CN114413767A - 一种激光透射精密旋转定位调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光透射精密旋转定位调节装置，涉及光学精密检测技术领域，主要包括底座、旋转驱动机构以及精密测量元件，底座上可转动地设置有转盘，转盘的端面上开设有多个用于光束穿过的透射孔，透射孔沿其轴向至少一侧的投影能够落在底座之外，透射孔一侧用于连接能够对光束进行缩束的光束过滤元件；旋转驱动机构用于驱动转盘自转，以使每个透射孔均能够绕转盘的轴向转动；精密测量元件安装在底座和/或转盘上，并用于测量转盘的转动位移。该装置能够适应多孔切换的情形进行光路准直，同时通过精密测量元件把控多孔切换时的精度，从而满足多孔切换且准确定位的要求。

Description

一种激光透射精密旋转定位调节装置

技术领域

本发明涉及光学精密检测技术领域，具体而言，涉及一种激光透射精密旋转定位调节装置。

背景技术

强激光透射精密旋转定位调节装置是光学工程中使用的精密运动装置，其主要功能是实现激光光束的缩束、穿孔控制及激光光束滤波组件的稳定支撑、精确定位和快速切换，满足光学过程中不同能量的光束在不同运行条件下的滤波要求。而现有的精密旋转定位调节装置中，大多是针对单孔缩束进行定位准直，即使存在多孔定位准直的情形，也会有多孔切换精度低而影响检测结果的情形。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光透射精密旋转定位调节装置，该装置能够适应多孔切换的情形进行光路准直，同时通过精密测量元件把控多孔切换时的精度，从而满足多孔切换且准确定位的要求。

本发明的实施例是这样实现的：

一种激光透射精密旋转定位调节装置，包括底座、旋转驱动机构以及精密测量元件，底座上可转动地设置有转盘，转盘的端面上开设有多个用于光束穿过的透射孔，透射孔沿其轴向至少一侧的投影能够落在底座之外，透射孔一侧用于连接能够对光束进行缩束的光束过滤元件；旋转驱动机构用于驱动转盘自转，以使每个透射孔均能够绕转盘的轴向转动；精密测量元件安装在底座和/或转盘上，并用于测量转盘的转动角度。

在可选地实施方式中，多个透射孔划分为多组，每组均包括多个透射孔，每组透射孔内均包括第一透射孔和第二透射孔，且第二透射孔的数量大于第一透射孔的数量，第二透射孔与转盘中心之间的距离小于第一透射孔与转盘中心之间的距离。

在可选地实施方式中，每组透射孔内均包括呈等腰三角分布的一个第一透射孔和两个第二透射孔，其中，第一透射孔位于顶角处，且该第一透射孔与其中一个第二透射孔之间的连线穿过转盘中心。

在可选地实施方式中，相邻第一透射孔之间以转盘中心为顶点相隔60°。

在可选地实施方式中，精密测量元件包括光栅尺和读数头，光栅尺沿转盘的圆周布置，读数头安装在底座上，并通过读取光栅尺的转动位移来测量转盘的转动角度。

在可选地实施方式中，底座上设置有可转动的转轴，转盘中心设置有轴孔，转盘通过其轴孔套设在转轴上，旋转驱动机构用于驱动转轴进行转动。

在可选地实施方式中，旋转驱动机构包括步进电机和行星减速器，步进电机的输出端与行星减速器的输入端连接，行星减速器的输出端通过联轴器与转轴连接；其中，步进电机的步距角小于等于0.9°，行星减速器的减速比大于等于200，转盘的外径小于等于230mm。

在可选地实施方式中，底座远离转盘的一侧设置有定位组件，定位组件包括第一定位块、第二定位块和第三定位块，第一定位块一侧表面与底座固定连接，另一侧表面为平整面；第二定位块一侧表面与底座固定连接，另一侧表面加工有定位槽，定位槽的槽向与透射孔的轴向一致，且定位槽沿其槽口至槽底的方向逐渐收口；第三定位块一侧表面与底座固定连接，另一侧表面加工有定位孔，定位孔沿其孔口至孔底的方向逐渐收口。

