CN113985561A - 光束位置微调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供光束位置微调节装置，包括：平面透镜、透镜框和支撑基座；支撑基座的顶端分别设置有对称的竖板；平面透镜固定在透镜框内；透镜框两端分别设置有与透镜框垂直的安装板；在安装板的侧面固定有配重块；竖板通过转动机构与安装板转动连接；在转动机构上固定有驱动电机；通过驱动电机带动转动机构和平面透镜共同转动，进而改变光束的位置。不会改变光束的指向。本发明能够在不改变原有光路结构布局及光束指向的前提下，实现光束某一方向位置偏差的独立调节。光路更加简单，有效降低了制造成本。

Description

光束位置微调节装置

技术领域

本发明涉及光束位置调节技术领域，特别涉及光束位置微调节装置。

背景技术

在激光合束领域，多路激光合束效果的优劣一般采用指向偏差和位置偏差两个指标进行评价。指向偏差是指激光传播方向与基准方向之间的角度差值，反应了激光与基准的夹角；位置偏差是指在某一截面上激光与基准中心之间的位置差值，反应了激光位置与基准位置的不重合度。如果两束激光存在较大的指向偏差，那么它们的位置偏离程度，将随着激光传播距离的增大而增加，但如果两束激光严格平行，那么它们的位置偏差将随着光束传播距离的增大而保持不变。因此，在激光作用距离较远的应用场合，更关注于对合束激光指向偏差的精确控制。所以，用于光束指向调节的电动装置(如两维摆镜、快速反射镜等)较为常见。而在一些对合束精度要求较高的应用场合，对合束激光的位置偏差也提出了极高的要求，但专用的位置微小偏差调节装置却十分少见，尤其用于光束高低方向位置微小偏差调节而不大幅度改变光路的中心高的电动装置更不多见。

专利号为ZL202010226513.X的中国发明专利公开了一种光束位置调节机构。该发明采用一维平移台采用上下分层导光的方法实现了光束高低位置的精确调节，但为了确保光路中心高不发生较大变化，该方案不得不另行增加3块导光镜将光束折转至原有中心高。由于传输大功率激光的导光镜价格较为昂贵，造成该机构的制造成本大幅度增加。同时，该调节机构也增加了光束的折转次数，造成激光的传输效率随之下降。而且该方案虽然在理论上可以实现：在调节光束位置偏差的过程中不改变光束的指向。但现实中受一维平移台制造精度的限制，该装置在调节光束位置偏差时依然会带来光束指向的变化。此外，该装置在沿光束传播方向所占用的空间较大，因此不适于在空间排布严格受限的场合应用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出光束位置微调节装置，通过在光路中***单片平面透镜，改变该透镜与光束夹角的方法来实现光束位置的微小调节。在改变光束位移的同时，不会改变光束的指向。而且只增加了一片平面透镜，激光的传输效率降低不多，光路也更加简单，降低了制造成本。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的光束位置微调节装置，包括：平面透镜、透镜框和支撑基座；支撑基座的顶端分别设置有对称的竖板；平面透镜固定在透镜框内；透镜框两端分别设置有与透镜框垂直的安装板；在安装板的侧面固定有配重块；竖板通过转动机构与安装板转动连接；在转动机构上固定有驱动电机；通过驱动电机带动转动机构和平面透镜共同转动，进而改变光束的位置。

优选地，转动机构包括轴承、轴承压圈和回转轴，轴承安装在竖板上，回转轴通过轴承压圈安装在轴承的内部，回转轴的一端与安装板固定连接，回转轴的另一端与驱动电机固定连接。

优选地，支撑基座为一体结构，包括圆柱、底座、第一竖板和第二竖板；第一竖板和第二竖板分别固定在圆柱顶端，第一竖板和第二竖板分别设置有轴承安装孔，两个轴承安装孔同轴共线，轴承固定在轴承安装孔内。圆柱底部设置有半径大于圆柱的底座；底座设置有均匀的通孔，可以通过螺钉将底座固定在其它结构上。

优选地，在第一竖版和第二竖版的外侧分别安装有防尘罩。

优选地，还包括测角编码器，测角编码器固定在任意一个回转轴的另一端，与驱动电机的位置相对应。

优选地，透镜框的内部设置有安装槽，平面透镜通过胶接或压块的方式固定在安装槽内。

优选地，安装板的一侧设置有配重安装孔，配重块通过配重安装孔固定在安装板上。

优选地，光束位置微调节装置既可以调节光束的纵向位移，也可以调节光束的横向位移。

优选地，光束的高低位置调节量d与平面透镜的回转角度α之间的函数关系式如下：

其中，D为平面透镜的厚度；n为平面透镜的折射率。

与现有的光束位置调节机构相比，本发明通过在光路中***单片平面透镜，改变该透镜与光束夹角的方法来实现光束位置的微小调节。在改变光束位置的同时，不会改变光束的指向。而且只增加了一片平面透镜，激光的传输效率降低不多，光路更加简单，降低了制造成本。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的光束位置微调节装置的立体结构示意图。

