扩束镜切换装置及激光加工设备的制作方法

1.本实用新型涉及激光扩束技术领域，特别是涉及一种扩束镜切换装置。


背景技术：

2.扩束镜是能够改变光束直径和发散角的透镜组件。在激光加工过程中，经常需要用到不同倍率的扩束镜，以满足不同的使用需求。
3.现有装置通过调节镜片的距离实现扩束镜的变倍处理。由于镜片距离发生改变，凸透镜的聚焦焦点发生改变，导致激光光束汇聚于其他镜片上，容易损坏其他镜片。因此在扩束镜变倍时需要关闭激光，变倍完成后再打开激光。由于变倍时需要频繁启闭激光束，从而存在使用不便的问题。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有的扩束镜装置存在使用不便的问题，提供一种解决上述问题的扩束镜切换装置。
5.一种扩束镜切换装置，包括驱动件、转盘和扩束镜；所述转盘连接于所述驱动件，所述驱动件用于驱动所述转盘绕自身轴线转动；所述转盘具有第一圆周，所述第一圆周上间隔开设有多个第一安装孔；所述扩束镜的数量为多个，且至少两个扩束镜的扩束倍率不同；每个所述扩束镜对应安装于一个所述第一安装孔内；其中，所述第一安装孔的数量多于所述扩束镜的数量。
6.在其中一个实施例中，所述转盘还具有第二圆周，所述第二圆周的半径大于或小于所述第一圆周的半径；所述第二圆周上间隔开设有多个第二安装孔，至少一个所述第二安装孔为空置孔位，其余的所述第二安装孔内各安装有一个所述扩束镜。
7.在其中一个实施例中，所述第一安装孔和所述第二安装孔沿所述转盘的径向交错排布。
8.在其中一个实施例中，所述扩束镜包括安装于所述转盘的一端的第一透镜组；所述扩束镜切换装置还包括调节环和第一紧固件，所述调节环套设于所述第一透镜组，并与所述第一透镜组的外壁螺纹旋接；所述调节环绕自身轴线转动能够调节所述第一透镜组相对所述转盘的旋入深度，所述第一紧固件用于将所述调节环相对所述转盘锁紧。
9.在其中一个实施例中，所述扩束镜还包括第一紧固件，所述第一紧固件包括连接杆和连接于所述连接杆的压紧帽，所述连接杆连接于所述转盘，所述压紧帽用于将所述调节环或所述凸台压紧于所述转盘。
10.在其中一个实施例中，所述第一透镜组包括第一镜片、第二镜片及第一调节圈，且三者均安装于所述第一透镜组的第一镜筒内；所述第一调节圈连接于所述第一镜片背离所述第二镜片的一侧；所述第一调节圈绕自身轴线转动能够带动所述第一镜片相对所述第二镜片移动。
11.在其中一个实施例中，所述扩束镜还包括第二紧固件及安装于所述转盘的另一端
的第二透镜组，所述第二透镜组的外壁沿径向向外凸设有环形凸台，所述第二紧固件用于将所述凸台相对所述转盘锁紧。
12.在其中一个实施例中，所述扩束镜切换装置还包括调节机构，所述调节机构用于驱动所述转盘移动，以使所述扩束镜的中轴线与光束的中轴线同心。
13.在其中一个实施例中，所述调节机构包括连接于所述转盘的活动板、连接于所述活动板的固定板、及多个第一调节柱，所述第一调节柱的一端连接于所述固定板，另一端抵接于所述活动板，所述第一调节柱用于调节所述活动板与所述固定板沿水平方向的间距；所述调节机构还包括多个第二调节柱，所述第二调节柱的一端连接于所述活动板，另一端抵接于所述固定板，所述第二调节柱用于调节所述活动板与所述固定板沿竖直方向的间距。
14.本实用新型还提供一种激光加工设备，能够解决上述至少一个技术问题。
15.一种激光加工设备，包括如上所述的扩束镜切换装置。
16.本技术方案具有以下有益效果：上述扩束镜切换装置，包括驱动件、连接于驱动件的转盘以及多个扩束镜。由于第一安装孔的数量多于扩束镜的数量，因此转盘上还留有空置孔位，即不安装扩束镜。在组装时，一个扩束镜对应安装于一个第一安装孔内，当需要使用某一扩束倍率的扩束镜时，通过驱动件驱动转盘转动对应的角度，使得光束穿过对应角度的扩束镜，以对激光光束进行扩束。通过驱动件驱动转盘转动不同的角度，实现不同倍率的扩束镜的切换。无需启闭激光以调节镜片之间的距离，提高了扩束镜切换装置的使用便利性。另外，由于该扩束镜切换装置具有空置的孔位，因此在调整光束的中轴线与孔位的中轴线同心时，可使得光束穿过该空置孔位进行调节，避免在扩束镜的孔位进行同轴调节时，透镜组对光束产生折射，影响同轴调节精度。进一步地，当光路中不需要使用扩束镜时，转盘转动至空置的孔位与光束相对，使得光束直接穿过空置的孔位；当再次使用扩束镜时，通过驱动件转动对应角度使得光束穿过扩束镜即可，无需重复拆装扩束镜，因此能够节省大量的人力成本和时间成本。
