CN108273806B - 一种激光清洗设备镜头及激光清洗设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光清洗领域，更具体的说是一种激光清洗设备镜头及激光清洗设备，可以变焦和在较大尺寸内精确成像，结构紧凑，小型便携。镜头外壳体上设置有让激光通过的孔，镜头外壳体固定连接在所述底座的外侧的上端；底座的上表面设置有滑槽，滑槽贯穿所述底座的上表面，滑槽的长度小于底座的长度；凸透镜镜座与滑槽滑动连接，凸透镜镜座的下端位于底座的内侧并固定连接在镜头调焦装置上，镜头调焦装置固定连接在底座的内侧；振镜镜座固定连接在底座的外侧的上端，激光传感器固定连接在底座上；振镜镜座上固定有振镜，凸透镜镜座上固定有凸透镜，凸透镜镜座位于振镜镜座的输出端使得激光先通过振镜再通过凸透镜。

Description

一种激光清洗设备镜头及激光清洗设备
技术领域
本发明属于激光清洗领域，更具体的说是一种激光清洗设备镜头及激光清洗设备。
背景技术
激光清洗的精度较高，对应的问题是只有在输出激光的焦点附近很狭小的范围内才能获得最理想的清洗效果，现有的激光清洗设备对于一些平整表面适应性较好，但对于不平整的金属表面清洗效果不好。
针对这样的缺陷，目前有如下两种解决方案：一、在光路中加入可变焦的液态变焦镜头实现变焦；二、改变清洗平台的高度调整待清洗件与透镜间距离。中国发明专利一种自动变焦激光清洗头装置及其清洗方法，专利号201710744791.2，公开了一种在光路中加入可变焦的液态变焦镜头实现变焦的装置。该自动变焦激光清洗头包括一激光发生器，所述激光发生器后侧沿光束的行进方向依次设有取直镜、保护镜和振镜，在取直镜与保护镜之间设有一扩束镜，在保护镜与振镜之间设有一液态变焦镜头，沿光束的行进方向在振镜后侧设有聚焦镜。中国发明专利一种可升降的清洗平台组件及其激光清洗设备，专利号201610605007.5，公开了一种改变清洗平台的高度调整待清洗件与透镜间距离的装置。该可升降的清洗平台组件包括清洗平台、清洗平台安装基座、升降轨道、悬臂辊和升降驱动机构，清洗平台安装在所述清洗平台安装基座上；清洗平台安装基座可滑动的设置在升降轨道上，以带动清洗平台上升或下降；悬臂辊设置在清洗平台的两侧，悬臂辊用于将极片支撑在所述清洗平台上；升降驱动机构与清洗平台基座连接，升降驱动机构用于驱动所述清洗平台安装基座在所述升降轨道上滑动。
如果调整清洗平台的距离，对于小型便携式设备不适用，小型设备可以不设有过大甚至无需清洗平台，对于实现大型不可拆卸设备局部零件的清洗，常常将激光清洗设备固定在特定位置进行清洗，不能移动清洗平台。对于液态变焦透镜而言，对透镜要求过高，使用条件受限。
本发明提供一种激光清洗设备镜头及激光清洗设备，镜头内部设置有特殊尺寸的凸透镜，可以在较大尺寸内精确成像，此外还设置有镜头调焦装置来实现变焦。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种激光清洗设备镜头及激光清洗设备，可以变焦和在较大尺寸内精确成像，结构紧凑，小型便携。
为解决上述技术问题，本发明一种激光清洗设备镜头由镜头外壳体、底座、凸透镜镜座、振镜镜座、激光传感器和用于改变凸透镜镜座位置的镜头调焦装置组成，可以变焦和在较大尺寸内精确成像，结构紧凑，小型便携。
所述镜头外壳体上设置有让激光通过的孔，所述镜头外壳体固定连接在所述底座的外侧的上端；
所述底座的上表面设置有滑槽，所述滑槽贯穿所述底座的上表面，所述滑槽的长度小于所述底座的长度；
所述凸透镜镜座与所述滑槽滑动连接，所述凸透镜镜座的下端位于所述底座的内侧并固定连接在所述镜头调焦装置上，所述镜头调焦装置固定连接在所述底座的内侧；
所述振镜镜座固定连接在所述底座的外侧的上端，所述激光传感器固定连接在所述底座上；
