CN111308677B - 一种光束位置调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光束位置调节装置，包括：基座、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第四平面反射镜以及带动四个平面反射镜中的一个沿X轴方向移动的移动机构；第二平面反射镜的反射面与第三平面发射镜的反射面相对设置，第一平面反射镜的反射面平行且相对设置于第二平面反射镜的反射面的上部，第四平面反射镜的反射面平行且相对设置于第三平面反射镜的反射面的上部。本发明提供的光束位置调节装置在不改变光束方向的基础上，对光束的出射位置进行调节，避免了位置调节与指向调节耦合的难题；另外，本发明中的光束位置调节装置结构紧凑，直接插入光路中便可以使用，不需要对原有的光束结构布局进行改变，方便易行。

Description

一种光束位置调节装置

技术领域

本发明涉及激光波长合束技术领域，更具体地说，涉及一种光束位置调节装置。

背景技术

在激光波长合束领域，多路激光合束效果的优劣一般采用指向偏差和位置偏差两个指标进行评价。指向偏差是指激光传播方向与基准方向之间的角度差值，反映了激光与基准的不平行程度；位置偏差是指在某一截面上激光与基准中心之间的位置差值，反映了激光位置与基准位置的不重合度。如果两束激光存在较大的指向偏差，那么它们的位置不重合度，将随着激光作用距离的增大而增加。但如果两束激光严格平行，那么它们的位置偏差会随着激光作用距离的增大而保持不变。因此，在激光作用距离较远的场合，更关注对合束激光指向偏差的同轴校正。

现有技术中用于光束指向调节的电动装置，如两维摆镜、快速反射镜等较为常见，而在一些对合束精度要求较高的应用场合，对合束激光位置偏差的校正要求同样极高，但专用的位置偏差调节装置却十分少见，尤其用于合束光束高低方向位置偏差调节、且不会大幅度改变光路的中心高的电动装置更不多见；有些场合借用两维摆镜，实现光束位置偏差的调节，但后端必须增加另一套两维摆镜来对光束指向的变化进行二次补偿，不仅制造成本高，而且位置偏差与指向偏差的调节量的解耦较为复杂，增加了控制单元的负担；此外，位置偏差的调节量在摆镜行程一定的情况下，由两套摆镜之间光程的直接决定，因此，该方法不适于空间排布严格受限的场合应用。

另外，现有技术中还存在通过在装调阶段精确调节导光镜、合束镜位置以实现多路激光的位置偏差的精确校正的方法；但装调难度大、合束对准精度有限，并且该方法不具备位置偏差的调节环节，对于因温度、应力等变化引起的位置偏差无法自动补偿。

综上所述，如何提供一种结构简单且在调节光束位置过程中不改变光束指向的光束位置调节装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种光束位置调节装置，其结构简单，并可以在不改变光束指向的前提下调节光束位置。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光束位置调节装置，包括：基座、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第四平面反射镜以及移动机构；

所述第二平面反射镜的反射面与所述第三平面发射镜的反射面相对设置，所述第一平面反射镜的反射面平行且相对设置于所述第二平面反射镜的反射面的上部，所述第四平面反射镜的反射面平行且相对设置于所述第三平面反射镜的反射面的上部；

光束入射至所述第一平面反射镜，并依次被所述第一平面反射镜、所述第二平面反射镜、所述第三平面反射镜和所述第四平面反射镜反射后按照原入射方向射出；

所述移动机构可带动所述第一平面反射镜、所述第二平面反射镜、所述第三平面反射镜和所述第四平面反射镜中的一者沿X轴方向移动，以调整所述光束的出射位置。

优选的，所述基座设置有第二平面反射镜安装孔以及第三平面反射镜安装孔，所述第二平面反射镜粘接安装于所述第二平面反射镜安装孔，所述第三平面反射镜粘接安装于所述第三平面反射镜安装孔；

且所述第二平面反射镜的反射面与所述基座的安装底面的夹角、所述第三平面反射镜的反射面与所述基座的安装底面的夹角均为45°。

优选的，还包括用于安装所述第一平面反射镜的第一反射镜座和用于安装所述第四平面反射镜的第四反射镜座，所述基座设置有用于安装所述第一反射镜座和所述第四反射镜座的安装平面，且所述第一反射镜座固连于所述基座一端，所述第四反射镜座与所述移动机构连接，所述移动机构固定连接于所述基座的另一端，以带动所述第四平面反射镜相对于所述基座沿X轴方向移动。

