CN108957735B - 大口径类光阑调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径类光阑调节装置，包括安装架，所述安装架内设置有光阑调节机构和用于驱动光阑调节机构转动以改变其口径大小的驱动装置；所述光阑调节机构包括主动轮和从动轮，所述主动轮与从动轮的外周通过若干个沿周向间隔布置的滚轮轴固定连接形成笼式结构；所述主动轮与从动轮的内腔中设置有口径调节组件，所述口径调节组件包括螺旋固定环和若干个沿螺旋固定环周向间隔布置的光阑片，若干个所述光阑片的中部围成口径大小可调的通光孔。本发明通过驱动装置驱动光阑调节机构转动以改变其口径大小，而且光阑片上设置有用于感知光束信号的感光器，通过感光器感知光束信号反馈至控制中心，从而实现通光孔的口径大小可连续、自动调节。

Description

大口径类光阑调节装置

技术领域

本发明涉及光阑调节装置，具体地指一种大口径类光阑调节装置。

背景技术

在高功率激光器的研究过程，需开展光束光斑的性能验证，光斑大小是反馈激光器性能好坏的一项重要指标。目前国内外关于激光光斑大小的测量方法主要有烧蚀法、CCD测量法、光斑阵列探测器法、环形刀口法等，基于上述测试方法的光斑参数测试设备主要有光斑分析仪、光束轮廓分析仪等。其中，顶尖科仪股份有限公司代理的以色列DumaOptronics光斑分析仪，可对激光光束的光斑大小，形状和能量分布等参数进行分析与测试，同时可连接电脑对分析结果进行二维或三维显示，其探测器类型主要有CCD型探测分析仪、亚毫米光束分析仪、刀口法类型分析仪，探测器尺寸为0.5～1英寸多个规格。东隆科技有限公司代理的德国Beam Monitor激光光束轮廓分析仪是基于旋转镜扫描原理的一款适用于非聚焦激光光斑直径及位置的快速测量仪器，通过能量强度分布可以确定光束的尺寸及位置，孔径范围为50mm、60mm、100mm可选的三种规格。

然而，现有的光斑口径测量设备的测试口径相对较小，且口径大小固定、不可调节，无法满足远场试验时到靶光斑尺寸的连续性测量，同时，其设备的感光测试面可承受的激光功率密度阈值较小，无法满足高功率激光光斑参数的测量及分析测试。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种大口径类光阑调节装置，该装置能够实现调节通光孔的口径大小，满足高功率激光光斑参数的测量及分析测试。

为实现上述目的，本发明所设计的大口径类光阑调节装置，包括安装架，所述安装架内设置有光阑调节机构和用于驱动光阑调节机构转动以改变其口径大小的驱动装置；

所述光阑调节机构包括主动轮和从动轮，所述主动轮与从动轮的外周通过若干个沿周向间隔布置的滚轮轴固定连接形成笼式结构；

所述主动轮与从动轮的内腔中设置有口径调节组件，所述口径调节组件包括螺旋固定环和若干个沿螺旋固定环周向间隔布置的光阑片，若干个所述光阑片的中部围成口径大小可调的通光孔；

所述光阑片的固定端与螺旋固定环的外周固定连接，所述光阑片的活动端穿设在滚轮轴上，且可在驱动装置的驱动作用下带动光阑片的活动端旋转以改变通光孔的口径大小；所述光阑片上设置有用于感知光束信号的感光器。

进一步地，所述驱动装置包括行星齿轮和用于驱动行星齿轮转动的驱动电机，所述驱动电机设置在安装架的一侧底部，所述行星齿轮设置在驱动电机的上方，所述驱动电机通过同步传动组件与行星齿轮传动连接；所述主动轮的外圈设置有与行星齿轮相啮合的外齿。

进一步地，所述同步传动组件包括主动带轮、从动带轮以及传动轴，所述主动带轮穿设在驱动电机的输出轴上与其固定连接，所述从动带轮和行星齿轮均固定穿设在传动轴上，所述主动带轮与从动带轮之间通过同步带传动连接。

