CN111736287A - 一种激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，其中，步进电机，用于产生光学调整架调节的驱动力；弹性联轴器设置于连接杆上，用于补偿两轴相对位移和缓冲减震；蜗轮蜗杆设置于步进电机上，用于传递空间交错轴间运动和动力；夹持机构设置于弹性联轴器上，用于将电调装置连接于光学调整架上。本发明让原本手动调节的光学调整架变成了电调的光学调整架；可以随时根据需要变换调节光学调整架，灵活性较强；适用性强，能够调节各种尺寸的光学调整架；易于使用安装，不需要精确对准；能够节省人力；解决了手调不精确的问题；解决了各种光学调整架由于位置摆放原因导致难调的问题；降低了实验成本。

Description

一种激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法

技术领域

本发明涉及电调装置技术领域，具体地，涉及一种激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，能够配合任意尺寸光学调整架的调节。

背景技术

现有的实验室大规模激光系统，其所采用的光学调整架，通常粗存在如下问题：

1、在大规模激光系统中光学调整架数量众多，尺寸不一；

2、有些光学调整架受于空间所限，无法进行手动调节；

3、需要人为手动调节光学调整架，精度无法掌握。

而市面上现有的电调镜架成本太高，一个电调镜架成本上万，且只能单独调一个尺寸的光学调整架，如果满足整个系统里调节的光学调整架，将会是一笔很大的支出，无法在实验室大规模激光系统中推广；另外，虽然光路中光学调整架数量多，但大多数时候在调节光路方面只对某些光学调整架进行调节，且对有些光学调整架调节的频率较低，如果针对每一个光学调整架均配置一个电调镜架，将造成极大的浪费。

因此，本领域亟需设计一款能够调节任意尺寸光学调整架的电调装置，以解决上述问题。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，能够配合任意尺寸光学调整架调节，解决了现有技术中手动调节的局限性以及精确无法掌握等缺陷，具有适用性好、结构简单、可调节性强、操作简单等特点。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于激光系统光学调整架调节的电调装置，包括：步进电机、蜗轮蜗杆、弹性联轴器以及夹持机构；其中：

所述步进电机，用于产生光学调整架调节的驱动力；

所述蜗轮蜗杆设置于步进电机上，用于传递空间交错轴间运动和动力；

所述弹性联轴器设置于连接杆上，用于补偿两轴相对位移和缓冲减震；

所述夹持机构设置于弹性联轴器上，用于将电调装置连接于光学调整架上。

优选地，所述夹持机构包括直内六角夹紧结构和夹爪夹紧结构，用于连接光学调整架上具有不同接口的调节机构；其中：

所述直内六角夹紧结构包括：固定外套以及设置于固定外套中心处的直内六角通孔；

所述夹爪夹紧结构包括：固定外套以及设置于固定外套上能够延径向移动的多个夹爪。

优选地，所述弹性联轴器采用具有伸缩性和柔韧性的传动结构。

优选地，所述步进电机带动弹性联轴器旋转进而实现弹性联轴器传动之前，具有一定的空转距离。

优选地,所述装置还包括如下任意一组或任意多组部件：

-单片机、步进电机驱动器和控制模块；所述单片机通过控制模块与步进电机驱动器控制连接，输出对步进电机的控制指令；所述步进电机驱动器与步进电机控制连接，根据控制指令控制步进电机旋转角度及速度；

-CCD调准模块；所述CCD调准模块通过光斑基准将光斑调进基准圈内。

根据本发明的另一个方面，提供了一种激光系统光学调整架，包括光学调整架本体以及可拆卸地连接于光学调整架调节机构上的上述任一项所述的电调装置；其中：

所述电调装置能够以光学调整架为基准面进行垂直和水平两个方向上的移动。

根据本发明的第三个方面，提供了一种采用上述任一项所述的电调装置实现的电调方法，包括：

根据光学调整架的调节机构接口选择电调装置的夹持机构结构，并将电调装置连接于光学调整架的调节机构上；

启动步进电机，步进电机旋转进而通过弹性联轴器将旋转力传递至光学调整架上的调节机构上，进而通过调节调节机构的旋进和旋出达到调节目的。

优选地，所述旋进和旋出方向均垂直于光学调整架。

优选地，所述方法，还包括：

通过增加步进电机的调节步数，对弹性联轴器进行预调节，以消除步进电机与弹性联轴器之间的空转距离。

优选地，所述方法，还包括如下任意一个或任意多个步骤：

-采用单片机通过控制模块向步进电机驱动器输出对步进电机的控制指令；所述步进电机驱动器根据控制指令控制步进电机的旋转角度及速度；

-采用CCD调准模块，通过光斑基准将光斑调进基准圈内。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下至少一项有益效果：

