CN102331613B - 一种齿轮传动的扩束镜自动精密调焦机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种通过采用齿轮机构传动的扩束镜自动调焦机构，包括扩束镜主体部分、扩束镜座，所述扩束镜外部紧固部分放置在扩束镜座上，特征是：所述扩束镜压板紧固在扩束镜主体部分上端，所述扩束镜压板从侧上方压紧扩束镜外部紧固部分，扩束镜旋转紧固套筒外圈紧固大齿轮，扩束镜旋转紧固套筒内部同轴紧固连接在扩束镜调焦部分调节套筒上，步进电机座固定在扩束镜座上，步进电机固定在步进电机座上，小齿轮固定在步进电机轴上，所述套筒紧固压圈上固定触发片，触发片和扩束镜调焦部分调节套筒连接，光电断续器紧固在传感器座上，所述传感器座紧固在扩束镜座上。本发明结构简单、紧凑，占用空间小，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。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用齿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焦距的自动调节，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，从而提供一种齿轮传动的扩束镜自动精密调焦机构，能够节省大量的空间，更能适应扩束镜自身运动的结构特点；重复定位准确，易于调整和维护。
按照本发明提供的技术方案，一种通过采用齿轮机构传动的扩束镜自动调焦机构，包括大齿轮、套筒紧固压圈、触发片、光电断续器、传感器座、小齿轮、扩束镜主体部分、扩束镜座，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，步进电机固定在步进电机座上，小齿轮固定在步进电机轴上，步进电机带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮啮合转动，并带动扩束镜调焦部分前后移动，其特征是：扩束镜压板紧固在扩束镜主体部分上端，所述扩束镜压板从侧上方压紧扩束镜外部紧固部分，扩束镜旋转紧固套筒外圈紧固大齿轮，扩束镜旋转紧固套筒内部同轴紧固连接在扩束镜调焦部分调节套筒上，套筒紧固压圈固定在扩束镜旋转紧固套筒上，所述套筒紧固压圈上固定触发片，触发片和扩束镜调焦部分调节套筒连接，光电断续器紧固在传感器座上，所述传感器座紧固在扩束镜座上；步进电机座固定在扩束镜座上，并可在前后方向上沿扩束镜座侧边腰槽内移动。
作为本发明的进一步改进，所述步进电机固定座与扩束镜座上分别开设有面对面相贴的腰形孔。
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。
作为本发明的进一步改进，所述扩束镜压板宽度等长于扩束镜外部紧固部分的宽度。
作为本发明的进一步改进，所述套筒紧固压圈可以沿扩束镜主体部分轴向360度转动安装。所述传感器座上开有腰型孔。
本发明齿轮结构传动的调焦机构简单、紧凑，合理，能够节省大量的空间，更能够适应扩束镜自身运动的结构特点；由于齿轮啮合不一定需要全齿宽完全啮合才能运动，小齿轮需要前后移动的范围很小甚至不需要前后移动来，而且传动时也不会产生同步带传动时所产生的斜向张紧力，所以齿轮传动的扩束镜自动调焦方式和同步带传动的扩束镜自动调焦方式各有优点，可根据实际情况选用；重复定位准确，易于调整和维护，广泛适用于激光加工的领域。
附图说明
图1本发明扩束镜本身相对运动示意图。
图2本发明齿轮传动的扩束镜自动调焦装置后视图。
图3本发明齿轮传动的扩束镜自动调焦装置斜侧视图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图1～图3所示，包括紧固螺钉6、扩束镜主体部分7（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、扩束镜调焦部分29）、紧固螺钉8、触发片9、光电断续器10、紧固螺钉11、传感器座12、紧固螺钉13、小齿轮14、步进电机固定座15、紧固螺钉16、扩束镜座17及步进电机18等。
本发明扩束镜主体部分7由扩束镜扩束部分25（前后伸缩移动）、扩束镜扩束部分调节套筒26（沿中心轴旋转同时会前后移动）、扩束镜外部紧固部分27、扩束镜调焦部分调节套筒28（沿中心轴旋转同时会前后移动）及扩束镜调焦部分29（前后伸缩移动）连接组成。
本发明所述扩束镜外部紧固部分27放置在扩束镜座17上，扩束镜压板2用紧固螺钉1固定在扩束镜主体部分7上端，扩束镜旋转紧固套筒4外圈紧固大齿轮3作为传动部件，扩束镜旋转紧固套筒4内部同轴紧固连接扩束镜调焦部分调节套筒28，外部同轴紧固连接大齿轮3，扩束镜压板2从侧上方压紧扩束镜的外部紧固部分27，所述扩束镜压板2垂直于扩束镜主体部分7方向中心开有长槽，用于保证扩束镜压紧后的方向水平。步进电机座15通过紧固螺钉16固定在扩束镜座17上，并可根据需要在前后方向上沿扩束镜座17侧边腰槽移动，所述步进电机固定座15上与扩束镜座17上分别开设有面对面相贴的腰形孔来实现步进电机12和小齿轮14在平行于扩束镜中心轴方向的前后移动。所述步进电机18固定在步进电机座15上，小齿轮14固定在步进电机轴上，步进电机18带动小齿轮14转动，小齿轮带动大齿轮3转动，进而带动扩束镜调焦部分调节套筒28转动，并带动扩束镜调焦部分29前后移动。所述步进电机18上设有四个腰形孔，可以通过四个腰形孔调节步进电机18的上下位置，从而实现小齿轮14和大齿轮3中心距的细微的调节。套筒紧固压圈5用紧固螺钉6固定在扩束镜旋转紧固套筒4上，固定触发片9用紧固螺钉8固定在套筒紧固压圈5上，触发片9和扩束镜调焦部分调节套筒28连接。所述套筒紧固压圈5可以沿扩束镜轴向360度转动安装，将触发片9调节到需求位置再固定。光电断续器10用紧固螺钉11紧固在传感器座12上，所以在传感器座12上开有腰型孔，所述传感器座12用紧固螺钉13紧固在扩束镜座17上。