图2是根据本发明实施例提供的光束位置微调节装置的正视剖面图。

图3是根据本发明实施例提供的透镜框的结构示意图。

图4是根据本发明实施例提供的支撑基座的结构示意图。

图5是根据本发明实施例提供的光束位置微调节装置的工作原理示意图。

其中的附图标记包括：

透镜框1、透镜安装槽1-1、左安装板1-2、左回转轴安装孔1-2-1、左配重安装孔1-2-2、右安装板1-3、右回转轴安装孔1-3-1和右配重安装孔1-3-2；

平面透镜2；左配重块3-1、右配重块3-2；

左轴承4-1a、右轴承4-1b、左轴承压圈4-2a、右轴承压圈4-2b、左回转轴4-3a、右回转轴4-3b；

支撑基座5、圆柱5-1、底座5-2、第一竖板5-3、左轴承安装孔5-3-1、第二竖板5-4和右轴承安装孔5-4-1；

驱动电机6、测角编码器7；

左防尘罩8-1、右防尘罩8-2。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例提供的光束位置微调节装置的立体结构示意图。

图2示出了根据本发明实施例提供的光束位置微调节装置的正视剖面图。

图3示出了根据本发明实施例提供的透镜框的结构示意图。

图4示出了根据本发明实施例提供的支撑基座的结构示意图。

如图1-4所示：

支撑基座5为一体结构，包括：圆柱5-1、底座5-2、第一竖板5-3、第二竖板5-4、左轴承安装孔5-3-1和右轴承安装孔5-4-1。圆柱底部设置有半径大于圆柱的底座5-2；底座5-2设置有均匀的通孔，可以通过螺钉将底座5-2固定在其它结构上；第一竖板5-3和第二竖板5-4分别固定在圆柱顶端，第一竖板5-3的外侧固定有左防尘罩8-1，第一竖板5-3的上半部设置有左轴承安装孔5-3-1，第二竖板5-4的外侧固定有右防尘罩8-2，第二竖板5-4的上半部设置有左轴承安装孔5-4-1，左轴承安装孔5-3-1和右轴承安装孔5-4-1同轴共线；左轴承安装孔5-3-1内固定有第一转动机构、右轴承安装孔5-4-1内固定有第二转动机构。

第一转动机构包括左轴承4-1a和左轴承压圈4-2a，第二转动机构包括右轴承4-1b和右轴承压圈4-2b。左轴承4-1a固定在左轴承安装孔5-3-1内，右轴承4-1b固定在右轴承安装孔5-4-1内；左轴承4-1a通过左轴承压圈4-2a与左回转轴4-3a固定连接，左回转轴4-3a伸出左轴承4-1a两侧；右轴承4-1b通过右轴承压圈4-2b与右回转轴4-3b固定连接，右回转轴4-3b伸出右轴承4-1b两侧。

透镜框1包括：透镜安装槽1-1、左安装板1-2、左回转轴安装孔1-2-1、左配重安装孔1-2-2、右安装板1-3、右回转轴安装孔1-3-1和右配重安装孔1-3-2。平面透镜2安装在安装槽1-1内。左安装板1-2固定在透镜框1的左侧中间位置处，右安装板1-3固定在透镜框1的右侧中间位置处，左安装板1-2和右安装板1-3均与透镜框1垂直；左安装板1-2和右安装板1-3的侧面分别设置对应的左配重安装孔1-2-2和右配重安装孔1-3-2，左配重块3-1通过左配重安装孔1-2-2固定在左安装板1-2的侧面，右配重块3-2通过右配重安装孔1-3-2固定在右安装板1-3的侧面，左配重块3-1和右配重块3-2用于调节装置转动部分的重心落在回转轴的轴线上；左安装板1-2和右安装板1-3的中间位置分别设置对应的左回转轴安装孔1-2-1和右回转轴安装孔1-3-1，左回转轴安装孔1-2-1与左回转轴4-3a的一端固定连接，右回转轴安装孔1-3-1与右回转轴4-3b的一端固定连接。

左回转轴4-3a的另一端与驱动电机6固定连接、右回转轴4-3b的另一端与测角编码器7固定连接，驱动电机6工作时可以带动左回转轴4-3a进行转动；驱动电机6和测角编码器7的位置可以进行调换。

当驱动电机6带动左回转轴4-3a转动的同时，左回转轴4-3a也带动透镜框1进行顺时针或逆时针转动，在平面透镜2转动时测角编码器7可实时监测透镜框1上的平面透镜2转动的角度。

