CN110385435B - 一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构，包括壳体部分、调节机构，调节机构安装在壳体部分上，壳体部分上设有QBH接头、固定镜、光路导向件，固定镜配合QBH接头，调节机构上设有配合固定镜的活动镜，光路导向件配合活动镜；调节机构包括直线机构、转动机构，直线机构为丝杠螺母机构，丝杠安装在壳体部分上，转动机构安装在螺母上，活动镜安装在转动机构上。在实际工作过程中，整个调节机构是在数控系统控制下驱动下进行位置移动，激光束从光路导向件输出，激光束相对于光路导向件的位置不变，由调节机构驱动活动镜平移和角度转动，进而改变加工位置的光斑直径，采用丝杠螺母机构可以满足精确平移的需求。
Description
技术领域
本发明涉及激光控制调节技术领域，具体地说是一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构。
背景技术
国内现有的金属激光增材制造设备整体技术成熟度不高，相对于传统技术制造而言还有相当大的提高空间；目前金属激光增材制造设备中激光涂覆头采用高功率激光，增材位置所需材料多少需要激光光斑的大小来控制。
理想情况下，类似于数控加工中心的加工，将被加工物体的三维尺寸输入设备的数控系统，系统通过机械机构控制光束的光斑大小变化进行增材加工，但是目前由于国内这类设备大多处于研究阶段，大多还不成熟，实际应用较少。
一般的是通过机械机构驱动反光镜的移动和转动来改变激光的光斑，但是执行激光光斑大小变化的结构调节精度不高且多是手动调节其大小，容易导致成形零件精度不高且效率较低。目前对于此项技术设备的研究不够深入，造成了金属激光增材制造设备的制造的各种问题。
发明内容
本发明就是为了解决现有技术存在的上述不足，提供一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构，在实际工作过程中，整个调节机构是在数控系统控制下驱动下进行位置移动，激光束从光路导向件输出，激光束相对于光路导向件的位置不变，由调节机构驱动活动镜平移和角度转动，进而改变加工位置的光斑直径，采用丝杠螺母机构可以满足精确平移的需求。转动机构采用小齿轮驱动大齿轮，保证了转动缓慢而精确。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构，包括壳体部分、调节机构，调节机构安装在壳体部分上，壳体部分上设有QBH接头、固定镜、光路导向件，固定镜配合QBH接头，调节机构上设有配合固定镜的活动镜，光路导向件配合活动镜；
调节机构包括直线机构、转动机构，直线机构为丝杠螺母机构，丝杠安装在壳体部分上，转动机构安装在螺母上，活动镜安装在转动机构上。
所述的壳体部分包括支撑板、围板，所述的直线机构安装在支撑板上，支撑板四周设有围板，QBH接头、固定镜、光路导向件均设在围板上，激光束由QBH接头发出，依次经过固定镜、活动镜、光路导向件，由光路导向件输出。
所述的直线机构包括机构安装架、导轨、丝杠、配合丝杠的螺母、平移电机，导轨、丝杠相互平行安装在机构安装架上，平移电机驱动连接丝杠，机构安装架安装在支撑板上，螺母滑动设在导轨上，螺母上安装有大底板，大底板上设有转动机构。
所述的平移电机安装在支撑板上，平移电机通过同步轮和同步带配合驱动连接丝杠。
所述的机构安装架上设有直线光电开关，大底板上设有配合直线光电开关的直线挡片。
所述的转动机构包括旋转电机、大齿轮、转轴支架、转轴，转轴支架安装在大底板上，转轴安装在转轴支架上，大齿轮安装在转轴一端，旋转电机安装在大底板上，旋转电机通过电机轴端设置的齿轮驱动连接大齿轮；
转轴另一端安装有镜支架，镜支架上安装有活动镜。
所述的转轴上安装有旋转挡片，大底板上安装有配合旋转挡片的旋转光电开关。
所述的壳体部分安装有水冷接头，所述的固定镜、活动镜均为铜材质，固定镜、活动镜内部均设有冷却管路，冷却管路通过冷却水孔与外界相连，水冷接头通过管路连接冷却水孔。
本发明的有益效果是：
1、在实际工作过程中，整个调节机构是在数控系统控制下驱动下进行位置移动，激光束从光路导向件输出，激光束相对于光路导向件的位置不变，由调节机构驱动活动镜平移和角度转动，进而改变加工位置的光斑直径，采用丝杠螺母机构可以满足精确平移的需求。转动机构采用小齿轮驱动大齿轮，保证了转动缓慢而精确。
