CN105954858B - 一种具有三自由度可调整的反射镜装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有三自由度可调整的反射镜装置，其包括：反射镜、反射镜支架、角度调整机构和平移调整机构，反射镜用于改变入射光的传播方向，反射镜支架具有相互垂直且连通的第一光通道和第二光通道，反射镜通过角度调整机构设置于反射镜支架的第一光通道和第二光通道交汇的位置处；角度调整机构用于调整反射镜的二维方向角；平移调整机构用于沿沿预设方向推动反射镜支架进而调整反射镜在预设方向上的位置。本发明反射镜装置可以满足实际应用中对反射镜自由度要求较高的需求。

Description

一种具有三自由度可调整的反射镜装置

技术领域

本发明涉及光学装调领域，尤其涉及一种具有三自由度可调整的反射镜装置。

背景技术

光学反射镜是一种重要的光学器件，在光学仪器、激光加工设备等中有着广泛的应用。目前，光学反射镜主要用来实现光束的转折及方向的改变，因此，在反射镜装置中光学反射镜的安装、固定和调整等的功能十分重要。尤其是在硬光路传输的激光加工设备中，对反射镜装置可调整的自由度要求较高。

现有反射镜模块的标准产品大多只具有二维角度可调功能，且在工业场合使用时存在稳定性较差、系统集成性低等问题。

鉴于此，本发明亟需解决上述技术问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种同时具备调整反射镜的二维方向角和反射镜设置位置的具有三自由度可调整的反射镜装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种具有三自由度可调整的反射镜装置，其包括：反射镜、反射镜支架、角度调整机构和平移调整机构，反射镜用于改变入射光的传播方向，反射镜支架具有相互垂直且连通的第一光通道和第二光通道，反射镜通过角度调整机构设置于反射镜支架的第一光通道和第二光通道交汇的位置处；角度调整机构用于调整反射镜的二维方向角；平移调整机构用于沿沿预设方向推动反射镜支架进而调整反射镜在预设方向上的位置。

其中，反射镜支架包括沿第一方向延伸的第一平面、沿垂直于第一方向的第二方向延伸的第二平面，以及与第一平面和第二平面呈一定夹角设置的倾斜安装面，第一光通道自第一平面垂直延伸设置，第二光通道自第二平面垂直延伸设置，自倾斜安装面凹陷设置连通第一光通道和第二光通道的安装开口，反射镜通过角度调整机构设置于安装开口中。

其中，角度调整机构包括反射镜框和三组调整组件，每组调整组件包括导向柱、弹簧和法兰螺母，反射镜框上设置三个安装通孔，自倾斜安装面凹设三个与安装通孔对应的安装螺纹孔，依次将导向柱的一端拧入安装螺纹孔、将弹簧套入导向柱外、将装有反射镜的反射镜框通过安装通孔组装至导向柱，以及将法兰螺母拧入导向柱以使弹簧压缩设置于反射镜框和倾斜安装面之间。

其中，导向柱包括顺序设置的第一螺纹部、限位部、导向部和第二螺纹部，第一螺纹部拧入安装螺纹孔中并通过限位部限制导向柱的插入深度，弹簧的一端抵接限位部、另一端抵接反射镜框，法兰螺母拧紧至第二螺纹部。

其中，反射镜框包括组装部、连接部和反射镜安装部，连接部连接组装部和反射镜安装部，安装通孔设置于组装部上且组装部位于倾斜安装面外，反射镜安装部沉入安装开口中。

其中，三个安装通孔的连线呈等腰直角三角形。

其中，平移调整机构包括一对限位挡板和一对调整螺钉，一对限位挡板分布于反射镜支架的两侧，调整螺钉与限位挡板一一对应设置于对应的限位挡板上用于根据调整螺钉的拧入位置沿调整螺钉的轴向推动反射镜支架，调整螺钉的轴向及预设方向。

其中，平移调整机构进一步包括上调整板、下调整板和导向销，上调整板设置于反射镜支架的下方且二者固定连接，限位挡板固定连接至下调整板的两外侧，上调整板的底面凹设导向槽，导向销安装至下调整板后凸伸入导向槽中，导向槽的延伸方向与调整螺钉的轴向一致，调整螺钉推动上调整板以带动反射镜支架沿调整螺钉的轴向移动。

