal) o al galvanómetro (también llamado galvos ). Normalmente, un sistema de software controla el movimiento de escaneo y, si se implementa el escaneo 3D, también la recopilación de los datos medidos.
Para posicionar un rayo láser en dos dimensiones , es posible girar un espejo a lo largo de dos ejes (utilizado principalmente para sistemas de escaneo lento) o reflejar el rayo láser sobre dos espejos muy próximos entre sí y montados sobre ejes ortogonales. Cada uno de los dos espejos planos o poligonales es accionado por un galvanómetro o por un motor eléctrico respectivamente. Los sistemas bidimensionales son esenciales para la mayoría de las aplicaciones en procesamiento de materiales, microscopía confocal y ciencias médicas. Algunas aplicaciones requieren posicionar el foco de un rayo láser en tres dimensiones . Esto se logra mediante un sistema de lentes servocontrolado, generalmente llamado "desplazador de enfoque" o "desplazador z". Muchos escáneres láser permiten además cambiar la intensidad del láser.
En los proyectores láser para TV láser o pantallas láser, los tres colores fundamentales (rojo, azul y verde) se combinan en un solo haz y luego se reflejan junto con dos espejos.
La forma más común de mover los espejos es, como se mencionó, el uso de un motor eléctrico o de un galvanómetro . Sin embargo, los actuadores piezoeléctricos o los actuadores magnetoestrictivos son opciones alternativas. Ofrecen velocidades angulares alcanzables más altas, pero a menudo a expensas de ángulos máximos alcanzables más pequeños. También existen microescáneres , que son dispositivos MEMS que contienen un pequeño espejo (milimétrico) que tiene inclinación controlable en una o dos dimensiones; Estos se utilizan en picoproyectores .
Cuando dos prismas Risley se giran uno contra el otro, se puede escanear un haz de luz a voluntad dentro de un cono. Estos escáneres se utilizan para rastrear misiles.
Cuando dos lentes ópticas se mueven o giran entre sí, se puede escanear un rayo láser de forma similar a los escáneres de espejo.
Algunos escáneres láser especiales utilizan, en lugar de espejos móviles, deflectores acústicos o electroópticos . Estos mecanismos permiten las frecuencias de escaneo más altas posibles hasta el momento. Se utilizan, por ejemplo, en sistemas de televisión láser . Por otro lado, estos sistemas también son mucho más caros que los sistemas de escaneo por espejo.
Se están realizando investigaciones para lograr el escaneo de rayos láser a través de conjuntos en fase . Este método se utiliza para escanear haces de radar sin partes móviles. Con el uso de láseres de emisión superficial de cavidad vertical (VCSEL), podría ser posible realizar escáneres láser rápidos en un futuro previsible.
Dentro del campo del escaneo de objetos 3D , el escaneo láser (también conocido como lidar ) combina la dirección controlada de rayos láser con un telémetro láser . Al medir la distancia en todas las direcciones, el escáner captura rápidamente la forma de la superficie de objetos, edificios y paisajes. La construcción de un modelo 3D completo implica combinar múltiples modelos de superficie obtenidos desde diferentes ángulos de visión, o la combinación de otras restricciones conocidas. Se pueden colocar objetos pequeños sobre un pedestal giratorio, en una técnica similar a la fotogrametría . [2]
El escaneo de objetos 3D permite mejorar el proceso de diseño , acelera y reduce los errores de recolección de datos , ahorra tiempo y dinero y, por lo tanto, lo convierte en una alternativa atractiva a las técnicas tradicionales de recolección de datos. El escaneo 3D también se utiliza para mapeo móvil , topografía , escaneo de edificios e interiores de edificios , [3] y en arqueología .
Dependiendo de la potencia del láser, su influencia sobre la pieza de trabajo varía: se utilizan valores de potencia más bajos para el grabado y la ablación con láser , donde el láser elimina parcialmente el material. Con potencias más altas, el material se vuelve fluido y se puede realizar la soldadura por láser , o si la potencia es lo suficientemente alta como para eliminar el material por completo, entonces se puede realizar el corte por láser . Los láseres modernos pueden cortar bloques de acero con un espesor de 10 cm o más o extirpar una capa de la córnea de sólo unos pocos micrómetros de espesor.
La capacidad de los láseres para endurecer polímeros líquidos, junto con los escáneres láser, se utiliza en la creación rápida de prototipos , la capacidad de fundir polímeros y metales permite, con los escáneres láser, producir piezas mediante sinterización o fusión por láser .
El principio que se utiliza para todas estas aplicaciones es el mismo: el software que se ejecuta en una PC o en un sistema integrado y que controla el proceso completo está conectado con una tarjeta de escáner. Esa tarjeta convierte los datos vectoriales recibidos en información de movimiento que se envía al cabezal de escaneo. Este cabezal de escaneo consta de dos espejos que pueden desviar el rayo láser en un nivel (coordenadas X e Y). La tercera dimensión se realiza, si es necesario, mediante una óptica específica que es capaz de mover el punto focal del láser en la dirección de profundidad (eje Z).
El escaneo del foco láser en la tercera dimensión espacial es necesario para algunas aplicaciones especiales, como el trazado láser de superficies curvas o el marcado en vidrio, donde el láser tiene que influir en el material en posiciones específicas dentro de él. Para estos casos es importante que el láser tenga un punto focal lo más pequeño posible.
Para aplicaciones de escaneo láser mejoradas y/o alto rendimiento de material durante la producción, se utilizan sistemas de escaneo con más de un cabezal de escaneo. Aquí el software tiene que controlar qué se hace exactamente dentro de una aplicación de múltiples cabezales: es posible que todos los cabezales disponibles tengan que marcar lo mismo para terminar el procesamiento más rápido o que los cabezales marquen un solo trabajo en paralelo donde cada cabezal de escaneo realiza una parte del trabajo. trabajo en caso de grandes áreas de trabajo.
Muchos lectores de códigos de barras , especialmente aquellos con capacidad de leer códigos de barras a una distancia de unos pocos metros, utilizan rayos láser escaneados. En estos dispositivos se suele escanear un rayo láser semiconductor con ayuda de un escáner de espejo resonante. El espejo funciona electromagnéticamente y está hecho de un polímero recubierto de metal. [ cita necesaria ]
Cuando un transportador espacial tiene que atracar en la estación espacial, debe maniobrar con cuidado hasta la posición correcta. Para determinar su posición relativa con respecto a la estación espacial, unos escáneres láser integrados en la parte delantera del transportador espacial escanean la forma de la estación espacial y luego determinan, a través de un ordenador, las órdenes de maniobra. Para esta aplicación se utilizan escáneres de galvanómetro resonante.
Los espectáculos de luz láser suelen utilizar dos escáneres galvanómetros en una configuración XY para dibujar patrones o imágenes en paredes, techos u otras superficies, incluido el humo y la niebla teatrales, con fines de entretenimiento o promocionales. [ cita necesaria ]