CN106526833B - 无应力压电驱动激光振镜系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种无应力压电驱动激光振镜系统，包括：机架，具有底板和立板；压电叠堆，其一端与该立板相顶；预紧力弹簧，与该压电叠堆并列设置，其一端与该立板相顶；放大块，其一端与该压电叠堆及该预紧力弹簧的另一端相对，其另一端设有一凹口；支点轴销，为该放大块提供旋转的支点，以使该放大块被该压电叠堆及该预紧力弹簧差动推动；转动块，其装设在该凹口处，能够由该由该放大块带动而转动；两个滚动轴，安装在该转动块与该放大块的凹口之间，用于将该放大块的水平位移转化成该转动块的转动位移；以及镜片，其装设在该转动块上。不受磁场环境的影响，控制精度高，响应速度快。

Description

无应力压电驱动激光振镜系统
技术领域
本发明涉及激光加工设备，尤其涉及到激光振镜系统。
背景技术
振镜系统是控制外围光路的关键原件之一。在激光制造行业，振镜系统控制光路运动轨迹，振镜电机驱动反射镜片转动，使光路按照指定位置移动，从而实现激光加工过程。振镜系统广泛应用在激光打标、激光3D打印、激光焊接等领域，是激光领域不可缺少的基础原件。
传统的振镜驱动系统，采用的是电流表工作方式：振镜驱动是将电流表的指针更换成反射镜片。通过电流大小控制镜片运动，电流通过线圈，线圈产生磁场，线圈受到磁场作用力而转动，其又被称为电流计扫描振镜。这类振镜系统存在一些缺陷：在工作过程中容易收到周围磁场影响，在磁场环境下工作，会导致在激光加工过程中出现散点、线条弯曲等现象；另外，这类振镜系统的响应速度和激光光路控制精度均有待提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种无应力压电驱动激光振镜系统，不受磁场环境的影响，控制精度高，响应速度快。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种无应力压电驱动激光振镜系统，包括：机架，具有底板和立板；压电叠堆，其一端与该立板相顶；预紧力弹簧，与该压电叠堆并列设置，其一端与该立板相顶；放大块，其一端与该压电叠堆及该预紧力弹簧的另一端相对，其另一端设有一凹口；支点轴销，为该放大块提供旋转的支点，以使该放大块被该压电叠堆及该预紧力弹簧差动推动；转动块，其装设在该凹口处，能够由该由该放大块带动而转动；两个滚动轴，安装在该转动块与该放大块的凹口之间，用于将该放大块的水平位移转化成该转动块的转动位移；以及镜片，其装设在该转动块上。
其中，该转动块呈L形，具有主体和相对该主体垂直延伸的延伸部；其中，该延伸部的两侧分别设有两个凹曲柱面，用于与这两个滚动轴配合。
其中，该转动块上的凹曲柱面的曲率半径与该滚动轴的半径之比，等于该放大块绕该支点轴销的旋转位移与该转动块的旋转位移之比。
其中，这两个滚动轴其中之一的一侧安装在该转动块上、另一侧被一转动块预紧弹簧压紧。
其中，该转动块预紧弹簧通过紧固件锁紧在该放大块上。
其中，该主体与一轴承配合，该轴承装设在该机架的底板上。
其中，该镜片通过紧固件固结在该转动块的主体上。
其中，该压电叠堆的另一端装设有一压电叠堆顶座，该压电叠堆顶座通过一顶球顶紧该放大块。
其中，该预紧力弹簧的另一端与该放大块相抵顶。
其中，该支点轴销安装在该支架的底板的孔中。
本发明的有益效果在于，通过机架、压电叠堆、预紧力弹簧、放大块、支点轴销、转动块、两个滚动轴以及镜片的结构上的配合构成一无应力压电驱动激光振镜系统，不受磁场环境的影响，控制精度高，响应速度快。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的无应力压电驱动激光振镜系统的主视示意；
图2是图1中的A-A向剖视示意；
图3a和图3b分别是本发明系统中转动块的两个不同视角示意。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
参见图1、图2、图3a和图3b，图1是本发明的无应力压电驱动激光振镜系统的主视示意。图2是图1中的A-A向剖视示意。图3a和图3b分别是本发明系统中转动块的两个不同视角示意。本发明提出的一种无应力压电驱动激光振镜系统，其包括：机架1，预紧力弹簧2，压电叠堆3，转动块预紧弹簧4，差动位移放大块5，支点轴销6，压电叠堆顶座7，顶球8，滚动轴9，转动块10，轴承11，镜片12，螺钉13，滚动轴14和振镜锁紧螺钉16。
压电叠堆3的一端顶在机架1的立板上。压电叠堆顶座7通过胶液粘接在压电叠堆3的另一端。压电叠堆顶座7通过顶球8顶紧在放大块5上。顶球8的作用是防止压电叠堆3在工作过程中受到弯矩和扭矩的产生，提高压电叠堆3的寿命。支点轴销6安装在支架1的底板的孔中。支点轴销6能够为放大块5提供放大支点。
预紧力弹簧2和压电叠堆3及压电叠堆顶座7并列布置，分别位于支点轴销6的两侧，以使该放大块5能够被该压电叠堆3及该预紧力弹簧3差动推动。具体而言，预紧力弹簧2可以使放大块5顺时针旋转(在图1上)，而压电叠堆3的伸长则可以使放大块5逆时针旋转(在图1上)。预紧力弹簧2能够为压电叠堆3伸长后的收缩提供回复力，使驱动可以往复运动。