其中，第一平面临接上调整板，上调整板和下调整板上与第一光通道对应的位置处中空设置与第一光通道连通。

其中，第一光通道和第二光通道的延伸方向均平行于预设方向。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有三自由度可调整的反射镜装置包括角度调整机构和平移调整机构，以及具备相互垂直且连通的两个光通道的反射镜支架，利用角度调整装置将反射镜设置于反射镜支架上，进一步地通过角度调整装置可以调整反射镜的二维方向角，平移调整机构用于沿预设方向推动反射镜支架进而调整反射镜在预设方向上的位置，从而实现反射镜在三维方向上的调整；本发明反射镜装置可以满足实际应用中对反射镜自由度要求较高的需求。

附图说明

图1是本发明具有三自由度可调整的反射镜装置的第一实施例的剖视结构图；

图2是图1所示反射镜装置的左视图；

图3是图1所示反射镜装置的立体结构图；

图4是本发明具有三自由度可调整的反射镜装置的第二实施例的剖视结构图。

具体实施方式

请参照图1至图3，本发明具有三自由度可调整的反射镜装置第一实施例中，反射镜装置包括反射镜10、反射镜支架20、角度调整机构30和平移调整机构40。

优选地，反射镜支架20为斜支架，具体地，反射镜支架20包括第一平面21、第二平面22、第三平面(未标示)、第四平面(未标示)和倾斜安装面。其中，第一平面21沿垂直于Z方向延伸，第二平面22与第一平面21垂直，垂直于X方向延伸，第三平面和第四平面垂直于Y方向延伸，均垂直连接第一平面21和第二平面22，二者为三角形平面、梯形平面或具有三个直角的五边形平面。第一平面21、第二平面22、第三平面和第四平面上均设置多个安装孔21，可视不同的应用场合选择以上四个平面中的任一平面作为安装面；本实施例中，第一平面21为安装面。倾斜安装面23与第一平面21和第二平面22均呈一定的夹角设置，优选地，倾斜安装面23与第一平面21和第二平面22之间的夹角均为45°。

自第一平面21垂直凹设第一光通道24，自第二平面22垂直凹设第二光通道25，自倾斜安装面23垂直凹设安装开口26，安装开口26、第一光通道24和第二光通道25三者相互连通，第一光通道24沿Z方向延伸，第二光通道25沿X方向延伸。自倾斜安装面23上还凹设三个安装螺纹孔(未图示)，安装螺纹孔用于组装角度调整机构。

反射镜10用于改变入射光的传播方向。反射镜10通过角度调整机构30设置于反射镜支架20的第一光通道24和第二光通道25交汇的位置处，具体地，反射镜10设置于安装开口26中。

角度调整装置30用于调整反射镜10的二维方向角。具体地，角度调整装置30包括反射镜框31、三组调整组件(未标示)、橡胶垫35和反射镜压圈36。

反射镜框31上设置三个安装通孔(未标示)，三个安装通孔与三个安装螺纹孔一一对应设置。在本实施例中，三个安装通孔的连线呈等腰直角三角形；在其他的实施例中，三个安装通孔的连线亦可以是其他的三角形结构，优选地，三个安装通孔的连线呈等腰三角形，更优选地，三个安装通孔的连线呈等边三角形。

反射镜框31包括组装部(未标示)、连接部(未标示)和反射镜安装部(未标示)。组装部上设置三个安装通孔，反射镜安装部用于装置反射镜10，组装部和反射镜安装部呈台阶状设置，并通过连接部垂直连接。

每组调整组件包括导向柱32、弹簧33和法兰螺母34。反射镜的组装顺序为：将反射镜10装入反射镜框31的反射镜安装部中，依次将橡胶垫35和反射镜压圈放入连接部内以将反射镜10固定。优选地，当反射镜10装入反射镜框31后，反射镜10的镜面平行于反射镜框组装部的组装面。接下来，将导向柱32的一端拧入反射镜支架20的安装螺纹孔中，将弹簧33套入导向柱32外，然后，将装有反射镜10的反射镜框31通过安装通孔组装至导向柱32；随后，将法兰螺母34拧入导向柱32以使弹簧33压缩设置于反射镜框31和倾斜安装面23之间；至此，完成反射镜10相对于反射镜支架20的组装过程，对于反射镜框31而言，组装部位于倾斜安装面23外，而反射镜安装部沉入安装开口26中。

