CN113084337B - 一种激光模组及激光设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工技术领域，公开一种激光模组及激光设备。其中激光设备包括激光模组，激光模组包括透镜活塞环、光学透镜、活塞套筒、型材基座和摄像头，光学透镜安装于透镜活塞环的中孔内，光学透镜与透镜活塞环同心设置；透镜活塞环的充磁方向为轴向方向；活塞套筒内设置有滑腔，透镜活塞环可滑动安装于滑腔内，活塞套筒外侧设置有励磁线圈，励磁线圈能够施加透镜活塞环沿轴向方向的磁力，以驱动透镜活塞环沿滑腔移动，型材基座设置有开口向下的安装腔，活塞套筒安装于安装腔内；摄像头设置于型材基座的底部，摄像头用于检测激光模组距离待加工物的距离。本发明结构紧凑，降低了生产成本，调节精度高。

Description

一种激光模组及激光设备

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光模组及激光设备。

背景技术

激光作为20世纪最伟大的发明之一，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”，其不断应用在军事、工业、医疗和民用方面，目前有激光打标、激光焊接、激光切割和激光雕刻技术。其中激光的焦距控制对于激光切割或雕刻效果至关重要，机器设备在对不同物体加工时，需要根据物体的不同高度厚度调节激光焦点的高度，使得激光焦点满足工艺控制要求。传统的工业应用激光切割系统和一些消费级机器，一般通过手动调节装置内部的光学透镜的方式，实现焦距的调节，手动调节过程，需要人观察激光光斑大小，然后根据光斑反复调整激光的焦距，非常麻烦，长时间观察激光对用户存在一定的伤害。

基于此，亟需一种激光模组及激光设备，以解决上述存在的问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种激光模组及激光设备，实现了同时具备光学透镜的活塞位移导向和电磁驱动功能，结构紧凑，降低了生产成本，调节精度高。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种激光模组，包括：

透镜活塞环和光学透镜，所述光学透镜安装于所述透镜活塞环的中孔内，所述光学透镜与所述透镜活塞环同心设置；

所述透镜活塞环的充磁方向为轴向方向；

活塞套筒，所述活塞套筒内设置有滑腔，所述透镜活塞环可滑动安装于所述滑腔内，所述活塞套筒外侧设置有励磁线圈，所述励磁线圈能够施加所述透镜活塞环沿轴向方向的磁力，以驱动所述透镜活塞环沿所述滑腔移动；

型材基座，所述型材基座设置有开口向下的安装腔，所述活塞套筒安装于所述安装腔内；

摄像头，所述摄像头设置于所述型材基座的底部，所述摄像头用于检测所述激光模组距离待加工物的距离。实现了同时具备光学透镜的活塞位移导向和电磁驱动功能，结构紧凑，降低了生产成本，调节精度高。

作为一种激光模组的优选技术方案，所述透镜活塞环的中孔的内壁上设置有定位凸台，所述光学透镜安装于所述定位凸台上，实现了光学透镜的定位组装。

作为一种激光模组的优选技术方案，还包括弹性件，所述弹性件设置于所述滑腔内，所述弹性件设置于滑腔内且位于所述透镜活塞环与所述滑腔的顶壁之间，所述弹性件用于施加所述透镜活塞环向下的弹力。

作为一种激光模组的优选技术方案，所述弹性件为弹簧；或

所述弹性件为弹力片；或

所述弹性件为与所述透镜活塞环极性相同的磁铁。

作为一种激光模组的优选技术方案，还包括调节螺母，所述滑腔远离所述弹性件一端设置有内螺纹，所述调节螺母一端螺纹连接于所述内螺纹，且抵接于所述透镜活塞环，实现了手动调节光学透镜的位移。

作为一种激光模组的优选技术方案，还包括激光二极管，所述激光二极管设置有环形凸台；所述滑腔的顶部设置有阶梯孔，所述阶梯孔的大径段位于所述阶梯孔远离所述滑腔一侧，所述环形凸台嵌设于所述阶梯孔的大径段并搭接于所述阶梯孔的阶梯面上，所述激光二极管的发光端设置于所述阶梯孔的小径段内。