优选的，所述移动机构包括直线导轨和直线步进电机，所述直线导轨的导条和所述直线步进电机的主体均固设于所述基座，所述直线步进电机的运动螺母与所述直线导轨的滑块连接，所述第四反射镜座与所述滑块连接。

优选的，所述第一反射镜座设置有用于将所述第一平面反射镜压紧固定的至少两个第一反射镜压块，所述第四反射镜座设置有用于将所述第四平面反射镜压紧固定的至少两个第四反射镜压块。

优选的，所述第一反射镜压块沿所述第一平面反射镜的周向均匀分布，所述第四反射镜压块沿所述第四平面反射镜的周向均匀分布。

优选的，还包括用于检测所述第四反射镜座移动位置的直线位移传感器，所述直线位移传感器安装于所述基座且通过传感器连接板与所述第四反射镜座连接。

优选的，还包括用于限制所述滑块滑移距离的平台限位块，所述平台限位块设置于所述基座。

优选的，还包括罩设于所述第一平面反射镜、所述第二平面反射镜、所述第三平面反射镜和所述第四平面反射镜外周部的外壳体，所述外壳体设置有用于使所述光束射入的入射孔和用于使反射后的所述光束射出的出射孔。

优选的，所述出射孔为腰型孔。

本发明提供的光束位置调节装置，包括：基座、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第四平面反射镜以及移动机构；第二平面反射镜的反射面与第三平面发射镜的反射面相对设置，第一平面反射镜的反射面平行且相对设置于第二平面反射镜的反射面的上部，第四平面反射镜的反射面平行且相对设置于第三平面反射镜的反射面的上部；光束入射至第一平面反射镜，并依次被第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜和第四平面反射镜反射后按照原入射方向射出；移动机构可带动第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜和第四平面反射镜中的一者沿X轴方向移动，以调整光束的出射位置。

使用本发明提供的光束位置调节装置的过程中，X轴方向为图1视图方向中的长度方向，也即图1中光束的入射方向，光束入射至第一平面反射镜，经第一平面反射镜反射之后的入射光束射入第二平面反射镜，由于第一平面反射镜的反射面与第二平面反射镜的反射面平行设置，因此第二平面反射镜的反射光线与入射光束的入射方向相同，第二平面反射镜的反射光线入射至第三平面反射镜，并被第三平面反射镜反射至第四平面反射镜，由于第四平面反射镜的反射面与第三平面反射镜的反射面平行设置，因此第四平面反射镜的反射光线与第三平面反射镜的入射光线，也即第二平面反射镜的反射光线方向相同，所以光束被第四平面反射镜反射之后可以按照原光束的入射方向射出；可以通过移动机构带动第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜和第四平面反射镜中的任意一者沿X轴方向移动，便可以改变光束入射至第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜和第四平面反射镜的入射位置，以改变光束的出射位置。

相比于现有技术，本发明提供的光束位置调节装置可以在不改变光束方向的基础上，对光束的出射位置进行微量调节，避免了位置调节与指向调节耦合的难题；另外，本发明中的光束位置调节装置结构紧凑，将装置直接插入光路中便可以实现调节光束位置偏差的功能，不需要对原有的光束结构布局进行改变，方便易行。如本案图1中所置方向，可在不改变光束指向的前提下，实现光束的高低位置的微量调节；也可将本案侧向90°放置，在不改变光束指向的前提下，实现光束的左右位置的微量调节。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的光束位置调节装置的具体实施例的剖面示意图；

图2为图1中光束位置调节装置的轴测示意图；

图3为图1中光束位置调节装置的外观示意图；

图4为图1中光束位置调节装置的基座的轴测示意图；

图5为图1中光束位置调节装置的直线步进电机的轴测示意图；

图6为图1中光束位置调节装置的直线导轨的轴测示意图。

图1-6中：

1为基座、1a为第二平面反射镜安装孔、1b为第三平面反射镜安装孔、2为第二平面反射镜、3为平台座、4为第一反射镜座、5为第一反射镜压块、6为第一平面反射镜、7为平台限位块、8为第四平面反射镜、9为第四反射镜座、10为外壳体、11为直线步进电机、11a为主体、11b为旋转丝杠、11c为运动螺母、12为直线导轨、12a为导条、12b为滑块、13为第三平面反射镜、14为传感器连接板、15为直线位移传感器、16为传感器压块、17为第四反射镜压块。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种光束位置调节装置，可以在不改变光束传播方向的基础上微量调整光束的出射位置，避免了位置调节与指向调节耦合的难题。