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。通过宽度等长于扩束镜外部紧固部分27宽度的扩束镜压板2三线压紧扩束镜，保证扩束镜安装水平性。
所述扩束镜压板2宽度等长于扩束镜外部紧固部分27的宽度，所述扩束镜压板2压紧扩束镜主体部分7，保证扩束镜安装水平性。
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，本发明采用的工作方式为：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，在上方使用了扩束镜压板2从侧上方压紧扩束镜的外部紧固部分27。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10触发点的前后位置。
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，本机构通过采用了扩束镜旋转紧固套筒4，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4外圈紧固了大齿轮3作为传动部件。大齿轮3和小齿轮14传动比较大，可以对与大齿轮连接的扩束镜提供更高的调节分辨率。这样就做到了大齿轮3转动，扩束镜旋转紧固套筒4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18，带动小齿轮14，将运动传动到大齿轮的方式。步进电机座15通过紧固螺钉16固定在扩束镜座17上，并可根据需要在前后方向上沿扩束镜座侧边腰槽移动。
工作时，步进电机18带动小齿轮14转动，小齿轮带动大齿轮3转动，进而带动扩束镜调焦部分调节套筒28转动，带动扩束镜调焦部分29前后移动，从而达到调焦的目的。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，所以大齿轮在旋转的同时也会沿轴向前后移动，齿轮啮合过程中，大齿轮和小齿轮的啮合齿宽会随着大齿轮的前后移动而逐渐减小，由于齿轮非全齿宽啮合时也可以工作，所以可以根据需要适当调节小齿轮在前后方向上的位置，齿轮错位较小时可以不做调整或微调电机固定座15在扩束镜座上的前后位置来满足条件。
为了在断电及其他特殊情况下确定调焦的初始位置，使用了光电断续器10来确定其起始工作位置，当固定在套筒紧固压圈5上的触发片9旋转经过光电断续器10的拗口中心响应位置时，光电断续器10响应置零并将现在的位置作为初始工作位。因为触发片9和扩束镜调焦部分调节套筒28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12上开有腰型孔，可以使传感器座12和光电续断器10一起前后移动，使触发片9在一定范围内都可以通过光电续断器的触发拗口。
Claims (6)
1. 一种齿轮传动的扩束镜自动精密调焦机构，包括大齿轮（3）、套筒紧固压圈（5）、触发片（9）、光电断续器（10）、传感器座（12）、小齿轮（14）、扩束镜主体部分（7）、扩束镜座（17），扩束镜主体部分（7）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，步进电机（18）固定在步进电机固定座（15）上，小齿轮（14）固定在步进电机轴上，步进电机（18）带动小齿轮（14）转动，小齿轮带动大齿轮（3）啮合转动，并带动扩束镜调焦部分（29）前后移动，其特征是：扩束镜压板（2）紧固在扩束镜主体部分（7）上端，所述扩束镜压板（2）从侧上方压紧扩束镜外部紧固部分（27），扩束镜旋转紧固套筒（4）外圈紧固大齿轮（3），扩束镜旋转紧固套筒（4）内部同轴紧固连接在扩束镜调焦部分调节套筒（28）上，套筒紧固压圈（5）固定在扩束镜旋转紧固套筒（4）上，所述套筒紧固压圈（5）上固定触发片（9），触发片（9）和扩束镜调焦部分调节套筒（28）连接，光电断续器（10）紧固在传感器座（12）上，所述传感器座（12）紧固在扩束镜座（17）上；步进电机固定座（15）固定在扩束镜座（17）上，并可在前后方向上沿扩束镜座（17）侧边腰槽内移动。
2.如权利要求1所述的一种齿轮传动的扩束镜自动精密调焦机构，其特征是：所述步进电机固定座（15）与扩束镜座（17）上分别开设有面对面相贴的腰形孔。
3.如权利要求1所述的一种齿轮传动的扩束镜自动精密调焦机构，其特征是：所述步进电机（18）上设有四个腰形孔。
4.如权利要求1所述的一种齿轮传动的扩束镜自动精密调焦机构，其特征是：所述扩束镜压板（2）宽度等长于扩束镜外部紧固部分（27）的宽度。
5.如权利要求1所述的一种齿轮传动的扩束镜自动精密调焦机构，其特征是：所述套筒紧固压圈（5）能够沿扩束镜主体部分（7）轴向360度转动安装。
6.如权利要求1所述的一种齿轮传动的扩束镜自动精密调焦机构，其特征是：所述传感器座（12）上开有腰型孔。
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