作为一种激光模组的优选技术方案，还包括固定件，所述固定件可拆卸安装于所述活塞套筒的顶面上，且所述固定件将所述环形凸台夹紧于所述阶梯孔大径段内，实现了激光二极管的固定。

作为一种激光模组的优选技术方案，所述励磁线圈粘结于所述活塞套筒外壁上；

所述活塞套筒为导磁材料，可以加强励磁磁场的磁力线密度，增加与透镜活塞环之间的磁力。

作为一种激光模组的优选技术方案，还包括散热风扇，所述型材基座周向设置有散热筋；

所述散热风扇设置于所述型材基座的顶部，提高激光模组的散热性能。

另一方面，提供一种激光设备，包括以上任一方案所述的激光模组。

本发明的有益效果为：

光学透镜可安装于透镜活塞环的中孔内，光学透镜与透镜活塞环同心设置，光学透镜的安装操作简单，且光学透镜的安装精度高。透镜活塞环安装于活塞套筒的滑腔内，由于透镜活塞环具有磁性，当励磁线圈流通电流时，励磁线圈能够施加透镜活塞环沿轴向方向的磁力，驱动透镜活塞环在滑腔内滑动，通过调节电流大小，进而实现控制激光的焦距。一方面，透镜活塞环能够固定光学透镜；另一方面，透镜活塞环作为磁极携带光学透镜移动，实现了控制激光的焦距。摄像头用于检测激光模组距离待加工物的距离，确保激光束的焦点控制在待加工物的表面，保证加工效果。本发明同时具备光学透镜的活塞位移导向和电磁驱动功能，结构紧凑，降低了生产成本，光学透镜的位置调节精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的激光模组的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的激光模组的结构爆炸图；

图3是本发明实施例一提供的激光模组的部分结构剖视图。

图中标记如下：

10、透镜活塞环；101、定位凸台；20、光学透镜；30、活塞套筒；301、阶梯孔；40、励磁线圈；50、弹性件；60、调节螺母；601、通光孔；70、激光二极管；701、环形凸台；80、固定件；90、型材基座；901、散热筋；902、安装腔；100、散热风扇；110、摄像头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

传统的工业应用激光切割系统和一些消费级机器，一般通过手动调节装置内部的光学透镜的方式，实现焦距的调节，手动调节过程，需要人观察激光光斑大小，然后根据光斑反复调整激光的焦距，非常麻烦，长时间观察激光对用户存在一定的伤害。

为解决上述问题，如图1-图3所示，本实施例提供一种激光模组，该激光模组包括透镜活塞环10、光学透镜20、活塞套筒30、型材基座90和摄像头110。

具体地，光学透镜20安装于透镜活塞环10的中孔内，光学透镜20与透镜活塞环10同心设置，光学透镜20的安装操作简单，且光学透镜20的安装精度高；透镜活塞环10的充磁方向为轴向方向；活塞套筒30内设置有滑腔，透镜活塞环10可滑动安装于滑腔内，实现透镜活塞环10在滑腔内的往返直线运动，且保证透镜活塞环10与活塞套筒30的同心度；活塞套筒30外侧设置有励磁线圈40，励磁线圈40能够施加透镜活塞环10沿轴向方向的磁力；型材基座90设置有开口向下的安装腔902，活塞套筒30安装于安装腔902内；摄像头110设置于型材基座90的底部，摄像头110用于检测激光模组距离待加工物的距离。

由于透镜活塞环10具有磁性，当励磁线圈40流通电流时，励磁线圈40能够施加透镜活塞环10沿轴向方向的磁力，驱动透镜活塞环10在滑腔内滑动，通过调节电流大小，进而实现控制激光的焦距。一方面，透镜活塞环10能够固定光学透镜20；另一方面，透镜活塞环10作为磁极携带光学透镜20移动，实现了控制激光的焦距。摄像头110检测激光模组距离待加工物的距离，确保激光束的焦点控制在待加工物的表面，保证加工效果。本实施例同时具备光学透镜20的活塞位移导向和电磁驱动功能，结构紧凑，降低了生产成本，光学透镜20的位置调节精度高。