该放大块5的一端与该压电叠堆3及该预紧力弹簧3相对。该放大块5的另一端设有一凹口。两个滚动轴9、14分别安装在转动块10和放大块5之间的凹口内的两侧。转动块10通过轴承11进行导向实现转动。镜片12通过振镜锁紧螺钉16固结在转动块10上。
具体而言，转动块10呈L形，具有主体17和相对主体17垂直延伸的延伸部18。其中，主体17与轴承11配合。延伸部18的两侧分别设有两个凹曲柱面15，与两个滚动轴9、14配合。值得一提的是，该转动块10上的凹曲柱面15的曲率半径与该滚动轴9、14的半径之比，等于该放大块5绕该支点轴销6的旋转位移与该转动块10(绕该轴承11)的旋转位移之比。
滚动轴9的一侧安装在转动块10上、另一侧被转动块预紧弹簧4压紧。具体而言，转动块预紧弹簧4通过螺钉13锁紧在放大块5上。这种结构，借助于支点轴销6和两个滚动轴9、14，能够将压电叠堆3作用于放大块5的水直线位移，转化成转动块10的转动位移。
该无应力压电驱动激光振镜系统的工作原理大致包括：当压电叠堆3接收到外部电源电压信号伸长时，通过压电叠堆顶座7和顶球8推动放大块5绕支点轴销6逆时针转动(在图1上)。放大块5压缩预紧力弹簧2。放大块5通过两个滚动轴9、14夹紧转动块10。转动块10通过轴承11导向而跟随放大块5转动。转动块10带动镜片12转动，从而实现镜片12的转动，以改变激光光路。当压电叠堆3接收到外部电源电压信号收缩时，预紧力弹簧2推动放大块5绕支点轴销6顺时针转动(在图1上)。放大块5带动转动块10反方向转动。这种驱动镜片12转动的方式，使得该振镜系统可以连续往复转动，实现实时控制镜片12的位置来控制输出光路。
本发明的有益效果在于，(1)、利用压电叠堆3来驱动镜头12转动，使振镜系统有更高的响应速度，运动精度。并且，采用压电叠堆3驱动镜头12转动，可以有效地降低压电振镜的工作环境要求，不会被磁场的环境所干扰。(2)、采用放大块5将压电叠堆3的输出位移进行放大，采用滚动轴9、14，将差动放大的位移转化成角位移，可以获得更大的角位移。(3)、采用滚动轴9、14结构，在将直线位移转化角位移中，利用滚动代替滑动，有效地减少运动中的阻力，有利于提高系统响应速度，同时避免磨损的产生。(4)、利用压电叠堆3及预紧力弹簧2差动驱动放大块5以及滚动轴9、14和转动块10的配合结构，能够避免压电叠堆3及预紧力弹簧2的作用力直接作用在转动块10和轴承11上，可以避免轴承11受到切向应力，能够提高压电振镜系统使用精度，并提高压电振镜系统的工作寿命。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种无应力压电驱动激光振镜系统，其特征在于：包括：机架，具有底板和立板；压电叠堆，其一端与该立板相顶；预紧力弹簧，与该压电叠堆并列设置，其一端与该立板相顶；放大块，其一端与该压电叠堆及该预紧力弹簧的另一端相对，其另一端设有一凹口；支点轴销，为该放大块提供旋转的支点，以使该放大块被该压电叠堆及该预紧力弹簧差动推动；转动块，其装设在该凹口处，能够由该放大块带动而转动；两个滚动轴，安装在该转动块与该放大块的凹口之间，用于将该放大块的水平位移转化成该转动块的转动位移；以及镜片，其装设在该转动块上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该转动块呈L形，具有主体和相对该主体垂直延伸的延伸部；其中，该延伸部的两侧分别设有两个凹曲柱面，用于与这两个滚动轴配合。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：该转动块上的凹曲柱面的曲率半径与该滚动轴的半径之比，等于该放大块绕该支点轴销的旋转位移与该转动块的旋转位移之比。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：这两个滚动轴其中之一的一侧安装在该转动块上、另一侧被一转动块预紧弹簧压紧。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：该转动块预紧弹簧通过紧固件锁紧在该放大块上。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：该主体与一轴承配合，该轴承装设在该机架的底板上。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：该镜片通过紧固件固结在该转动块的主体上。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该压电叠堆的另一端装设有一压电叠堆顶座，该压电叠堆顶座通过一顶球顶紧该放大块。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该预紧力弹簧的另一端与该放大块相抵顶。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该支点轴销安装在该机架的底板的孔中。
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