CN106772900A - 光学调节组件及光机结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学调节组件及采用该光学调节组件的光机结构，该调节组件包括导向基准筒和连接筒，二者轴向平行且以该轴向为Z向；导向基准筒连接有驱动机构，驱动调节镜筒沿Z向在导向基准筒内腔中往复移动；连接筒与待调节的激光加工设备的对应部件连接，并固定于导向基准筒的激光入口端，且连接有调节单元，调节其在X Y平面内的位置；连接筒内腔与导向基准筒内腔连通形成沿Z向的激光光路通道。通过连接筒与导向基准筒的配合，可根据不同的调节操作需要在导向基准筒内安装对应的调节镜筒，可实现激光加工设备中进行成像监测操作或聚焦调焦操作或调节准直操作等，从而满足不同的工作需求，有效降低设备成本及生产成本。
Description
技术领域
本发明属于激光加工设备技术领域，具体涉及一种光学调节组件及采用该光学调节组件的光机结构，可用于激光加工设备中进行成像监测、调焦聚焦或调节准直等操作。
背景技术
在激光加工过程中，经常需要对整个加工过程进行实时检测，因此，很多的激光切割、焊接等设备中都需要安装成像监测系统。例如，在切割设备中，成像监测系统通过捕捉切割材料表面的标志点，然后通过标志点来定位加工图形的位置，从而精确确定切割位置；在焊接过程中，需要观察聚焦光斑的圆度、光斑的定位精度等，因为其都直接关系到激光焊接质量的好坏，因此，激光加工设备中，经常需要一种可调节清晰度的成像监测系统。
另外，激光加工设备中，经常需要安装一种可调节的激光准直和聚焦机构，尤其是在激光精密切割头中经常需要调节焦点，以达到加工所需要的焦点位置。
目前，在激光加工设备中，配有的成像监测系统多数结构简单粗糙，或者大多数激光设备都配有市场上成熟的镜组，在实际使用过程中，往往不能满足公司特定的需求，也存在时间响应上的缺陷，并且，由于CCD成像的特定要求，有时候必须针对所使用的激光聚焦镜组而重新设计新的专用的CCD成像镜组，此时，市场上出现的成熟镜组经常不能直接使用。而且，对于上述的可调节准直和聚焦的光机结构以及可调节成像清晰度的光机机构，均存在功能相对单一的情况，不能兼具成像监测和激光准直及激光聚焦等多重功能，适用范围小，应用效率低。
发明内容
本发明实施例涉及一种光学调节组件及采用该光学调节组件的光机结构，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本发明实施例涉及一种光学调节组件，包括导向基准筒和连接筒，所述导向基准筒的轴向与所述连接筒的轴向平行且以该轴向为Z向；所述导向基准筒具有用于安装调节镜筒的滑动导向腔，且连接有用于驱动所述调节镜筒沿Z向在所述滑动导向腔内往复移动的驱动机构；所述连接筒用于与待调节的激光加工设备的对应部件连接，所述连接筒通过固定机构固定于所述导向基准筒的激光入口端，所述固定机构包括用于调节所述连接筒在XY平面内的位置的调节单元；所述连接筒内腔与所述滑动导向腔连通形成沿Z向的激光光路通道。
作为实施例之一，沿Z向在所述导向基准筒的侧壁上开设有导向槽；所述驱动机构包括调节环、连接单元及驱动单元，所述连接单元用于连接所述调节环与所述调节镜筒，所述驱动单元与所述调节环连接并用于驱动所述调节环沿所述导向槽往复运动。
作为实施例之一，所述驱动单元包括环形调节手轮、第一限位结构和第二限位结构，所述第一限位结构用于防止所述调节环发生绕自身轴线的转动运动，所述第二限位结构用于防止所述环形调节手轮发生沿Z向的运动，所述导向基准筒、所述调节环与所述环形调节手轮由内而外依次套接，所述调节环与所述环形调节手轮螺纹配合。
