CN101551497B - 一种激光内雕机的镜头切换装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种激光内雕机的镜头切换装置及其控制方法，包括：可拆卸的设置在激光内雕机内的底板，及用于将激光聚焦在透明介质中的镜片，还包括可安装二个或二个以上镜头的、可自动切换位置的切换机构，及用于控制切换机构自动工作的控制机构；由于本镜头切换装置设置有可自动切换位置的切换机构及用于控制切换机构自动工作的控制机构；这样，就实现了镜头之间的自动切换，且其镜头的定位精度高，可节省时间，能提高工作效率。

Description

一种激光内雕机的镜头切换装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种镜头切换装置及其控制方法，更详细地说，特别是涉及一种激光内雕机中的镜头切换装置及其控制方法。

背景技术

激光内雕机采用高性能的激光和控制技术，由光学系统、控制系统和计算机软件所组成。光学系统是由激光器、扩束镜、振镜、聚焦镜头(通常采用平场聚焦透镜)所组成的。然而采用不同焦距的镜头会直接影响激光聚焦在透明介质中爆破点的大小及形状，进而影响雕刻品质，而且采用不同焦距的镜头，激光通过振镜偏转在透明介质中扫描范围也不一样。

目前，在现有的水晶激光雕刻设备中，只有一个镜头位，为了达到更大的扫描范围或更好的点形，在雕刻水晶时只能更换不同的镜头，这样方法存在以下缺点：

(a)人工手动拆卸与安装，容易导致镜片污染或损坏；

(b)更换不同镜头时容易导致系统校准参数改变，系统可能存在着重新校准；

(c)不同焦距的镜头几何参数不一样，导致同时兼容多种镜头。

(d)对于操作人员要求高，操作起来费时费力，工作效率低。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种精度高，可节省时间，提高工作效率的激光内雕机的自动镜头切换装置。

本发明解决的另一技术问题是提供一种可根据不同的需要快速切换镜头，实现切换控制与高精度定位的激光内雕机自动镜头切换装置的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明一种激光内雕机的镜头切换装置，包括：可拆卸的设置在激光内雕机内的底板，及用于将激光聚焦在透明介质中的镜头，还包括可安装二个或二个以上镜头的、可自动切换位置的切换机构，及用于控制切换机构自动工作的控制机构；由于本镜头切换装置设置有可自动切换位置的切换机构及用于控制切换机构自动工作的控制机构；这样，就实现了镜头之间的自动切换，且其镜头的定位精度高，可节省时间，能提高工作效率；

所述切换机构包括安装在底板上的、可转动或直线切换位置的运转装置，及可与运转装置完成检测动作的、用于限位和复位的控制开关；可自动完成镜头的切换。

所述运转装置包括驱动机构，及设置在底板上的、可安装镜片的镜头板，及安装在镜头板边缘的、可顶开控制开关的接触螺钉，及由驱动机构驱动的、可带动镜头板切换位置的传动机构，所述控制开关包括可活动安装在上的复位开关板，及固定在复位开关板上的复位开关，该复位开关与所述接触螺钉抵顶触动；所述螺钉用于顶开控制开关使得控制开关动作，以此获得镜头的准确定位。

作为再进一步改进：所述镜头板呈圆形，设置有二个或二个以的镜头固定孔位，所述镜头固定孔位以镜头板中心为圆心等半径分布在镜头板的圆周上，相邻两个固定孔位的间隔是等角度或不等角度；镜头可通过旋转运动进行切换。

作为再进一步改进：所述传动机构包括设置在底板的、用于定位镜头板的转盘挡板，及安装在镜头板中间的、可使镜头板相对底板转动的轴承，及设置在镜头板上方的、与驱动机构相固定的转盘上轴，及设置在转盘挡板、且通过螺钉固定在轴承内圈的转盘下轴；所述控制开关包括可活动安装在底板上、且位于镜头板外侧的复位开关板，所述复位开关固定在该复位开关板上；所述接触螺钉触动复位开关动作作为电脑判别镜头的初始位置，镜头板固定以一个方向旋转，依次对每个镜头相对与初始位置的旋转角度进行镜头编码，电脑通过镜头编码来选择相应的镜头。

作为再进一步改进：所述转盘挡板上设置有透光孔，所述透光孔中心到转盘挡板中心的距离和镜头固定孔位中心到镜头板中心的距离相等；透光孔中心和所选择的镜头板上其中一个镜头固定孔位重合，这由复位开关的动作和电脑发令选择的镜头编码来决定。

