CN109048051A - 一种三维可调式激光束扩束聚焦装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维可调式的激光束扩束聚焦装置，包括第一透镜臂、第二透镜臂、第三透镜臂和固定板，固定板中间区域为电磁铁，第一透镜臂通过螺母将其直接安装固定在固定板上，第二透镜臂通过磁力与固定板连接，并可在电磁铁区域内调整其位置，第三透镜臂在齿轮啮合的辅助之下于固定板外缘一侧的圆弧槽内移动，位置确定后以螺母锁紧固定，且三者均设置伸缩杆以进行透镜臂的轴向移动，同时透镜也可进行其臂的周向旋转，实现三维可调。通过本发明可以调整透镜位置以克服透镜的制造误差使激光束最大效率地进行扩束聚焦，减少激光能量的损失，也可扩大激光焦点的产生范围。

Description

一种三维可调式激光束扩束聚焦装置

技术领域

本发明涉及光学和机械设计领域，特别涉及一种三维可调式的激光束扩束聚焦装置。

背景技术

在激光加工应用中，不同的场合对激光的光束质量有不同的要求，尤其激光切割和激光打标对光束质量的要求极为严苛，为了获得高质量的激光光束，需采用激光扩束系统以达到更好的聚焦效果，对其进行扩束是为了获得更小的光斑。常用的扩束方式有伽利略法和开普勒法，伽利略扩束镜通常包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜，开普勒扩束镜一般有一个凸透镜作为输入镜片，把实焦距聚焦的光束发送到输出元件上。

目前的扩束聚焦镜会由于其镜片的制造误差和装配误差引起激光能量的损失并影响聚焦焦点的精度，给实际激光加工过程带来不确定性，且激光焦点产生的范围有所限制。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种三维可调式激光束扩束聚焦装置，可以对透镜进行三个维度上的调整及其角度的旋转，克服透镜的制造和装配误差，更有效地对激光束进行扩束聚焦，并可增大激光焦点的产生范围。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种三维可调式激光束扩束聚焦装置，包括第一透镜臂、第二透镜臂、第三透镜臂和固定板，所述第一透镜臂包括第一外杆和第一内杆，所述第一外杆固定安装在所述固定板的上方，所述第一外杆和所述第一内杆可伸缩连接，所述第一内杆上安装第一透镜单元，所述第一透镜单元能够以所述第一透镜臂为轴线旋转；所述第二透镜臂包括接触块，所述接触块吸附在位于所述固定板中部的电磁铁上，所述接触块上安装有第二外杆，第二内杆与第二外杆可伸缩连接，所述第二内杆上安装第二透镜单元，所述第二透镜单元能够以所述第二透镜臂为轴线旋转；所述第三透镜臂包括第三外杆，所述第三外杆安装在位于所述固定板下方的圆弧槽内，所述第三外杆与第三内杆可伸缩连接，所述第三内杆上安装有第三透镜单元，所述第三透镜单元能够以所述第三透镜臂为轴线旋转。

上述方案中，所述固定板的下方还设置有与所述圆弧槽弧度相同的弧形凸台，所述弧形凸台上侧设有内齿轮，所述第三外杆的外表面设有外轮齿，所述内齿轮与所述外齿轮构成齿轮啮合机构。

上述方案中，所述第一外杆上安装有第一紧定螺钉，所述第二外杆上安装有第二紧定螺钉，所述第三外杆上安装有第三紧定螺钉。

上述方案中，所述第一透镜单元包括平凹透镜和第一透镜固定架，所述平凹透镜安装在所述第一透镜固定架中，所述第二透镜单元包括平凸透镜和第二透镜固定架，所述平凸透镜安装在所述第二透镜固定架中，所述第三透镜单元包括聚焦透镜和第三透镜固定架，所述聚焦透镜安装所述第三透镜固定架中。

上述方案中，所述第一透镜固定架开口处放入第一橡胶垫片，所述平凹透镜通过第一螺栓、第一垫圈和第一六角螺母固定在所述第一透镜固定架中；所述第二透镜固定架开口处放入第二橡胶垫片，所述平凸透镜通过第二螺栓、第二垫圈和第二六角螺母固定在所述第二透镜固定架中；所述第三透镜固定架开口处设有放入第三橡胶垫片，所述聚焦透镜通过第三螺栓、第三垫圈和第三六角螺母固定在所述第三透镜固定架中。

