CN110824723A - 一种光学镜替换辅助装调装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学镜替换辅助装调装置及其使用方法，光路基准模块和镜架夹持调整模块固定在所述的三维升降平台上，整体进行升降、前后及左右三维平移调节。本发明能够快捷方便的实现激光器受损光学镜替换安装，有助于提升激光器研制及返修效率。

Description

一种光学镜替换辅助装调装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其是一种光学镜替换辅助装调装置及其使用方法。

背景技术

激光类产品的快速发展和应用，推动着现代工业的快速发展，促进人类生活质量的提高。目前激光技术被广泛应用于通信、医疗、激光工业加工、新能源和军事航天等领域。激光应用技术的快速发展，对激光器产品技术指标、性能及稳定性等方面提出了更高的要求。当前，安全稳定运行的激光器产品体积、外形及每个光学元件设计与安装上都追求高度稳定和紧凑，减轻激光器重量和体积的同时保证激光性能稳定牢靠，尤其是为了提高激光器系统稳定性，各光学元件机械架都舍弃了光学角度调整结构，装调难度大，对激光器安装工程人员提出了极高要求。在激光器装机及工作时，遇到其中某一光学镜出现损伤时，通常采取的方式是重新换装并整机调整，由于缺乏较好的基准方式，带来激光器镜片换装时工作量增加，导致激光器研制效率下降或返修难度加大。如何提高激光器受损光学件的装调质量和效率，一直是研发人员关注的难点和重点。

目前激光器装调或镜片换装主要是凭借工程人员的装调经验，由于激光器本身的精密性及差异化特点，目前还没有成熟的通用型激光器辅助装调装备，导致激光器受损后返修周期长，维护成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种光学镜替换辅助装调装置及其使用方法，能够快捷方便的实现激光器受损光学镜替换安装，有助于提升激光器研制及返修效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光学镜替换辅助装调装置，包括：三维升降平台、光路基准模块、镜架夹持调整模块；光路基准模块和镜架夹持调整模块固定在所述的三维升降平台上，整体进行升降、前后及左右三维平移调节。

所述的，光路基准模块包括刚性转接板、基准底板、基准光源、反射镜组、平行反光板对、成像CCD；所述的基准底板竖直放置，借助所述的刚性转接板固定在所述的三维升降平台上；基准底板工作面分别固定所述的基准光源、反射镜组、平行反光板对和成像CCD。

优选的，镜架夹持调整模块包括二维平移平台、二维调整架、刚性竖直导轨、镜架机械臂；所述的二维平移平台固定在所述的三维升降台上，二维平移平台上放置所述的二维调整架，二维调整架上固定刚性竖直导轨，并借助竖直导轨连接所述的镜架机械臂。

优选的，光路基准模块为竖直放置的紧凑型长方体模块，借助所述的刚性转接板固定在所述的三维调整平台上，可整体进行精确三维平移调整。

优选的，基准光源为单色性好的高亮度激光源，其输出端有可调节微透镜以保证基准光经待替换安装光学镜反射传输到所述成像CCD视场的光斑为小口径圆光斑，所述的成像CCD具有光衰减功能，可定位出光斑质心位置。

优选的，反射镜组具备二维角度调整能力，可保证基准光投射到待替换安装光学镜合适位置反射后，能以小角度入射到所述的平行反射镜组内多程折返传输并从另一端传输到所述的成像CCD视场内。

优选的，平行反光板对为近似平行反光板对，借助所述基准底板上的平行卡槽固定，两平行反光板对可以沿着卡槽上下方向平移并固定。

优选的，镜架机械臂借助所述的刚性竖直导轨连接所述的二维调整架，并借助所述的二维平移平台整体固定在所述三维调整平台上，镜架机械臂通过所述的二维平移平台、二维调整架及刚性竖直导轨可实现待替换光学镜的三维平移和角度调节。

