CN105033451A - 双间距协同调节激光扩束装置 - Google Patents

双间距协同调节激光扩束装置 Download PDF

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Abstract

一种双间距协同调节的激光扩束装置，利用不同螺距的螺纹通过单调节手柄同时实现双间距的协同调节，大大简化了调整难度，且调节精度高，其特征是它包括透镜及支架，压环及轴套，滚柱，底座，调节手柄，调节传动轴，齿轮，深沟球轴承等关键部件；通过中央旋转透镜支架以及水平滑轨实现双间距同时调节，并通过不同螺距控制双间距实现一定比例的调整，具有操作简单，结构轻便，成本低等优点。

Description

双间距协同调节激光扩束装置
技术领域
本发明涉及一种激光加工领域以及光学领域，尤其是一种激光调距装置，具体地说是一种利用不同螺距的螺纹通实现双间距同时调节激光扩束装置。
背景技术
随着激光技术的广泛应用，不同场合对于激光光斑直径的要求也越来越多。但目前激光加工中的激光光斑直径一般控制在1~8mm，以便于达到更高的激光能量密度，但是随着激光器能量的不断提高以及一些大光斑应用场合的不断涌现，市场对于激光扩束装置的需求也不断增加。
常见的扩束系统一般使用三镜片式扩束系统，例如专利号CN101750744B专利所述的由深圳市大族激光科技股份有限公司高云峰等人研制开发的激光扩束经系统，使用三块弯月型透镜实现激光光斑的放大以及最后的准直平行光输出。又如专利号为CN101788716A的专利同样利用三透镜实现了对于激光光斑的可变倍放大，同时实现以准直平行光射出。
上述装置可以实现室温或环境温度变动不大的情况下使用，但是激光扩束镜通常适用于环境温差较大的工作环境，例如激光焊接，激光切割，激光打孔等，由于激光器在电压输送、功率放大，空气电离等过程中不可避免的会产生热量，造成环境温度存在较大变化，因此必须考虑光学系统在温度改变时的稳定性。针对这一问题，专利号为CN101738730A的专利提出一种可以实现单透镜间距环境温度手动补偿的激光扩束镜装置，但仍存在以下问题：1.仅实现单一间距的调整，若扩展至多间距调整需大幅变动扩束镜结构；2.无法完成双间距同时调节；3.操作繁琐且结构复杂，加工与操作成本较高。
因此本发明提出一种双间距协同调节的激光扩束装置，通过旋转透镜支架以及水平滑轨实现双间距同时调节，并通过不同螺距控制双间距按比例调节。本发明装置可显著提高扩束系统的扩束精度以及光束稳定性，且通过单一调整螺母实现了双间距的同时调节，操作简单，节省人工成本。通过对国内外文献进行检索，目前还没有发现可以实现双间距同时调节的激光扩束镜系统的相关报道，本发明为首次提出该装置。
发明内容
本发明的目的是针对现的激光器扩器装置不能适应环境温度变化进行调整的问题，设计一种双间距协同调节激光扩束装置，通过旋转透镜支架以及水平滑轨实现双间距同时调节，并通过不同螺距控制双间距按比例调节，具有操作简单，精度高以及结构轻便，成本低等优点。
本发明的技术方案是：
一种双间距协同调节激光扩束装置，它包括透镜Ⅰ4、透镜Ⅱ16和透镜Ⅲ9，其特征是所述的透镜Ⅰ4通过压环Ⅰ2和轴套Ⅰ3压紧在透镜支架Ⅰ1的凹孔内，透镜支架Ⅰ1下端嵌入底座6右端的水平T型槽内，水平T型槽的底部设有供透镜支架Ⅰ1水平移动的滚柱5；透镜Ⅱ16通过压环Ⅱ18和轴套Ⅱ17安装在旋转透镜支架15的凹孔内；透镜Ⅲ9通过压环Ⅲ11和轴套Ⅲ10安装在透镜支架Ⅲ8，透镜支架Ⅲ8的下部嵌入底座6左端的水平T型槽内，底座6左端的水平T型槽内设有便于透镜支架Ⅲ8左右移动的滚柱Ⅱ7；旋转透镜支架15的两端分别与透镜支架Ⅰ1和透镜支架Ⅲ8通过螺纹连接，旋转透镜支架15通过轴承Ⅰ27安装在与底座6相连的支架28的安装孔