在可选地实施方式中，定位槽的断面形状呈“V”形，且定位槽的两端贯通第二定位块的两侧；定位孔的轴向与透射孔的轴向相互垂直。

在可选地实施方式中，第一定位块、第二定位块和第三定位块呈三角分布，且第二定位块和第三定位块分别位于转盘的端面两侧。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供的激光透射精密旋转定位调节装置通过在转盘上设置多个透射孔，多个透射孔均可以允许被检测的光束穿过，并通过光束过滤元件进行缩束以便于进行后续的光路准直测量，且多个透射孔能够在转盘的转动作用下来回切换，从而满足了多个孔在准直过程中来回切换的使用要求；同时通过精密测量元件来检测转盘转动的角度或者位移，从而来准确控制转盘的位移量，达到准确切换定位的功能，相较于现有技术而言，不仅实现了多孔光路准直，而且孔与孔在切换时聚堆相对更好的准确定位性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的旋转定位调节装置的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的旋转定位调节装置的结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的旋转驱动机构的结构示意图。

图标：100-底座；101-第一定位块；102-第二定位块；103-第三定位块；104-定位槽；105-定位孔；200-转盘；201-第二透射孔；202-第一透射孔；203-光束过滤元件；204-转轴；205-支座；300-旋转驱动机构；301-步进电机；302-行星减速器；303-轴承座；304-联轴器；305-旋钮；400-精密测量元件；401-光栅尺；402-读数头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。

实施例

请参阅图1，本实施例提供的一种激光透射精密旋转定位调节装置包括底座100、旋转驱动机构300和精密测量元件400，该底座100上可转动地设置有转盘200，此处的可转动地设置主要指转盘200能够相对底座100进行自转。转盘200的端面上开设有多个用于光束穿过的透射孔，且透射孔沿其轴向至少一侧的投影能够落在底座100之外，即表示转盘200的两侧的端面之间贯通有多个透射孔，透射孔的轴线没有贯穿该底座100的本体，目的是为了使得后续光束穿过的时候不会在短距离内直接穿射到底座100上而影响光路准直测量的操作与效果，这一点对于高精度精密准直测量是尤为重要的。此外，所述透射孔一侧用于连接能够对光束进行缩束的光束过滤元件203，光速过滤元件203主要指各类型的光束缩束器，且该光束缩束器带有滤杂功能。

所述旋转驱动机构300用于驱动转盘200自转，以使每个透射孔均能够绕转盘200的轴向转动，即每个透射孔能够绕转盘200的中心进行公转，从而达到多个透射孔之间的切换目的，与传统的单孔光路准直形成明显区别，可实现多次准直测量的操作。在传统的单孔式光路准直过程中，每次测量前需要精确定位透射孔与光路的相对位置，基于这种方式的单孔测量调节装置，在测量实验前相对比较麻烦，而在采用多孔切换进行光路准直操作时，每次切换的精确高低直接关系到测量结果的准确性，为保证透射孔切换后提高定位的准确性，通过配置精密测量元件400，该精密测量元件400安装在底座100和/或转盘200上，并用于测量转盘200的转动角度或者位移量，从而通过准确测量转盘200的转动角度或位移，来判断对应透射孔的转动角度或位移，在预先知道相邻孔位之间的距离前提下，能够直接通过转盘200的转动角度或位移，获得该相邻孔位是否转动切换到位的结果，最终保证更高的切换精度和准确性。

通过以上技术方案，不仅通过采用多孔式替代了传统单孔式光路准直设备，增加了光路准直的光束多选择操作性以及多次对比准直的结果准确性，而且通过精密测量元件400能够准确定位透射孔之间的切换位置，从而保证切换精度，以避免多孔切换时容易出现较大误差而影响测量结果的现象。