作为实施例之一，所述导向槽为腰圆型槽，所述第一限位机构包括为沿Z向滑设于所述腰圆型槽内的腰圆型板，所述腰圆型板的长度小于所述腰圆型槽的长度，所述连接单元连接所述调节环和所述腰圆型板后再用于与所述调节镜筒连接。
作为实施例之一，所述导向基准筒外壁呈台阶环结构，且其小直径段位于其大直径段远离所述连接筒的一端；所述调节环及所述环形调节手轮均套接于所述小直径段上。
作为实施例之一，所述第二限位结构包括螺接于所述小直径段外壁上的环形连接外壳，所述环形调节手轮一端与所述导向基准筒的台阶面抵接，另一端与所述环形连接外壳抵接。
作为实施例之一，所述环形连接外壳包括直筒形壳体和凸出连接环，所述凸出连接环位于所述直筒形壳体的靠近所述环形调节手轮的一端且自所述直筒形壳体的内壁向其中心方向凸起而成，所述凸出连接环与所述小直径段外壁螺接；所述第二限位结构还包括预紧压紧环，所述预紧压紧环嵌装于所述直筒形壳体与所述小直径段之间，且与所述小直径段螺接；于所述直筒形壳体上开设有用于穿设锁紧螺钉以锁紧所述预紧压紧环的至少一个螺纹孔。
作为实施例之一，所述连接筒的外壁具有一沿XY平面设置的环形承压面；所述固定机构还包括压紧调节圈，所述压紧调节圈包括相互连接的环状连接部分和环状压紧部分，所述环状连接部分沿Z向设置且与所述导向基准筒的激光入口端固连，所述环状压紧部分沿XY平面设置，且压合于所述环形承压面上。
作为实施例之一，在XY平面内，所述环状压紧部分与所述连接筒的外壁间隙配合；所述调节单元包括沿X向对置的两个第一调节螺钉和沿Y向对置的两个第二调节螺钉，两所述第一调节螺钉及两所述第二调节螺钉均穿设于所述环状连接部分或所述环状压紧部分上。
本发明实施例涉及一种光机结构，包括调节镜筒及如上所述的光学调节组件，所述调节镜筒安装于所述滑动导向腔内，所述调节镜筒的轴向平行于Z向；所述调节镜筒内安装有光学透镜。
本发明实施例至少具有如下有益效果：本发明实施例提供的光学调节组件及采用该光学调节组件的光机结构，通过连接筒与导向基准筒的配合，可根据不同的调节操作需要在导向基准筒内安装对应的调节镜筒，可实现激光加工设备中进行成像监测操作或聚焦调焦操作或调节准直操作等，从而满足不同的工作需求，有效降低设备成本及生产成本，可有效提高工作响应速度(即针对不同的工作需求可快速满足供应)，也可满足客户的特定需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的导向基准筒的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的光学调节组件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的光机结构的剖视图；
图4为本发明实施例提供的光机结构的整体装配结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3，本发明实施例提供一种光学调节组件，包括导向基准筒1和连接筒5，所述导向基准筒1的轴向与所述连接筒5的轴向平行且以该轴向为Z向；所述导向基准筒1具有用于安装调节镜筒13的滑动导向腔，且连接有用于驱动所述调节镜筒13沿Z向在所述滑动导向腔内往复移动的驱动机构；所述连接筒5用于与待调节的激光加工设备的对应部件连接，所述连接筒5通过固定机构固定于所述导向基准筒1的激光入口端，所述固定机构包括用于调节所述连接筒5在XY平面内的位置的调节单元；所述连接筒5内腔与所述滑动导向腔连通形成沿Z向的激光光路通道。