本发明的有益效果：1.该装置通过伸缩杆、磁力连接、圆弧槽等赋予调焦更多的灵活性，实现对透镜三个维度上的调整，可以克服透镜的制造误差及其装配误差；2.根据入射方位调整三组透镜臂的位置及透镜单元的旋转角度，可在±30°的范围内产生焦点，突破了在一维方向上产生焦点的局限性；3.第二透镜臂与固定板采用电磁铁连接固定，可通过调整其位置达到调焦的目的，简单方便；4、第三透镜臂位置的调整采用齿轮啮合加以辅助，使调整过程更易控制且精准平稳。

附图说明

图1为三维可调式激光束扩束聚焦装置侧视图。

图2为固定板主视图。

图3为扩束聚焦系统图。

图4为透镜固定架俯视图。

图中：101.第一外杆；102.第一紧定螺钉；103.第一内杆；104.第一六角螺母；105.第一垫圈；106.第一橡胶垫片；107.第一螺栓；108.第一透镜固定架；109.第一弹性垫圈；110.第一螺母；200.接触块；201.第二外杆；202.第二紧定螺钉；203.第二内杆；204.第二六角螺母；205.第二垫圈；206.第二橡胶垫片；207.第二螺栓；208.第二透镜固定架；301.第三外杆；302.第三紧定螺钉；303.第三内杆；304.第三六角螺母；305.第三垫圈；306.第三橡胶垫片；307.第三螺栓；308.第三透镜固定架；309.第三弹性垫圈；310.第三螺母；4.固定板；401.弧形凸台；5.电磁铁；6.平凹透镜；7.平凸透镜；8.聚焦透镜。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种三维可调式激光束扩束聚焦装置，包括第一透镜臂、第二透镜臂、第三透镜臂、固定板4和扩束聚焦系统。所述第一透镜臂包括第一外杆101、第一紧定螺钉102、第一内杆103和第一透镜单元，通过第一弹性垫圈109和第一螺母110将其安装在所述固定板4上端，所述第一透镜单元包括平凹透镜6和第一透镜固定架108，所述平凹透镜6安装在所述第一透镜固定架108中，所述第一透镜固定架108开口处放入第一橡胶垫片106，所述平凹透镜6通过第一螺栓107、第一垫圈105和第一六角螺母104固定在所述第一透镜固定架108中；所述第二透镜臂包括接触块200、第二外杆201、第二紧定螺钉202、第二内杆203和第二透镜单元，接触块200在所述固定板4中部的电磁铁5区域调整位置后通过磁力将其连接固定；所述第二透镜单元包括平凸透镜7和第二透镜固定架208，平凸透镜7安装在所述第二透镜固定架208中，所述第二透镜固定架208开口处放入第二橡胶垫片206，所述平凸透镜7通过第二螺栓207、第二垫圈205和第二六角螺母204固定在所述第二透镜固定架208中；所述第三透镜臂包括第三外杆301、第三紧定螺钉302、第三内杆303和第三透镜单元，第三外杆301安装在位于所述固定板4下方的圆弧槽内，所述固定板4的下方还设置有与所述圆弧槽弧度相同的弧形凸台401（如图2所示），所述弧形凸台401上侧设有内齿轮，所述第三外杆301的外表面设有外轮齿，所述内齿轮与所述外齿轮构成齿轮啮合机构。在内啮合齿轮的辅助之下，所述第三透镜臂在所述固定板4的圆弧槽内调整位置后通过第三弹性垫圈309和第三螺母310将其固定。所述第三透镜单元包括聚焦透镜8和第三透镜固定架308，所述聚焦透镜8安装在所述第三透镜固定架308中，所述第三透镜固定架308开口处设有放入第三橡胶垫片306，所述聚焦透镜8通过第三螺栓307、第三垫圈305和第三六角螺母304固定在所述第三透镜固定架308中。第一外杆101和第一内杆103可伸缩连接，第二内杆203与第二外杆201可伸缩连接，第三外杆301与第三内杆303可伸缩连接，以调整三组透镜单元在各自透镜臂轴线方向上的位置，并分别以第一紧定螺钉102、第二紧定螺钉202、第三紧定螺钉302锁紧止动，三个透镜单元也与各自内杆过渡连接，并可以相应透镜臂为轴线实现周向旋转以调整其角度。