相应的，一种光学镜替换辅助装调装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)将所述的光学镜替换辅助装调装置，以下简称为辅助装置，放置于待替换光学镜附近，其中所述的光路基准模块通过刚性转接板固定在所述的三维升降台上，调整三维升降台位置，使得所述的光路基准模块的平行反光板对的一面紧贴待替换光学镜架正前方，反射镜组位于待替换光学镜架前25mm处附近；

(2)调整反射镜组，使得基准光照射到待替换光学镜表面未受损处反射，并以约5-10度入射角度进入平行反光板对，基准光经多次折返后从平行反光板对另一端射出，进入所述的CCD内，微调CCD位置，使得基准光位于CCD中心视场位置并标定；

(3)调整所述的镜架夹持调整模块在所述三维升降平台上的位置，使得所述的刚性竖直导轨上的镜架机械臂能够合理抓牢待替换光学镜架；

(4)去掉光学镜架紧固螺丝，将抓牢光学镜架的镜架机械臂沿着所述的刚性竖直导轨向上取出，取下待替换光学镜并换上新镜片，借助镜架机械臂重新沿着刚性竖直导轨将新换装的光学镜架放回待安装位置；

(5)精调二维调整架角度并观察光路基准内的反射基准光位置，使得基准光经光学镜片反射后最终进入CCD视场的最初标定位置，最后固定光学镜架。

本发明的有益效果为：(1)本发明光学镜替换辅助装调装置通用性强，使用方法简单方便，可实现多种激光器尤其是无调整结构的受损光学元器件的高质量快速替换安装；(2)本发明光学镜替换辅助装调装置采用竖直结构光路基准模块，占用空间小、基准及测量精度高，利于多种使用环境下的光学镜精确安装和定位；(3)本发明光学镜替换辅助装调装置采用具有光衰减功能的高精度、大视场CCD定位反射基准光斑质心位置，精度高，响应快；(4)本发明光学镜替换辅助装调装置采用沿竖直导轨行走的镜架机械臂加持光学镜架进行装调，重复性好，操作方便；(5)整个辅助装置装调光学镜时，无需激光器处于工作状态，安全性高，同时整个辅助装置结构简单，组成组件商用广泛，成本低和价值高。

附图说明

图1为本发明的装置立体结构示意图。

图2为本发明的装置前视图。

图3为本发明的装置辅助装调待替换光学镜的原理示意图。

其中，1、三维升降平台；201、刚性转接板；202、基准底板；203、基准光源；204、反射镜组；205、平行反光板对；206、成像CCD；301、二维平移平台；302、二维调整架；303、刚性竖直导轨；304、镜架机械臂。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种光学镜替换辅助装调装置，包括：三维升降平台1、光路基准模块2、镜架夹持调整模块3。

所述的光路基准模块2包括刚性转接板201、基准底板202、基准光源203、反射镜组204、平行反光板对205、成像CCD 206。

所述的镜架夹持调整模块3包括二维平移平台301、二维调整架302、刚性竖直导轨303、镜架机械臂304；

所述的光路基准模块2和镜架夹持调整模块3固定在所述的三维升降平台1上，可整体进行升降、前后及左右三维平移调节。工作时：调整所述的三维升降平台1、光路基准模块2和镜架夹持调整模块3，使所述的光路基准模块2放置于待替换安装光学镜架正前方，微调所述的反射镜组204角度，使所述的基准光源203发射的基准光经反射镜组204投射到待替换安装镜片上、反射后经所述的平行反光板对205小角度多次折返传输，最终正入射到所述的成像CCD 206视场内。使所述的镜架机械臂304加持牢固待替换安装光学镜架，取下光学镜架后换上新光学镜，然后重新放置到待安装位置，借助所述的光路基准模块2，精调所述的镜架夹持调整模块3，实现光学镜精确角度调节和定位安装。