所述振镜镜座上固定有振镜，所述凸透镜镜座上固定有凸透镜，所述凸透镜镜座位于所述振镜镜座的输出端使得激光先通过所述振镜再通过所述凸透镜。所述下端半波长换能器位于所述上端半波长换能器的正下方。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种激光清洗设备镜头所述的凸透镜镜面的曲面满足如下方程，
设S为所述凸透镜的切面，以所述凸透镜的左侧平面为Y轴，经过左侧平面中点且垂直左侧平面为X轴，建立所述凸透镜的限定坐标系，
假设任意一条平行于X轴的光线与所述凸透镜交于Px,y点处，设所述凸透镜相对于空气的折射率为n，平行于X轴的光线经过所述凸透镜折射后与X轴交于c点，限定坐标系的原点o与c点之间的距离为L，则有
其中，C为常数。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种激光清洗设备镜头所述的镜头调焦装置由编码器、安装座、螺杆传动座、螺母块、螺杆、电动机、减速器、联轴器Ⅰ和联轴器Ⅱ组成，所述电动机固定连接在所述安装座上，所述电动机的输出轴通过所述联轴器Ⅰ连接所述减速器，所述减速器的输出轴通过所述联轴器Ⅱ连接所述螺杆，所述螺杆转动连接在所述螺杆传动座内，所述螺母块的下端螺纹连接在所述螺杆上，所述螺母块的上端固定连接所述凸透镜镜座，所述编码器固定连接在所述螺杆上并位于所述螺杆传动座的外侧，所述减速器和螺杆传动座均固定连接在所述安装座上，所述安装座固定连接在所述底座的内侧。
一种激光清洗设备，包括上述所述的激光清洗设备镜头。
本发明一种激光清洗设备镜头及激光清洗设备的有益效果为：可以变焦和在较大尺寸内精确成像，结构紧凑，小型便携。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明一种激光清洗设备镜头的结构示意图。
图2为本发明一种激光清洗设备镜头去除镜头外壳体后的结构示意图。
图3为本发明一种激光清洗设备镜头中镜头调焦装置的结构示意图。
图4为本发明一种激光清洗设备镜头的凸透镜的限定坐标系。
图中：镜头外壳体1；底座2；滑槽2-1；凸透镜镜座3；振镜镜座4；激光传感器5；镜头调焦装置6；编码器6-1；安装座6-2；螺杆传动座6-3；螺母块6-4；螺杆6-5；电动机6-6；减速器6-7；联轴器Ⅰ6-8；联轴器Ⅱ6-9。
具体实施方式
下面结合图1、2、3、4说明本实施方式，本实施方式中所述的固定连接方式可以是螺栓连接或焊接等常见的连接方式，可根据实际情况进行选择。
本发明一种激光清洗设备镜头由镜头外壳体1、底座2、凸透镜镜座3、振镜镜座4、激光传感器5和用于改变凸透镜镜座3位置的镜头调焦装置6组成，可以变焦和在较大尺寸内精确成像，结构紧凑，小型便携。
所述镜头外壳体1上设置有让激光通过的孔，所述镜头外壳体1固定连接在所述底座2的外侧的上端；
所述底座2的上表面设置有滑槽2-1，所述滑槽2-1贯穿所述底座2的上表面，所述滑槽2-1的长度小于所述底座2的长度，即所述滑槽2-1并未完全横跨底座2，底座2的一端没有滑槽2-1；
所述凸透镜镜座3与所述滑槽2-1滑动连接，从而保证凸透镜镜座3可以在滑槽2-1内滑动，从而调节凸透镜镜座3与振镜镜座4之间的距离，即调节凸透镜与振镜之间的距离。所述凸透镜镜座3的下端位于所述底座2的内侧并固定连接在所述镜头调焦装置6上，所述镜头调焦装置6固定连接在所述底座2的内侧；镜头调焦装置6可以带动凸透镜镜座3在滑槽2-1内滑动并固定凸透镜镜座3的位置，从而调节凸透镜与振镜之间的距离，实现变焦。对于实现大型不可拆卸设备局部零件的清洗，常常将激光清洗设备固定在特定位置进行清洗，不能移动清洗平台，但本装置无需清洗平台，可以通过移动凸透镜变焦实现，适用范围广。
所述振镜镜座4固定连接在所述底座2的外侧的上端，所述激光传感器5固定连接在所述底座2上；