作为改进：所述镜头板呈直条状，其一侧设置有可与驱动机构的齿轮相配合的齿条，还设置有二个或二个以上的镜头固定孔位，所述镜头固定孔位等间距或不等间距分布在镜头板上；所述控制开关还包括设置在镜头板两侧的两限位开关，所述复位开关与其中的一个限位开关处于镜头板的同一侧；所述传动机构包括设置在底板的、可使镜头板移动的导轨，及用于连接导轨和镜头板的导轨支架，所述导轨支架内设置有直线轴承；镜头可通过直线运动进行切换。

为解决上述另一技术问题，本发明一种激光内雕机的镜头切换装置及其控制方法，其控制机构包括计算机控制软件和运动控制卡，具体方法为：首先，将二个或二个以上的镜头按照各自光学几何参数，安装固定在切换机构上；然后，再通过对各镜头进行编码和位置校准，将镜头参数及其位置录入计算机控制软件的镜头参数库中；当选择镜头时，控制机构通过其相应的镜头库参数，通过运动控制卡输出一系列脉冲信号，控制电机旋转来达到镜头运动到系统设计位置，从而实现镜头自动切换与控制。这种镜头切换装置的控制方法，镜头的切换由传统的手动切换改成了计算机对镜头选择控制其自动切换，不需要人为拆换镜头，不会因为人为原因而导致镜面损坏或污染，方便镜头选择，操作方便快捷，降低了操作员技术难度，大大提高了工作效率。

作为上述方案的改进：所述切换机构呈直条状，所述镜头等间距或不等间距分布在切换机构上，通过控制电机实现镜头的直线运动；在镜头板两侧安装用于限位的两限位开关，以及在所述的一个限位开关的同一侧安装一个用于复位的复位开关；镜头可通过直线运动进行切换。

作为改进：所述切换机构呈圆形，所述镜头等半径分布在切换机构的圆周上，相邻两个固定孔位的间隔是等角度或不等角度，通过控制电机实现镜头的旋转运动；在切换机构的边缘位置装有用于复位开关；镜头可通过旋转运动进行切换。

本发明的一种激光内雕机的镜头切换装置及其控制方法，由于设置有可自动切换位置的切换机构及用于控制切换机构自动工作的控制机构，镜头的切换可由传统的手动切换改成了计算机对镜头选择控制其自动切换，不需要人为拆换镜头，不会因为人为原因而导致镜面损坏或污染，方便镜头选择，操作方便快捷，降低了操作员技术难度，大大提高了工作效率。

附图说明

下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是本发明镜头切换装置的立体示意图。

图2是本发明镜头切换装置的俯视图。

图3是图2所示A-A方向的剖视图。

图4是图3所示的局部放大图。

图5是本发明镜头切换装置第二实施例的立体示意图。

图6是本发明镜头切换装置第二实施例另一角度的立体示意图。

图7是本发明控制方法中旋转运动结构的示意图。

图8是本发明控制方法的流程图。

图9是本发明控制方法第二实施例中直线运动结构的示意图。

具体实施方式

参阅图1至图4，本发明一种激光内雕机的镜头切换装置，包括：可拆卸的设置在激光内雕机内的底板1，及用于将激光聚焦在透明介质中的镜头11，及可安装二个或二个以上镜头11的、可自动切换位置的切换机构，及用于控制切换机构自动工作的控制机构；所述控制机构包括计算机控制软件和运动控制卡；在本实施例中，所述切换机构上安装有三个镜头11，每个镜头11以120度间隔分布。由于该镜头切换装置设置有可自动切换位置的切换机构及用于控制切换机构自动工作的控制机构；这样，就实现了镜头之间的自动切换，且其镜头的定位精度高，可节省时间，能提高工作效率。