17.本实用新型提供的一种激光加工设备，包括上述的扩束镜切换装置，因而能够实现不同倍率的扩束镜的切换，提高了扩束镜切换装置的使用便利性，进而提高了实际加工的灵活性。
附图说明
18.图1为本实用新型一实施例提供的扩束镜切换装置的结构示意图；
19.图2为图1所示的扩束镜切换装置的局部剖视图；
20.图3为图2所示的第一透镜组的剖视图；
21.图4为图2所示的第二透镜组的剖视图；
22.图5为图1所示的扩束镜切换装置在第一视角的局部示意图；
23.图6为图5所示的扩束镜切换装置的局部示意图；
24.图7为图5所示的扩束镜切换装置在第二视角的局部示意图；
25.图8为图7所示的扩束镜切换装置的局部示意图；
26.图9为图1所示的调节机构的示意图。
27.附图标号：10-扩束镜切换装置；100-驱动件；200-转盘；210-第一安装孔； 220-感
应片；230-转轴；300-扩束镜；310-第一透镜组；311-第一镜筒；312
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第一镜片；313-第一调节圈；314-第二镜片；315-第二压圈；316-弹性件；317
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第一压圈；320-第二透镜组；321-第二镜筒；322-第三镜片；323-第四镜片； 324-隔圈；325-第三压圈；330-调节环；340-凸台；410-第一紧固件；420-第二紧固件；500-调节机构；510-活动板；511-传感器；520-固定板；530-第一调节柱；540-第二调节柱；610-第一支撑座；620-第二支撑座；710-联轴器； 720-轴承。
具体实施方式
28.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
34.图1为本实用新型一实施例提供的扩束镜切换装置10的结构示意图。如图 1所示，
本实用新型提供的扩束镜切换装置10包括驱动件100、转盘200及扩束镜300，转盘200连接于驱动件100，驱动件100用于驱动转盘200绕自身轴线转动；转盘200具有第一圆周，第一圆周上间隔开设有多个第一安装孔210；扩束镜300的数量为多个，且至少两个扩束镜300的扩束倍率不同；每个扩束镜300对应安装于一个第一安装孔210内，且第一安装孔210的数量多于扩束镜300的数量。
35.在本实施例中，由于第一安装孔210的数量多于扩束镜300的数量，因此转盘200上还留有空置孔位，空置孔位的意思是此处不安装扩束镜300。例如，转盘200上开设有六个第一安装孔210，对应安装有五个不同倍率的扩束镜300，以第一扩束镜300所在位置为初始位置，当需要使用与第一扩束镜300相邻的第二扩束镜300时，转盘200对应转动六十度即可，使得光束穿过该角度对应的扩束镜300，以对激光光束进行扩束。通过驱动件100驱动转盘200转动不同的角度，实现不同倍率的扩束镜300的切换。无需启闭激光以调节镜片之间的距离，因而提高了扩束镜切换装置10的使用便利性。另外，由于该扩束镜切换装置10具有空置的孔位，因此在调整光束的中轴线与孔位的中轴线同心时，可使得光束穿过该空置孔位进行调节，避免在扩束镜300的孔位进行同轴调节时，透镜组对光束产生折射，影响同轴调节精度。进一步地，当光路中不需要使用扩束镜300时，也无需拆卸扩束镜300，将转盘200转动至空置的孔位与光束相对，使得光束直接穿过空置的孔位；当再次使用扩束镜300时，通过驱动件100 驱动转盘200转动使得光束穿过对应角度的扩束镜300即可，无需重复拆装扩束镜300，因此节省了大量的人力成本和时间成本。