工作时：调整所述的三维升降平台、光路基准模块和镜架夹持调整模块，使所述的光路基准模块放置于待替换安装光学镜架正前方，微调所述的反射镜组角度，使所述的基准光源发射的基准光经反射镜组投射到待替换安装镜片反射后经所述的平行反光板对小角度多次折返传输，最终正入射到所述的成像CCD视场内。使所述的镜架机械臂加持牢固待替换安装光学镜架，取下光学镜架后换上新光学镜，然后重新放置到待安装位置，借助所述的光路基准模块，精调所述的镜架夹持调整模块，实现光学镜精确角度调节和定位安装。

如图3所示，所述的光学镜替换辅助装调装置的使用方法，包括下列步骤：

①将所述的光学镜替换辅助装调装置，以下简称为辅助装置，放置于待替换光学镜附近，其中所述的光路基准模块2通过刚性转接板固定在所述的三维升降台1上，调整三维升降台1位置，使得所述的光路基准模块2的平行反光板对205的一面紧贴待替换光学镜架正前方，反射镜组204位于待替换光学镜架前25mm处附近。

②调整反射镜组204，使得基准光照射到待替换光学镜表面未受损处反射，并以约5-10度入射角度进入平行反光板对205，基准光经多次折返后从平行反光板对205另一端射出，进入所述的CCD 206内，微调CCD 206位置，使得基准光位于CCD 206中心视场位置并标定。

③调整所述的镜架夹持调整模块3在所述三维升降平台1上的位置，使得所述的刚性竖直导轨303上的镜架机械臂304能够合理抓牢待替换光学镜架。

④去掉光学镜架紧固螺丝，将抓牢光学镜架的镜架机械臂304沿着所述的刚性竖直导轨303向上取出，取下待替换光学镜片并换上新镜片，借助镜架机械臂304重新沿着刚性竖直导轨303将新换装的光学镜架放回待安装位置；

⑤精调二维调整架302角度并观察光路基准模块2内的反射基准光位置，使得基准光经光学镜片反射后最终进入CCD 206视场的最初标定位置，最后固定光学镜架。

下面为此实施例的具体参数：

三维升降平台1，光路基准模块2包括：刚性转接板201、基准底板202、基准光源203、反射镜组204、平行反光板对205、成像CCD 206，镜架夹持调整模块3包括：二维平移平台301、二维调整架302、刚性竖直导轨303、镜架机械臂304；

三维升降平台1整体尺寸长76mm、宽76mm、高70mm，三方向各自调节行程35mm，工作台面规则分布M6螺纹孔；刚性转接板201为不锈钢长条形，长80mm、宽30mm、厚度20mm，一端U型槽6.5mm×35mm,另一端为带行架端面，用于固定基准底板202；基准底板202长200mm、宽45mm、厚15mm，中间一排M6螺纹孔链接刚性转接板201；基准光源203为可调焦635nm半导体激光器，输出功率5mW，在2m距离处光斑直径2mm；反射镜组204为两个二维调整镜架25mm×25mm×35mm，安装Ф12.7mm反光镜；平行反光板对205为两片镀金铜反光板对，尺寸分别为190×35mm×5mm和180mm×35mm×5mm；成像CCD 206为美国Data Ray CCD，感光口径11.3mm×11.3mm，像素元尺寸5.3μm×5.3μm；二维平移平台301长50mm、宽50mm、厚10mm，二维行程分别为15mm；二维调整架302呈L形外形尺寸长70mm、宽70mm、厚度35mm，水平角度调节范围±4度、俯仰角度调节范围±4度；刚性竖直导轨303长70mm、宽15mm，厚15mm，有刻度值，最小精度0.2mm；镜架机械臂304底座为长方体硬铝，长60mm、宽40mm、厚10mm，可加持光学口径为5-30mm的光学镜架。

实验表明，本发明具有结构紧凑、简单、调节方便等特点，能够很高效的完成激光器受损光学镜的替换安装，有助于缩短激光器返修进度，提高经济效益。

Claims (9)