其中，所述切换机构包括安装在底板1上的、可转动或直线切换位置的运转装置，及可与运转装置完成检测动作的、复位的控制开关；通过切换机构可自动完成镜头11的切换。所述运转装置包括驱动机构，在本实施例中，所述的驱动电机为步进电机13，当然，也可为别的驱动；及设置在底板1上的、可安装镜头11的镜头板3，及安装在镜头板3边缘的、可顶开控制开关的接触螺钉4，及由驱动机构驱动的、可带动镜头板3切换位置的传动机构；所述接触螺钉4用于顶开复位开关10使得复位开关动作，以此获得镜头11的准确定位；所述镜头板3是固定镜头11的装置，在本实施例中，所述镜头板3呈圆形，设置有二个或二个以上的镜头固定孔位12，在本实施例中为设置有三个镜头固定孔位12，镜头固定孔位12的大小由镜头11的参数决定，不同的镜头11可能有不同的参数；所述镜头固定孔位12以镜头板3为中心等半径分布在镜头板3的圆周上，相邻两个固定孔位12的间隔是等角度或不等角度；镜头11可通过旋转运动进行切换。所述传动机构包括设置在底板1的、用于定位镜头板3的转盘挡板2，及安装在镜头板3中间的、可使镜头板3相对底板1转动的轴承5，及设置在镜头板3上方的、与驱动机构相固定的转盘上轴6，及设置在转盘挡板2、且通过螺钉固定在轴承5内圈的转盘下轴7；电机轴8固定在转盘上轴6中心；所述电机轴8，转盘上轴6，镜头板3，转盘下轴7和转盘挡板2同一轴心。所述复位开关包括可活动安装在底板1上、且位于镜头板3外侧的复位开关板9，及固定在复位开关板9上的、主要用于复位的复位开关10；调整复位开关板9到镜头板3中心的距离，使得镜头板3的边缘螺钉4能够使得复位开关10动作。所述接触螺钉4触动复位开关10动作作为电脑判别镜头11的初始位置，镜头板3固定以一个方向旋转，依次对每个镜头11相对与初始位置的旋转角度进行镜头编码，电脑通过镜头编码来选择相应的镜头11。另外，所述转盘挡板2上设置有透光孔，所述透光孔中心到转盘挡板2中心的距离和镜头固定孔位12中心到镜头板3中心的距离相等；透光孔中心和所选择的镜头板3上其中一个镜头固定孔位12重合，这由复位开关的动作和电脑发令选择的镜头编码来决定。

具体工作步骤为：当电机13按某一固定方向旋转时，镜头板3就会随着电机轴8而转动，电脑先通过镜头板3上的螺钉4和复位开关10之间的动作检测镜头板3的初始位置，由于螺钉4是固定在镜头板3上的，所以每个镜头固定孔位12相对与初始位置的旋转角度也是固定的，按每个镜头相对与初始位置的旋转角度作为每个镜头的镜头编码，通过控制电机13的旋转角度带动镜头板3旋转，按照镜头编码选择某个镜头11对准透光孔14，让选定的镜头11中心正好和转盘挡板2上的透光孔14中心重合，完成了一次镜头切换。

当然，所述镜头板3也可呈直条状，如图5和图6所示，为本发明镜头切换装置的第二实施例，其一侧设置有可与步进电机13、齿轮130相配合的齿条30，还设置有二个或二个以上的镜头固定孔位12，在本实施例中为三个镜头固定孔位12，所述镜头固定孔位12等间距或不等间距分布在镜头板3上；所述控制开关包括在镜头板3两侧安装的限位开关19和复位开关10；所述传动机构包括设置在底板1的、可使镜头板3移动的导轨18，及用于连接导轨18和镜头板3的导轨支架17，所述导轨支架17内设置有直线轴承(未图示)，通过直线轴承可使导轨支架17在导轨18上移动；传动时，由步进电机13、齿轮130带动镜头板的齿条30进行前后运动，由限位开关19限制其运动的位置，也可通过复位开关10进行复位，根据需要使镜头11通过直线运动进行切换；当然，其也可通过其它传统的传动机构来传动，如通过皮带轮和皮带传动等，在此不再详述。

上述激光内雕机的镜头切换装置的控制方法，具体为：首先，将二个或二个以上的镜头11按照各自光学几何参数，安装固定在镜头板3的镜头固定孔位12上，所述镜头板3主要有两种结构，即旋转运动结构和直线运动结构，在本实施例中，如图7所示，为旋转运动结构，即所述的镜头板3呈圆形，可通过控制电机13实现镜头11的旋转运动以进行切换；镜头板3的旋转中心为O，镜头固定孔位12中心分布在以O为旋转轴的等半径圆周上；镜头板3上可以制出N个镜头固定孔12，相邻两个固定孔位12的间隔可以是等角度或不等角度；在镜头板3的边缘位置装有复位开关10，复位开关10的位置作为镜头孔位编码的起始角度，复位开关10的另一用途就是对镜头板3进行复位；然后，再通过对各镜头11进行编码和位置校准，镜头编码是计算机控制的重要信息，把镜头孔位的几何参数转化为计算机的数字信号，以便通过计算机实现对镜头11的自动切换，以旋转轴O为中心，以固定方向，图7中以顺时针方向，复位开关10为起始角度依次对镜头固定孔位12中心按角度编码，分别为M₁，M₂，...，M_N-1，M_N，即固定孔位1中心到复位开关10之间的角度编码为M₁，固定孔位2中心到复位开关10之间的角度编码为M₂，…，固定孔位N中心到原点开关10之间的角度编码为M_N。将镜头参数及其位置录入计算机控制软件的镜头参数库中；当选择镜头11时，控制机构通过其相应的镜头库参数，通过运动控制卡输出一系列脉冲信号，控制步进电机13旋转来达到镜头运动到系统设计位置，从而实现镜头11自动切换与控制。这种镜头切换装置的控制方法，镜头的切换由传统的手动切换改成了计算机对镜头选择控制其自动切换，不需要人为拆换镜头，不会因为人为原因而导致镜面损坏或污染，方便镜头选择，操作方便快捷，降低了操作员技术难度，大大提高了工作效率。