请参考图1-6，图1为本发明所提供的光束位置调节装置的具体实施例的剖面示意图；图2为图1中光束位置调节装置的轴测示意图；图3为图1中光束位置调节装置的外观示意图；图4为图1中光束位置调节装置的基座的轴测示意图；图5为图1中光束位置调节装置的直线步进电机的轴测示意图；图6为图1中光束位置调节装置的直线导轨的轴测示意图。

本具体实施例提供的光束位置调节装置，包括：基座1、第一平面反射镜6、第二平面反射镜2、第三平面反射镜13、第四平面反射镜8以及移动机构；第二平面反射镜2的反射面与第三平面发射镜的反射面相对设置，第一平面反射镜6的反射面平行且相对设置于第二平面反射镜2的反射面的上部，第四平面反射镜8的反射面平行且相对设置于第三平面反射镜13的反射面的上部；光束入射至第一平面反射镜6，并依次被第一平面反射镜6、第二平面反射镜2、第三平面反射镜13和第四平面反射镜8反射后按照原入射方向射出；移动机构可带动第一平面反射镜6、第二平面反射镜2、第三平面反射镜13和第四平面反射镜8中的一者沿X轴方向移动，以调整光束的出射位置。

需要进行说明的是，基座1的放置方式可以如图1、图2所示，也可以放置于与水平面呈一定角度的平面，具体根据实际情况确定，在此不做赘述；当基座1的放置方式如图1、图2所示时，光束射入之后，通过移动第一平面反射镜6、第二平面反射镜2、第三平面反射镜13和第四平面反射镜8中的一者，可以实现光束出射高度的调节，优选的，调节范围为±10mm；另外，第二平面反射镜2的反射面与第三平面反射镜13的反射面之间的夹角可以为0°至180°之间且不包含0°与180°的任意角度，具体根据实际情况确定，在此不做赘述，当然，为了方便调节和安装，可以使第二平面反射镜2的反射面与第三平面反射镜13的反射面之间的夹角为90°。

使用本具体实施例提供的光束位置调节装置的过程中，X轴方向为图1视图方向中的长度方向，也即图1中光束的入射方向或入射的反方向，光束入射至第一平面反射镜6，经第一平面反射镜6反射之后的入射光束射入第二平面反射镜2，由于第一平面反射镜6的反射面与第二平面反射镜2的反射面平行设置，因此第二平面反射镜2的反射光线与入射光束的入射方向相同，第二平面反射镜2的反射光线入射至第三平面反射镜13，并被第三平面反射镜13反射至第四平面反射镜8，由于第四平面反射镜8的反射面与第三平面反射镜13的反射面平行设置，因此第四平面反射镜8的反射光线与第三平面反射镜13的入射光线，也即第二平面反射镜2的反射光线方向相同，所以光束被第四平面反射镜8反射之后可以按照原光束的入射方向射出；可以通过移动机构带动第一平面反射镜6、第二平面反射镜2、第三平面反射镜13和第四平面反射镜8中的任意一者沿X轴方向移动，便可以改变光束入射至第一平面反射镜6、第二平面反射镜2、第三平面反射镜13和第四平面反射镜8的入射位置，以改变光束的出射位置。

相比于现有技术，本发明提供的光束位置调节装置可以在不改变光束方向的基础上，对光束的出射位置进行微量调节，避免了位置调节与指向调节耦合的难题；另外，本发明中的光束位置调节装置结构紧凑，将装置直接插入光路中便可以实现调节光束位置偏差的功能，不需要对原有的光束结构布局进行改变，方便易行；并且在调节的过程中移动机构带动第一平面反射镜6、第二平面反射镜2、第三平面反射镜13和第四平面反射镜8中的一者移动的距离即为出射光束与入射光束之间调整的距离，不受光路布局的限制，方便易操作。

另外，如本案图1中所置方向，可在不改变光束指向的前提下，实现光束的高低位置的微量调节；也可将本案侧向90°放置，在不改变光束指向的前提下，实现光束的左右位置的微量调节。

在上述实施例的基础上，为了方便安装第二平面反射镜2和第三平面反射镜13，可以在基座1设置第二平面反射镜安装孔1a以及第三平面反射镜安装孔1b，第二平面反射镜2粘接安装于第二平面反射镜安装孔1a，第三平面反射镜13粘接安装于第三平面反射镜安装孔1b；且第二平面反射镜2的反射面、第三平面反射镜13的反射面与基座1的安装底面的夹角均为45°。

