CN105958306A

CN105958306A - 一种线激光高精度角度自动调整装置

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Publication number: CN105958306A
Application number: CN201610508805.6A
Authority: CN
Inventors: 冷惠文; 王东兴
Original assignee: Yantai University
Current assignee: Yantai University
Priority date: 2016-07-02
Filing date: 2016-07-02
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2036-07-02
Also published as: CN105958306B

Abstract

本发明为解决现有技术中的以上不足，提出了一种线激光高精度角度自动调整装置。该装置包括底座2，夹具7，驱动轮8，支承轮9，支承轮安装支架10，步进电机11，减速器12，角形支承板13、14，滑台底座15，光杠16，双螺旋丝杠17，滑台18、20、21、22，弹簧19，外置计算机23，安装底板24，摄像头27、30，支架28、29，摄像头接口31，步进电机接口32，步进电机驱动器33；其中,底座2上制有安装孔3，胶槽4，固定孔5，注胶孔6。该装置实现对线激光器的完全定位和有效固定，同时实现了自动、高精度的调整激光器所输出的线状激光角度。

Description

一种线激光高精度角度自动调整装置

技术领域

本发明涉及一种线激光高精度角度自动调整装置，属于机械电子领域。

背景技术

线激光器指的是能发射线激光的激光器，一般利用半导体激光器作为光源，经过一组透镜后发射出高准直度的点状光源，再经过特制光学装置如棱镜或柱镜后形成一条亮度均匀的光线。

线激光器的外形通常是一个长圆柱体。在实际应用中，由于其输出的线激光在垂直于激光器中心轴的平面上的角度是不固定的，因此，通常需要将其安装到一个底座上，以固定线激光在垂直于激光器中心轴的平面上的角度。

现有技术中，线激光器通常安装在一短管形零件的孔中，如图1所示，孔的直径比线激光器的略大，激光器在孔中可自由转动以调节线激光在垂直于激光器中心轴的平面上的角度；在线激光器安装孔上沿着垂直于圆孔中心轴的方向上有螺纹孔，该螺纹孔中安装有紧固螺钉，用于固定线激光器。安装线激光器的短管形零件再固定在一个可调节的支架上。

使用时，线激光在垂直于激光器中心轴的平面上的角度调整是手工进行的，即松开短管形零件上的紧固螺钉，用手转动激光器，用眼睛观察线激光在垂直于激光器中心轴的平面上的角度，直到满意为止，最后，拧紧螺钉以固定线激光器。

现有技术中，线激光在垂直于激光器中心轴的平面上的角度调整为手动调节，不适合高精密度使用。

线激光器已经广泛应用于材料切割、机械制造、精密测量等领域，但针对线激光高精度应用，现有的固定或调整装置就存在以下问题：

一、由于螺钉固定易松动，现有底座不能实现激光器沿轴线方向的高精度准确定位；

二、由于人眼判断是否调整到位难免会存在误差，导致使用时手工调整线激光的角度不精确；

三、固定线激光器的过程难免影响先前设置的角度，从而加大了线激光角度的不准确；

四、现有线激光器的底座设计本身存在诸多不合理的方面，不适于高精度的角度调整。一方面，缺少沿着线激光器轴线方向的定位结构，定位不完全；另一方面，用螺钉固定线激光器易变形，可靠性差；最后，现有线激光器安装孔的直径通常比线激光器的直径大很多，给线激光器的定位和固定带来了困难。

发明内容

本发明为解决现有技术中的以上不足，提出了一种线激光高精度角度自动调整装置。该装置实现了对线激光器的完全定位和有效固定，同时实现了自动、高精度地调整激光器所输出的线激光在垂直于激光器中心轴的平面上的角度。

技术方案如下：一种线激光高精度角度自动调整装置，包括底座2，夹具7，驱动轮8，支承轮9，支承轮安装支架10，步进电机11，减速器12，角形支承板13、14，滑台底座15，光杠16，双螺旋丝杠17，滑台18、20、21、22，弹簧19，外置计算机23，安装底板24，摄像头27、30，支架28、29，摄像头接口31，步进电机接口32，步进电机驱动器33；其中,底座2上制有安装孔3，胶槽4，固定孔5，注胶孔6；

