一种同轴共焦光路实现场镜焦平面定位的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种同轴共焦光路实现场镜焦平面定位的装置，包括场镜、半透半反镜、电动变倍镜头、摄像机和位移平台；半透半反镜与成像光路光轴呈45度角放置，实现成像光路光轴的90度变换，激光光路光轴与成像光路光轴重合；半透半反镜的透射侧设置有所述场镜，半透半反镜的反射侧设置有所述电动变倍镜头；用于放置加工工件的位移平台设置在激光光路上，摄像机与所述电动变倍镜头固定连接；场镜的焦平面和摄像机的成像面重合。本实用新型具备成像系统与激光应用系统同轴共焦的能力，具有实时成像与激光扫描同步的特点，可对场镜焦平面实现快速定位其操作简单方便，提高了生产效率。
【专利说明】一种同轴共焦光路实现场镜焦平面定位的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于激光应用设备领域，更具体地，涉及一种同轴共焦光路实现场镜焦平面定位的装置。
【背景技术】
[0002]现阶段，在激光应用设备中，小直径的激光光束拥有较高的能量密度，可实现工业激光的应用。通常采用的激光光束聚焦器件为场镜，场镜具有确定的焦平面位置，场镜焦平面位置的一定范围内为激光有效作用区域，称为焦深。在激光加工过程中，随着加工器件厚度的不同，需要对场镜或者加工器件的位置进行调节，已实现加工器件在场镜的有效焦距内。通常情况下，对场镜的调节依靠传统刻度尺的人工测量或采用其他测距工具。传统刻度尺的人工测量或其他测距工具具有耗时长、精度低和操作难的特点。
实用新型内容
[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种同轴共焦光路实现场镜焦平面定位的装置，其目的在于提高场镜焦平面定位效率和精度，旨在解决传统刻度尺的人工测量导致耗时长、精度低和操作难的技术问题。
[0004]本实用新型提供了一种同轴共焦光路实现场镜焦平面定位的装置，包括场镜、半透半反镜、电动变倍镜头、摄像机和位移平台；所述半透半反镜与成像光路光轴呈45度角放置，实现成像光路光轴的90度变换，激光光路光轴与成像光路光轴重合；所述半透半反镜的透射侧设置有所述场镜，所述半透半反镜的反射侧设置有所述电动变倍镜头；用于放置加工工件的位移平台设置在激光光路上，所述摄像机与所述电动变倍镜头固定连接；所述场镜的焦平面和所述摄像机的成像面重合。
[0005]其中，工作时，加工工件放置在所述位移平台上，场镜发出的激光经所述半透半反镜透射后作用在所述加工工件；所述加工工件反射的可见光经所述半透半反镜反射后进入所述电动变倍镜头，并到达摄像机成像平面。
[0006]其中，所述半透半反镜为双面镀有激光波段的高透膜且反射面镀有可见光高反膜的半透半反镜。
[0007]本实用新型提供了一种同轴共焦光路实现场镜焦平面定位的装置，其特征在于，包括场镜、半透半反镜、电动变倍镜头、摄像机和位移平台；所述半透半反镜与成像光路光轴呈45度角放置，实现成像光路光轴的90度变换，激光光路光轴与成像光路光轴重合；所述半透半反镜的透射侧设置有所述电动变倍镜头，所述半透半反镜的反射侧设置有所述场镜；用于放置加工工件的位移平台设置在激光光路上，所述摄像机与所述电动变倍镜头固定连接；所述场镜的焦平面和所述摄像机的成像面重合。
[0008]其中，工作时，加工工件放置在所述位移平台上，场镜发出的激光经所述半透半反镜反射后作用在所述加工工件上；所述加工工件反射的可见光经所述半透半反镜透射后进入所述电动变倍镜头，并到达所述摄像机成像平面。
[0009]其中，所述半透半反镜为双面镀有可见光波段的高透膜且透射面镀有激光波段高反膜的半透半反镜。
[0010]本实用新型具备成像系统与激光应用系统同轴共焦的能力，具有实时成像与激光扫描同步的特点，可对场镜焦平面实现快速定位其操作简单方便，提高了生产效率；提高了场镜焦平面定位效率和精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型第一种光路实现形式的侧视图。
[0012]图2是本实用新型第二种光路实现形式的侧视图。
【具体实施方式】
