CN105158870B - 一种可调焦的高功率聚焦透镜 - Google Patents

一种可调焦的高功率聚焦透镜 Download PDF

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Abstract

一种可调焦的高功率聚焦透镜，它涉及一种聚焦透镜，以解决现有高功率激光的大口径聚焦透镜不能精确移动，无法实现精确聚焦及多束高能激光聚焦到空间某一微小截面内存在困难的问题，它包括透镜屏蔽片组件、透镜替换单元组件、X向位置调整组件、Y向位置调整组件和Z向位置调整组件；透镜屏蔽片组件安装在透镜替换单元组件上，透镜替换单元组件安装在X向位置调整组件上，所述X向位置调整组件用于驱动透镜驱动组件在X方向上移动，X向位置调整组件安装在Y向位置调整组件上，Y向位置调整组件用于驱动X向位置调整组件在Y方向移动，Y向位置调整组件安装在Z向位置调整组件上。本发明用于聚焦透镜调焦。

Description

一种可调焦的高功率聚焦透镜
技术领域
本发明涉及一种聚焦透镜，属于光学透镜调整装置领域。
背景技术
聚焦透镜工程应用十分广泛，如各种激光加工、激光检测等，大部分设备也能实现调焦甚至自动调焦。但目前用于高功率（万焦级）激光的大口径聚焦透镜不能在X轴、Y轴和Z轴三个方向都实现精确调焦，将多束高能激光聚焦到空间某一微小截面内存在困难。
发明内容
本发明是为解决现有高功率激光的大口径聚焦透镜不能精确移动，无法实现精确聚焦及多束高能激光聚焦到空间某一微小截面内存在困难的问题，进而提供一种可调焦的高功率聚焦透镜。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种可调焦的高功率聚焦透镜，它包括透镜屏蔽片组件、透镜替换单元组件、X向位置调整组件、Y向位置调整组件和Z向位置调整组件；
透镜屏蔽片组件安装在透镜替换单元组件上，透镜替换单元组件安装在X向位置调整组件上，所述X向位置调整组件用于驱动透镜驱动组件在X方向上移动，X向位置调整组件安装在Y向位置调整组件上，Y向位置调整组件用于驱动X向位置调整组件在Y方向移动，Y向位置调整组件安装在Z向位置调整组件上，Z向位置调整组件用于驱动Y向位置调整组件在Z方向移动；
所述Z向位置调整组件包括透镜调焦镜筒、透镜壳体和驱动组件；驱动组件包括电机、电机座、Z向丝杠副和支撑板；透镜壳体为筒式壳体，透镜调焦镜筒、驱动组件均布置在透镜壳体内，电机安装在电机座上，电机座安装在透镜壳体上，支撑板安装在透镜壳体上，Z向丝杠副的丝杠通过轴承座安装在支撑板上，电机的输出端连接Z向丝杠副的丝杠，Z向丝杠副的丝母与透镜调焦镜筒连接，Y向位置调整组件安装在透镜调焦镜筒的端面上；
驱动组件还包括下直线导轨、上导轨基座、下导轨基座、下滑块基座、两个上直线导轨和两个上滑块基座；下滑块基座安装在透镜调焦镜筒的下部，下直线导轨安装在下滑块基座的下部，下导轨基座安装在透镜壳体上，下直线导轨滑动布置在下导轨基座上；上导轨基座安装在透镜调焦镜筒的上部，上导轨基座上沿透镜调焦镜筒的轴向并列安装有两个上直线导轨，上直线导轨滑动布置在上滑块基座上；
Y向位置调整组件包括Y向导轨驱动组件、过渡透镜溜板和过渡导轨基板，Y向导轨驱动组件包括驱动电机、Y向丝杠副、两个第三导轨和两个第三滑块；
过渡导轨基板和透镜过渡溜板的中部加工有同轴设置的透光通孔，过渡导轨基板的一侧面安装在透镜调焦镜筒上，过渡导轨基板的另一侧面安装有驱动电机和两个第三导轨；第三滑块滑动安装在第三导轨上，驱动电机的输出端与Y向丝杠副的丝杠连接，Y向丝杠副的丝母与其中一个第三滑块连接，过渡透镜溜板的一侧面安装在两个第三滑块上，X向位置调整组件安装在过渡透镜溜板的另一侧面上；