36.在其中一个实施例中，第一圆周上安装的每一扩束镜300的中轴线至转盘 200的中轴线的距离值均相同。这样只需在第一次使用时，调节光束与扩束镜 300同轴，后续再次切换扩束镜300时，无论切换至哪个扩束镜300，均能够保证扩束镜300的中轴线与激光光束的中轴线重合，降低同轴调节的次数。进一步地，第一安装孔210的数量比扩束镜300的数量多一个，只需一个空置的孔位即可满足实际的使用需求，从而安装尽可能多的扩束镜，提高转盘200的空间利用率。
37.当转盘200的尺寸较大，或者是第一圆周上安装的扩束镜300占用面积较小时，转盘200的第二圆周上间隔开设有多个第二安装孔，且第一安装孔210 和第二安装孔的位置不会产生干涉。其中一个第二安装孔为空置孔位，其余的第二安装孔内分别安装有一个扩束镜。可以理解的，第二圆周可以设置在第一圆周的内环，也可以是设置在第一圆周的外环。通过此种设计，可以在转盘上安装更多倍率的扩束镜，以提高该装置的使用适配性，满足更多使用工况的需求。
38.进一步地，第一安装孔和第二安装孔沿转盘的径向交错排布。相较于第一安装孔和第二安装孔沿转盘的径向呈直线排布的方式，交错排布的设计能够提升转盘的空间利用率，进而降低该装置的占用空间。例如，当第一圆周的半径大于第二圆周的半径时，任意相邻的两个第一安装孔之间设置有一个第二安装孔。当第一圆周的半径小于第二圆周的半径时，任意相邻的两个第二安装孔之间设置有一个第一安装孔。
39.图2为图1所示的扩束镜切换装置10的局部剖视图。如图2所示，在一个具体的实施例中，扩束镜300包括分别安装于转盘200的相对两端的第一透镜组310和第二透镜组320。如此，在将扩束镜300安装到转盘200之前，通过调节第一透镜组310和第二透镜组320之间的距离，可以改变扩束镜300的扩束倍率。使得该扩束镜300的扩束倍率可调。安装完成后，
第一透镜组310和第二透镜组320的安装位置固定不变，因此，在使用过程中，同一个扩束镜的倍率不变，以保证变倍精度，降低使用过程中调节镜片影响变倍精度的风险，而且能够降低透镜聚焦点偏移导致其他镜片损坏的风险。
40.图5为图1所示的扩束镜切换装置10在第一视角的局部示意图；图6为图 5所示的扩束镜切换装置10的局部示意图。如图5和图6所示，在一可选的实施例中，扩束镜切换装置10还包括调节环330和第一紧固件410，调节环330 螺纹连接于第一透镜组310的外壁。转动调节环330，能够改变调节环330与第一透镜组310螺纹连接的位置，进而改变第一透镜组310相对转盘200的旋入深度，从而能够调节第一透镜组310和第二透镜组320之间的距离，实现扩束镜300扩束倍率的调节。调节到合适的位置后，通过第一紧固件410将调节环 330相对转盘200锁紧。
41.如图6所示，在又一实施例中，第一紧固件410包括压紧帽和连接杆。将第一调节圈313旋至合适的位置后，第一紧固件410的连接杆插入转盘200的插接孔内，使得第一紧固件410的压紧帽压住调节环330背离转盘200的一侧，从而将第一透镜组310锁紧于转盘200上。第一紧固件410设置有多个，且分别沿第一透镜组310的周向等间隔设置，从而保证第一透镜组310与转盘200 的连接稳定性，进而保证扩束镜300的扩束精度。第一紧固件410具体可以为螺杆等。在其他实施方式中，也可以在调节环330上设置插接孔，第一紧固件 410先后插入调节环330和转盘200的插接孔内实现连接。
42.图3为图2所示的第一透镜组310的剖视图。如图2和图3所示，在一实施例中，第一透镜组310包括第一镜筒311和安装于第一镜筒311的第一镜片 312、压紧于第一镜片312的第一压圈317、螺纹连接于第一镜筒311的第一调节圈313、第二镜片314、压紧于第二镜片314的第二压圈315、及连接于第一镜片312和第二镜片314之间的弹性件316；绕第一调节圈313的轴线转动第一调节圈313，能够带动第一镜片312相对第二镜片314移动。