如图2所示，垂直于长方体底座2的侧面中间制有圆柱形安装孔3，安装孔3截面半径与线激光器1的圆柱形截面半径相同或略大，安装孔3内壁制有胶槽4，胶槽4为截面与安装孔3截面同轴的环形凹槽，底座2的顶面开有垂直连通胶槽4的注胶孔6，底座2的顶面四角分别制有一个不穿过安装孔3和胶槽4并贯通底座2的固定孔5；

夹具7顶面制有与底座2和线激光器1相互契合的凹槽，所述凹槽底面制有与固定孔5相互配合的螺孔；夹具7、滑台底座15依次顺序固定于安装底板24的后侧，靠近线激光器1的尾部两侧分别设置驱动轮8和支承轮9，夹具7与滑台底座15的相对安装位置应使固定于所述夹具7上的线激光器1的圆柱形尾部外壳处在驱动轮8与支承轮9的接触范围内；

驱动轮8安装于减速器12的输出轴上，减速器12连接步进电机11，减速器12的前端面安装在角形支承板13的垂直面上，角形支承板13固定于滑台21上；支承轮9安装于支承轮安装支架10上，支承轮安装支架10固定在角形支承板14上，角形支承板14固定在滑台20上；滑台底座15上面安装有光杠16和双螺旋丝杠17，双螺旋丝杠17左侧为右旋螺纹，右侧为左旋螺纹；滑台18、20、21、22安装在光杠16上并能够沿光杠16左右方向直线滑动；双螺旋丝杠17穿过滑台18、20、21、22，滑台20、21内部中空不与双螺旋丝杠17耦合，滑台18、22分别连结一个丝杠螺母，滑台18的丝杠螺母与双螺旋丝杠17的左侧螺纹耦合，滑台22的丝杠螺母与双螺旋丝杠17的右侧螺纹耦合；滑台18与20之间以及滑台21与22之间分别安装有一对穿过光杠16的弹簧19；

摄像头27、30分别固定于支架28、29上，支架28、29固定于靠近滑台底座15一侧的安装底板24的左右两侧；

外置计算机23分别连接摄像头接口31、步进电机接口32，摄像头接口31连接摄像头27、30，步进电机接口32连接步进电机驱动器33，步进电机驱动器33连接步进电机11。

进一步地，驱动轮8和支承轮9的表面涂覆一层橡胶材料，以增大摩擦力和避免破坏线激光器1的表面。

进一步地，注胶孔6的顶端为圆台形，便于与注胶装置接合。

进一步地，夹具7采用焊接或螺栓方式固定于底板24。

有益效果：相比于图1所示的现有技术的一般情况，本发明提供的一种线激光高精度角度自动调整装置替代了线激光器的手动调节，解决了现有技术中线激光器在高精密度领域中的使用问题，实现对线激光器的完全定位和有效固定，并且可以自动地、高精度地调整激光器所输出的线激光在垂直于激光器中心轴的平面上的角度，能够广泛应用于材料切割、机械制造、精密测量等高精度应用领域。

附图说明

图1为现有技术中线激光器的安装支架；

图2为实施例1一种线激光高精度角度自动调整装置的线激光器和底座的结构图；

图3为实施例1一种线激光高精度角度自动调整装置的线激光器和底座的安装图；

图4为实施例1一种线激光高精度角度自动调整装置的线激光器、底座和夹具的结构配合图；

图5为实施例1一种线激光高精度角度自动调整装置的线激光器角度调整原理图；

图6为实施例1一种线激光高精度角度自动调整装置的线激光角度调整机构图；

图7为实施例1一种线激光高精度角度自动调整装置及使用图。

如图2-7所示，1为线激光器，2为底座，3为安装孔，4为胶槽，5为固定孔，6为注胶孔，7为夹具，8为驱动轮，9为支承轮，10为支承轮安装支架，11为步进电机，12为减速器，13、14为角形支承板，15为滑台底座，16为光杠，17为双螺旋丝杠，18、20、21、22为滑台，19为弹簧，23为外置计算机，24为安装底板，25为显示屏，26为线激光射线，27、30为摄像头，28、29为支架，31为摄像头接口，32为步进电机接口，33为步进电机驱动器;7-A为夹具7的凹槽底面，7-B1、7-B2为夹具7的凹槽左右平面，7-C、7-D为夹具7的凹槽后平面；2-E为底座2的底面，2-F1、2-F2为底座2的左右侧面，2-G为底座2的后表面；1-H为线激光器1的后平面。