进一步地，所述同步传动组件还包括用于安装传动轴的支座，所述传动轴的两端与支座转动连接，所述支座的顶部与安装架固定连接，所述安装架上还设置有与支座的一侧抵接用于压紧行星齿轮与外齿相啮合的调节弹簧柱塞。

进一步地，所述驱动电机的底部设置有用于调节其安装高度的底座组件，所述底座组件包括固定座和滑动座，所述固定座的中部设置有用于供滑动座上下滑动的滑槽，所述固定座的底部设置有调节螺杆，所述调节螺杆的顶端贯穿固定座的底部伸入滑槽内与滑动座的底部螺纹连接。

进一步地，所述螺旋固定环包括固定环和与固定环固定连接的螺旋架，所述固定环设置在主动轮的内圈且两者间隙配合，所述固定环通过螺钉与安装架固定连接；所述螺旋架由若干段弧形杆的首尾端依次叠接形成环形阶梯式结构，所述螺旋架的一端侧面与固定环固定连接。

进一步地，所述光阑片呈半圆环状，所述光阑片的固定端与螺旋架固定连接，所述光阑片的活动端设置有腰型孔，所述腰型孔穿设在滚轮轴上且可绕其转动。

进一步地，所述滚轮轴包括中心轴和套设在中心轴上的滚轮，所述中心轴的一端与主动轮固定连接，所述中心轴的另一端与从动轮固定连接。

再进一步地，所述主动轮上设置有第一行程限位感应片和第二行程限位感应片，所述安装架上设置有与第一行程限位感应片配合使用的第一限位装置和与第二行程限位感应片配合使用的第二限位装置。

更进一步地，所述安装架的两侧设置有手柄，所述安装架的外侧设置有蒙皮壳体。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

其一，本发明的大口径类光阑调节装置设计有光阑调节机构和驱动装置，可以通过驱动装置驱动光阑调节机构转动以改变其口径大小，而且光阑片上设置有用于感知光束信号的感光器，通过感光器感知光束信号反馈至控制中心，通过中心控制程序，实现感光自动调节口径大小，从而实现通光孔的口径大小可连续、自动调节，且口径大小可实时反馈。

其二，本发明的螺旋固定环包括固定环和与固定环固定连接的螺旋架，螺旋架由若干段弧形杆的首尾端依次叠接形成环形阶梯式结构，通过大量仿真计算将螺旋架采用递增环形阶梯式结构设计，可以适应光阑片重叠安装且不会相互干扰，为光阑片的组合运动留出空间，实现大型厚板光阑片的固定端的安装及组合。

其三，本发明的光阑片呈半圆环状，光阑片的固定端与螺旋架固定连接，光阑片的活动端设置有腰型孔，腰型孔穿设在滚轮轴上且可绕其转，在外周以滑动形式实现联动，实现口径大小变换始终保持为圆形不变。

其四，本发明的驱动装置设计有驱动电机，驱动电机与通过同步传动组件与行星齿轮传动连接，通过同步传动组件传动实现异位安装、吸收齿轮传动冲击，而且可以起到减速作用，保证装置运行的稳定性。