43.第一压圈317和第二压圈315均与第一镜筒311螺纹配合，旋紧第一压圈 317和第二压圈315，即可将第一镜片312和第二镜片314固定。由于第一调节圈313与第一镜筒311为螺纹配合，因此，旋入第一调节圈313时，会推动第一镜片312沿靠近第二镜片314的方向移动。如图3所示，第一镜片312向右移动时，会压缩弹性件316，使得弹性件316对第一镜片312施加远离第二镜片 314的推力，保证第一镜片312处于被第一调节圈313和弹性件316压紧的状态，不会出现松动等。同理，当旋出第一调节圈313时，第一镜片312向左移动。第二镜片314固定安装于第一镜筒311内，即第二镜片314的安装位置固定，通过移动第一镜片312，从而改变第一镜片312和第二镜片314之间的距离，改变扩束镜300的发散角，获得经扩束的准直性良好的激光束，使用方便。可以理解地，在其他实施方式中，第一镜筒311内设置有多个卡槽分别用于固定第一镜片312和第二镜片314，且镜片装入卡槽内不会产生晃动。如图3所示，左端的第一镜片312具体可为凸透镜，右端的第二镜片314具体可为凹透镜。在其他实施方式中，第一镜片312和第二镜片314也可为弯月透镜等。需要说明的是，本技术对第一镜片312和第二镜片314的具体形状不做限制，只要能实现本技术的目的即可。
44.图4为图2所示的第二透镜组320的剖视图。如图2和图4所示，在又一实施例中，第二透镜组320包括第二镜筒321和安装于第二镜筒321的第三镜片322、第四镜片323、设置于第三镜片322和第四镜片323之间的隔圈324、及连接于第三镜片322远离第四镜片323的一端的第三压圈325。第四镜片323 装入第二镜筒321后，再装入隔圈324，然后把与第二镜筒
321螺纹配合的第三压圈325旋入压紧。第二透镜组320固定安装于转盘200内，即第二透镜组320 的安装位置固定，通过移动第一透镜组310，从而改变第一透镜组310和第二透镜组320之间的距离，改变扩束镜300的扩束倍率。进一步地，第一镜筒311 和第二镜筒321内壁的螺纹为消光螺纹，可消除杂光在镜筒内壁的反射，防止杂光进入透镜的主光路中。如图4所示，左端的第四镜片323具体可为凹透镜，右端的第三镜片322具体可为凸透镜，通过凸透镜将激光光束聚焦输出。
45.图7为图5所示的扩束镜切换装置10在第二视角的局部示意图；图8为图 7所示的扩束镜切换装置10的局部示意图。如图7和图8所示，在一可选的实施例中，扩束镜切换装置10还包括第二紧固件420，第二镜筒321的外壁沿径向向外凸设有环状凸台340，第二紧固件420用于将凸台340相对转盘200锁紧。进一步地，第二紧固件420包括连接杆和连接于所述连接杆的压紧帽，连接杆插入转盘200的插接孔内，压紧帽压紧于凸台340背离转盘200的一侧，从而将第二透镜组320锁紧于转盘200上。第二紧固件420设置有多个，且分别沿第二透镜组320的周向等间隔设置，从而保证第二透镜组320与转盘200的连接稳定性，进而保证扩束镜300的扩束精度。
46.图9为图1所示的调节机构500的示意图。如1和图9所示，在又一个实施例中，扩束镜切换装置10还包括调节机构500，调节机构500用于驱动转盘 200移动，使得扩束镜300的中轴线与光束的中轴线同心，以保证聚焦精度。
47.请继续参阅图9，在又一个具体的实施例中，调节机构500包括连接于转盘 200的活动板510、及连接于活动板510的固定板520、及多个第一调节柱530，第一调节柱530的一端连接于固定板520，另一端抵接于活动板510，第一调节柱530用于调节活动板510与固定板520沿水平方向的间距和角度；调节机构 500还包括多个第二调节柱540，第二调节柱540的一端连接于活动板510，另一端连接于固定板520，第二调节柱540用于调节活动板510与固定板520沿竖直方向的间距和角度。通过第一调节柱530和第二调节柱540带动转盘200移动，使得转盘200上安装的某一扩束镜的中轴线与光束的中轴线重合。