X向位置调整组件包括X向导轨驱动组件和移动透镜溜板，X向导轨驱动组件包括导轨驱动电机、X向丝杠副、两个第四导轨和两个第四滑块；
移动透镜溜板的中部加工有与透光通孔贯通的通光孔，透光通孔与通光孔同轴设置，导轨驱动电机和两个第四导轨安装在过渡透镜溜板的另一侧面上，第四滑块滑动安装在第四导轨上，导轨驱动电机的输出端与X向丝杠副的丝杠连接，X向丝杠副的丝母与其中一个第四滑块连接，移动透镜溜板的一侧面安装在两个第四滑块上，移动透镜溜板的另一侧面与透镜替换单元组件连接。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明结构简单紧凑，采用配合使用透镜X向位置调整组件、Y轴位置调整组件与Z向位置调整组件实现了对聚焦透镜中的透镜可替换单元组件的空间精确移动，方便快捷地达到对高能激光束的精确聚焦。通过X向位置调整组件、Y轴位置调整组件与Z向位置调整组件配合使用可实现透镜LRU组件在X方向、Y方向和Z方向三个方向上平移，达到精确聚焦的目的，它能用于高能光束在空间某微小截面上的精确聚焦。调焦行程：Z方向：±20mm，X、Y方向：±5mm；步进精度：10μm；复位精度：20μm。
附图说明
图1是本发明的整体结构图，图2是Z向位置调整组件104的结构示意图，图3是透镜调焦镜筒和驱动组件装配结构示意图，图4是图3的剖面图，图5是驱动组件的结构示意图，图6是Y向位置调整组件和X向位置调整组件连接结构示意图，图7是Y向位置调整组件结构示意图，图8是X向位置调整组件结构示意图，图9是透镜替换单元组件结构示意图，图10是透镜屏蔽片组件结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图10说明，本实施方式的一种可调焦的高功率聚焦透镜，它包括透镜屏蔽片组件101、透镜替换单元组件102、X向位置调整组件603、Y向位置调整组件601和Z向位置调整组件104；
透镜屏蔽片组件101安装在透镜替换单元组件102上，透镜替换单元组件102安装在X向位置调整组件603上，所述X向位置调整组件603用于驱动透镜替换单元组件102在X方向上移动，X向位置调整组件603安装在Y向位置调整组件601上，Y向位置调整组件601用于驱动X向位置调整组件603在Y方向移动，Y向位置调整组件601安装在Z向位置调整组件104上，Z向位置调整组件104用于驱动Y向位置调整组件601在Z方向移动。
具体实施方式二：结合图2-图3说明，本实施方式的Z向位置调整组件104包括透镜调焦镜筒201、透镜壳体204和驱动组件403；驱动组件403包括电机504、电机座503、Z向丝杠副和支撑板501；
透镜壳体204为筒式壳体，透镜调焦镜筒201、驱动组件403均布置在透镜壳体204内，电机504安装在电机座503上，电机座503安装在透镜壳体204上，支撑板501安装在透镜壳体204上，Z向丝杠副的丝杠506通过轴承座505安装在支撑板501上，电机504的输出端连接Z向丝杠副的丝杠506，Z向丝杠副的丝母507与透镜调焦镜筒201连接，Y向位置调整组件601安装在透镜调焦镜筒201的端面上。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图4说明，本实施方式的驱动组件403还包括下直线导轨4013、上导轨基座404、下导轨基座405、下滑块基座4023、两个上直线导轨4012和两个上滑块基座4021；