本发明实施例提供的上述光学调节组件可用于激光加工设备中进行成像监测操作(主要与CCD图像传感器等配合组成激光加工设备中的成像监测系统，该光学调节组件可调节成像清晰度)、聚焦调焦操作或调节光路准直操作等，则根据不同的待调节的激光加工设备，上述的待调节的激光加工设备的对应部件则不同，这是本领域技术人员根据实际情况易于确定的。如对于用于进行成像监测操作的情况，则上述连接筒5用于与CCD图像传感器连接(优选为螺纹连接)；对于用于激光切割、焊接等设备中进行聚焦调焦操作的情况，则上述连接筒5用于与切割头或焊接头的喷气头进行连接(可直接螺纹连接或通过转接法兰圈等连接)；等等。
上述光学调节组件中，滑动导向腔优选为与调节镜筒13滑动连接，即导向基准筒1的内壁与调节镜筒13的外壁滑动配合；且滑动导向腔优选为与调节镜筒13同轴套接，以保证调节精度；本实施例中，上述调节镜筒13优选为采用圆柱形筒体，则导向基准筒1对应为圆柱形筒体，连接筒5也优选为采用圆柱形筒体；当然，并不限于上述形状结构。无疑义地，沿Z向，连接筒5的两端均开口，导向基准筒1的两端也均开口，以便激光光束能够穿行通过；连接筒5与导向基准筒1的相对固定位置应保证激光光路通道的顺畅，本光学调节组件在初始状态下，上述连接筒5与导向基准筒1优选为同轴连接，在调节过程中，通过上述调节单元调节连接筒5在XY平面内的位置，达到相应的调节目的。
本实施例提供的光学调节组件，通过连接筒5与导向基准筒1的配合，可根据不同的调节操作需要在导向基准筒1内安装对应的调节镜筒13，可实现激光加工设备中进行成像监测操作或聚焦调焦操作或调节准直操作等，从而满足不同的工作需求，有效降低设备成本及生产成本，可有效提高工作响应速度(即针对不同的工作需求可快速满足供应)，也可满足客户的特定需求。
如图1-图3，沿Z向在所述导向基准筒1的侧壁上开设有导向槽101；所述驱动机构包括调节环2、连接单元及驱动单元，所述连接单元用于连接所述调节环2与所述调节镜筒13，所述驱动单元与所述调节环2连接并用于驱动所述调节环2沿所述导向槽101往复运动。其中，调节环2用于套接于导向基准筒1外壁上，上述导向槽101提供一连接通道，以便于上述连接单元将调节环2与调节镜筒13连接在一起，从而调节环2可带动调节镜筒13随之沿Z向往复移动；同时，该导向槽101还起到导向作用，对调节环2的Z向运动进行导向。优选地，采取如下的结构：如图1-图3，所述驱动单元包括环形调节手轮8、第一限位结构和第二限位结构，所述第一限位结构用于防止所述调节环2发生绕自身轴线的转动运动，所述第二限位结构用于防止所述环形调节手轮8发生沿Z向的运动，所述导向基准筒1、所述调节环2与所述环形调节手轮8由内而外依次套接，所述调节环2与所述环形调节手轮8螺纹配合。通过转动环形调节手轮8，在第一限位结构和第二限位结构的限位作用下，可驱动调节环2沿Z向往复移动，从而带动调节镜筒13沿Z向往复移动，达到所需的调节目的。当然，驱动机构并不限于上述的结构，也可采用如直线模组等直线驱动方向，其具体结构及与调节镜筒13的连接方式是本领域技术人员根据现有技术易于获知的，此处不再赘述。本实施例中，由于采用螺纹驱动方式，驱动机构不接触调节镜筒13内的聚焦镜或准直镜等光学透镜，因而减少了光学器件的维护及破坏性接触。