1、本发明提供的激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，让原本手动调节的光学调整架变成了电调的光学调整架。

2、本发明提供的激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，可以随时根据需要变换调节光学调整架，灵活性较强。

3、本发明提供的激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，适用性强，能够调节各种尺寸的光学调整架。

4、本发明提供的激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，易于使用安装，不需要精确对准。

5、本发明提供的激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，能够节省人力。

6、本发明提供的激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，解决了手调不精确的问题。

7、本发明提供的激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，解决了各种光学调整架由于位置摆放原因导致难调的问题。

8、本发明提供的激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，降低了实验成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明一优选实施例中电调装置的整体结构示意图；

图2是一种内六角孔型调节的光学调整架结构示意图；

图3是一种旋钮型调节的光学调整架结构示意图；

图4是本发明一优选实施例中夹紧机构连接在光学调整架调节旋钮上结构示意图；

图5是本发明一优选实施例中近场光斑偏离基准位置示意图；

图6是本发明一优选实施例中远场光斑偏离基准位置示意图；

图7是本发明一优选实施例中近场光斑在基准位置里的示意图；

图8是本发明一优选实施例中远场光斑在基准位置里的示意图。

图中，1为步进电机，2为弹性联轴器，3为内六角调节式光学调整镜，4为旋钮式光学调整架，5为夹爪夹紧机构连接调节旋钮。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种用于激光系统光学调整架调节的电调装置，该装置采用外置式电调方式，将电调装置与光学调整架分离，通过蜗轮蜗杆、弹性联轴器和夹持机构与光学调整架的调节机构连接，电调装置不改变光学调整架原有特性，在光路中可以方便使普通光学调整架实现电调作用，同时将能够配合任意尺寸光学调整架调节的电调装置与光学调整架上的其中2个调节机构连接，即可以实现垂直方向和水平方向调节，以适应光路中被调节光学调整架的不同尺寸，具有极高的灵活性。

如图1所示，该装置包括：步进电机、蜗轮蜗杆、弹性联轴器以及夹持机构；

其中：

步进电机，用于产生光学调整架调节的驱动力；

蜗轮蜗杆设置于步进电机上，用于传递空间交错轴间运动和动力；

弹性联轴器设置于连接杆上，用于补偿两轴相对位移和缓冲减震；

夹持机构设置于弹性联轴器上，用于将电调装置连接于光学调整架上。

作为一优选实施例，夹持机构包括直内六角夹紧结构和夹爪夹紧结构，用于连接光学调整架上具有不同接口的调节机构；其中：

直内六角夹紧结构包括：固定外套以及设置于固定外套中心处的直内六角通孔；

夹爪夹紧结构包括：固定外套以及设置于固定外套上能够延径向移动的多个夹爪。

作为一优选实施例，夹爪数量为3个。

作为一优选实施例，弹性联轴器采用具有伸缩性和柔韧性的传动结构。

作为一优选实施例，步进电机带动弹性联轴器旋转进而实现弹性联轴器传动之前，具有一定的空转距离。

作为一优选实施例，装置还包括如下任意一组或任意多组部件：

-单片机、步进电机驱动器和控制模块；单片机通过控制模块与步进电机驱动器控制连接，输出对步进电机的控制指令；步进电机驱动器与步进电机控制连接，根据控制指令控制步进电机旋转角度及速度；

-CCD调准模块；CCD调准模块通过光斑基准将光斑调进基准圈内。

本实施例所提供的电调装置，采用弹性联轴器作为主要传动部件，其特点为，第一，与步进电机配合使用的弹性联轴器具有一定的伸缩性，可以配合普通光学调整架调节机构(调节螺丝)的旋进旋出达到调节目的，其旋进和旋出方向均垂直于光学调整架表面解决了仅靠步进电机旋转会发生连接处的机械干涉，妨碍光学调整架调节的问题；第二，弹性联轴器具有一定柔韧度，旋转时不需要严格与被调光学调整架调节机构严格同轴也可以实现调节目的；第三，弹性联轴器传动时随步进电机旋转有一定空转，步进电机旋转的力需要首先克服弹性联轴器的变形力，才能传递至光学调整加的调节机构落实，其力的大小与被调光学调整架所需的力矩有关，该力矩需求与材料特性和光学调整架的调节机构结构有关，较为固定，可以通过控制程序在调节时增加步进电机调节步数进行预调节解决。

