一種雙光軸系統的光軸平行性調校裝置及方法
2023-09-21 19:38:10 1
一種雙光軸系統的光軸平行性調校裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙光軸系統的光軸平行性調校裝置，包括兩片大小相同、相互垂直的反射鏡和相關支撐結構。支撐結構包括兩個金屬支撐臂、底板、轉軸、支撐杆和底座。在光軸平行性調校過程中，首先通過其中一個光學系統入射一束指示光，調節指入射角度使指示光垂直反射，此時指示光的光軸與反射面垂直。再將裝置沿著垂直於底板的旋轉軸旋轉一定角度，使指示光在兩片反射鏡上依次反射，根據幾何光學原理，經過兩次反射的指示光會平行地反射回來，在另一光學系統後安裝一塊帶有十字叉的光屏，調節該系統的光軸方向使反射回來的指示光進入該系統照射在光屏上並與十字叉的中心重合，此時兩個光學系統的光軸方向已調至平行。
【專利說明】一種雙光軸系統的光軸平行性調校裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於雙光軸光學領域，更具體地，涉及一種雙光軸系統的光軸平行性調校 裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 光軸的平行度是具有雙光軸光學系統的精密雷射加工設備的一個重要參數。在具 備視頻監測系統和雷射測距模塊的雷射加工系統中，視頻監測系統的視軸、測距模塊的光 軸與雷射發射光軸的平行度是保證主雷射束沿著跟蹤測量軸精確作用到加工目標上的關 鍵，是設計、加工、裝調以及使用中必須優先保證的。在設備出廠前，要在裝調車間對其進行 精密裝調和檢測，使光軸平行度誤差控制在加工精度允許的範圍內。但當設備出廠後，移動 和長期使用等都會造成光機零件位置的相對移動，使光軸平行度偏離正常的技術指標，所 以實現出廠後以及外場工作前的快速檢測是非常必要的。
[0003] 目前業界常用的光軸平行度調校方法主要是大口徑平行光管法，這種方法誤差環 節少、調校精度高，被廣泛地用於大型光電設備的光軸平行度檢測，但大口徑平行光管成本 高、不易製作且笨重，不可能運到外場，只能局限於室內使用。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種雙光軸系統的光軸平行性調校裝置，其 目的在於針對大口徑平行光管在外場使用的局限性，為精密雷射加工系統的光路調校提供 一種簡易、低成本的輔助裝調裝置。
[0005] 本發明提供了一種雙光軸系統的光軸平行性調校裝置，包括支撐結構、第一反射 鏡和第二反射鏡；所述支撐結構包括支撐臂、底板、轉軸、支撐杆和底座；所述第一反射鏡 與所述第二反射鏡均緊密貼合在所述支撐臂上，所述第一反射鏡與所述第二反射鏡相互垂 直設置，且均與所述底板垂直；所述支撐杆的一端連接轉軸，另一端連接底座。
[0006] 更進一步地，還包括安裝在第一光學系統中的指示光源和安裝在第二光學系統中 的帶有十字叉的光屏。
[0007] 更進一步地，工作時，調整所述光軸平行性調校裝置的高度使得所述指示光源的 光照射到所述光軸平行性調校裝置中的第一反射鏡或第二反射鏡的中央位置；調節第一光 學系統的光軸方向使得反射光線與入射光線重合；將所述光軸平行性調校裝置沿著轉軸向 第二反射鏡或第一反射鏡的方向旋轉一定角度，使得指示光源的光在兩個相互垂直的反射 面上依次發生反射，兩次反射過程中的反射光線與入射光線均在同一平面內，第二次反射 的光線與初始入射光線平行；調節第二光學系統的光軸方向，使得反射光線照射到光屏的 十字叉的中心；所述第二光學系統與反射光線同軸，且與入射光線平行；由於入射光線與 第一個光學系統同軸，所以第一光學系統的光軸與所述第二光學系統的光軸相互平行。
[0008] 更進一步地，所述第一反射鏡和第二反射鏡為尺寸相等的矩形結構。