如图3所示，所述扩束聚焦系统包括所述平凹透镜6、所述平凸透镜7、所述聚焦透镜8，激光束先后透过所述平凹透镜6和所述平凸透镜7，激光束经扩束转变成准直平行的光束，使扩束后的激光束经过所述聚焦透镜8后得以聚焦。

如图4所示，所述透镜固定架为带岔口的环形结构，环内表面设有凹槽，用于透镜的安装，岔口处放入橡胶垫片并以螺栓、垫圈和六角螺母将其固定；

根据入射激光与固定板4的距离，调整三组透镜臂的伸缩杆以保证透镜中心和所述固定板4之间的距离与其相等，并用紧定螺钉将其位置进行初步固定，根据入射激光的方向和角度，调整所述第一透镜单元的角度使其正对入射激光，同时调整第二透镜臂在所述固定板4电磁铁5区域的位置及第二透镜单元的角度，这时入射激光经过平凹透镜6和平凸透镜7得到扩束，然后转动第三透镜臂，调整其至圆弧槽合适位置后用螺母310将其锁死固定，最后调整第三透镜单元角度，使扩束后激光束经过聚焦透镜8得以聚焦。

进一步，透镜可能会有制造误差，为了减少激光能量的损失，可继续对其距离和角度进行微调以获得更加理想的激光焦点。

Claims (5)

1.一种三维可调式激光束扩束聚焦装置，其特征在于，包括第一透镜臂、第二透镜臂、第三透镜臂和固定板（4），所述第一透镜臂包括第一外杆（101）和第一内杆（103），所述第一外杆（101）固定安装在所述固定板（4）的上方，所述第一外杆（101）和所述第一内杆（103）可伸缩连接，所述第一内杆（103）上安装第一透镜单元，所述第一透镜单元能够以所述第一透镜臂为轴线旋转；所述第二透镜臂包括接触块（200），所述接触块（200）吸附在位于所述固定板（4）中部的电磁铁（5）上，所述接触块（200）上安装有第二外杆（201），第二内杆（203）与第二外杆（201）可伸缩连接，所述第二内杆（203）上安装第二透镜单元，所述第二透镜单元能够以所述第二透镜臂为轴线旋转；所述第三透镜臂包括第三外杆（301），所述第三外杆（301）安装在位于所述固定板（4）下方的圆弧槽内，所述第三外杆（301）与第三内杆（303）可伸缩连接，所述第三内杆（303）上安装有第三透镜单元，所述第三透镜单元能够以所述第三透镜臂为轴线旋转。

2.根据权利要求1所述的一种三维可调式激光束扩束聚焦装置，其特征在于，所述固定板（4）的下方还设置有与所述圆弧槽弧度相同的弧形凸台（401），所述弧形凸台（4-1）上侧设有内齿轮，所述第三外杆（301）的外表面设有外轮齿，所述内齿轮与所述外齿轮构成齿轮啮合机构。

3.根据权利要求1或2所述的一种三维可调式激光束扩束聚焦装置，其特征在于，所述第一外杆（101）上安装有第一紧定螺钉（102），所述第二外杆（201）上安装有第二紧定螺钉（202），所述第三外杆（301）上安装有第三紧定螺钉（302）。

4.根据权利要求1或2所述的一种三维可调式激光束扩束聚焦装置，其特征在于，所述第一透镜单元包括平凹透镜（6）和第一透镜固定架（108），所述平凹透镜（6）安装在所述第一透镜固定架（108）中，所述第二透镜单元包括平凸透镜（7）和第二透镜固定架（208），所述平凸透镜（7）安装在所述第二透镜固定架（208）中，所述第三透镜单元包括聚焦透镜（8）和第三透镜固定架（308），所述聚焦透镜（8）安装所述第三透镜固定架（308）中。

5.根据权利要求4所述的一种三维可调式激光束扩束聚焦装置，其特征在于，所述第一透镜固定架（108）开口处放入第一橡胶垫片（106），所述平凹透镜（6）通过第一螺栓（107）、第一垫圈（105）和第一六角螺母（104）固定在所述第一透镜固定架（108）中；所述第二透镜固定架（208）开口处放入第二橡胶垫片（206），所述平凸透镜（7）通过第二螺栓（207）、第二垫圈（205）和第二六角螺母（204）固定在所述第二透镜固定架（208）中；所述第三透镜固定架（308）开口处设有放入第三橡胶垫片（306），所述聚焦透镜（8）通过第三螺栓（307）、第三垫圈（305）和第三六角螺母（304）固定在所述第三透镜固定架（308）中。