附图说明

图1为一种大口径类光阑调节装置的示意图；

图2为图1所示大口径类光阑调节装置的内部结构示意图；

图3为图2中光阑调节机构的放大结构示意图；

图4为图2中驱动装置的放大结构示意图；

图5为图4中驱动电机和底座组件的放大结构示意图；

图6为图5中所示驱动电机和底座组件的剖视结构示意图；

图7为图4中同步传动组件的放大结构示意图；

图8为图2中螺旋固定环的放大结构示意图；

图9为图8所示螺旋固定环的侧视结构示意图；

图10为图2中光阑片的放大结构示意图；

图11为图2中滚轮轴的放大结构示意图；

图中，安装架1、光阑调节机构2主动轮2.1、从动轮2.2、滚轮轴2.3、中心轴2.31、滚轮2.32、口径调节组件2.4、螺旋固定环2.41、固定环2.411、螺旋架2.412、弧形杆2.413、光阑片2.42、腰型孔2.421、通光孔2.43、驱动装置3行星齿轮3.1、驱动电机3.2、同步传动组件3.3、主动带轮3.31、从动带轮3.32、传动轴3.33、同步带3.34、支座3.35、调节弹簧柱塞3.36、底座组件3.4、固定座3.41、滑动座3.42、滑槽3.43、调节螺杆3.44、感光器4、第一行程限位感应片5.1、第二行程限位感应片5.2、第一限位装置6.1、第二限位装置6.2、手柄7、蒙皮壳体8。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1～3所示的大口径类光阑调节装置，包括安装架1，安装架1内设置有光阑调节机构2和用于驱动光阑调节机构2转动以改变其口径大小的驱动装置3；光阑调节机构2包括主动轮2.1和从动轮2.2，主动轮2.1与从动轮2.2的外周通过若干个沿周向间隔布置的滚轮轴2.3固定连接形成笼式结构；主动轮2.1与从动轮2.2的内腔中设置有口径调节组件2.4，口径调节组件2.4包括螺旋固定环2.41和若干个沿螺旋固定环2.41周向间隔布置的光阑片2.42，若干个光阑片2.42的中部围成口径大小可调的通光孔2.43；光阑片2.42的固定端与螺旋固定环2.41的外周固定连接，光阑片2.42的活动端穿设在滚轮轴2.3上，且可在驱动装置3的驱动作用下带动光阑片2.42的活动端旋转以改变通光孔2.43的口径大小；光阑片2.42上设置有用于感知光束信号的感光器4，通过感光器4感知光束信号反馈至控制中心，通过中心控制程序，实现感光自动调节口径大小。主动轮2.1上设置有第一行程限位感应片5.1和第二行程限位感应片5.2，安装架1上设置有与第一行程限位感应片5.1配合使用的第一限位装置6.1和与第二行程限位感应片5.2配合使用的第二限位装置6.2，将通光口径尺寸进行了最小值(位于第一限位装置6.1处)和最大值(位于第二限位装置6.2处)两种极限位置的限定，通光孔2.43的口径调节范围可由0mm调整至350mm，调节精度可达到1mm，以确保整个设备的安全性。安装架1的两侧设置有手柄7，安装架1的外侧设置有蒙皮壳体8。

如图4所示，驱动装置3包括行星齿轮3.1和用于驱动行星齿轮3.1转动的驱动电机3.2，驱动电机3.2设置在安装架1的一侧底部，行星齿轮3.1设置在驱动电机3.2的上方，驱动电机3.2通过同步传动组件3.3与行星齿轮3.1传动连接；主动轮2.1的外圈设置有与行星齿轮3.1相啮合的外齿2.5。外齿2.5加工成直齿，与行星齿轮3.1组合减速，齿数比385：19。同步传动组件3.3包括主动带轮3.31、从动带轮3.32以及传动轴3.33，主动带轮3.31穿设在驱动电机3.2的输出轴上与其固定连接，从动带轮3.32和行星齿轮3.1均固定穿设在传动轴3.33上，主动带轮3.31与从动带轮3.32之间通过同步带3.34传动连接，通过同步传动组件3.3传动实现异位安装、吸收齿轮传动冲击、并进一步减速，同步带轮齿数比72：14。

如图5和图6所示，驱动电机3.2的底部设置有用于调节其安装高度的底座组件3.4，底座组件3.4包括固定座3.41和滑动座3.42，固定座3.41的中部设置有用于供滑动座3.42上下滑动的滑槽3.43，固定座3.41的底部设置有调节螺杆3.44，调节螺杆3.44的顶端贯穿固定座3.41的底部伸入滑槽3.43内与滑动座3.42的底部螺纹连接。根据实际使用情况，同步带3.34需要调整张紧，但空间有限不适合布置张紧轮，因此将驱动电机3.2和主动带轮3.31安装于底座组件3.4上代替张紧轮，通过调节其安装高度来实现步带3.34的张紧。