内；在支架28上还安装有调节传动轴20，调节传动轴20的一端安装有调节手柄13，在调节传动轴20的另一端安装有主动齿轮21，主动齿轮21与旋转透镜支架15上的从动齿轮29啮合；环境温度升高时，逆时针或顺时针旋转调节手柄13，通过调节传动轴20使主动齿轮21啮合从动齿轮29转动从而带动旋转透镜支架15顺时针旋转，从而通过两端的螺纹带动透镜支架Ⅰ1与透镜支架Ⅲ8向旋转透镜支架15轴线中心水平移动，直至完全补偿温度导致的间距变化；反之，温度降低时，顺时针或逆时针旋转调节手柄13直至完全补偿温度导致的间距变化。
透镜Ⅰ4、透镜Ⅱ16实现扩束，透镜Ⅲ9实现准直光输出。
所述的透镜支架Ⅰ1、透镜支架Ⅲ8与旋转透镜支架15连接时采用的螺距不同，螺距比满足δ 1/δ 2=L 1/L 2， δ 1为透镜支架Ⅰ1的螺距，δ 2为透镜支架Ⅲ8的螺距，L 1为透镜Ⅰ4与透镜Ⅱ16的间距，L 2为透镜Ⅲ9与透镜Ⅱ16的间距。
所述的压环2与透镜支架Ⅰ1的凹孔之间采用过盈配合连接。
所述的压环Ⅱ18与旋转透镜支架15的凹孔之间采用过盈配合。
所述的调节传动轴20通过深沟球轴承Ⅱ24安装在底座6上的支架28的轴孔内，两端采用端盖Ⅱ23进行固定。
所述的旋转透镜支架15通过深沟球轴承Ⅰ27安装在底座6的支架28的安装孔内，两端采用端盖Ⅰ14固定。
所述的从动齿轮29与旋转透镜支架15为整体式或分体式结构。
本发明的有益效果为：
1.通过单调节手柄实现双间距的同时调整，操作简单快捷。
2.通过精密螺纹实现间距的调整，调整精度高。
3.结构简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。。
图2为图1的局部放大图。
图3为图1的左视图。
图中，1.透镜支架Ⅰ；2.压环Ⅰ；3.轴套Ⅰ；4.透镜Ⅰ；5.滚柱Ⅰ；6.底座；7.滚柱Ⅱ；8.透镜支架Ⅲ；9.透镜Ⅲ；10.轴套Ⅲ；11.压环Ⅲ；12.螺母Ⅰ；13.调节手柄；14.端盖Ⅰ；15.旋转透镜支架Ⅱ；16.透镜Ⅱ；17.轴套Ⅱ；18.压环Ⅱ；19.螺母Ⅱ；20.调节传动轴；21.主动齿轮。其中，22.半圆销；23.端盖Ⅱ；24.深沟球轴承Ⅱ；25.螺柱Ⅱ；26.螺柱Ⅰ；27.深沟球轴承Ⅰ；28.支架，29.从动齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-3所示。
一种双间距协同调节激光扩束装置，它包括透镜Ⅰ4、透镜Ⅱ16和透镜Ⅲ9，压环Ⅰ2通过轴套Ⅰ3将透镜Ⅰ4压紧在透镜支架Ⅰ1的凹孔内，压环2与透镜支架Ⅰ1的凹孔之间采用过渡配合连接，透镜支架Ⅰ1的下端嵌入底座6右端的水平T型槽内（如图3），且透镜支架Ⅰ1与水平T型槽之间设置滚柱5，保证透镜支架Ⅰ1实现水平移动；滚柱Ⅱ7、透镜支架Ⅲ8、透镜Ⅲ9、轴套Ⅲ10、压环Ⅲ11采用与部件1-5相同的方法实现连接；压环Ⅱ18通过轴套Ⅱ17将透镜Ⅱ16压紧在旋转透镜支架15的凹孔内，压环Ⅱ18与凹孔之间采用过盈配合连接；旋转透镜支架15通过深沟球轴承Ⅰ27安装在底座6上整体相连的支架28的轴孔内，两端采用端盖Ⅰ14固定；调节手柄13通过螺母Ⅰ12压紧在调节传动轴20上，调节传动轴20通过深沟球轴承Ⅱ24也安装在底座6的支架28上的轴孔内，两端采用端盖Ⅱ23固定；在调节传动轴20右端，采用半圆销22对主动齿轮21轴向固定，并使用螺母Ⅱ19实现轴向固定；主动齿轮21与旋转透镜支架15上的整体或分体式的从动齿轮29啮合实现传动；透镜支架Ⅰ1、Ⅲ8分别通过螺纹与旋转透镜支架15连接，如图1所示。
