CN102328154B - 一种同步带传动的扩束镜自动精密调焦机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种同步带传动的扩束镜自动精密调焦机构，其包括扩束镜主体部分、扩束镜座，特征是：所述扩束镜座竖直安放，扩束镜外部紧固部分放置在扩束镜座上，所述压板固定压紧在扩束镜的外部紧固部分上方；步进电机紧固在步进电机座上，同步带小轮紧固在步进电机轴上，扩束镜旋转紧固套筒内圈同轴紧固连接扩束镜调焦部分调节套筒，外圈同轴紧固连接同步带大轮；步进电机带动同步带小轮，触发片紧固在扩束镜旋转紧固套筒上，光电断续器紧固在传感器座上，所述传感器座紧固在扩束镜座上。本发明结构简单，重复定位准确，易于调整和维护，极大提高了激光操作人员的工作安全环境，广泛适用于使用扩束镜机构的激光加工的领域。

Description

一种同步带传动的扩束镜自动精密调焦机构

技术领域

本发明涉及一种使用同步带轮传动机构对扩束镜自动精密调焦的机构，取代人为手动调焦的方式，属于激光加工技术领域。

背景技术

在激光加工或其他领域中，我们追求激光能够保持完美的校准光束，但由于发散角的存在，使其不可能完全实现，由于扩大激光光束的直径可以减小远场发散角，得到较好的准直效果，所以能够实现对激光准直扩束的扩束镜是广泛应用于激光准直领域的光学元器件。

现有扩束镜基本上是手动调节，前端调节光斑直径，后端调节焦距。在激光加工设备中，使用扩束镜安装在仪器后，因其焦距调节处靠阻尼维持，长时间使用后，因仪器振动等方面的原因，焦点会产生漂移，对加工精度产生较大影响，往往需要再次拆开仪器，手动调节扩束镜的调焦部分的套筒转圈，修正焦点位置，大功率激光的能量很大，对人身安全有很大的潜在危险，如果能在不拆开仪器的情况下，通过机构控制扩束镜调焦部分的自动调节，对改善工作环境，提高操作安全性是很重要的帮助。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种同步带传动的扩束镜自动精密调焦机构，该机构重复定位准确，易于调整和维护，极大提高了激光操作人员的工作安全环境。

按照本发明提供的技术方案，一种同步带传动的扩束镜自动精密调焦机构包括扩束镜主体部分、扩束镜座，所述扩束镜主体部分由扩束镜扩束部分、扩束镜扩束部分调节套筒、扩束镜外部紧固部分、扩束镜调焦部分调节套筒及扩束镜调焦部分连接组成，所述扩束镜外部紧固部分放置在扩束镜座上，特征是：还包括传感器座、光电断续器、触发片、扩束镜旋转紧固套筒、同步带大轮、同步带、同步带小轮、步进电机座、步进电机、压板，所述扩束镜座竖直安放，扩束镜外部紧固部分放置在扩束镜座上，其接触方式为圆柱面与水平面相切接触，步进电机座与压板连接，并一同固定在扩束镜座上，所述压板固定压紧在扩束镜的外部紧固部分上方；步进电机紧固在步进电机座上，同步带小轮紧固在步进电机轴上，扩束镜旋转紧固套筒内圈同轴紧固连接扩束镜调焦部分调节套筒，外圈同轴紧固连接同步带大轮；步进电机带动同步带小轮，通过同步带将运动传动到同步带大轮；同步带大轮转动，带动扩束镜旋转紧固套筒和扩束镜调焦部分调节套筒一同转动；触发片紧固在扩束镜旋转紧固套筒上，触发片和扩束镜扩束部分调节套筒连接，光电断续器紧固在传感器座上，所述传感器座和光电续断器一起前后移动，使触发片在一定范围内可以通过光电续断器的触发拗口。所述传感器座紧固在扩束镜座上。

作为本发明的进一步改进，所述步进电机座与扩束镜座上设有面对面相贴的腰形孔来实现步进电机和同步带小轮在平行于扩束镜中心轴方向的前后移动。

作为本发明的进一步改进，所述步进电机上设有四个腰形孔，可以通过步进电机的四个腰形孔调节电机的左右位置，从而实现同步带张紧力的调节。

作为本发明的进一步改进，所述压板宽度等长于扩束镜外部紧固部分的宽度，所述压板压紧扩束镜主体部分，保证扩束镜安装水平性。

作为本发明的进一步改进，所述传感器座上设有腰型孔，可以通过调节传感器座腰型孔相对扩束镜座的前后位置实现光电断续器）触发点的前后位置。

作为本发明的进一步改进，所述同步带大轮和同步带小轮）的传动比较大，可以对同步带大轮联接的扩束镜调焦部分调节套筒提供更高的角度分辨率。

作为本发明的进一步改进，所述触发片可以沿扩束镜主体部分轴向360转动，将触发接头调节到需求位置再固定。

本发明取代人为手动调焦的方式，使用同步带轮和同步带作为传动方式，可有效调节同步带轮之间的张紧力，传动时噪音小，传动效率高。扩束镜紧固部分靠压板水平压紧在扩束镜座上，步进电机转动同步带小轮，带动同步带和同步带大轮运动，同步带大轮同轴紧固连接在扩束镜调焦部分调节套筒上，实现扩束镜的调焦，通过同步带小轮和大轮较大的传动比和步进电机的微步细分对扩束镜实现精密自动调焦，通过位置传感器，实现对精密调焦的反馈。本发明结构简单，重复定位准确，易于调整和维护，极大提高了激光操作人员的工作安全环境，广泛适用于使用扩束镜机构的激光加工的领域。