为了方便导向柱32的组装以及确保导向柱32的组装精度，本实施例中，导向柱32包括顺序设置的第一螺纹部(未图示)、限位部320、导向部(未图示)和第二螺纹部(未图示)。限位部320具有正六边形的外部轮廓，利用限位部320的设置(例如通过扳手或者电工工具卡紧限位部320)将第一螺纹部拧入安装螺纹孔中并通过限位部320限制导向柱32的插入深度。弹簧33可以是蝶型弹簧，弹簧33的一端抵接限位部，另一端抵接反射镜框31，法兰螺母34拧紧至第二螺纹部。通过调整法兰螺母34，使得弹簧33被压缩，当三组弹簧33的压缩量不同时，即可实现调整反射镜10的二维方向角。

平移调整机构40用于沿预设方向推动反射镜支架20进而调整反射镜10在预设方向上的位置。本实施例中，平移调整机构40包括一对限位挡板41、一对调整螺钉42、上调整板43、下调整板44和导向销45。

上调整板43设置于反射镜支架20的下方且二者通过紧固螺钉47固定连接。下调整板44设置于上调整板43的下方，一对限位挡板41在X方向上分布于反射镜支架20的两侧，具体地，限位挡板41通过紧固螺钉46固定连接至下调整板44的两外侧。调整螺钉42与限位挡板41一一对应且轴向沿X方向设置于对应的限位挡板41上，用于根据调整螺钉42的拧入位置沿调整螺钉42的轴向，即X方向，亦即前文提及的预设方向推动反射镜支架20。具体地，上调整板43的底面凹设导向槽(未标示)，导向销45安装至下调整板44后凸伸入导向槽中，导向槽的延伸方向与调整螺钉42的轴向一致。通过调整调整螺钉42的轴向位置，推动上调整板43相对下调整板44沿X方向移动，即调整上调整板43和反射镜支架20相对于下调整板44的相对位置，进而实现反射镜10的位置调整。在上调整板43相对于下调整板44沿X方向移动的过程中，固定连接至下调整板44上的导向销45在上调整板43的导向槽中滑动确保上调整板43沿X方向位移。

当反射镜10在X方向上调整至所需要的位置后，进一步通过紧固螺钉48实现上调整版43和下调整板44之间的紧固。即，优选地，反射镜10到达预设方向(即X方向)上的预期位置后，将上固定板和下固定板紧固以确保反射镜装置的使用稳定性。

在本实施例中，由于凹设第一光通道24的第一平面21邻接上调整板43设置，为了确保光的传输通路，上调整板43和下调整板44上与第一光通道24对应的位置处中空设置以与第一光通道连通。

本实施例中，X、Y、Z方向通常情况下可以理解为第一水平方向、第二水平方向和竖直方向。然而，当下调整板44相对水平方向稍稍倾斜时，X、Y、Z三方向将不再是第一水平方向、第二水平方向和竖直方向。说明书中的X、Y、Z三方向可以是广义的相互垂直的三个方向。

图4所示为本发明具有三自由度可调整的反射镜装置的第二实施例。与第一实施例的区别在于，反射镜支架20的安装方向不同。第一实施例中，第一平面21作为安装面(当第二平面作为安装面时光路传输方向与第一平面21作为安装面基本相同)，而本实施例中，第三平面或第四平面作为安装面，在本实施例中，第一光通道和第二光通道的延伸方向均平行于下调整板44，分别为X方向和Y方向。通过调整反射镜支架20的安装面以实现反射镜装置在多种场合具有更广泛的用途。