下滑块基座4023安装在透镜调焦镜筒201的下部，下直线导轨4013安装在下滑块基座4023的下部，下导轨基座405安装在透镜壳体204上，下直线导轨4013滑动布置在下导轨基座405上；上导轨基座404安装在透镜调焦镜筒201的上部，上导轨基座404上沿透镜调焦镜筒201的轴向并列安装有两个上直线导轨4012，两个上滑块基座4021分别与丝杠副的丝母507连接，上直线导轨4012滑动布置在上滑块基座4021上。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图4和图5说明，本实施方式所述驱动组件403还包括联轴器502，电机504的输出端通过联轴器502与Z向丝杠副的丝杠506连接。
本实施方式的透镜外壳防尘罩板203和透镜外壳204通过螺钉紧固连接，透镜调焦镜筒201外壁固定有下导轨基座405，并开有槽口，使上导轨基座404嵌入其中，起到固定作用，透镜外壳204内壁上安装有驱动组件403，实现透镜调焦镜筒201的Z向平移，透镜外壳204上为固定上滑块基座2021而开的窗口都使用透镜外壳防尘罩板203进行防尘处理。所述的驱动组件403通过电机座503将电机504固定在透镜外壳204上，并通过联轴器502与丝杆506连接实现功率输出，支撑板501实现与透镜外壳201的固定连接，支撑板501上安装轴承座505，用于支承丝杆506和联轴器502。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图6和图7说明，本实施方式的Y向位置调整组件601包括Y向导轨驱动组件、过渡透镜溜板602和过渡导轨基板701，Y向导轨驱动组件包括驱动电机705、Y向丝杠副、两个第三导轨704和两个第三滑块707；
过渡导轨基板701和过渡透镜溜板602的中部加工有同轴设置的透光通孔7011，过渡导轨基板701的一侧面安装在透镜调焦镜筒201上，过渡导轨基板701的另一侧面安装有驱动电机705和两个第三导轨704；第三滑块707滑动安装在第三导轨704上，驱动电机705的输出端与Y向丝杠副的丝杠708连接，Y向丝杠副的丝母709与其中一个第三滑块707连接，过渡透镜溜板602的一侧面安装在两个第三滑块707上，X向位置调整组件603安装在过渡透镜溜板602的另一侧面上。其它与具体实施方式二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图6和图8说明，本实施方式的X向位置调整组件603包括X向导轨驱动组件和移动透镜溜板802，X向导轨驱动组件包括导轨驱动电机805、X向丝杠副、两个第四导轨804和两个第四滑块807；
移动透镜溜板802的中部加工有与透光通孔7011贯通的通光孔8011，透光通孔7011与通光孔8011同轴设置，导轨驱动电机805和两个第四导轨804安装在过渡透镜溜板602的另一侧面上，第四滑块807滑动安装在第四导轨804上，导轨驱动电机805的输出端与X向丝杠副的丝杠808连接，X向丝杠副的丝母809与其中一个第四滑块807连接，移动透镜溜板802的一侧面安装在两个第四滑块807上，移动透镜溜板802的另一侧面与透镜替换单元组件102连接。其它与具体实施方式五相同。
工作过程
结合图1-图10说明，在安装过程中，先将X向位置调整组件、Y轴位置调整组件与Z向位置调整组件连接，再将四倍频透镜座安装在X向位置调整组件和Y轴位置调整组件上，实现透镜LRU（可替换单元）组件与X向位置调整组件、Y轴位置调整组件的连接，最后在四倍频透镜压盖上安装透镜屏蔽片组件。安装完毕后，依次控制X向位置调整组件、Y轴位置调整组件与Z向位置调整组件上各自的驱动组件实现X方向、Y方向和Z方向上的平移，将激光束精确定位在聚焦靶点上。