附图说明

图1扩束镜自身相对运动示意图。

图2为本发明装置的斜侧视图。

具体实施方式

下面结合图示对本发明作进一步说明。

如图1～图2所示，包括紧固螺钉1、传感器座2、紧固螺钉3、光电断续器4、紧固螺钉6、扩束镜主体部分5（扩束镜扩束部分25、扩束镜扩束部分调节套筒26、扩束镜外部紧固部分27、扩束镜调焦部分调节套筒28及扩束镜调焦部分29）、触发片7、扩束镜旋转紧固套筒8、同步带大轮9、同步带10、同步带小轮11、紧固螺钉12、步进电机座13、步进电机 14、紧固螺钉、压板16及扩束镜座17等。

本发明所述扩束镜主体部分5由扩束镜扩束部分25、扩束镜扩束部分调节套筒26、扩束镜外部紧固部分27、扩束镜调焦部分调节套筒28及扩束镜调焦部分29连接组成，所述扩束镜外部紧固部分27放置在扩束镜座17上，所述扩束镜座17竖直安放，扩束镜外部紧固部分27放置在扩束镜座17上，其接触方式为圆柱面与水平面相切接触，步进电机座13通过紧固螺钉15与压板16连接，并一同固定在扩束镜座17上，所述压板16固定压紧在扩束镜的外部紧固部分27上方；所述压板16宽度等长于扩束镜外部紧固部分27的宽度，所述压板16压紧扩束镜主体部分5，保证扩束镜安装水平性。步进电机14用紧固螺钉12紧固在步进电机座13上，所述步进电机座13与扩束镜座17上设有面对面相贴的腰形孔来实现步进电机14和同步带小轮11在平行于扩束镜中心轴方向的前后移动。同步带小轮11紧固在步进电机14轴上，所述步进电机14上设有四个腰形孔，可以通过步进电机14的四个腰形孔调节电机的左右位置，从而实现同步带10张紧力的调节。扩束镜旋转紧固套筒8内圈同轴紧固连接扩束镜调焦部分调节套筒28，外圈同轴紧固连接同步带大轮9，同步带大轮9作为传动部件；步进电机14带动同步带小轮11，通过同步带10将运动传动到同步带大轮9；同步带大轮9转动，带动扩束镜旋转紧固套筒8和扩束镜调焦部分调节套筒28一同转动；所述同步带大轮9和同步带小轮11的传动比较大，可以对同步带大轮联接的扩束镜调焦部分调节套筒28提供更高的角度分辨率。触发片7通过紧固螺钉6紧固在扩束镜旋转紧固套筒8上，触发片7和扩束镜扩束部分调节套筒26连接，所述触发片7可以沿扩束镜主体部分5轴向360转动，将触发接头调节到需求位置再固定。光电断续器4通过紧固螺钉3紧固在传感器座2上，所述传感器座2通过紧固螺钉1紧固在扩束镜座17上。所述传感器座2上设有腰型孔，可以通过调节传感器座腰型孔相对扩束镜座17的前后位置实现光电断续器4触发点的前后位置。所述传感器座2和光电续断器4一起前后移动，使触发片7在一定范围内可以通过光电续断器4的触发拗口。

图1所示，为扩束镜自身结构及运动方式，当扩束镜扩束部分调节套筒26沿中心轴旋转时，扩束镜扩束部分25会沿着中心轴向左右移动，其扩束的倍率也是从小往大逐渐扩大，与此相对应的是扩束镜焦距的变化。

当扩束镜调焦部分调节套筒28沿中心轴旋转时，扩束镜调焦部分29的运动方式为沿中心轴左右移动，起变化趋势为从左往右变化倍率增加。

扩束镜的扩束倍率总是一 一对应着一个相对的焦距倍率，用以保证平行光射入和平行光射出

扩束镜实际工作时，扩束镜外部紧固部分27是被锁紧不动的，然后旋转扩束镜扩束部分调节套筒26，扩束镜扩束部分25左右移动，得到需要的扩数倍数后，再旋转扩束镜调焦部分调节套筒28，使扩束镜调焦部分29水平移动到与扩束倍率相对应的焦距倍率的位置，从而达到扩束的目的。