具体实施方式

实施例1

如图2-7所示，一种线激光高精度角度自动调整装置，包括底座2，夹具7，驱动轮8，支承轮9，支承轮安装支架10，步进电机11，减速器12，角形支承板13、14，滑台底座15，光杠16，双螺旋丝杠17，滑台18、20、21、22，弹簧19，外置计算机23，安装底板24，显示屏25，摄像头27、30，支架28、29，摄像头接口31，步进电机接口32，步进电机驱动器33；其中,底座2上制有安装孔3，胶槽4，固定孔5，注胶孔6；

如图2所示，垂直长方体底座2的侧面中间制有圆柱形安装孔3，安装孔3截面半径与线激光器1的圆柱形截面半径相同或略大，安装孔3内壁制有两个相互间隔的胶槽4，胶槽4为截面与安装孔3截面同轴的环形凹槽，底座2的顶面开有两个分别垂直连通两个胶槽4的注胶孔6，底座2的顶面四角分别制有一个不穿过安装孔3和胶槽4并贯通底座2的固定孔5；

夹具7顶面制有与底座2和线激光器1相互契合的凹槽，所述凹槽底面制有与安装孔5相互配合的螺孔；夹具7的作用在于固定底座2和线激光器1。

夹具7、滑台底座15依次顺序固定于安装底板24的后侧，靠近线激光器1的尾部两侧分别设置驱动轮8和支承轮9，夹具7与滑台底座15的相对安装位置应使固定于所述夹具7上的线激光器1的圆柱形尾部外壳处在驱动轮8与支承轮9的接触范围内；

夹具7与滑台底座15的相对位置在具体调试时，最好的方案是，使夹具7的位置与安装在其上的线激光器1的轴线与驱动轮8和支承轮9的轴线平行并且在同一个水平面上，使线激光器1的圆柱形外壳处在离驱动轮8和支承轮9相同距离的位置上；在沿线激光器1的轴线方向上，夹具7的安装位置应保证驱动轮8的前端面与底座2之间留有1mm以上的间距，还应使支承轮安装支架10的前端面与底座2之间留有1mm以上的间距。

滑台底座15、显示屏25分别安装于安装底板24的前后两侧，其中，显示屏25垂直安装，摄像头27、30分别固定于支架28、29上，支架28、29固定于靠近滑台底座15一侧的安装底板24的两侧；

如图2所示，该实施例中线激光器1为圆柱形，安装孔3用于定位安装线激光器1，当线激光器1输出的线激光的角度调整到位后，即可通过两个注胶孔6向胶槽4中注入粘结剂以固定线激光器1，底座2上还制有四个贯通的固定孔5，用于固定底座2于夹具7上。

图3所示即为线激光器1与底座2的安装图。

夹具7如图4所示，用于安装固定底座2和线激光器1。夹具7上制有凹槽，其中，7-A为凹槽底面，7-B1、7-B2为凹槽左右平面，7-C、7-D为凹槽后平面；2-E为底座2的底面，2-F1、2-F2为底座2的左右侧面，2-G为底座2的后表面；1-H为定位线激光器1的后平面。夹具7的凹槽底面7-A用于定位底座2的底面2-E，左右平面7-B1和7-B2用于定位底座2的左右侧面2-F1和2-F2 ，平面7-C用于定位底座2的后表面2-G，平面7-D用于定位线激光器1的后平面1-H。夹具7上的定位平面7-A、7-B1、7-B2和7-C实现了对底座2的完全定位；底座2上的安装孔3限制了线激光器1沿Y和Z方向的直线运动自由度和绕Y轴和Z轴的旋转运动自由度；定位平面7-D限制了线激光器1沿X轴方向的自由度，当向底座2的胶槽4注入粘结剂后，线激光器1绕X轴的旋转自由度也被限制，从而实现对线激光器1的完全定位。同时，使用螺钉穿过底座2的四个固定孔5将底座2固定在夹具7上。