本实施例中，安装腔902内设置有内螺纹，活塞套筒30可螺纹连接于安装腔902的内螺纹，实现活塞套筒30的固定。励磁线圈40隐藏在安装腔902内部，增加激光模组美观性，且励磁线圈40不易损坏，励磁线圈40产生的热量也可通过型材基座90的安装腔902侧壁传导出去。

激光模组工作时，合理控制激光束的功率，激光模组发出的激光束经待加工物表面反射进入摄像头110的感光器件，摄像头110根据三角测距法原理进行图像处理分析，精确计算待加工物表面与激光模组之间的距离，最后将待加工物与激光模组的实际距离与激光模组固有焦距进行比对，对光学透镜20的位置进行调节，确保激光束的焦点控制在待加工物的表面，保证加工效果。当激光束的焦点不在待加工物表面时，激光模组不工作，避免潜在的危险。需要说明的是，激光三角测距法的原理为现有技术中常规技术，摄像头110为标准件，本实施例对摄像头110的具体结构及原理不在赘述。

优选地，透镜活塞环10的中孔的内壁上设置有定位凸台101，安装光学透镜20时，将光学透镜20一端放置在定位凸台101上，以实现光学透镜20的精准定位安装。进一步优选地，该激光模组还包括弹性件50，弹性件50设置于滑腔内且位于透镜活塞环10与滑腔的顶壁之间，弹性件50用于施加透镜活塞环10向下的弹力。本实施例中，透镜活塞环10的下限位通过定位凸台101固定，通过励磁线圈40的电流控制，施加透镜活塞环10向上的磁力，透镜活塞环10向上移动，压缩上部的弹性件50，弹性件50产生弹力，当弹力与透镜活塞环10所受磁力相等时，透镜活塞环10处于一个平衡状态。通过调节励磁线圈40电流大小控制磁场作用大小，实现光学透镜20上下的精确的移动控制，最终达到电动调节激光模组的焦距作用。本实施例中弹性件50为弹簧，弹簧一端抵接于透镜活塞环10，另一端抵接于滑腔的顶壁。激光可穿设弹簧中间的镂空部位。在其他实施例中，弹性件50还可以为弹力片。或者弹性件50还可以为与透镜活塞环10极性相同的磁铁，利用磁铁与透镜活塞环10之间的同级排斥作用，实现施加透镜活塞环10向下的磁力的功能。

作为优选地，本实施例中，励磁线圈40通过胶水粘结在活塞套筒30的外表面，以实现励磁线圈40的固定。通过控制励磁线圈40的电流大小和方向，进而在轴向方向产生不同的磁场大小和方向。进一步优选地，活塞套筒30采用导磁材料加工，在结构上可以作为励磁线圈40的铁芯，可以加强励磁磁场的磁力线密度，增加与透镜活塞环10之间的磁力。

优选地，激光模组还包括调节螺母60，滑腔远离弹性件50一端设置有内螺纹，调节螺母60一端螺纹连接于内螺纹，且抵接于透镜活塞环10。由于调节螺母60的端部时刻抵接于透镜活塞环10，通过控制调节螺母60的拧紧深度，进而调节透镜活塞环10的位移。当电动调节失效或需要人工进一步对光学透镜20上下调节时，可以旋转调节螺母60实现光学透镜20的上下移动，进而实现通过手动控制激光的焦距。本实施例中，该激光模组兼具电动和手动控制激光的焦距，实用性强，提高了激光模组的可调节性。需要说明的是，调节螺母60的中心设置有通光孔601，激光束可穿设通光孔601。

进一步地，激光模组还包括激光二极管70和固定件80，激光二极管70设置有环形凸台701；滑腔的顶部设置有阶梯孔301，阶梯孔301的大径段位于阶梯孔301远离滑腔一侧，环形凸台701嵌设于阶梯孔301的大径段并搭接于阶梯孔301的阶梯面上，激光二极管70的发光端设置于阶梯孔301的小径段内；固定件80可拆卸安装于活塞套筒30的顶面上，且固定件80将环形凸台701夹紧于阶梯孔301大径段内，实现了激光二极管70的固定。优选地，固定件80通过螺钉固定于活塞套筒30的端面上；固定件80为导热材料，固定件80具有导热的效果，提高激光模组的散热性能。