第二平面反射镜2的反射面与基座1的安装底面的夹角、第三平面反射镜13的反射面与基座1的安装底面的夹角均为45°，可以使出射光束的高低位置调节量与第四平面反射镜8的移动量相同，方便计算。

如图2所示，在设置第二平面反射镜安装孔1a与第三平面反射镜安装孔1b的过程中，需保证不会影响光束的正常传递。

在上述实施例的基础上，可以还包括用于安装第一平面反射镜6的第一反射镜座4和用于安装第四平面反射镜8的第四反射镜座9，在基座1上设置用于安装第一反射镜座4和第四反射镜座9的安装平面，且第一反射镜座4固连于基座1的一端，第四反射镜座9与移动机构连接，并与移动机构一起固连于基座1的另一端，以带动第四平面反射镜8相对于基座1沿X轴方向移动。

为了能够使第四反射镜座9顺利沿X轴移动，可以使移动机构包括直线导轨12和直线步进电机11，直线导轨12的导条12a和直线步进电机11的主体11a均固设于基座1，直线步进电机11的运动螺母11c与直线导轨12的滑块12b连接，第四反射镜座9与滑块12b连接。

优选的，可以在基座1的上表面设置平台座3，然后将第一反射镜座4和第四反射镜座9安装于平台座3；或者也可将移动机构中的直线导轨12和直线步进电机11安装于平台座3。

在使用的过程中，直线步进电机11的主体11a带动旋转丝杠11b转动，运动螺母11c套摄于旋转丝杠11b的外周部且二者螺纹连接，旋转丝杠11b转动带动运动螺母11c沿旋转丝杠11b的长度方向移动，又因为运动螺母11c与滑块12b连接，因此可以带动滑块12b沿导条12a移动，从而带动第四反射镜座9沿导条12a移动；需要说明的是，导条12a的长度方向沿X轴方向设置。

直线导轨12和直线步进电机11的组合方式使第四反射镜座9的移动方向及移动距离更加精准，可以通过相关的控制系统控制直线步进电机11的转动，以使调节精度更高。

在上述实施例的基础上，为了固定第一平面反射镜6和第四平面反射镜8，可以在第一反射镜座4设置用于将第一平面反射镜6压紧固定的至少两个第一反射镜压块5，在第四反射镜座9设置用于将第四平面反射镜8压紧固定的至少两个第四反射镜压块17。

优选的，第一平面反射镜6和第四平面反射镜8均为圆形，第一反射镜压块5和第四反射镜压块17的数量均为三个，且第一反射镜压块5沿第一平面反射镜6的轴向均匀分布，第四反射镜压块17沿第四平面反射镜8的轴向均匀分布。

在上述实施例的基础上，为了方便对第四平面反射镜8的移动距离进行调节，可以设置用于检测第四反射镜座9移动位置的直线位移传感器15，直线位移传感器15安装于基座1且通过传感器连接板14与第四反射镜座9连接。

如图2所示，直线位移传感器15通过传感器压块16固定于平台座3上，并通过传感器连接板14与第四反射镜座9连接，当第四反射镜座9在直线步进电机11的驱动下移动的过程中，直线位移传感器15会实时反馈第四平面反射镜8的位置，以方便对第四平面反射镜8的移动距离进行量化和调整，使调节精度进一步提高。

为了避免第四反射镜座9超行程移动，还包括用于限制滑块12b滑移距离的平台限位块7，平台限位块7设置于基座1。

优选的，平台限位块7可以为具有一定弹性的防撞块。

在上述实施例的基础上，为了避免灰尘进入零部件内部，同时也使操作过程更加方便快捷，可以还包括罩设于第一平面反射镜6、第二平面反射镜2、第三平面反射镜13和第四平面反射镜8外周部的外壳体10，外壳体10设置有用于使光束射入的入射孔和用于使反射后的光束射出的出射孔。

在使用的过程中，将光束位置调节装置放入对应的光路中，使光束由入射孔进入，经第一平面反射镜6、第二平面反射镜2、第三平面反射镜13和第四平面反射镜8反射之后，保持原入射方向由出射孔射出，为了达到合适的出射高度，可以适当调整第四反射镜座9的位置。