48.具体而言，第一调节柱530的一端螺纹连接于固定板520并抵接于活动板 510，通过调节第一调节柱530相对固定板520的伸出长度，从而调节固定板520 与活动板510沿水平方向的间距和角度。第二调节柱540的一端螺纹连接于活动板510并抵接于固定板520，通过调节第二调节柱540相对活动板510的伸出长度，从而调节活动板510与固定板520沿竖直方向的间距和角度。第一调节柱530和第二调节柱540具体可为螺栓等。在其他实施方式中，调节柱也可为伸缩杆的结构。
49.如图1和图2所示，进一步地，扩束镜切换装置10还包括连接于转盘200 和活动板510之间的第一支撑座610和第二支撑座620，且二者连接于转盘200 的相对两端，驱动件100安装在第一支撑座610上。通过设置第一支撑座610 和第二支撑座620，保证转盘200在转动过程中的运行稳定性。
50.如图2和图5所示，转盘200的两端都装有轴承720，轴承720套设在转盘 200的转轴230上，且通过第一支撑座610和第二支撑座620上的轴承盖固定。通过设置轴承720以对转轴230起到支撑和导向作用，防止转轴230在转动过程中出现晃动，进而保证传动稳定性。转轴230和驱动件100的输出轴通过联轴器710连接，保证传动的精确性。
51.如图1所示，转盘200上安装有感应片220，调节机构500上对应安装有传感器511，
当感应片220旋转至传感器511上方时，传感器511会输出信号，驱动件100上带有编码器，可实时反馈位置信息。通过此方法可以确定转盘200 的旋转初始位置，便于确定某一倍率的扩束镜300对应的转动角度。传感器511 可以为磁性传感器或者光电开关等。
52.上述扩束镜切换装置10，在组装时，可通过旋入或旋出第一调节圈313调节第一镜片312与第二镜片314之间的距离，从而实现扩束镜300的发散角调节。通过改变调节环330与第一镜筒311的螺纹连接位置，从而能够改变第一透镜组310相对转盘200的旋入深度，进而调节第一透镜组310和第二透镜组 320之间的距离，实现扩束镜300的扩束倍率调节。
53.将扩束镜300安装至转盘200后，由于转轴230的两端分别与第一支撑座 610和第二支撑座620连接，第一支撑座610和第二支撑座620分别连接在调节机构500的两端。调节机构500沿自身长度方向的两端均安装有第一调节柱530 和第二调节柱540，因此通过转动第一调节柱530和第二调节柱540能够调节转盘200相对固定板520的位置，从而能够调整激光光束与某一扩束镜300同轴。由于同一圆周上的各个扩束镜300至转盘200中心的距离值均相同，因而只需调节其中一个扩束镜与光束同轴即可。通过转盘200上设置的感应片220以及活动板510上设置的传感器511，确定转盘200的旋转初始位置。当需要使用某一扩束倍率的扩束镜300时，通过驱动件100驱动转盘200转动对应的角度，使得光束穿过对应角度的扩束镜300，以对激光光束进行扩束。通过驱动件100 驱动转盘200转动不同的角度，实现不同倍率的扩束镜300的切换。无需启闭激光以调节镜片之间的距离，因而提高了扩束镜切换装置10的使用便利性。另外，由于该扩束镜切换装置10具有空置的孔位，当光路中不需要使用扩束镜300 时，也无需拆卸扩束镜300，将转盘200转动至空置的孔位与光束相对，使得光束直接穿过空置的孔位；当再次使用扩束镜300时，通过驱动件100转动对应角度使得光束穿过扩束镜300即可，无需重复拆装扩束镜300，因此节省了大量的人力成本和时间成本。
54.进一步地，本实用新型还提供一种激光加工设备(图未示)，包括上述的扩束镜切换装置。该激光加工设备可以为激光切割设备或激光钻孔设备等。本技术的激光加工，基于上述实施例的扩束镜切换装置，因而能够通过驱动件驱动转盘转动不同的角度，实现不同倍率的扩束镜的切换，提高了扩束镜切换装置的使用便利性，进而提高了实际加工的灵活性。
55.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
56.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。