如图5、6所示，支承轮9的作用是平衡驱动轮8对线激光器1的压力，使线激光器1只承受扭矩作用，驱动轮8连接减速器12，驱动轮8旋转驱动线激光器1旋转实现调整线激光器1输出的线激光在垂直于激光器中心轴的平面上的角度。

滑台18和22上分别连结着一个与双螺旋丝杠17耦合的丝杠螺母，滑台18与20之间以及滑台21与22之间各安装有一对弹簧19。这样，当沿不同方向转动双螺旋丝杠17时，就会同时带动滑台18和22相互接近或离开，通过滑台18和22以及弹簧19即可带动滑台20与21相互接近或离开，滑台20和21则分别带动安装在其上的支承轮9和驱动轮8同时压向或离开线激光器1；当支承轮9和驱动轮8压紧线激光器1时，通过步进电机11和减速器12可带动驱动轮8旋转，从而带动线激光器1旋转，实现对线激光在垂直于激光器中心轴的平面上的角度的调节。

如图7所示，摄像头接口31连接两台摄像头27、30，用于采集照射到显示屏25上左右两侧的线激光图像IMAGE-L和IMAGE-R；步进电机接口32用于产生驱动步进电机11旋转的方向信号和脉冲信号，这两个信号连接到步进电机驱动器33上，再由步进电机驱动器33为步进电机各相绕组供电，实现步进电机11的旋转控制；外置计算机23比较摄像头27、30采集到的显示屏25的两侧的线激光图像IMAGE-L和IMAGE-R，计算两幅图像中光条中心点C_L和C_R在同一个坐标系下的坐标C_L(y _L, z _L)和C_R(y _R, z _R)（坐标系见图7左侧），据此计算出线段C_LC_R与Y轴正方向的夹角α= arctan((z _R - z _L)/( y _R - y _L))，α也是线激光与Y轴的夹角。

该装置调整使用过程如下：首先旋转双螺旋丝杠17，使支承轮9和驱动轮8离开压紧线激光器1的位置，以便安装线激光器1和底座2；将线激光器1穿入底座2上的安装孔3，安装到图3所示的位置；将安装有线激光器1的底座2按图4所示放入夹具7中，并用螺钉固定；然后沿相反方向旋转双螺旋丝杠17，使支承轮9和驱动轮8压紧线激光器1；手动控制步进电机11旋转，调整线激光的角度到接近指定角度α_S的位置；启动外置计算机23首先通过两个摄像头27、30检测当前线激光26与Y轴正方向的夹角α，如果α与α_S的偏差不在允许范围内，则外置计算机23通过步机电机接口32控制步进电机11旋转，调整线激光26的角度，并检测线激光26与Y轴正方向的夹角α，直到α与α_S的偏差在允许范围内为止；最后，通过底座2上的两个注胶孔6向胶槽4中注入粘结剂固定线激光器1。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和构思内所做的任何修改或等同替换等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种线激光高精度角度自动调整装置，其特征在于包括底座（2），夹具（7），驱动轮（8），支承轮（9），支承轮安装支架（10），步进电机（11），减速器（12），角形支承板（13）、（14），滑台底座（15），光杠（16），双螺旋丝杠（17），滑台（18）、（20）、（21）、（22），弹簧（19），外置计算机（23），安装底板（24），摄像头（27）、（30），支架（28）、（29），摄像头接口（31），步进电机接口（32），步进电机驱动器（33）；其中,底座（2）上制有安装孔（3），胶槽（4），固定孔（5），注胶孔（6）；

垂直于长方体底座（2）的侧面中间制有圆柱形安装孔（3），安装孔（3）截面半径与线激光器（1）的圆柱形截面半径相同或略大，安装孔（3）内壁制有胶槽（4），胶槽（4）为截面与安装孔（3）截面同轴的环形凹槽，底座（2）的顶面开有垂直连通胶槽（4）的注胶孔（6），底座（2）的顶面四角分别制有一个不穿过安装孔（3）和胶槽（4）并贯通底座（2）的固定孔（5）；