优选的，出射孔为腰型孔，腰型孔具体的高度需大于或等于调节行程。

需要进行说明的是，本申请文件中提到的第一平面反射镜6、第二平面反射镜2、第三平面反射镜13和第四平面反射镜8，第二平面反射镜安装孔1a和第三平面反射镜安装孔1b，第一反射镜座4和第四反射镜座9，第一反射镜压块5和第四反射镜压块17中的第一、第二、第三和第四只是为了限制位置的不同，并没有先后顺序之分。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的光束位置调节装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光束位置调节装置，其特征在于，包括：基座(1)、第一平面反射镜(6)、第二平面反射镜(2)、第三平面反射镜(13)、第四平面反射镜(8)以及移动机构；

所述第二平面反射镜(2)的反射面与所述第三平面发射镜的反射面相对设置，所述第一平面反射镜(6)的反射面平行且相对设置于所述第二平面反射镜(2)的反射面的上部，所述第四平面反射镜(8)的反射面平行且相对设置于所述第三平面反射镜(13)的反射面的上部；

光束入射至所述第一平面反射镜(6)，并依次被所述第一平面反射镜(6)、所述第二平面反射镜(2)、所述第三平面反射镜(13)和所述第四平面反射镜(8)反射后按照原入射方向射出；

所述移动机构可带动所述第一平面反射镜(6)、所述第二平面反射镜(2)、所述第三平面反射镜(13)和所述第四平面反射镜(8)中的一者沿X轴方向移动，以调整所述光束的出射位置。

2.根据权利要求1所述的光束位置调节装置，其特征在于，所述基座(1)设置有第二平面反射镜安装孔(1a)以及第三平面反射镜安装孔(1b)，所述第二平面反射镜(2)粘接安装于所述第二平面反射镜安装孔(1a)，所述第三平面反射镜(13)粘接安装于所述第三平面反射镜安装孔(1b)；

且所述第二平面反射镜(2)的反射面与所述基座(1)的安装底面的夹角、所述第三平面反射镜(13)的反射面与所述基座(1)的安装底面的夹角均为45°。

3.根据权利要求2所述的光束位置调节装置，其特征在于，还包括用于安装所述第一平面反射镜(6)的第一反射镜座(4)和用于安装所述第四平面反射镜(8)的第四反射镜座(9)，所述基座(1)设置有用于安装所述第一反射镜座(4)和所述第四反射镜座(9)的安装平面，且所述第一反射镜座(4)固连于所述基座(1)一端，所述第四反射镜座(9)与所述移动机构连接，所述移动机构固定连接于所述基座(1)的另一端，以带动所述第四平面反射镜(8)相对于所述基座(1)沿X轴方向移动。

4.根据权利要求3所述的光束位置调节装置，其特征在于，所述移动机构包括直线导轨(12)和直线步进电机(11)，所述直线导轨(12)的导条(12a)和所述直线步进电机(11)的主体(11a)均固设于所述基座(1)，所述直线步进电机(11)的运动螺母(11c)与所述直线导轨(12)的滑块(12b)连接，所述第四反射镜座(9)与所述滑块(12b)连接。

5.根据权利要求4所述的光束位置调节装置，其特征在于，所述第一反射镜座(4)设置有用于将所述第一平面反射镜(6)压紧固定的至少两个第一反射镜压块(5)，所述第四反射镜座(9)设置有用于将所述第四平面反射镜(8)压紧固定的至少两个第四反射镜压块(17)。

6.根据权利要求5所述的光束位置调节装置，其特征在于，所述第一反射镜压块(5)沿所述第一平面反射镜(6)的周向均匀分布，所述第四反射镜压块(17)沿所述第四平面反射镜(8)的周向均匀分布。

7.根据权利要求4-6任一项所述的光束位置调节装置，其特征在于，还包括用于检测所述第四反射镜座(9)移动位置的直线位移传感器(15)，所述直线位移传感器(15)安装于所述基座(1)且通过传感器连接板(14)与所述第四反射镜座(9)连接。

8.根据权利要求4-6任一项所述的光束位置调节装置，其特征在于，还包括用于限制所述滑块(12b)滑移距离的平台限位块(7)，所述平台限位块(7)设置于所述基座(1)。

9.根据权利要求4-6任一项所述的光束位置调节装置，其特征在于，还包括罩设于所述第一平面反射镜(6)、所述第二平面反射镜(2)、所述第三平面反射镜(13)和所述第四平面反射镜(8)外周部的外壳体(10)，所述外壳体(10)设置有用于使所述光束射入的入射孔和用于使反射后的所述光束射出的出射孔。

10.根据权利要求9所述的光束位置调节装置，其特征在于，所述出射孔为腰型孔。

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