以上，不限定第一光通道和第二光通道具体哪条为入射光通道，哪条为反射光通道。

区别于现有技术，本发明具有三自由度可调整的反射镜装置包括角度调整机构30和平移调整机构40，以及具备相互垂直且连通的两个光通道的反射镜支架20，利用角度调整装置30将反射镜10设置于反射镜支架20上，进一步地通过角度调整装置30可以调整反射镜10的二维方向角，平移调整机构40用于沿预设方向推动反射镜支架20进而调整反射镜10在预设方向上的位置，从而实现反射镜10在三维方向上的调整；本发明反射镜装置可以满足实际应用中对反射镜自由度要求较高的需求。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种具有三自由度可调整的反射镜装置，其特征在于，所述反射镜装置包括：反射镜、反射镜支架、角度调整机构和平移调整机构，所述反射镜用于改变入射光的传播方向，所述反射镜支架具有相互垂直且连通的第一光通道和第二光通道，所述反射镜通过所述角度调整机构设置于所述反射镜支架的第一光通道和第二光通道交汇的位置处；所述角度调整机构用于调整所述反射镜的二维方向角；所述平移调整机构用于沿预设方向推动所述反射镜支架进而调整所述反射镜在所述预设方向上的位置；所述反射镜支架包括沿第一方向延伸的第一平面、沿垂直于所述第一方向的第二方向延伸的第二平面，以及与所述第一平面和第二平面呈一定夹角设置的倾斜安装面，所述第一光通道自所述第一平面垂直延伸设置，所述第二光通道自所述第二平面垂直延伸设置，自所述倾斜安装面凹陷设置连通所述第一光通道和第二光通道的安装开口，所述反射镜通过所述角度调整机构设置于所述安装开口中；所述角度调整机构包括反射镜框和三组调整组件，每组调整组件包括导向柱、弹簧和法兰螺母，所述反射镜框上设置三个安装通孔，自所述倾斜安装面凹设三个与所述安装通孔对应的安装螺纹孔，依次将所述导向柱的一端拧入所述安装螺纹孔、将所述弹簧套入所述导向柱外、将装有所述反射镜的所述反射镜框通过安装通孔组装至所述导向柱，以及将所述法兰螺母拧入导向柱以使所述弹簧压缩设置于所述反射镜框和所述倾斜安装面之间；所述导向柱包括顺序设置的第一螺纹部、限位部、导向部和第二螺纹部，所述第一螺纹部拧入所述安装螺纹孔中并通过所述限位部限制所述导向柱的插入深度，所述弹簧的一端抵接所述限位部、另一端抵接所述反射镜框，所述法兰螺母拧紧至所述第二螺纹部。

2.根据权利要求1所述的反射镜装置，其特征在于，所述反射镜框包括组装部、连接部和反射镜安装部，连接部连接所述组装部和所述反射镜安装部，所述安装通孔设置于所述组装部上且所述组装部位于所述倾斜安装面外，所述反射镜安装部沉入所述安装开口中。

3.根据权利要求1所述的反射镜装置，其特征在于，所述三个安装通孔的连线呈等腰直角三角形。

4.根据权利要求1所述的反射镜装置，其特征在于，所述平移调整机构包括一对限位挡板和一对调整螺钉，所述一对限位挡板分布于所述反射镜支架的两侧，所述调整螺钉与所述限位挡板一一对应设置于对应的所述限位挡板上用于根据所述调整螺钉的拧入位置沿所述调整螺钉的轴向推动所述反射镜支架，所述调整螺钉的轴向及所述预设方向。

5.根据权利要求4所述的反射镜装置，其特征在于，所述平移调整机构进一步包括上调整板、下调整板和导向销，所述上调整板设置于所述反射镜支架的下方且二者固定连接，所述限位挡板固定连接至所述下调整板的两外侧，所述上调整板的底面凹设导向槽，所述导向销安装至所述下调整板后凸伸入所述导向槽中，所述导向槽的延伸方向与所述调整螺钉的轴向一致，所述调整螺钉推动所述上调整板以带动所述反射镜支架沿所述调整螺钉的轴向移动。

6.根据权利要求5所述的反射镜装置，其特征在于，所述第一平面临接所述上调整板，所述上调整板和下调整板上与所述第一光通道对应的位置处中空设置与所述第一光通道连通。

7.根据权利要求5所述的反射镜装置，其特征在于，所述第一光通道和所述第二光通道的延伸方向均平行于所述预设方向。