Claims (2)

1.一种可调焦的高功率聚焦透镜，其特征在于：它包括透镜屏蔽片组件（101）、透镜替换单元组件（102）、X向位置调整组件（603）、Y向位置调整组件（601）和Z向位置调整组件（104）；透镜屏蔽片组件（101）安装在透镜替换单元组件（102）上，透镜替换单元组件（102）安装在X向位置调整组件（603）上，所述X向位置调整组件（603）用于驱动透镜替换单元组件（102）在X方向上移动，X向位置调整组件（603）安装在Y向位置调整组件（601）上，Y向位置调整组件（601）用于驱动X向位置调整组件（603）在Y方向移动，Y向位置调整组件（601）安装在Z向位置调整组件（104）上，Z向位置调整组件（104）用于驱动Y向位置调整组件（601）在Z方向移动；
其特征在于：所述Z向位置调整组件（104）包括透镜调焦镜筒（201）、透镜壳体（204）和驱动组件（403）；驱动组件（403）包括电机（504）、电机座（503）、Z向丝杠副和支撑板（501）；透镜壳体（204）为筒式壳体，透镜调焦镜筒（201）、驱动组件（403）均布置在透镜壳体（204）内，电机（504）安装在电机座（503）上，电机座（503）安装在透镜壳体（204）上，支撑板（501）安装在透镜壳体（204）上，Z向丝杠副的丝杠（506）通过轴承座（505）安装在支撑板（501）上，电机（504）的输出端连接Z向丝杠副的丝杠（506），Z向丝杠副的丝母（507）与透镜调焦镜筒（201）连接，Y向位置调整组件（601）安装在透镜调焦镜筒（201）的端面上；
驱动组件（403）还包括下直线导轨（4013）、上导轨基座（404）、下导轨基座（405）、下滑块基座（4023）、两个上直线导轨（4012）和两个上滑块基座（4021）；下滑块基座（4023）安装在透镜调焦镜筒（201）的下部，下直线导轨（4013）安装在下滑块基座（4023）的下部，下导轨基座（405）安装在透镜壳体（204）上，下直线导轨（4013）滑动布置在下导轨基座（405）上；上导轨基座（404）安装在透镜调焦镜筒（201）的上部，上导轨基座（404）上沿透镜调焦镜筒（201）的轴向并列安装有两个上直线导轨（4012），上直线导轨（4012）滑动布置在上滑块基座（4021）上；
Y向位置调整组件（601）包括Y向导轨驱动组件、过渡透镜溜板（602）和过渡导轨基板（701），Y向导轨驱动组件包括驱动电机（705）、Y向丝杠副、两个第三导轨（704）和两个第三滑块（707）；过渡导轨基板（701）和透镜过渡溜板（602）的中部加工有同轴设置的透光通孔（7011），过渡导轨基板（701）的一侧面安装在透镜调焦镜筒（201）上，过渡导轨基板（701）的另一侧面安装有驱动电机（705）和两个第三导轨（704）；第三滑块（707）滑动安装在第三导轨（704）上，驱动电机（705）的输出端与Y向丝杠副的丝杠（708）连接，Y向丝杠副的丝母（709）与其中一个第三滑块（707）连接，过渡透镜溜板（602）的一侧面安装在两个第三滑块（707）上，X向位置调整组件（603）安装在过渡透镜溜板（602）的另一侧面上；
X向位置调整组件（603）包括X向导轨驱动组件和移动透镜溜板（802），X向导轨驱动组件包括导轨驱动电机（805）、X向丝杠副、两个第四导轨（804）和两个第四滑块（807）；移动透镜溜板（802）的中部加工有与透光通孔（7011）贯通的通光孔（8011），透光通孔（7011）与通光孔（8011）同轴设置，导轨驱动电机（805）和两个第四导轨（804）安装在过渡透镜溜板（602）的另一侧面上，第四滑块（807）滑动安装在第四导轨（804）上，导轨驱动电机（805）的输出端与X向丝杠副的丝杠（808）连接，X向丝杠副的丝母（809）与其中一个第四滑块（807）连接，移动透镜溜板（802）的一侧面安装在两个第四滑块（807）上，移动透镜溜板（802）的另一侧面与透镜替换单元组件（102）连接。
2.根据权利要求1所述的一种可调焦的高功率聚焦透镜，其特征在于：所述驱动组件（403）还包括联轴器（502），电机（504）的输出端通过联轴器（502）与Z向丝杠副的丝杠（506）连接。
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