[0009] 更進一步地，所述支撐臂為金屬支撐臂，金屬支撐臂通過螺釘與底板連接，支撐臂 的左右兩支以及底板兩兩垂直。
[0010] 更進一步地，所述轉軸安裝在所述底板的中央位置，且與所述底板垂直，並通過螺 紋與支撐杆的一端連接。
[0011] 更進一步地，所述支撐杆的另一端固定在所述底座上，所述底座上有四個M5螺紋 孔，用於與光學桌固定連接。
[0012] 本發明還提供了一種基於上述的光軸平行性調校裝置的調教方法，包括下述步 驟：
[0013] (1)在第一光學系統中安裝指示光源，並通過調整使得所述第一光學系統的光軸 與所述指示光源的光軸同軸；在第二光學系統中安裝帶有十字叉的光屏，並通過調整使得 所述光屏垂直於所述第二光學系統的光軸，且十字叉的中心在所述第二光學系統的光軸 上；
[0014] (2)通過調整所述光軸平行性調校裝置的高度使得所述指示光源的光照射到所述 光軸平行性調校裝置中的第一反射鏡或第二反射鏡的中央位置；
[0015] (3)通過調節第一光學系統的光軸方向使得反射光線與入射光線重合；
[0016] (4)將所述光軸平行性調校裝置沿著轉軸向第二反射鏡或第一反射鏡的方向旋轉 一定角度，使得指示光源的光在兩個相互垂直的反射面上依次發生反射，兩次反射過程中 的反射光線與入射光線均在同一平面內，第二次反射的光線與初始入射光線平行；
[0017] (5)通過調節第二光學系統的光軸方向，使得反射光線照射到光屏的十字叉的中 心；所述第二光學系統與反射光線同軸，且與入射光線平行；由於入射光線與第一個光學 系統同軸，所以第一光學系統的光軸與所述第二光學系統的光軸相互平行。
[0018] 更進一步地，所述第一光學系統的光軸與所述第二光學系統的光軸之間的間距小 於等於所述光軸平行性調校裝置的口徑。
[0019] 更進一步地，所述光軸平行性調校裝置的口徑為第一反射鏡的鏡片長度的萬倍。
[0020] 本發明結構簡單、緊湊，重量輕，製造、維護成本低，既能夠在實驗室使用，也能適 應戶外環境。在使用方法上，大口徑平行光管調教的精確度往往與使用者的經驗、技術水平 有關，而本發明的使用方法簡單、明確，對操作者的專業技術要求相對較低。因此，本發明能 夠為精密雷射加工系統的光路調校提供一種簡易、低成本的輔助裝調解決方案，具有顯著 的經濟效益和社會效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明實施例提供的雙光軸系統的光軸平行性調校裝置的結構示意圖：
[0022] 圖2是本發明實施例提供的雙光軸系統的光軸平行性調校裝置的結構俯視圖；
[0023] 在圖1中，1為支撐臂,2為第一反射鏡,3為第二反射鏡,4為底板,5為轉軸,6為 支撐杆，7為底座；
[0024] 在圖2中，1為支撐臂2為第一反射鏡3為第二反射鏡4為底板5為轉軸8為 第一光學系統9為第二光學系統10為指不光源11為光屏。
【具體實施方式】
[0025] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並 不用於限定本發明。
[0026] 本發明實施例為雙光軸光學系統的光軸平行性調校提供一種簡便、快速的調教方 法。是雷射行業中進行光路調校的簡易、低成本的輔助裝調工具。
[0027] 本發明提供的雙光軸系統的光軸平行性調校裝置，是一種結構簡單、使用方便的 光軸平行性調校裝置；包括兩片相互垂直的反射鏡和相關支撐結構，兩片反射鏡具有相同 的結構尺寸，通過鍍增反膜處理，在可見光和近紅外波段具有較高的反射率。鏡片緊密的貼 合在金屬支撐臂上，保持兩個反射面的方向相互垂直，同時與底板保持垂直。
[0028] 支撐結構包括支撐臂1、底板4、轉軸5、支撐杆6和底座7,支撐臂、底板和底座為 鋁合金材質，轉軸和支撐杆為不鏽鋼材質。各個結構件通過精密加工來保證支撐臂的左右 兩支以及底板的兩兩垂直，底座上有四個M5螺紋孔，能夠方便地安裝在光學桌上。