进一步地，如图1和图3，所述导向槽101为腰圆型槽101，所述第一限位机构包括为沿Z向滑设于所述腰圆型槽101内的腰圆型板3，所述腰圆型板3的长度小于所述腰圆型槽101的长度，所述连接单元连接所述调节环2和所述腰圆型板3后再用于与所述调节镜筒13连接；具体地，可在调节环2上开设沉头孔201，在腰圆型板3上开设螺纹孔301，在调节镜筒13的侧壁上对应开设螺纹孔1301，调节环2、腰圆型板3和调节镜筒13通过连接螺栓固定在一起，其中，调节环2上可开设一组或多组沉头孔组，每组沉头孔组包括沿Z向方向依次排列的至少一个上述的沉头孔201，腰圆型板3及调节镜筒13上则对应开设相应数量的螺纹孔，即上述的连接单元包括至少一个上述的连接螺栓。上述腰圆型板3与腰圆型槽101配合，一方面可防止调节环2发生绕自身轴线的转动运动，另一方面，可起到限制调节镜筒13沿Z向往复移动的行程；上述腰圆型板3的长度与腰圆型槽101的长度应满足调节镜筒13在导向基准筒1内沿Z向往复移动的行程要求。
进一步优化上述结构，如图3，上述第二限位结构可采取如下的优选结构：
所述导向基准筒1外壁呈台阶环结构，且其小直径段位于其大直径段远离所述连接筒5的一端；所述调节环2及所述环形调节手轮8均套接于所述小直径段上。对应地，所述第二限位结构包括螺接于所述小直径段外壁上的环形连接外壳10，所述环形调节手轮8一端与所述导向基准筒1的台阶面抵接，另一端与所述环形连接外壳10抵接。通过上述台阶面与环形连接外壳10配合对环形调节手轮8两端分别限位，从而防止环形调节手轮8发生沿Z向的运动。当然，在导向基准筒1的外壁上加工一环形凹槽，将环形调节手轮8嵌装于该环形凹槽内，也可实现上述第二限位结构的限位目的。然而，本实施例中，采取上述的优选结构，由于环形连接外壳10是螺接于导向基准筒1上的，因此可实现导向基准筒1与环形调节手轮8的可拆卸连接，便于调节镜筒13等的更换维护及安装操作。进一步地，如图3，环形调节手轮8与导向基准筒1的台阶面之间以及环形调节手轮8与环形连接外壳10之间均密封处理，以提高本光学调节组件的密封性，如采用相应口径的O型密封圈或其它可使接触面为柔性接触的柔性材料。
进一步地，如图2和图3，所述环形连接外壳10包括直筒形壳体和凸出连接环，所述凸出连接环位于所述直筒形壳体的靠近所述环形调节手轮8的一端且自所述直筒形壳体的内壁向其中心方向凸起而成(也即该环形连接外壳10内壁的靠近环形调节手轮8的一端呈台阶环结构)，所述凸出连接环与所述导向基准筒1的小直径段外壁螺接；所述第二限位结构还包括预紧压紧环12，所述预紧压紧环12嵌装于所述直筒形壳体与所述导向基准筒1的小直径段之间，且与所述导向基准筒1的小直径段螺接；于所述直筒形壳体上开设有用于穿设锁紧螺钉以锁紧所述预紧压紧环12的至少一个螺纹孔11。实际使用时，在保证环形调节手轮8调节力度适中的情况下，将预紧压紧环12沿锁紧方向旋紧，再通过锁紧螺钉将环形连接外壳10与预紧压紧环12锁紧连接在一起，可有效提高环形连接外壳10与导向基准筒1的连接结构的稳定性，此时可保证环形调节手轮8调节过程无间隙回程，确保调节过程中的调节精度及操作稳定性。
另外，如图2，在环形调节手轮8上开设有止动螺钉孔9，用于穿设止动螺钉，当环形调节手轮8的调节操作完成后，通过止动螺钉顶紧导向基准筒1，可防止环形调节手轮8产生沿自身轴线的转动运动，保证调节精度及稳定性。如图1和图3，可在导向基准筒1的滑动导向腔内设置一压缩弹簧4，该压缩弹簧4一端抵接于导向基准筒1的靠近连接筒5的一端，该压缩弹簧4另一端抵接于调节镜筒13的对应端部；该压缩弹簧4的直径应保证不与激光光路通道发生干涉；在环形调节手轮8无间隙回程的情况下，通过该压缩弹簧4对调节镜筒13施加一预紧力，可提高调节的精度。