弹性联轴器可以通过夹持机构的不同结构配合各种光学调整加的调节机构，以保证与被调光学调整架的调节机构的有效连接，如针对目前光学调整架主要调节机构接口为内六角和旋钮设计夹持机构。如图2、图3所示，夹持机构相应的采用2种方式，对于内六角孔型，采用相应直内六角夹紧结构作为镜架调节的夹持工具，对于调整旋钮型采用爪心固定在圆柱上的夹爪夹紧机构，如图4所示，通过这种方式的夹持还可以更为方便快捷的将电调装置与光学调整架结合或分离，提供装置安装的效率。

由于实验室现在系统中光学调整架调节的机构都是旋钮和内六角两种方式，所以旋转调节光学调整架的旋钮选择的是夹爪夹紧机构和适合尺寸的扳手。调节光学调整架的旋钮中间也有一个可以使用六角扳手调节的孔，因此可以根据实际需求来选择是使用夹爪夹紧机构还是直内六角夹紧机构。

在激光系统光学调整架调节位置加上电调装置，按光学调整加的调节机构接口选择对应的直内六角或者夹爪夹紧机构，两点成一条直线即使一条光路准直需要分别调节2个光学调整架的2个维度。

本发明另一实施例提供了一种激光系统光学调整架，包括光学调整架本体以及可拆卸地连接于光学调整架调节机构上的上述任一项的电调装置；其中：

电调装置能够以光学调整架为基准面进行垂直和水平两个方向上的移动。

在激光系统光学调整架调节机构位置加上电调装置，按其光学调整架调节机构接口选择对应的直内六角或者夹爪夹紧机构，两点成一条直线即使一条光路准直需要调节2个光学调整架。如图5、图6所示，现在近场光斑和远场光斑都不在基准位置里，控制电调装置调节光学调整架使得近场光斑和远场光斑都在基准位置里，如图7、图8所示。原先调节光斑指向性需要人为去调节光学调整架，有了电调装置后，只需通过单片机和控制模块(控制软件)即可实现对步进电机的远程操控，大大提高了激光系统的稳定性和智能化。

本发明第三个实施例提供了一种采用上述任一项的电调装置实现的电调方法，包括：

根据光学调整架的调节机构接口选择电调装置的夹持机构结构，并将电调装置连接于光学调整架的调节机构上；

启动步进电机，步进电机旋转进而通过弹性联轴器将旋转力传递至光学调整架上的调节机构上，进而通过调节调节机构的旋进和旋出达到调节目的。

作为一优选实施例，旋进和旋出方向均垂直于光学调整架。

作为一优选实施例，该方法，还包括：

通过增加步进电机的调节步数，对弹性联轴器进行预调节，以消除步进电机与弹性联轴器之间的空转距离。

作为一优选实施例，该方法，还包括如下任意一个或任意多个步骤：

-采用单片机通过控制模块向步进电机驱动器输出对步进电机的控制指令；步进电机驱动器根据控制指令控制步进电机的旋转角度、速度、运动距离和/或补偿间隙进行控制；

-采用CCD调准模块，通过光斑基准将光斑调进基准圈内。

本发明上述实施例所提供的激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，采用不同结构的夹紧机构，能够调节任意尺寸的光学调整架；能够实现普通光学调整架的电调功能，有较高的精确性和较强的灵活性，解决手动调节精度达不到的问题和某些光学调整架受于空间所限调不到的问题。通过夹紧机构随时变换调节任何光学调整架，让原本手动调节的光学调整架变成了电调的光学调整架。另外，还可以通过电脑软件实现远程控制，进而适用于实验室大系统的运行。

本发明上述实施例所提供的激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，能够配合任意尺寸光学调整架调节，整个电调装置可以垂直方向和水平方向任意调节，去适应光路中被调节光学调整架的尺寸大小，灵活性非常大，。