此控制方法的系统由计算机、运动控制卡、驱动器、电机、镜头装置、原点与限位反馈所组成，如图8所示；其控制步骤为：每次上电时，首先要对镜头板3复位，复位操作通过复位开关10的动作来判别，当运动控制卡检测到复位开关10反馈信号时，将寄存器中当前位置参数自动清零；选择相应镜头11，根据镜头编码自动从镜头库中载入相应镜头参数；通过控制卡输出控制信号，控制电机旋转镜头到设定位置，以实现自动切换。

当然，如图9所示，所述切换机构也可为直线运动结构，即切换机构呈直条状，所述镜头等间距或不等间距分布在切换机构上，通过控制电机实现镜头的直线运动；在镜头板两侧安装用于限位的两限位开关，以及在所述的一个限位开关的同一侧安装一个用于复位的复位开关；镜头可通过直线运动进行切换。其与上述实施例不同之处在于镜头编码，其镜头编码方式是以复位开关为原点，沿着正向运动方向，图9中由左限位开关到右限位开关方向，依次对镜头固定孔位中心按距离编码，分别为M₁，M₂，...，M_N-1，M_N，即固定孔位1中心到复位开关距离编码为M₁，固定孔位2中心到复位开关距离编码为M₂，…，固定孔位N中心到复位开关距离编码为M_N。根据镜头孔位编码M₁，M₂，...，M_N-1，M_N，依次将编码输入计算机镜头参数库中，作为计算机控制的输入参数。

本发明的一种激光内雕机的镜头切换装置及其控制方法，由于设置有可自动切换位置的切换机构及用于控制切换机构自动工作的控制机构，镜头的切换可由传统的手动切换改成了计算机对镜头选择控制其自动切换，不需要人为拆换镜头，不会因为人为原因而导致镜面损坏或污染，方便镜头选择，操作方便快捷，降低了操作员技术难度，大大提高了工作效率。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式；凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均包含本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种激光内雕机的镜头切换装置，包括：可拆卸的设置在激光内雕机内的底板，及用于将激光聚焦在透明介质中的镜头，其特征在于：还包括可安装二个或二个以上镜头的、可自动切换位置的切换机构，及用于控制切换机构自动工作的控制机构；

所述切换机构包括安装在底板上的、可转动或直线切换位置的运转装置，及可与运转装置完成检测动作的、用于复位的控制开关；

所述运转装置包括驱动机构，及设置在底板上的、可安装镜头的镜头板，及安装在镜头板边缘的、可顶开控制开关的接触螺钉，及由驱动机构驱动的、可带动镜头板切换位置的传动机构，所述控制开关包括活动安装在底板上的复位开关板，及固定在复位开关板上的复位开关，该复位开关与所述接触螺钉抵顶触动。

2.根据权利要求1所述的激光内雕机的镜头切换装置，其特征在于：所述镜头板呈圆形，设置有至少二个镜头固定孔位，所述镜头固定孔位以镜头板中心为圆心等半径分布在镜头板的圆周上，相邻两个镜头固定孔位的间隔是等角度或不等角度。

3.根据权利要求2所述的激光内雕机的镜头切换装置，其特征在于：所述传动机构包括设置在底板的、用于定位镜头板的转盘挡板，及安装在镜头板中间的、可使镜头板相对底板转动的轴承，及设置在镜头板上方的、与驱动机构相固定的转盘上轴，及设置在转盘挡板、且通过螺钉固定在轴承内圈的转盘下轴，所述控制开关还包括可活动安装在底板上、且位于镜头板外侧的复位开关板，所述复位开关固定在该复位开关板上。

4.根据权利要求3所述的激光内雕机的镜头切换装置，其特征在于：所述转盘挡板上设置有透光孔，所述透光孔中心到转盘挡板中心的距离和镜头固定孔位中心到镜头板中心的距离相等。

5.根据权利要求1所述的激光内雕机的镜头切换装置，其特征在于：所述镜头板呈直条状，其一侧设置有可与驱动机构的齿轮相配合的齿条，还设置有二个或二个以上的镜头固定孔位，所述镜头固定孔位等间距或不等间距分布在镜头板上；所述控制开关还包括设置在镜头板两侧的两限位开关，所述复位开关与其中的一个限位开关处于镜头板的同一侧；所述传动机构包括设置在底板的、可使镜头板移动的导轨，及用于连接导轨和镜头板的导轨支架，所述导轨支架内设置有直线轴承。

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