2、壳体部分主要是起到一个模块化支架的作用，有用来安装设备的支撑板，另一个是遮挡高强度激光的围板，在围板上设置相应改变光路的固定镜、光路导向件，保证了激光传递不受干扰，同时可以使得数控系统驱动整个机构更加稳定。
3、平移电机采用伺服电机，丝杠螺母机构采用滚珠丝杠，驱动丝杠螺母机构，保证了机构运转的精度，再加上导轨的配合，增加了机构平移的稳定性。
4、为了节省空间，我们采用平移电机和丝杠平行放置，采用同步带和同步轮驱动，同时为了保证机构出现故障时有相关的警报，在安装架上设有直线光电开关，大底板上设有配合直线光电开关的直线挡片，直线光电开关为对射式光电开关，采取直线挡片遮挡对射空间即为超出极限行程，然后数控系统就控制机构停止工作，简单易行，稳定，不易出现故障。
5、旋转电机也为伺服电机，通过小齿轮驱动大齿轮带动活动镜转动，保证了驱动精度，同时设置和直线光电开关相同的旋转光电开关，配合以旋转挡片；旋转挡片遮挡对射空间则为正常，反之则故障报警，简单易行，稳定，不易出现故障。
附图说明
图1为本发明直线机构、转动机构装配视图；
图2为本发明直线机构、转动机构爆炸视图；
图3为本发明整体装配视图；
图4为本发明导轨、丝杠一侧视图；
图5为本发明直线光电开关、直线挡片配合视图。
图中：1-壳体部分，2-直线机构，3-转动机构，11-支撑板，12-围板，13-QBH接头，14-固定镜，15-光路导向件，16-水冷接头，21-平移电机，22-导轨，23-丝杠，24-螺母，25-大底板，26-机构安装架，27-直线光电开关，28-直线挡片，29-同步轮，31-旋转电机，32-大齿轮，33-转轴支架，34-转轴，35-镜支架，36-活动镜，37-冷却水孔，38-旋转光电开关，39-旋转挡片。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构，包括壳体部分1、调节机构，调节机构安装在壳体部分1上，壳体部分1上设有QBH接头13、固定镜14、光路导向件15，固定镜14配合QBH接头13，调节机构上设有配合固定镜14的活动镜36，光路导向件15配合活动镜36；
调节机构包括直线机构2、转动机构3，直线机构2为丝杠螺母机构，丝杠23安装在壳体部分1上，转动机构3安装在螺母24上，活动镜36安装在转动机构3上。
如附图3所示，在实际工作过程中，整个调节机构是在数控系统控制下驱动下进行位置移动，激光束从光路导向件15输出，激光束相对于光路导向件15的位置不变，由调节机构驱动活动镜36平移和角度转动，进而改变加工位置的光斑直径，采用丝杠螺母机构可以满足精确平移的需求。转动机构采用小齿轮驱动大齿轮32，保证了转动缓慢而精确。
如附图3所示，所述的壳体部分1包括支撑板11、围板12，所述的直线机构2安装在支撑板11上，支撑板11四周设有围板12，QBH接头13、固定镜14、光路导向件15均设在围板12上，激光束由QBH接头13发出，依次经过固定镜14、活动镜36、光路导向件15，由光路导向件15输出。
壳体部分1主要是起到一个模块化支架的作用，有用来安装设备的支撑板11，另一个是遮挡高强度激光的围板12，在围板12上设置相应改变光路的固定镜14、光路导向件15，保证了激光传递不受干扰，同时可以使得数控系统驱动整个机构更加稳定。
所述的直线机构2包括机构安装架26、导轨22、丝杠23、配合丝杠23的螺母24、平移电机21，导轨22、丝杠23相互平行安装在机构安装架26上，平移电机21驱动连接丝杠23，机构安装架26安装在支撑板11上，螺母24滑动设在导轨22上，螺母24上安装有大底板25，大底板25上设有转动机构3。
平移电机21采用伺服电机，丝杠螺母机构采用滚珠丝杠，驱动丝杠螺母机构，保证了机构运转的精度，再加上导轨22的配合，增加了机构平移的稳定性。
所述的平移电机21安装在支撑板11上，平移电机21通过同步轮29和同步带配合驱动连接丝杠23。所述的机构安装架26上设有直线光电开关27，大底板25上设有配合直线光电开关27的直线挡片28。