1.一种光学镜替换辅助装调装置，其特征在于，包括：三维升降平台、光路基准模块、镜架夹持调整模块；光路基准模块和镜架夹持调整模块固定在所述的三维升降平台上，整体进行升降、前后及左右三维平移调节。

2.如权利要求1所述的光学镜替换辅助装调装置，其特征在于，光路基准模块包括刚性转接板、基准底板、基准光源、反射镜组、平行反光板对、成像CCD；所述的基准底板竖直放置，借助所述的刚性转接板固定在所述的三维升降平台上；基准底板工作面分别固定所述的基准光源、反射镜组、平行反光板对和成像CCD。

3.如权利要求1所述的光学镜替换辅助装调装置，其特征在于，镜架夹持调整模块包括二维平移平台、二维调整架、刚性竖直导轨、镜架机械臂；所述的二维平移平台固定在所述的三维升降台上，二维平移平台上放置所述的二维调整架，二维调整架上固定刚性竖直导轨，并借助竖直导轨连接所述的镜架机械臂。

4.如权利要求1所述的光学镜替换辅助装调装置，其特征在于，光路基准模块为竖直放置的紧凑型长方体模块，借助所述的刚性转接板固定在所述的三维调整平台上，整体进行精确三维平移调整。

5.如权利要求2所述的光学镜替换辅助装调装置，其特征在于，基准光源为单色性好的高亮度激光源，其输出端有可调节微透镜以保证基准光经待替换安装光学镜反射传输到所述成像CCD视场的光斑为小口径圆光斑，所述的成像CCD具有光衰减功能，定位出光斑质心位置。

6.如权利要求2所述的光学镜替换辅助装调装置，其特征在于，反射镜组具备二维角度调整能力，保证基准光投射到待替换安装光学镜合适位置反射后，能以小角度入射到所述的平行反射镜组内多程折返传输并从另一端传输到所述的成像CCD视场内。

7.如权利要求2所述的光学镜替换辅助装调装置，其特征在于，平行反光板对为近似平行反光板对，借助所述基准底板上的平行卡槽固定，两平行反光板对沿着卡槽上下方向平移并固定。

8.如权利要求3所述的光学镜替换辅助装调装置，其特征在于，镜架机械臂借助所述的刚性竖直导轨连接所述的二维调整架，并借助所述的二维平移平台整体固定在所述三维调整平台上，镜架机械臂通过所述的二维平移平台、二维调整架及刚性竖直导轨实现待替换光学镜的三维平移和角度调节。

9.一种光学镜替换辅助装调装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将所述的光学镜替换辅助装调装置，放置于待替换光学镜附近，其中所述的光路基准模块通过刚性转接板固定在所述的三维升降台上，调整三维升降台位置，使得所述的光路基准模块的平行反光板对的一面紧贴待替换光学镜架正前方，反射镜组位于待替换光学镜架前25mm处附近；

(2)调整反射镜组，使得基准光照射到待替换光学镜表面未受损处反射，并以约5-10度入射角度进入平行反光板对，基准光经多次折返后从平行反光板对另一端射出，进入所述的CCD内，微调CCD位置，使得基准光位于CCD中心视场位置并标定；

(3)调整所述的镜架夹持调整模块在所述三维升降平台上的位置，使得所述的刚性竖直导轨上的镜架机械臂能够合理抓牢待替换光学镜架；

(4)去掉光学镜架紧固螺丝，将抓牢光学镜架的镜架机械臂沿着所述的刚性竖直导轨向上取出，取下待替换光学镜并换上新镜片，借助镜架机械臂重新沿着刚性竖直导轨将新换装的光学镜架放回待安装位置；

(5)精调二维调整架角度并观察光路基准内的反射基准光位置，使得基准光经光学镜片反射后最终进入CCD视场的最初标定位置，最后固定光学镜架。

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