[0013]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0014]本实用新型涉及一种对激光应用设备中场镜焦平面快速精确定位的装置，尤其是能实现激光光路和成像光路的同轴共焦。克服了现有场镜焦平面定位装置的不足，提高场镜焦平面定位效率和精度，本实用新型提供一种同轴共焦光路实现场镜焦平面定位装置，该装置不仅能精确快速进行场镜焦平面定位，而且能实时提供激光对加工器件扫描的情况。
[0015]本实用新型从光路的实现角度，有两种实现方式:
[0016]第一种如图1所示，包括场镜I，半透半反镜2，电动变倍镜头3，摄像机4，加工工件5，位移平台6 ;半透半反镜2与成像光路光轴呈45度角放置，实现成像光路光轴的90度变换，激光光路光轴与成像光路光轴重合；半透半反镜2)的透射侧设置有场镜1，半透半反镜2的反射侧设置有所述电动变倍镜头3 ;用于放置加工工件5的位移平台设置6在激光光路上，摄像机4与电动变倍镜头3固定连接；场镜I的焦平面和摄像机4的成像面重合。激光由场镜I发出，经半透半反镜2透射，作用在加工工件5，以实线表示；工件反射的可见光由加工工件5发出，经半透半反镜2反射，进入电动变倍镜头3，到达摄像机4成像平面，以虚线表示。
[0017]在本实用新型中，采用的半透半反镜2可以实现激光的高透射率与可见光(包含390nm至780nm波段)的高反射率。半透半反镜2与成像光路光轴呈45度角放置，实现成像光路光轴的90度变换，与激光光路光轴重合，实现同轴，其透射一侧为场镜，反射一侧为电动变焦镜头。激光由场镜发出，经半透半反镜透射，作用在加工工件；工件反射的可见光由加工工件发出，经半透半反镜反射，进入电动变倍镜头，到达摄像机成像平面。
[0018]第二种如图2所示，包括场镜1、半透半反镜2、电动变倍镜头3、摄像机4和位移平台6 ;半透半反镜2与成像光路光轴呈45度角放置，实现成像光路光轴的90度变换，激光光路光轴与成像光路光轴重合；半透半反镜2的透射侧设置有所述电动变倍镜头3，半透半反镜2的反射侧设置有场镜I ;用于放置加工工件5的位移平台6设置在激光光路上，摄像机4与电动变倍镜头3固定连接；场镜I的焦平面和摄像机4的成像面重合。激光由场镜I发出，经半透半反镜2反射，作用在加工工件5，以实线表示；工件反射的可见光由加工工件5发出，经半透半反镜2透射，进入电动变倍镜头3，到达摄像机4成像平面，以虚线表
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[0019]在本实用新型中，采用的半透半反镜2可以实现激光的高反射率和可见光的高透射率，与第一种相对比，半透半反镜位置不变，场镜的位置和成像部分的位置进行互换。实现激光光路光轴的90度变换，与成像光路光轴重合，实现同轴，其透射一侧为电动变倍镜头，反射一侧为场镜。激光由场镜发出，经半透半反镜反射，作用在加工工件；工件反射的可见光由加工工件发出，经半透半反镜透射，进入电动变倍镜头，到达摄像机成像平面。
[0020]本实用新型中使用的器件，半透半反镜采用双面镀光学薄膜的平面镜，第一种光路实现形式中的半透半反镜需要双面镀激光波段的高透膜和正对摄像机一面镀可见光高反膜；第二种光路实现形式中的半透半反镜需要双面镀可见光波段的高透膜和正对摄像机一面镀激光波段高反膜。再根据工作空间的要求，选取适当焦距的场镜和适当工作距离的电动变倍镜头，通过移动场镜或电动变倍镜头的位置，校正场镜焦平面和电动变倍镜头焦平面的重合，实现共焦。当共焦校正后，通过成像部分成像效果的清晰程度来判定是否位于电动变倍镜头焦平面处，从而判断出工件是否位于场镜焦平面处。清晰程度的判断标准为:位移平台移动过程中，图像分辨率最大时，即可分辨物体细节能力最高。
[0021]本实用新型的有益效果是，可以通过视频实时监测的方式实现场镜焦平面的快速准确定位，即过程可视化又操作简单。快速表现在:通过视频实时监测的方式，控制电动位移平台的升降，而无需采用传统的刻度尺去反复对距离进行测量。通常传统方式用时在几十秒到数分钟不等，而采用新的调节方式，在十秒内即可完成调节。准确表现在，传统刻度尺的单位通常为I毫米，而且很难保证测量的长度为垂直方向上的距离，误差较大；通过该装置，在高倍率的视场情况下，景深为0.1毫米级，误差不会超过两倍的景深。