为了节省空间，我们采用平移电机21和丝杠23平行放置，采用同步带和同步轮29驱动，同时为了保证机构出现故障时有相关的警报，在机构安装架26上设有两个直线光电开关27，大底板25上设有配合直线光电开关27的直线挡片28，直线光电开关27为对射式光电开关，采取直线挡片28遮挡对射空间即为超出极限行程，然后数控系统就控制机构停止工作，简单易行，稳定，不易出现故障。
所述的转动机构3包括旋转电机31、大齿轮32、转轴支架33、转轴34，转轴支架33安装在大底板25上，转轴34安装在转轴支架33上，大齿轮32安装在转轴34一端，旋转电机31安装在大底板25上，旋转电机31通过电机轴端设置的齿轮驱动连接大齿轮32；
转轴34另一端安装有镜支架35，镜支架35上安装有活动镜36。
所述的转轴34上安装有旋转挡片39，大底板25上安装有配合旋转挡片39的旋转光电开关38。
旋转电机31也为伺服电机，通过小齿轮驱动大齿轮32带动活动镜36转动，保证了驱动精度，同时设置和直线光电开关27相同的旋转光电开关38，配合以旋转挡片39；旋转挡片39遮挡对射空间则为正常，反之则故障报警，简单易行，稳定，不易出现故障。
所述的壳体部分1安装有水冷接头16，所述的固定镜14、活动镜36均为铜材质，固定镜14、活动镜36内部均设有冷却管路，冷却管路通过冷却水孔37与外界相连，水冷接头16通过管路连接冷却水孔37。
铜材质易加工，也适用于大功率的激光，增加水冷管路进行冷却，QBH接头13为水冷接头，这样不会出现设备温度过高的情况。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构，其特征是，包括壳体部分、调节机构，调节机构安装在壳体部分上，壳体部分上设有QBH接头、固定镜、光路导向件，固定镜配合QBH接头，调节机构上设有配合固定镜的活动镜，光路导向件配合活动镜；
调节机构包括直线机构、转动机构，直线机构为丝杠螺母机构，丝杠安装在壳体部分上，所述的壳体部分包括支撑板，所述的直线机构安装在支撑板上，所述的直线机构包括机构安装架、导轨、丝杠、配合丝杠的螺母、平移电机，导轨、丝杠相互平行安装在机构安装架上，平移电机驱动连接丝杠，机构安装架安装在支撑板上，螺母滑动设在导轨上，螺母上安装有大底板，大底板上设有转动机构，活动镜安装在转动机构上；
所述的转动机构包括旋转电机、大齿轮、转轴支架、转轴，转轴支架安装在大底板上，转轴安装在转轴支架上，大齿轮安装在转轴一端，旋转电机安装在大底板上，旋转电机通过电机轴端设置的齿轮驱动连接大齿轮。
2.根据权利要求1所述的一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构，其特征是，所述的壳体部分还包括围板，支撑板四周设有围板，QBH接头、固定镜、光路导向件均设在围板上，激光束由QBH接头发出，依次经过固定镜、活动镜、光路导向件，由光路导向件输出。
3.根据权利要求1所述的一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构，其特征是，所述的机构安装架上设有直线光电开关，大底板上设有配合直线光电开关的直线挡片。
4.根据权利要求3所述的一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构，其特征是，转轴另一端安装有镜支架，镜支架上安装有活动镜。
5.根据权利要求4所述的一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构，其特征是，所述的转轴上安装有旋转挡片，大底板上安装有配合旋转挡片的旋转光电开关。
6.根据权利要求1所述的一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构，其特征是，所述的平移电机安装在支撑板上，平移电机通过同步轮和同步带配合驱动连接丝杠。
7.根据权利要求2所述的一种电机控制激光变焦光斑自动调节机构，其特征是，所述的壳体部分安装有水冷接头，所述的固定镜、活动镜均为铜材质，固定镜、活动镜内部均设有冷却管路，冷却管路通过冷却水孔与外界相连，水冷接头通过管路连接冷却水孔。
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