接续上述光学调节组件的结构，如图2-图4，所述连接筒5的外壁具有一沿XY平面设置的环形承压面；所述固定机构还包括压紧调节圈6，所述压紧调节圈6包括相互连接的环状连接部分和环状压紧部分，所述环状连接部分沿Z向设置且与所述导向基准筒1的激光入口端固连，所述环状压紧部分沿XY平面设置，且压合于所述环形承压面上。其中，上述环状连接部分与导向基准筒1优选为采用螺栓固定连接等可拆卸固连方式；上述环形承压面可为台阶面，即该连接筒5的外壁具有一台阶环结构，且该连接筒5的台阶环结构的小直径段位于该连接筒5的台阶环结构的大直径段的远离导向基准筒1的一侧，该大直径段则与导向基准筒1接触；或者，采用如图3的结构，在该连接筒5的外壁上开设一环形凹槽，沿Z向该环形凹槽具有两侧壁，上述环形承压面即为其中靠近导向基准筒1一侧的侧壁壁面。
进一步地，由于需要调节连接筒5在XY平面内的位置，因此，在XY平面内，所述环状压紧部分与所述连接筒5的外壁间隙配合；如图3，以在连接筒5外壁上开设有环形凹槽的结构为例，该环形凹槽具有平行于Z向的环形底壁，上述环状压紧部分的内环直径大于(略大于)上述环形底壁的直径。优选地，如图2和图4，所述调节单元包括沿X向对置的两个第一调节螺钉和沿Y向对置的两个第二调节螺钉，两所述第一调节螺钉及两所述第二调节螺钉均穿设于所述环状连接部分或所述环状压紧部分上(优选为穿设于环状连接部分上)，即在压紧调节圈6上对应设置调节螺纹孔7。通过上述两第一调节螺钉及两第二调节螺钉，可调节连接筒5在X向上的位置和在Y向上的位置，调节完成后，通过上述两第一调节螺钉及两第二调节螺钉将连接筒5顶紧，可实现对连接筒5的固定。进一步地，为保证连接筒5与导向基准筒1连接结构的密封性，如图3，在连接筒5的对应端部上开设环形槽501(或在导向基准筒1的对应端部上开设该环形槽)，在该环形槽501内嵌装O型密封圈。
如图3和图4，本发明实施例还涉及一种光机结构，包括调节镜筒13及如上所述的光学调节组件，所述调节镜筒13安装于所述滑动导向腔内，所述调节镜筒13的轴向平行于Z向；所述调节镜筒13内安装有光学透镜。其中，可根据所需的调节操作选择相应的调节镜筒13，在该调节镜筒13内安装有与调节操作所对应的光学透镜，如聚焦镜或准直镜等，这是本领域技术人员针对实际情况根据现有技术容易得知的，此处不再详述。
本实施例提供的光机结构用于进行成像监测操作中时，通过压紧调节圈6上的两第一调节螺钉及两第二调节螺钉将连接筒5顶紧，将CCD图像传感器与该连接筒5连接；随后，旋松调节螺钉，通过CCD图像传感器带动连接筒5旋转至实际需求的角度后，根据所需要的成像幅面通过上述两第一调节螺钉及两第二调节螺钉对连接筒5的XY平面位置进行调节，调节完成后，再通过两第一调节螺钉及两第二调节螺钉将连接筒5顶紧。可通过驱动调节镜筒13沿Z向运动，调节成像清晰度。可见，本实施例提供的光机结构可进行四自由度调节操作，满足实际的调节需求。
本实施例提供的光机结构用于进行聚焦调焦操作中时，在激光切割、焊接等设备中，可将连接筒5通过转接法兰圈等连接到切割头或焊接头的喷气头上，同样可通过调节连接筒5在XY平面内的位置及调节镜筒13在Z向上的位置，达到调节的需求。
本实施例提供的光机结构用于进行调节准直光路操作中时，通过调节镜筒13在Z向上的位置，当激光近似于平行光束时，调节完成。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光学调节组件，其特征在于：包括导向基准筒和连接筒，所述导向基准筒的轴向与所述连接筒的轴向平行且以该轴向为Z向；