[0022]本实用新型提供的同轴共焦光路实现场镜焦平面定位的装置工作时，可以按照如下步骤进行操作:
[0023](I)通过半透半反镜2的反射作用，将场镜I和电动变倍镜头3的光轴重合，实现场镜I和电动变倍镜头3的共轴；
[0024](2)调节场镜I或电动变倍镜头3的空间位置，将场镜I焦平面和电动变倍镜头3的焦平面重合，实现场镜I和电动变倍镜头3的共焦；
[0025](3)在位移平台6上放置加工工件5，将位移平台6下降，看到摄像机4成像清晰时，即判断加工工件5位于场镜I的焦平面上，可实现激光加工；
[0026](4)加工工件5变化时，根据前后两个工件的厚度不同，判断位移平台6的升降，若工件变厚，则调节位移平台6下降，若工件变薄，则调节位移平台6上升；
[0027](5)看到摄像机4成像清晰时，即判断加工工件5位于场镜I的焦平面上，可实现激光加工。
[0028]在本实用新型中，可以通过透红外光反可见光镜实现激光光轴和可见光光轴的重合，调节相机位置达到场镜焦平面和成像平面的重合，进而依靠工件图像的清晰度来实现场镜焦平面快速精确定位。
[0029]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种同轴共焦光路实现场镜焦平面定位的装置，其特征在于，包括场镜(I)、半透半反镜(2)、电动变倍镜头(3)、摄像机(4)和位移平台(6)； 所述半透半反镜(2)与成像光路光轴呈45度角放置，实现成像光路光轴的90度变换，激光光路光轴与成像光路光轴重合；所述半透半反镜(2)的透射侧设置有所述场镜(1)，所述半透半反镜(2)的反射侧设置有所述电动变倍镜头(3)； 用于放置加工工件(5)的位移平台(6)设置在激光光路上，所述摄像机(4)与所述电动变倍镜头(3)固定连接；所述场镜(I)的焦平面和所述摄像机(4)的成像面重合。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，工作时，加工工件(5)放置在所述位移平台(6)上，场镜⑴发出的激光经所述半透半反镜(2)透射后作用在所述加工工件(5);所述加工工件(5)反射的可见光经所述半透半反镜(2)反射后进入所述电动变倍镜头(3)，并到达摄像机(4)成像平面。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述半透半反镜(2)为双面镀有激光波段的高透膜且反射面镀有可见光高反膜的半透半反镜。
4.一种同轴共焦光路实现场镜焦平面定位的装置，其特征在于，包括场镜(I)、半透半反镜(2)、电动变倍镜头(3)、摄像机(4)和位移平台(6)； 所述半透半反镜(2)与成像光路光轴呈45度角放置，实现成像光路光轴的90度变换，激光光路光轴与成像光路光轴重合；所述半透半反镜(2)的透射侧设置有所述电动变倍镜头(3)，所述半透半反镜(2)的反射侧设置有所述场镜(I)； 用于放置加工工件(5)的位移平台(6)设置在激光光路上，所述摄像机(4)与所述电动变倍镜头(3)固定连接；所述场镜(I)的焦平面和所述摄像机(4)的成像面重合。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，工作时，加工工件(5)放置在所述位移平台(6)上，场镜(I)发出的激光经所述半透半反镜(2)反射后作用在所述加工工件(5)上；所述加工工件(5)反射的可见光经所述半透半反镜(2)透射后进入所述电动变倍镜头(3)，并到达所述摄像机(4)成像平面。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述半透半反镜(2)为双面镀有可见光波段的高透膜且透射面镀有激光波段高反膜的半透半反镜。
【文档编号】B23K26/064GK204018961SQ201420479569
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】闫阿泽, 魏小彪, 张庸, 姚晓峰, 于海涛 申请人:湖北三江航天红峰控制有限公司