[0029] 在光路調校過程中，還需要藉助一個方便觀察的指示光源10(如氦氖雷射管或半 導體雷射筆等）和一個帶有十字叉的光屏11。指示光源10安裝在待調校的第一光學系統 8中，以指不光的光軸代表該系統的光軸，光屏11安裝在第二光學系統9中，垂直於光軸方 向，且十字叉的中心在光軸上。光路調校時，先發出一束指示光照射到調校裝置的第一反射 鏡2的反射面上，觀察反射光線的方向，調節指示光的入射方向使反射光線與入射光線重 合，此時指示光光軸與第一反射鏡2的反射面垂直，與底板4所在平面平行。然後將調校裝 置旋轉一定角度，使指示光依次在兩個相互垂直的反射面上發生反射，根據幾何光學原理， 此時反射光線與入射光線平行且分開一定的距離。調節第二光學系統9的光軸方向使反射 光線通過第二光學系統9照射到光屏11上，直至光斑落在十字叉的中心位置，此時第二光 學系統9的光軸與反射光線同軸，而反射光線與入射光線平行，入射光線與第一光學系統8 同軸，所以第二光學系統9光軸與第一光學系統8的光軸平行。
[0030] 本發明涉及的雙光路平行性調校系統與業界常用大口平行光管相比具有諸多優 勢。大口徑平行光管體積大，結構複雜，一般都在實驗室內使用，而且其內部的物鏡或非球 面反射鏡的製造維護成本都較高。而本發明涉及的裝置結構簡單、緊湊，重量輕，製造、維護 成本低，既能夠在實驗室使用，也能適應戶外環境。在使用方法上，大口徑平行光管調教的 精確度往往與使用者的經驗、技術水平有關，而本發明設計的裝置的使用方法簡單、明確， 對操作者的專業技術要求相對較低。因此，本發明能夠為精密雷射加工系統的光路調校提 供一種簡易、低成本的輔助裝調解決方案，具有顯著的經濟效益和社會效益。
[0031] 以下結合圖1和圖2及實施例，對本發明進行進一步的詳細說明。
[0032] (1)首先選定兩個需要將光軸調至平行的光學系統，這兩個系統的光軸之間的間 距不超過調校裝置的口徑，在其中第一光學系統8內安裝指示光源10,保持系統光軸與指 示光同軸。在第二光學系統9內安裝帶有十字叉的光屏11，並使光屏11垂直於第二光學系 統9的光軸，十字叉的中心在光軸上。
[0033] (2)將調校裝置安裝在光學桌或升降臺上，調整裝置的高度使指示光照射到第一 反射鏡2的中央位置。
[0034] (3)調節第一光學系統8的光軸方向（即指示光的入射方向），觀察反射回來的光 斑位置，直至反射光線與入射光線重合。根據幾何光學原理，此時指示光垂直於第一反射鏡 2的反射面，即第一光學系統8的光軸垂直於第一反射鏡2的反射面，平行於底板4所在平 面。
[0035] (4)將調校裝置沿著轉軸向另一個第二反射鏡3的反射面的方向旋轉一定角度， 使指示光在兩個相互垂直的反射面上依次發生反射，根據幾何光學原理，兩次反射過程中 的反射光線與入射光線均在同一平面內，第二次反射的光線與初始入射光線平行。調節第 二光學系統9的光軸方向，使反射光線通過第二光學系統9照射到光屏11上，繼續微調方 向使反射光線照射到十字叉的中心。此時第二光學系統9與反射光線同軸，與入射光線平 行。由於入射光線與第一光學系統8同軸，所以兩個光學系統的光軸相互平行。
[0036] 本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以 限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含 在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種雙光軸系統的光軸平行性調校裝置，其特徵在於，包括支撐結構、第一反射鏡 (2)和第二反射鏡（3);所述支撐結構包括支撐臂（1)、底板（4)、轉軸（5)、支撐杆（6)和底 座（7);所述第一反射鏡（2)與所述第二反射鏡（3)均緊密貼合在所述支撐臂（1)上，所述 第一反射鏡（2)與所述第二反射鏡（3)相互垂直設置，且均與所述底板（4)垂直；所述支撐 杆（6)的一端連接轉軸（5)，另一端連接底座（7)。