由于多个透射孔之间的切换精度与难度直接影响到准直结果的准确性，原则上透射孔排列越简单或者越标准，便越容易保证切换操作的精度，而相对越常规的透射孔排列方式，在光路准直的可选操作性或者操作复杂性上就越低，尤其是在目前对于光路准直精度要求越来越高的环境下，单程光路准直已不再适用，更多的是在有限的距离内实现光路的多次反射准直，即在同一束光路经多次穿过透射孔来回反射后最终的落脚点进行反复多次比较，从而实现小体积、短距离、高精度的光路准直实验，因此，在能适应光路准直实验中的多选择操作性以及多孔排列的常规性综合平衡考虑的前提下，在本实施例中，将多个透射孔划分为多组，每组均包括多个透射孔，且每组透射孔内均包括第一透射孔202和第二透射孔201，即每组的多个透射孔至少划分为两类，一类是第一透射孔202，另一类是第二透射孔201，且第二透射孔201的数量大于第一透射孔的数量，同时第二透射孔201与转盘200中心之间的距离小于第一透射孔202与转盘200中心之间的距离，这种设置方式可以根据实验的精度要求，结合光路多程反射的可选操作性以及多孔切换的难易程度下综合平衡策略，来满足实际实验的可行性要求。

在上述选择策略的范围下，为了更进一步提高多程反射的可选操作性以及多孔切换的难易程度之间的优选平衡结果，每组透射孔内均包括呈等腰三角分布的一个第一透射孔202和两个第二透射孔201，其中，第一透射孔202位于顶角处，且该第一透射孔202与其中一个第二透射孔201之间的连线穿过转盘200中心，通过以上技术方案，一方面增加了每组中的第一透射孔202与第二透射孔201的排列规整性或规律性，减小了每组孔切换时须准确定位的难度，另一方面适应转盘200这种转动式切换的孔位调整方式，不仅能够实现每组透射孔能够经旋转后出现在同一空间位置，而且其中的一对第一透射孔202与第二透射孔201之间的连线能够穿过转盘200中心，在光路进行多程反射，更容易找到或者定位到反射镜的精度位置等，大大提高了多程反射的可选操作性。此外，相邻第一透射孔202之间以转盘200中心为顶点相隔60°，即表示相邻第一透射孔202所在位置的中心与转盘200中心三者之间的连线，形成一个以转盘200中心为顶点的60°的角，通过以上技术方案，能够在各组透射孔之间排布一个相对位置合理的布局，一方面易于高精度加工制造，另一方面不会在转盘200限制尺寸的条件下使得各组透射孔之间过于紧凑，而影响光束准直操作。

精密测量元件400主要是能够通过转盘200的转动角度或转动路径来检测转盘200实际转动位移，可以通过例如圆点传感器或者角传感器的检测来实现，或者通过红外或光电传感器对转盘200固定预设点运动的始点与终点位置之间距离来判断转盘200实际的转动位移或角度。但为了使得本装置相对易于操作，同时不会对试验过程造成干扰或影响，所述精密测量元件400包括光栅尺401和读数头402，所述光栅尺401沿转盘200的圆周布置，即表示转盘200的外环面圆周或者端面的外沿处设置该环状的光栅尺401，作为基准测量范围，并不会影响第一透射孔202或者第二透射孔201的位置布置。读数头402安装在底座100上，并通过读取光栅尺401的转动位移来测量转盘200的转动位移，即通过对光栅尺上实际反馈的测量信号来读取光栅尺401实际的转动位移，且光栅尺401实际的转动位移即转盘200的外环面圆周或者端面的外沿处的转动位移，有了此转盘200的实际转动位移数据，便能够根据比例关系来得到预先开设在转盘200对应透射孔的实际转动位移，从而实现高精度或精密控制的要求，同时读数头402的设置位置不会对转盘200的转动造成干扰或影响，有利于提供测量的准确度。

通过上述技术方案，保证了转盘200转动位移测量的精确性，同时为了保证转盘200自身转动动作的精确性，在本实施例中，底座100上通过支座205设置有可转动的转轴204，转盘200中心设置有轴孔，且转盘200通过其轴孔套设在转轴204上，且孔轴配合的方式以过渡或者过盈配合为主，转轴204与透射孔之间的同轴度在±10μm以下，从而来保证转盘200的高精度转动。所述旋转驱动机构300用于驱动转轴204进行转动，请参阅图2，为了保证转盘200的旋转精度可控，从而实现精密旋转控制，所述旋转驱动机构300包括步进电机301和行星减速器302，该步进电机301的输出端与行星减速器302的输入端连接，行星减速器302的输出端通过联轴器304与转轴204连接，在转轴204与联轴器304以及行星减速器302的输出端端部之间设置有轴承和轴承座303，目的是为了三者在轴承座303内腔中通过轴承实现可转动的紧配合。