进一步地，型材基座90周向设置有散热筋901，提高激光模组的散热性能。

优选地，激光模组还包括散热风扇100，散热风扇100设置于型材基座90的顶部，提高激光模组的散热性能。本实施例中，激光二极管70可通过固定件80、型材基座90的侧壁和散热筋901以及散热风扇100进行散热，提高了激光模组的散热性能，满足生产使用需求。

优选地，激光模组内部集成检测姿态和运动的传动器，当激光模组的姿态发生异常或运动异常时，激光模组不工作，避免潜在风险。

进一步优选地，激光模组内部还可设置霍尔传感器或压力应变片实现对透镜活塞环10位移的直接检测或间接检测，实现光学透镜20位移的精准内部闭环控制，便于焦距的精准快速稳定调节。

实施例二

本实施例提供一种激光设备，包括实施例一中的激光模组，由于包括前文的激光模组，因而具备实施例一中任一项的优点，实现了同时具备光学透镜20的活塞位移导向和电磁驱动功能，结构紧凑，降低了生产成本，调节精度高。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种激光模组，其特征在于，包括：

透镜活塞环(10)和光学透镜(20)，所述光学透镜(20)安装于所述透镜活塞环(10)的中孔内，所述光学透镜(20)与所述透镜活塞环(10)同心设置；

所述透镜活塞环(10)的充磁方向为轴向方向；

活塞套筒(30)，所述活塞套筒(30)内设置有滑腔，所述透镜活塞环(10)可滑动安装于所述滑腔内，所述活塞套筒(30)外侧设置有励磁线圈(40)，所述励磁线圈(40)能够施加所述透镜活塞环(10)沿轴向方向的磁力，以驱动所述透镜活塞环(10)沿所述滑腔移动；

型材基座(90)，所述型材基座(90)设置有开口向下的安装腔(902)，所述活塞套筒(30)安装于所述安装腔(902)内；

摄像头(110)，所述摄像头(110)设置于所述型材基座(90)的底部，所述摄像头(110)用于检测所述激光模组距离待加工物的距离；

弹性件(50)，所述弹性件(50)设置于所述滑腔内，所述弹性件(50)设置于所述滑腔内且位于所述透镜活塞环(10)与所述滑腔的顶壁之间，所述弹性件(50)用于施加所述透镜活塞环(10)向下的弹力；

所述激光模组还包括调节螺母(60)，所述滑腔远离所述弹性件(50)一端设置有内螺纹，所述调节螺母(60)一端螺纹连接于所述内螺纹，且抵接于所述透镜活塞环(10)；

所述调节螺母(60)的中心设置有通光孔(601)，激光束可穿设通光孔(601)。

2.根据权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述透镜活塞环(10)的中孔的内壁上设置有定位凸台(101)，所述光学透镜(20)安装于所述定位凸台(101)上。

3.根据权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述弹性件(50)为弹簧；或

所述弹性件(50)为弹力片；或

所述弹性件(50)为与所述透镜活塞环(10)极性相同的磁铁。

4.根据权利要求1所述的激光模组，其特征在于，还包括激光二极管(70)，所述激光二极管(70)设置有环形凸台(701)；所述滑腔的顶部设置有阶梯孔(301)，所述阶梯孔(301)的大径段位于所述阶梯孔(301)远离所述滑腔一侧，所述环形凸台(701)嵌设于所述阶梯孔(301)的大径段并搭接于所述阶梯孔(301)的阶梯面上，所述激光二极管(70)的发光端设置于所述阶梯孔(301)的小径段内。

5.根据权利要求4所述的激光模组，其特征在于，还包括固定件(80)，所述固定件(80)可拆卸安装于所述活塞套筒(30)的顶面上，且所述固定件(80)将所述环形凸台(701)夹紧于所述阶梯孔(301)大径段内。

6.根据权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述励磁线圈(40)粘结于所述活塞套筒(30)外壁上；

所述活塞套筒(30)为导磁材料。

7.根据权利要求1-6任一项所述的激光模组，其特征在于，还包括散热风扇(100)，所述型材基座(90)周向设置有散热筋(901)；

所述散热风扇(100)设置于所述型材基座(90)的顶部。

8.一种激光设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的激光模组。

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