本发明上述实施例所提供的激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，弹性联轴器解决了步进电机无法旋进旋出，只能单纬度转的问题。对被固定的步进电机电调装置要求性没那么严格，稍微有点误差也能够调节，弹性联轴器前面通过连接一个夹紧机构，可以任意变换夹紧机构对具有不同调节机构结构的光学调整架进行调节，由于该夹紧机构与光学调整架不是一体，避免了直接调节光学调整架调节机构，造成的机械摩擦导致的对调节精度的影响，从而保证了光路的准直。

本发明上述实施例所提供的激光系统光学调整架及其电调装置和电调方法，可在垂直水平2个方向上移动电调装置匹配多种尺寸光学调整架，弹性联轴器作为导向和传动机构增加了电调装置的稳定性降低了安装难度。夹持机构：包括夹爪夹紧结构或者直内六角夹紧结构。该电调装置通过垂直水平2个方向上移动能够匹配多种尺寸光学调整架，电调装置与光学调整架不需要固定在一起，解决了传统电调装置电调部分与光学调整架必须固定在一起的缺陷，具有适用性好、结构简单、可调节性强、操作简单等优点。

需要说明的是，本发明提供的方法中的步骤，可以利用装置中对应的部件等予以实现，本领域技术人员可以参照装置的技术方案实现方法的步骤流程，即，装置中的实施例可理解为实现方法的优选例，在此不予赘述。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种用于激光系统光学调整架调节的电调装置，其特征在于，包括：步进电机、蜗轮蜗杆、弹性联轴器以及夹持机构；其中：

所述步进电机，用于产生光学调整架调节的驱动力；

所述蜗轮蜗杆设置于步进电机上，用于传递空间交错轴间运动和动力；

所述弹性联轴器设置于连接杆上，用于补偿两轴相对位移和缓冲减震；

所述夹持机构设置于弹性联轴器上，用于将电调装置连接于光学调整架上。

2.根据权利要求1所述的用于激光系统光学调整架调节的电调装置，其特征在于，所述夹持机构包括直内六角夹紧结构和夹爪夹紧结构，用于连接光学调整架上具有不同接口的调节机构；其中：

所述直内六角夹紧结构包括：固定外套以及设置于固定外套中心处的直内六角通孔；

所述夹爪夹紧结构包括：固定外套以及设置于固定外套上能够延径向移动的多个夹爪。

3.根据权利要求1所述的用于激光系统光学调整架调节的电调装置，其特征在于，所述弹性联轴器采用具有伸缩性和柔韧性的传动结构。

4.根据权利要求1所述的用于激光系统光学调整架调节的电调装置，其特征在于，所述步进电机带动弹性联轴器旋转进而实现弹性联轴器传动之前，具有一定的空转距离。

5.根据权利要求1-4任一项所述的用于激光系统光学调整架调节的电调装置，其特征在于,所述装置还包括如下任意一组或任意多组部件：

-单片机、步进电机驱动器和控制模块；所述单片机通过控制模块与步进电机驱动器控制连接，输出对步进电机的控制指令；所述步进电机驱动器与步进电机控制连接，根据控制指令控制步进电机旋转角度及速度；

-CCD调准模块；所述CCD调准模块通过光斑基准将光斑调进基准圈内。

6.一种激光系统光学调整架，其特征在于，包括光学调整架本体以及可拆卸地连接于光学调整架调节机构上的权利要求1-5任一项所述的电调装置；其中：

所述电调装置能够以光学调整架为基准面进行垂直和水平两个方向上的移动。

7.一种采用权利要求1-5任一项所述的电调装置实现的电调方法，其特征在于，包括：

根据光学调整架的调节机构接口选择电调装置的夹持机构结构，并将电调装置连接于光学调整架的调节机构上；

启动步进电机，步进电机旋转进而通过弹性联轴器将旋转力传递至光学调整架上的调节机构上，进而通过调节调节机构的旋进和旋出达到调节目的。

8.根据权利要求7所述的电调方法，其特征在于，所述旋进和旋出方向均垂直于光学调整架。

9.根据权利要求7所述的电调方法，其特征在于，所述方法，还包括：

通过增加步进电机的调节步数，对弹性联轴器进行预调节，以消除步进电机与弹性联轴器之间的空转距离。

10.根据权利要求7-9任一项所述的电调方法，其特征在于,还包括如下任意一个或任意多个步骤：

-采用单片机通过控制模块向步进电机驱动器输出对步进电机的控制指令；所述步进电机驱动器根据控制指令控制步进电机的旋转角度及速度；

-采用CCD调准模块，通过光斑基准将光斑调进基准圈内。

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