所述振镜镜座4上固定有振镜，所述凸透镜镜座3上固定有凸透镜，所述凸透镜镜座3位于所述振镜镜座4的输出端使得激光先通过所述振镜再通过所述凸透镜。并且凸透镜镜座3和振镜镜座4的位置关系满足经过振镜后的激光能传输到凸透镜上并通过凸透镜后照射到需要清洗的物体上。
所述的凸透镜镜面的曲面满足如下方程，
设S为所述凸透镜的切面，以所述凸透镜的左侧平面为Y轴，经过左侧平面中点且垂直左侧平面为X轴，建立所述凸透镜的限定坐标系，
假设任意一条平行于X轴的光线与所述凸透镜交于Px,y点处，设所述凸透镜相对于空气的折射率为n，平行于X轴的光线经过所述凸透镜折射后与X轴交于c点，限定坐标系的原点o与c点之间的距离为L，则有
其中，C为常数。过P点作凸透镜的切面S在Px,y点处的切线记为L1，法线记为L2。同时入射光线与L2的夹角记为θ，折射光线PC与L2之间的夹角为
首先，由折射定律可知：
又设L1的斜率为k,则由于L2垂直于L1，得：L2的斜率为-1/k，又由tanθ＝-1/k,则1式化为：
此时由坐标关系知OX＝x,XP＝y,设OC＝L，此时我们假设L为一个定值，又由于Px,y点的任意性，则即将得到的关于L的等式就表示任意平行光入射后会由于折射偏折向同一点C。
由平面几何知识可知：
则代入方程(2)得：
n＝(L-x)/(y2+(L-x)2)1/2+(-k)*y/(y2+(L-x)2)1/2 (3)
由于代入方程(3)化简得：
综合上述内容，得到：在n>1，L>0，且n，L均为定值的前提下，方程所对应的凸透镜可以实现对于平行光的严格绝对汇聚。
对该方程进行数学求解：
且为定值。
忽略L，0这一点，变换方程形式：
对左右两边同乘以dx得：
ndx＝((L-x)dx-ydy)/(y2+(L-x)2)1/2
-ndx＝((x-L)dx+ydy)/(y2+(L-x)2)1/2
＝(x-L)dx/(y2+(L-x)2)1/2+ydy/(y2+(L-x)2)1/2
＝d((y2+(L-x)2)1/2)
两边同时积分得：
-nx+C＝(y2+(L-x)2)1/2
即该凸透镜切面S所应该满足的方程为：
-nx+C＝(y2+(L-x)2)1/2，其中L>0，n>1，且为定值。
对该方程进一步处理，得：
当C，L取合适值时，此方程表示一条双曲线。同时观察方程形式，得出双曲线方程实轴长度与虚轴长度之间有一个(n2-1)1/2的换算系数。
同时由双曲线的性质，得到此换算系数表示双曲线渐近线的斜率，可进一步得到：当n趋于无穷大时，此双曲线的渐近线将接近y轴。由光路可逆性，从此x＝L处向左侧发出的与X轴在一定夹角范围内的光将会被严格转换成平行光，而此夹角的范围即为两条渐近线之间的夹角，其大小就取决于这个换算系数。当n足够大时，通过该点向左侧空间所发出的几乎所有光线都将严格转换成平行光。
因此，当凸透镜的曲面满足方程：
时，可以解决高斯光学由于受到近轴条件的限制而只能在较小的尺寸内精确成像的技术问题，从而能够在较大的尺寸内精确成像，从而使得装置的结构紧凑，小型便携。
所述的镜头调焦装置6由编码器6-1、安装座6-2、螺杆传动座6-3、螺母块6-4、螺杆6-5、电动机6-6、减速器6-7、联轴器Ⅰ6-8和联轴器Ⅱ6-9组成，所述电动机6-6固定连接在所述安装座6-2上，所述电动机6-6的输出轴通过所述联轴器Ⅰ6-8连接所述减速器6-7，所述减速器6-7的输出轴通过所述联轴器Ⅱ6-9连接所述螺杆6-5，所述螺杆6-5转动连接在所述螺杆传动座6-3内，所述螺母块6-4的下端螺纹连接在所述螺杆6-5上，所述螺母块6-4的上端固定连接所述凸透镜镜座3，所述编码器6-1固定连接在所述螺杆6-5上并位于所述螺杆传动座6-3的外侧，所述减速器6-7和螺杆传动座6-3均固定连接在所述安装座6-2上，所述安装座6-2固定连接在所述底座2的内侧。需要调节焦距时，通过控制电动机6-6转动，从而经过减速器6-7减速后带动螺杆6-5在螺杆传动座6-3内旋转，从而带动螺母块6-4左右移动，其原理为丝杠传动原理。编码器6-1选用市场上现有的旋转式编码器，用于采集每个时刻的转速信息，通过计算机处理进行PID控制从而保证运动的精准性，实现准确控制凸透镜移动进行变焦。