其中，为保障装置整体的可靠性，步进电机301选用真空专用混合式57步进电机，适应使用环境的要求，同时根据空间结构和离线装调要求，可选用双输出轴型电机，输出轴的另一端设置旋钮305，达到双向控制的目的。此外，所述步进电机301的步距角小于等于0.9°，行星减速器302的减速比大于等于200，转盘200的外径小于等于230mm，能够保证旋转定位调节的分辨率优于10μm，且重复定位精度优于20μm，从而满足高精度或者精密控制的要求。旋转精度的计算过程如下：0.9°/200＝0.0045°＝16.2″≈0.000078(rad)，假如转盘200外径为229mm，则转盘200的分辨率最大为：0.000078×229/2≈0.0092mm＝9.2μm<10μm，由于其分辨率小于10μm，重复定位时，其精度优于20μm。

保证了上述各层面的精度要求，请参阅图3，为了提高整个装置在安装时的精度要求，所述底座100远离转盘200的一侧设置有定位组件，定位组件包括第一定位块101和第二定位块102，第一定位块101一侧表面与底座100固定连接，另一侧表面为平整面，主要用于放置在操作平台上，其中，固定连接方式可以是焊接或一体成型等。所述第二定位块102一侧表面与底座100固定连接，另一侧表面加工有定位槽104，定位槽104主要用于与操作平台的定位件进行定位配合。通过以上技术方案能够将本定位调节装置每次安装在同一平台或者同一位置处，避免出现频繁更换操作平台或者定位位置而影响安装精度，最终导致测量结果不够精确。

其中，所述定位槽104的槽向与透射孔的轴向一致，即表示转盘200与底座100背离转盘200的一面相互垂直，亦表示转盘200与第一定位块101、第二定位块102远离底座100的表面相互垂直，这种优选技术方案能够更适应实际的使用及安装需求。其次，所述定位槽104沿其槽口至槽底的方向逐渐收口，即表示定位槽104呈槽口宽槽底窄的形式，主要用于准确定位，尤其是定位槽104截面为“V”形时，其与V型球头之间定位的自适应性较强，能够适应该高精度定位。除此之外，定位槽104两端贯通第二定位块102的侧壁，能够在实际定位时起到调节作用。具体地，在利用第一定位块101进行粗定位时，此时的定位槽104与安装位置处的V型球头初步定位，可允许整个底座100在定位槽104的槽向方向上移动，从而来达到调整透射孔轴向位置的目的，为高精度安装控制奠定调节基础。

在定位准确后，为了消除底座100在槽向方向上的移动自由度，所述定位组件还包括第三定位块103，所述第三定位块103一侧表面与底座100固定连接，另一侧表面加工有定位孔105，且定位孔105沿其孔口至孔底的方向逐渐收口，尤其是指锥形孔，锥形孔的轴向与透射孔的轴向相互垂直。当定位孔105与安装位置处的锥形块初步定位后，两者之间通过较强的自适应配合特性，能够使得底座100无法在槽向方向上的进一步移动，从而达到底座100稳定且高精度地与操作平台进行安装匹配的目的。更近一步地，所述第一定位块101、第二定位块102和第三定位块103呈三角分布，能够通过三角定位具有较强稳定性的特点来增加底座100与操作平台之间的连接稳定性，同时第二定位块102和第三定位块103分别位于转盘200的端面两侧，能够有效控制转盘200两侧的定位安装精度，即当初步将第三定位块103定位时，能够允许底座100和转盘200具有旋转的自由度，尤其是涉及到需要控制透射孔角度的时候；当初步将第二定位块102定位时，能够允许底座100和转盘200具有轴向位移的自由度，尤其是涉及到需要控制透射孔位置的时候，两者分别位于两侧是为了与两侧的反射镜装置进行适应新调配，故通过以上技术方案，不仅能够实现高稳定的安装配合，还能实现在特定使用环境下便于高精度调节定位的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应当注意，在附图中所图示的结构或部件不一定按比例绘制，同时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。