夹具（7）顶面制有与底座（2）和线激光器（1）相互契合的凹槽，所述凹槽底面制有与固定孔（5）相互配合的螺孔；

夹具（7）、滑台底座（15）依次顺序固定于安装底板（24）的后侧，靠近线激光器（1）的尾部两侧分别设置驱动轮（8）和支承轮（9），夹具（7）与滑台底座（15）的相对安装位置应使固定于所述夹具（7）上的线激光器（1）的圆柱形尾部外壳处在驱动轮（8）与支承轮（9）的接触范围内；

驱动轮（8）安装于减速器（12）的输出轴上，减速器（12）连接步进电机（11），减速器（12）的前端面安装在角形支承板（13）的垂直面上，角形支承板（13）固定于滑台（21）上；支承轮（9）安装于支承轮安装支架（10）上，支承轮安装支架（10）固定在角形支承板（14）上，角形支承板（14）固定在滑台（20）上；滑台底座（15）上面安装有光杠（16）和双螺旋丝杠（17），双螺旋丝杠（17）左侧为右旋螺纹，右侧为左旋螺纹；滑台（18）、（20）、（21）、（22）安装在光杠（16）上并能够沿光杠（16）左右方向直线滑动；双螺旋丝杠（17）穿过滑台（18）、（20）、（21）、（22），滑台（20）、（21）内部中空不与双螺旋丝杠（17）耦合，滑台（18）、（22）分别连结一个丝杠螺母，滑台（18）的丝杠螺母与双螺旋丝杠（17）的左侧螺纹耦合，滑台（22）的丝杠螺母与双螺旋丝杠（17）的右侧螺纹耦合；滑台（18）与（20）之间以及滑台（21）与（22）之间分别安装有一对穿过光杠（16）的弹簧（19）；

摄像头（27）、（30）分别固定于支架（28）、（29），支架（28）、（29）固定于靠近滑台底座（15）一侧的安装底板（24）左右两侧；

外置计算机（23）分别连接摄像头接口（31）、步进电机接口（32），摄像头接口（31）连接摄像头（27）、（30），步进电机接口（32）连接步进电机驱动器（33），步进电机驱动器（33）连接步进电机（11）。

2.根据权利要求1所述的一种线激光高精度角度自动调整装置，其特征在于，夹具（7）上制有凹槽，其中，（7-A）为凹槽底面，（7-B1）、（7-B2）为凹槽左右平面，（7-C）、（7-D）为凹槽后平面；夹具（7）的凹槽底面（7-A）定位底座（2）的底面（2-E），其左右平面7-B1和7-B2定位底座2的左右侧面（2-F1）和（2-F2），其平面（7-C）定位底座（2）的后表面（2-G），其平面（7-D）定位线激光器（1）的后平面（1-H）。

3.根据权利要求1或2所述的一种线激光高精度角度自动调整装置，其特征在于，夹具（7）与滑台底座（15）的相对位置，应使所述夹具（7）的位置与安装在其上的线激光器（1）的轴线与驱动轮（8）和支承轮（9）的轴线平行并且在同一个水平面上，使线激光器（1）的圆柱形外壳处在离驱动轮（8）和支承轮（9）相同距离的位置上；在沿线激光器（1）的轴线方向上，所述夹具（7）的安装位置应保证驱动轮（8）的前端面与底座（2）之间留有1mm以上的间距，还应使支承轮安装支架（10）的前端面与底座（2）之间留有1mm以上的间距。

4.根据权利要求3所述的一种线激光高精度角度自动调整装置，其特征在于，安装孔（3）内壁制有两个相互间隔的胶槽（4），底座（2）的顶面开有两个分别垂直连通两个胶槽（4）的注胶孔（6）。

5.根据权利要求4所述的一种线激光高精度角度自动调整装置，其特征在于，注胶孔（6）顶端为圆台形。

6.根据权利要求4所述的一种线激光高精度角度自动调整装置，其特征在于，所述驱动轮（8）和所述支承轮（9）的表面涂覆一层橡胶材料。

7.根据权利要求4所述的一种线激光高精度角度自动调整装置，其特征在于，所述夹具（7）采用焊接或螺栓方式固定于底板（24）。