一种激光清洗设备，包括上述的激光清洗设备镜头。
一种激光清洗设备镜头及激光清洗设备的原理是：
当现有的激光发生设备发出的激光通过振镜后会经过凸透镜从而照射到需要清洗的物体表面，利用现有的激光清洗原理对物体表面进行清洗。当需要清洗的物体表面不平整时，就需要根据物体表面与凸透镜之间的距离来不断改变凸透镜的位置从而实现变焦，以更好得清洗物体表面。变焦的过程中，首先会通过激光传感器5测量出激光传感器5与物体表面之间的距离并初始化凸透镜的位置，根据初始化时凸透镜与激光传感器5之间的距离以及激光传感器5与物体表面之间的距离从而通过计算机计算出凸透镜与物体表面之间的距离。然后通过计算机进行PID控制，实现凸透镜的精确变焦，并利用变焦后的激光清洗物体的不同表面，使得物体每个部分的表面都达到很好的清洗效果。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种激光清洗设备镜头，其特征在于：该激光清洗设备镜头由镜头外壳体(1)、底座(2)、凸透镜镜座(3)、振镜镜座(4)、激光传感器(5)和用于改变凸透镜镜座(3)位置的镜头调焦装置(6)组成；
所述镜头外壳体(1)上设置有让激光通过的孔，所述镜头外壳体(1)固定连接在所述底座(2)的外侧的上端；
所述底座(2)的上表面设置有滑槽(2-1)，所述滑槽(2-1)贯穿所述底座(2)的上表面，所述滑槽(2-1)的长度小于所述底座(2)的长度；
所述凸透镜镜座(3)与所述滑槽(2-1)滑动连接，所述凸透镜镜座(3)的下端位于所述底座(2)的内侧并固定连接在所述镜头调焦装置(6)上，所述镜头调焦装置(6)固定连接在所述底座(2)的内侧；
所述振镜镜座(4)固定连接在所述底座(2)的外侧的上端，所述激光传感器(5)固定连接在所述底座(2)上；
所述振镜镜座(4)上固定有振镜，所述凸透镜镜座(3)上固定有凸透镜，所述凸透镜镜座(3)位于所述振镜镜座(4)的输出端使得激光先通过所述振镜再通过所述凸透镜；
所述的凸透镜镜面的曲面满足如下方程：
设S为所述凸透镜的切面，以所述凸透镜的左侧平面为Y轴，经过左侧平面中点且垂直左侧平面为X轴，建立所述凸透镜的限定坐标系，
假设任意一条平行于X轴的光线与所述凸透镜交于P(x,y)点处，设所述凸透镜相对于空气的折射率为n，平行于X轴的光线经过所述凸透镜折射后与X轴交于c点，限定坐标系的原点o与c点之间的距离为L，则有
其中，C为常数。
2.根据权利要求1所述的一种激光清洗设备镜头，其特征在于：所述的镜头调焦装置(6)由编码器(6-1)、安装座(6-2)、螺杆传动座(6-3)、螺母块(6-4)、螺杆(6-5)、电动机(6-6)、减速器(6-7)、联轴器Ⅰ(6-8)和联轴器Ⅱ(6-9)组成，所述电动机(6-6)固定连接在所述安装座(6-2)上，所述电动机(6-6)的输出轴通过所述联轴器Ⅰ(6-8)连接所述减速器(6-7)，所述减速器(6-7)的输出轴通过所述联轴器Ⅱ(6-9)连接所述螺杆(6-5)，所述螺杆(6-5)转动连接在所述螺杆传动座(6-3)内，所述螺母块(6-4)的下端螺纹连接在所述螺杆(6-5)上，所述螺母块(6-4)的上端固定连接所述凸透镜镜座(3)，所述编码器(6-1)固定连接在所述螺杆(6-5)上并位于所述螺杆传动座(6-3)的外侧，所述减速器(6-7)和螺杆传动座(6-3)均固定连接在所述安装座(6-2)上，所述安装座(6-2)固定连接在所述底座(2)的内侧。
3.一种激光清洗设备，包括如权利要求1至2中任意一项所述的激光清洗设备镜头。
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