本发明是在扩束镜自身运动特性的基础上，在对扩束镜扩束调节部分工作完成后，寻找与之对应的焦距倍率时，采用自动调焦来取代手动调焦的方式。

如图2所示：同步带传动的扩束镜自动调焦装置工作方式为：

首先要将扩束镜相对紧固住后，才能调节其自身具有相对自由度的部分，我们采用的工作方式为：扩束镜座17竖直安放后，将扩束镜外部紧固部分27放置在扩束镜座17上，其接触方式为圆柱面与水平面相切接触，为了限制扩束镜的相对自由度，在上方使用了压板16从上方压紧扩束镜的外部紧固部分27。

在扩束部分调节完成后，为了实现对调焦部分的调节，需要对扩束镜调焦部分调节套筒28实现同轴转动的连接，本发明通过采用了扩束镜旋转紧固套筒8，使扩束镜扩束镜调焦部分调节套筒28与其紧密连接并实现同轴转动，在扩束镜旋转紧固套筒8外圈紧固了同步带大轮9作为传动部件。

这样就做到了同步带大轮9转动，扩束镜旋转紧固套筒8和扩束镜调焦部分调节套筒28一同转动的效果。

外部传动机构采用了步进电机14，带动同步带小轮11，通过同步带10将运动传动到同步带大轮的方式。

本发明工作时，电机带动同步带小轮11转动，带动同步带10和同步带大轮9运动，进而带动扩束镜调焦部分调节套筒28转动，如前所述，扩束镜调焦部分调节套筒的运动方式为转动的同时会沿轴向前后移动，所以同步带大轮在旋转的同时也会沿轴向前后移动，因为同步带在带轮上运动时有个工作宽度范围，超出这个工作范围后就会导致同步带斜向拉紧，这时我们需要调节步进电机座的紧固螺钉15，前后移动步进电机座13，使其前后平移，调整后从而使同步带10处于合适的工作行程内，避免斜向拉紧力的产生，影响调节精度。垂直方向上，为了调节同步带轮间的距离，得到合适的同步带张紧力。本发明在步进电机座上设置了四个腰形孔，可以调节步进电机14在垂直方向上的安装位置，达到调节带轮张紧力的问题。

为了在断电及其他特殊情况下知道调焦的初始位置，使用了光电断续器4来确定其起始工作位置，当固定在扩束镜旋转紧固套筒8上的触发片旋转经过光电断续器4的拗口中心响应位置时，光电断续器4响应置零并作为初始工作位。因为触发片7和扩束镜扩束部分调节套筒26，连接，其运动方式也是旋转运动和前后移动同时进行，所以在传感器座2上开有腰型孔，使传感器座2和光电续断器一起前后移动，使触发片7在一定范围内都可以通过光电续断器的触发拗口。

Claims (3)

1. 一种同步带传动的扩束镜自动精密调焦机构，包括扩束镜主体部分（5）、扩束镜座（17），所述扩束镜主体部分（5）由扩束镜扩束部分（25）、扩束镜扩束部分调节套筒（26）、扩束镜外部紧固部分（27）、扩束镜调焦部分调节套筒（28）及扩束镜调焦部分（29）连接组成，所述扩束镜外部紧固部分（27）放置在扩束镜座（17）上，还包括传感器座（2）、光电断续器（4）、触发片（7）、扩束镜旋转紧固套筒（8）、同步带大轮（9）、同步带（10）、同步带小轮（11）、步进电机座（13）、步进电机（14）、压板（16），所述扩束镜座（17）竖直安放，扩束镜外部紧固部分（27）放置在扩束镜座（17）上，其接触方式为圆柱面与水平面相切接触，步进电机座（13）与压板（16）连接，并一同固定在扩束镜座（17）上，所述压板（16）固定压紧在扩束镜的外部紧固部分（27）上方；步进电机（14）紧固在步进电机座（13）上，同步带小轮（11）紧固在步进电机（14）轴上；光电断续器（4）紧固在传感器座（2）上，所述传感器座（2）紧固在扩束镜座（17）上；

其特征是：所述扩束镜旋转紧固套筒（8）内圈同轴紧固连接扩束镜调焦部分调节套筒（28），外圈同轴紧固连接同步带大轮（9），步进电机（14）带动同步带小轮（11），通过同步带（10）将运动传动到同步带大轮（9）；同步带大轮（9）带动扩束镜旋转紧固套筒（8）和扩束镜调焦部分调节套筒（28）转动；触发片（7）紧固在扩束镜旋转紧固套筒（8）上，触发片（7）和扩束镜扩束部分调节套筒（26）连接；所述压板（16）宽度等长于扩束镜外部紧固部分（27）的宽度；

所述步进电机座（13）与扩束镜座（17）上设有面对面相贴的腰形孔。

2.如权利要求1所述的一种同步带传动的扩束镜自动精密调焦机构，其特征是：所述步进电机座（13）上设有四个腰形孔。

3.如权利要求1所述的一种同步带传动的扩束镜自动精密调焦机构，其特征是：所述触发片（7）能沿扩束镜主体部分（5）轴向360o转动。

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