如图7所示，同步传动组件3.3还包括用于安装传动轴3.33的支座3.35，传动轴3.33的两端与支座3.35转动连接，支座3.35的顶部与安装架1固定连接，安装架1上还设置有与支座3.35的一侧抵接用于压紧行星齿轮3.1与外齿2.5相啮合的调节弹簧柱塞3.36。弹簧柱塞3.36从背部适当压紧传动部件行星齿轮和外齿，允许外齿在一定的圆周跳动，同时保证齿轮啮合。

如图8和图9所示，螺旋固定环2.41包括固定环2.411和与固定环2.411固定连接的螺旋架2.412，固定环2.411设置在主动轮2.1的内圈且两者间隙配合，固定环2.411通过螺钉与安装架1固定连接；螺旋架2.412由若干段弧形杆2.413的首尾端依次叠接形成环形阶梯式结构，螺旋架2.412的一端侧面与固定环2.411固定连接。由于大口径类光阑调节机构在使用过程中一方面要保证调节后的口径始终为圆形便于模拟激光光斑，另一方面还需考虑高能激光长时间作用到装置表面不使其损坏。为适应大口径高功率激光试验，本光阑调节机构采用大尺寸、厚板的光阑片2.42，因厚板无法做到传统薄片的交叠安装、两面转轴，重新研究了光阑片的安装、组合、运动方式。这样，通过大量仿真计算将螺旋架2.412采用递增环形阶梯式结构设计，可以适应光阑片重叠安装且不会相互干扰，为光阑片2.42的组合运动留出空间，实现大型厚板光阑片的固定端的安装及组合。

如图10所示，光阑片2.42呈半圆环状，数量为12片。光阑片2.42的固定端与螺旋架2.412固定连接，光阑片2.42的活动端设置有腰型孔2.421，腰型孔2.421穿设在滚轮轴2.3上且可绕其转动。通过在光阑片2.42的活动端设置有腰型孔2.421向外延伸，在外周以滑动形式实现联动，实现口径大小变换始终保持为圆形不变。

如图11所示，滚轮轴2.3包括中心轴2.31和套设在中心轴2.31上的滚轮2.32，中心轴2.31的一端与主动轮2.1固定连接，中心轴2.31的另一端与从动轮2.2固定连接，这样，滚轮2.32与光阑片的腰型孔2.421组合实现光阑片2.42的约束运动，主动轮2.1和从动轮2.2的同轴度由中心轴2.31定位保证，轴向限位使用中心轴2.31上的台阶限位，两侧摩擦面垫有聚四氟乙烯垫来减小摩擦。

以上仅为本发明的具体实施方式，应当指出，其余未详细说明的内容为现有技术，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光阑调节装置，包括安装架(1)，其特征在于：所述安装架(1)内设置有光阑调节机构(2)和用于驱动光阑调节机构(2)转动以改变其口径大小的驱动装置(3)；

所述光阑调节机构(2)包括主动轮(2.1)和从动轮(2.2)，所述主动轮(2.1)与从动轮(2.2)的外周通过若干个沿周向间隔布置的滚轮轴(2.3)固定连接形成笼式结构；

所述主动轮(2.1)与从动轮(2.2)的内腔中设置有口径调节组件(2.4)，所述口径调节组件(2.4)包括螺旋固定环(2.41)和若干个沿螺旋固定环(2.41)周向间隔布置的光阑片(2.42)，若干个所述光阑片(2.42)的中部围成口径大小可调的通光孔(2.43)；

所述光阑片(2.42)的固定端与螺旋固定环(2.41)的外周固定连接，所述光阑片(2.42)的活动端穿设在滚轮轴(2.3)上，且可在驱动装置(3)的驱动作用下带动光阑片(2.42)的活动端旋转以改变通光孔(2.43)的口径大小；所述光阑片(2.42)上设置有用于感知光束信号的感光器(4)；