所述导向基准筒具有用于安装调节镜筒的滑动导向腔，且连接有用于驱动所述调节镜筒沿Z向在所述滑动导向腔内往复移动的驱动机构；
所述连接筒用于与待调节的激光加工设备的对应部件连接，所述连接筒通过固定机构固定于所述导向基准筒的激光入口端，所述固定机构包括用于调节所述连接筒在X Y平面内的位置的调节单元；
所述连接筒内腔与所述滑动导向腔连通形成沿Z向的激光光路通道。
2.如权利要求1所述的光学调节组件，其特征在于：沿Z向在所述导向基准筒的侧壁上开设有导向槽；所述驱动机构包括调节环、连接单元及驱动单元，所述连接单元用于连接所述调节环与所述调节镜筒，所述驱动单元与所述调节环连接并用于驱动所述调节环沿所述导向槽往复运动。
3.如权利要求2所述的光学调节组件，其特征在于：所述驱动单元包括环形调节手轮、第一限位结构和第二限位结构，所述第一限位结构用于防止所述调节环发生绕自身轴线的转动运动，所述第二限位结构用于防止所述环形调节手轮发生沿Z向的运动，所述导向基准筒、所述调节环与所述环形调节手轮由内而外依次套接，所述调节环与所述环形调节手轮螺纹配合。
4.如权利要求3所述的光学调节组件，其特征在于：所述导向槽为腰圆型槽，所述第一限位机构包括为沿Z向滑设于所述腰圆型槽内的腰圆型板，所述腰圆型板的长度小于所述腰圆型槽的长度，所述连接单元连接所述调节环和所述腰圆型板后再用于与所述调节镜筒连接。
5.如权利要求3所述的光学调节组件，其特征在于：所述导向基准筒外壁呈台阶环结构，且其小直径段位于其大直径段远离所述连接筒的一端；所述调节环及所述环形调节手轮均套接于所述小直径段上。
6.如权利要求5所述的光学调节组件，其特征在于：所述第二限位结构包括螺接于所述小直径段外壁上的环形连接外壳，所述环形调节手轮一端与所述导向基准筒的台阶面抵接，另一端与所述环形连接外壳抵接。
7.如权利要求6所述的光学调节组件，其特征在于：所述环形连接外壳包括直筒形壳体和凸出连接环，所述凸出连接环位于所述直筒形壳体的靠近所述环形调节手轮的一端且自所述直筒形壳体的内壁向其中心方向凸起而成，所述凸出连接环与所述小直径段外壁螺接；
所述第二限位结构还包括预紧压紧环，所述预紧压紧环嵌装于所述直筒形壳体与所述小直径段之间，且与所述小直径段螺接；于所述直筒形壳体上开设有用于穿设锁紧螺钉以锁紧所述预紧压紧环的至少一个螺纹孔。
8.如权利要求1所述的光学调节组件，其特征在于：所述连接筒的外壁具有一沿XY平面设置的环形承压面；
所述固定机构还包括压紧调节圈，所述压紧调节圈包括相互连接的环状连接部分和环状压紧部分，所述环状连接部分沿Z向设置且与所述导向基准筒的激光入口端固连，所述环状压紧部分沿XY平面设置，且压合于所述环形承压面上。
9.如权利要求8所述的光学调节组件，其特征在于：在XY平面内，所述环状压紧部分与所述连接筒的外壁间隙配合；
所述调节单元包括沿X向对置的两个第一调节螺钉和沿Y向对置的两个第二调节螺钉，两所述第一调节螺钉及两所述第二调节螺钉均穿设于所述环状连接部分或所述环状压紧部分上。
10.一种光机结构，其特征在于：包括调节镜筒及如权利要求1至9中任一项所述的光学调节组件，所述调节镜筒安装于所述滑动导向腔内，所述调节镜筒的轴向平行于Z向；所述调节镜筒内安装有光学透镜。
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