Claims (10)

1.一种激光透射精密旋转定位调节装置，其特征在于，包括：

底座，所述底座上可转动地设置有转盘，所述转盘的端面上开设有多个用于光束穿过的透射孔，所述透射孔沿其轴向至少一侧的投影能够落在所述底座之外，所述透射孔一侧用于连接能够对光束进行缩束的光束过滤元件；

旋转驱动机构，所述旋转驱动机构用于驱动所述转盘自转，以使每个所述透射孔均能够绕所述转盘的轴向转动；

精密测量元件，所述精密测量元件安装在所述底座和/或所述转盘上，并用于测量所述转盘的转动角度。

2.根据权利要求1所述的激光透射精密旋转定位调节装置，其特征在于，多个所述透射孔划分为多组，每组均包括多个透射孔，每组透射孔内均包括第一透射孔和第二透射孔，且所述第二透射孔的数量大于所述第一透射孔的数量，所述第二透射孔与所述转盘中心之间的距离小于所述第一透射孔与所述转盘中心之间的距离。

3.根据权利要求2所述的激光透射精密旋转定位调节装置，其特征在于，每组透射孔内均包括呈等腰三角分布的一个所述第一透射孔和两个所述第二透射孔，其中，所述第一透射孔位于顶角处，且该第一透射孔与其中一个所述第二透射孔之间的连线穿过所述转盘中心。

4.根据权利要求3所述的激光透射精密旋转定位调节装置，其特征在于，相邻所述第一透射孔之间以所述转盘中心为顶点相隔60°。

5.根据权利要求1所述的激光透射精密旋转定位调节装置，其特征在于，所述精密测量元件包括光栅尺和读数头，所述光栅尺沿所述转盘的圆周布置，所述读数头安装在所述底座上，并通过读取所述光栅尺的转动位移来测量所述转盘的转动角度。

6.根据权利要求1所述的激光透射精密旋转定位调节装置，其特征在于，所述底座上设置有可转动的转轴，所述转盘中心设置有轴孔，所述转盘通过其轴孔套设在所述转轴上，所述旋转驱动机构用于驱动所述转轴进行转动。

7.根据权利要求6所述的激光透射精密旋转定位调节装置，其特征在于，所述旋转驱动机构包括步进电机和行星减速器，所述步进电机的输出端与所述行星减速器的输入端连接，所述行星减速器的输出端通过联轴器与所述转轴连接；

其中，所述步进电机的步距角小于等于0.9°，所述行星减速器的减速比大于等于200，所述转盘的外径小于等于230mm。

8.根据权利要求1所述的激光透射精密旋转定位调节装置，其特征在于，所述底座远离所述转盘的一侧设置有定位组件，所述定位组件包括第一定位块、第二定位块和第三定位块，所述第一定位块一侧表面与所述底座固定连接，另一侧表面为平整面；所述第二定位块一侧表面与所述底座固定连接，另一侧表面加工有定位槽，所述定位槽的槽向与所述透射孔的轴向一致，且所述定位槽沿其槽口至槽底的方向逐渐收口；所述第三定位块一侧表面与所述底座固定连接，另一侧表面加工有定位孔，所述定位孔沿其孔口至孔底的方向逐渐收口。

9.根据权利要求8所述的激光透射精密旋转定位调节装置，其特征在于，所述定位槽的断面形状呈“V”形，且所述定位槽的两端贯通所述第二定位块的两侧；所述定位孔的轴向与所述透射孔的轴向相互垂直。

10.根据权利要求8所述的激光透射精密旋转定位调节装置，其特征在于，所述第一定位块、第二定位块和第三定位块呈三角分布，且所述第二定位块和第三定位块分别位于所述转盘的端面两侧。

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