所述驱动装置(3)包括行星齿轮(3.1)和用于驱动行星齿轮(3.1)转动的驱动电机(3.2)，所述驱动电机(3.2)设置在安装架(1)的一侧底部，所述行星齿轮(3.1)设置在驱动电机(3.2)的上方，所述驱动电机(3.2)通过同步传动组件(3.3)与行星齿轮(3.1)传动连接；所述主动轮(2.1)的外圈设置有与行星齿轮(3.1)相啮合的外齿(2.5)；

所述螺旋固定环(2.41)包括固定环(2.411)和与固定环(2.411)固定连接的螺旋架(2.412)，所述固定环(2.411)设置在主动轮(2.1)的内圈且两者间隙配合，所述固定环(2.411)通过螺钉与安装架(1)固定连接；所述螺旋架(2.412)由若干段弧形杆(2.413)的首尾端依次叠接形成环形阶梯式结构，所述螺旋架(2.412)的一端侧面与固定环(2.411)固定连接；

所述主动轮(2.1)上设置有第一行程限位感应片(5.1)和第二行程限位感应片(5.2)，所述安装架(1)上设置有与第一行程限位感应片(5.1)配合使用的第一限位装置(6.1)和与第二行程限位感应片(5.2)配合使用的第二限位装置(6.2)。

2.根据权利要求1所述的光阑调节装置，其特征在于：所述同步传动组件(3.3)包括主动带轮(3.31)、从动带轮(3.32)以及传动轴(3.33)，所述主动带轮(3.31)穿设在驱动电机(3.2)的输出轴上与其固定连接，所述从动带轮(3.32)和行星齿轮(3.1)均固定穿设在传动轴(3.33)上，所述主动带轮(3.31)与从动带轮(3.32)之间通过同步带(3.34)传动连接。

3.根据权利要求2所述的光阑调节装置，其特征在于：所述同步传动组件(3.3)还包括用于安装传动轴(3.33)的支座(3.35)，所述传动轴(3.33)的两端与支座(3.35)转动连接，所述支座(3.35)的顶部与安装架(1)固定连接，所述安装架(1)上还设置有与支座(3.35)的一侧抵接用于压紧行星齿轮(3.1)与外齿(2.5)相啮合的调节弹簧柱塞(3.36)。

4.根据权利要求3所述的光阑调节装置，其特征在于：所述驱动电机(3.2)的底部设置有用于调节其安装高度的底座组件(3.4)，所述底座组件(3.4)包括固定座(3.41)和滑动座(3.42)，所述固定座(3.41)的中部设置有用于供滑动座(3.42)上下滑动的滑槽(3.43)，所述固定座(3.41)的底部设置有调节螺杆(3.44)，所述调节螺杆(3.44)的顶端贯穿固定座(3.41)的底部伸入滑槽(3.43)内与滑动座(3.42)的底部螺纹连接。

5.根据权利要求1～4任一项所述的光阑调节装置，其特征在于：所述光阑片(2.42)呈半圆环状，所述光阑片(2.42)的固定端与螺旋架(2.412)固定连接，所述光阑片(2.42)的活动端设置有腰型孔(2.421)，所述腰型孔(2.421)穿设在滚轮轴(2.3)上且可绕其转动。

6.根据权利要求1～4任一项所述的光阑调节装置，其特征在于：所述滚轮轴(2.3)包括中心轴(2.31)和套设在中心轴(2.31)上的滚轮(2.32)，所述中心轴(2.31)的一端与主动轮(2.1)固定连接，所述中心轴(2.31)的另一端与从动轮(2.2)固定连接。

7.根据权利要求1～4任一项所述的光阑调节装置，其特征在于：所述安装架(1)的两侧设置有手柄(7)，所述安装架(1)的外侧设置有蒙皮壳体(8)。

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