本发明的工作原理是：环境温度升高时，逆时针旋转调节手柄13，通过调节传动轴20与主动齿轮21带动旋转透镜支架15顺时针旋转，从而通过两端的螺纹带动透镜支架Ⅰ1与透镜支架Ⅲ8向旋转透镜支架15轴心线中心水平移动，直至完全补偿温度导致的间距变化；反之，温度降低时，顺时针旋转调节手柄13直至完全补偿温度导致的间距变化。透镜支架Ⅰ1、Ⅲ8与旋转透镜支架15连接时螺距比满足δ 1/δ 2=L 1/L 2=1/9.17。
采用固体Nd:YAG脉冲型激光器进行测试，初始激光光斑直径为5mm。当环境温度从22℃上升至29℃时，无间距调整的激光扩束装置（×2）扩束后的光斑直径为12.7mm，而本发明装置（×2）扩束后的光斑直径为10.4mm，说明本发明通过双间距同时调节有效实现了温度补偿作用。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种双间距协同调节激光扩束装置，它包括透镜Ⅰ（4）、透镜Ⅱ（16）和透镜Ⅲ（9），其特征是所述的透镜Ⅰ（4）通过压环Ⅰ（2）和轴套Ⅰ（3）压紧在透镜支架Ⅰ（1）的凹孔内，透镜支架Ⅰ（1）下端嵌入底座（6）右端的水平T型槽内，水平T型槽的底部设有供透镜支架Ⅰ（1）水平移动的滚柱（5）；透镜Ⅱ（16）通过压环Ⅱ（18）和轴套Ⅱ（17）安装在旋转透镜支架（15）的凹孔内；透镜Ⅲ（9）通过压环Ⅲ（11）和轴套Ⅲ（10）安装在透镜支架Ⅲ（8），透镜支架Ⅲ（8）的下部嵌入底座（6）左端的水平T型槽内，底座（6）左端的水平T型槽内设有便于透镜支架Ⅲ（8）左右移动的滚柱Ⅱ（7）；旋转透镜支架（15）的两端分别与透镜支架Ⅰ（1）和透镜支架Ⅲ（8）通过螺纹连接，旋转透镜支架（15）通过轴承Ⅰ（27）安装在与底座（6）相连的支架（28）的安装孔内；在支架（28）上还安装有调节传动轴（20），调节传动轴（20）的一端安装有调节手柄（13），在调节传动轴（20）的另一端安装有主动齿轮（21），主动齿轮（21）与旋转透镜支架（15）上的从动齿轮（29）啮合；环境温度升高时，逆时针或顺时针旋转调节手柄（13），通过调节传动轴（20）使主动齿轮（21）啮合从动齿轮（29）转动从而带动旋转透镜支架（15）顺时针旋转，从而通过两端的螺纹带动透镜支架Ⅰ（1）与透镜支架Ⅲ（8）向旋转透镜支架（15）轴线中心水平移动，直至完全补偿温度导致的间距变化；反之，温度降低时，顺时针或逆时针旋转调节手柄（13）直至完全补偿温度导致的间距变化。
2.如权利要求1所述的双间距协同调节激光扩束装置，其特征在于：透镜Ⅰ（4）、透镜Ⅱ（16）实现扩束，透镜Ⅲ（9）实现准直光输出。
3.如权利要求1所述的双间距协同调节激光扩束装置，其特征在于：透镜支架Ⅰ（1）、透镜支架Ⅲ（8）与旋转透镜支架（15）连接时采用的螺距不同，螺距比满足δ 1/δ 2=L 1/L 2， δ 1为透镜支架Ⅰ（1）的螺距，δ 2为透镜支架Ⅲ（8）的螺距，L 1为透镜Ⅰ（4）与透镜Ⅱ（16）的间距，L 2为透镜Ⅲ（9）与透镜Ⅱ（16）的间距。
4.如权利要求1所述的双间距协同调节激光扩束装置，其特征在于所述的压环（2）与透镜支架Ⅰ（1）的凹孔之间采用过盈配合连接。
5.如权利要求1所述的双间距协同调节激光扩束装置，其特征在于所述的压环Ⅱ（18）与旋转透镜支架（15）的凹孔之间采用过盈配合。
6.如权利要求1所述的双间距协同调节激光扩束装置，其特征在于所述的调节传动轴（20）通过深沟球轴承Ⅱ（24）安装在底座（6）上的支架（28）的轴孔内，两端采用端盖Ⅱ（23）进行固定。
7.如权利要求1所述的双间距协同调节激光扩束装置，其特征在于所述的旋转透镜支架（15）通过深沟球轴承Ⅰ（27）安装在底座（6）的支架（28）的安装孔内，两端采用端盖Ⅰ（14）固定。
8.如权利要求1所述的双间距协同调节激光扩束装置，其特征在于所述的从动齿轮（29）与旋转透镜支架（15）为整体式或分体式结构。
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