2. 如權利要求1所述的光軸平行性調校裝置，其特徵在於，還包括安裝在第一光學系 統中的指示光源和安裝在第二光學系統中的帶有十字叉的光屏。
3. 如權利要求2所述的光軸平行性調校裝置，其特徵在於，工作時，調整所述光軸平 行性調校裝置的高度使得所述指示光源的光照射到所述光軸平行性調校裝置中的第一反 射鏡或第二反射鏡的中央位置；調節第一光學系統的光軸方向使得反射光線與入射光線重 合；將所述光軸平行性調校裝置沿著轉軸向第二反射鏡或第一反射鏡的方向旋轉一定角 度，使得指示光源的光在兩個相互垂直的反射面上依次發生反射，兩次反射過程中的反射 光線與入射光線均在同一平面內，第二次反射的光線與初始入射光線平行；調節第二光學 系統的光軸方向，使得反射光線照射到光屏的十字叉的中心；所述第二光學系統與反射光 線同軸，且與入射光線平行；由於入射光線與第一個光學系統同軸，所以第一光學系統的光 軸與所述第二光學系統的光軸相互平行。
4. 如權利要求1所述的光軸平行性調校裝置，其特徵在於，所述第一反射鏡（2)和第二 反射鏡（3)為尺寸相等的矩形結構。
5. 如權利要求1所述的光軸平行性調校裝置，其特徵在於，所述支撐臂（1)為金屬支撐 臂，金屬支撐臂通過螺釘與底板連接，支撐臂的左右兩支以及底板兩兩垂直。
6. 如權利要求1所述的光軸平行性調校裝置，其特徵在於，所述轉軸（5)安裝在所述底 板（4)的中央位置，且與所述底板（4)垂直，並通過螺紋與支撐杆（6)的一端連接。
7. 如權利要求1所述的光軸平行性調校裝置，其特徵在於，所述支撐杆（6)的另一端固 定在所述底座（7)上，所述底座（7)上有四個M5螺紋孔，用於與光學桌固定連接。
8. -種基於權利要求1-7任一項所述的光軸平行性調校裝置的調教方法，其特徵在 於，包括下述步驟： (1) 在第一光學系統中安裝指示光源，並通過調整使得所述第一光學系統的光軸與所 述指示光源的光軸同軸；在第二光學系統中安裝帶有十字叉的光屏，並通過調整使得所述 光屏垂直於所述第二光學系統的光軸，且十字叉的中心在所述第二光學系統的光軸上； (2) 通過調整所述光軸平行性調校裝置的高度使得所述指示光源的光照射到所述光軸 平行性調校裝置中的第一反射鏡或第二反射鏡的中央位置； (3) 通過調節第一光學系統的光軸方向使得反射光線與入射光線重合； (4) 將所述光軸平行性調校裝置沿著轉軸向第二反射鏡或第一反射鏡的方向旋轉一定 角度，使得指示光源的光在兩個相互垂直的反射面上依次發生反射，兩次反射過程中的反 射光線與入射光線均在同一平面內，第二次反射的光線與初始入射光線平行； (5) 通過調節第二光學系統的光軸方向，使得反射光線照射到光屏的十字叉的中心； 所述第二光學系統與反射光線同軸，且與入射光線平行；由於入射光線與第一個光學系統 同軸，所以第一光學系統的光軸與所述第二光學系統的光軸相互平行。
9. 如權利要求8所述的調教方法，其特徵在於，所述第一光學系統的光軸與所述第二 光學系統的光軸之間的間距小於等於所述光軸平行性調校裝置的口徑。
10.如權利要求8或9所述的調教方法，其特徵在於，所述光軸平行性調校裝置的口徑 為第一反射鏡的鏡片長度的力倍。
【文檔編號】G01B11/26GK104406543SQ201410665912
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月19日 優先權日:2014年11月19日
【發明者】張庸, 左強, 於海濤, 姚曉峰, 魏小彪 申請人:湖北三江航天紅峰控制有限公司