图5示出了根据本发明实施例提供的光束位置微调节装置的工作原理示意图。

本发明实施例提供的光束纵向位置微调节装置根据摆放位置的不同，既可以调节光束的横向位置，也可以调节光束的纵向位置；下面以调节光束纵向位置为例，对光束纵向位置微调节装置的工作原理进行详细的阐述。

如图5所示，图5(a)中平面透镜处于竖直状态，即零位状态。图5(b)中为平面透镜逆时针转动一定角度的状态。图5(c)中为平面透镜顺时针转动一定角度的状态。

定义平面透镜的竖直状态为零位置状态，如图5(a)所示。在此状态下光束垂直平面透镜入射。由于平面透镜的前后两个工作面严格平行，因此出射光线相对于入射光线无位移变化。

当光束的位置偏低时，只需控制驱动电机进行逆时针旋转，如图5(b)所示。透镜框和平面透镜在驱动电机的带动下进行逆时针转动，此时入射光线相对于平面透镜的入射角由0度开始正向增大至α。从而使光束在经过平面透镜后的出射光线位置升高，实现调高出射光束位置的目的。

当光束的位置偏高时，只需控制驱动电机进行顺时针旋转，如图5(c)所示。透镜框和平面透镜在驱动电机的带动下进行顺时针转动，此时入射光线相对于平面透镜的入射角由0度开始反向增大至α。从而使光束在经过平面透镜后的出射光线位置降低，实现调低出射光束位置的目的。

根据光束的折射原理，光束的高低位置调节量d与平面透镜的回转角度α具有确定的函数关系式，如下：

其中，d为光束位移的调节量；D为平面透镜的厚度；α为平面透镜相对于零位的回转角度，即光束相对于平面透镜的入射角度；n为平面透镜的折射率。

由于光束的位置调节量与平面透镜的回转角度存在一一对应关系，因此，在平面透镜的厚度D及折射率n确定的情况下，可以通过驱动电机和测角编码器精确控制平面透镜的回转角度α，进而可以达到精确调节光束高低位置的目的。同时，也可以通过更换平面透镜的材料以改变平面透镜的折射率n、改变平面透镜的厚度D，来调整光束位置偏差调节量的最大范围。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.光束位置微调节装置，其特征在于：包括：平面透镜、透镜框和支撑基座；所述支撑基座的顶端分别设置有对称的竖板；所述平面透镜固定在所述透镜框内；所述透镜框两端分别设置有与所述透镜框垂直的安装板；在所述安装板的侧面固定有配重块；所述竖板通过转动机构与所述安装板转动连接；在所述转动机构上固定有驱动电机；通过所述驱动电机带动所述转动机构和所述平面透镜共同转动，进而改变光束的位置。

2.根据权利要求1所述的光束位置微调节装置，其特征在于：所述转动机构包括轴承、轴承压圈和回转轴，所述轴承安装在所述竖板上，所述回转轴通过所述轴承压圈安装在所述轴承的内部，所述回转轴的一端与所述安装板固定连接，所述回转轴的另一端与所述驱动电机固定连接。

3.根据权利要求2所述的光束位置微调节装置，其特征在于：所述支撑基座为一体结构，包括圆柱、底座、第一竖板和第二竖板；所述第一竖板和所述第二竖板分别对称的固定在所述圆柱顶端，所述第一竖板和所述第二竖板分别设置有轴承安装孔，所述两个轴承安装孔同轴共线，所述轴承固定在所述轴承安装孔内；所述圆柱底部设置有半径大于所述圆柱的底座；所述底座设置有均匀的通孔，通过螺钉将所述底座固定在其它结构上。

4.根据权利要求3所述的光束位置微调节装置，其特征在于：在所述第一竖版和所述第二竖版的外侧分别安装有防尘罩。

5.根据权利要求3所述的光束位置微调节装置，其特征在于：还包括测角编码器，所述测角编码器固定在任意一个所述回转轴的另一端，与所述驱动电机的位置相对应。

6.根据权利要求3所述的光束位置微调节装置，其特征在于：所述透镜框的内部设置有安装槽，所述平面透镜通过胶接或压块的方式固定在所述安装槽内。

7.根据权利要求6所述的光束位置微调节装置，其特征在于：所述安装板的一侧设置有配重安装孔，所述配重块通过所述配重安装孔固定在所述安装板上。

8.根据权利要求6所述的光束位置微调节装置，其特征在于：所述光束位置微调节装置既可以调节光束的纵向位移，也可以调节光束的横向位移。

9.根据权利要求6所述的光束位置微调节装置，其特征在于：光束的高低位置调节量d与平面透镜的回转角度α之间的函数关系式如下：

其中，D为平面透镜的厚度；n为平面透镜的折射率。

Images