一体式折叠激光发射镜头的制作方法

本发明涉及折叠激光设备，具体的说是一体式折叠激光发射镜头。

背景技术：

1、激光清障仪是一种利用高能量密度激光束对架空输电线路上的异物（如风筝线、塑料膜、广告布条、树枝等）进行非接触式清除的特种作业设备，广泛应用于电力输电线路的运维检修领域。其基本工作原理是将光纤激光器输出的高功率激光束通过发射镜头准直聚焦后，投射至远处悬挂于导线或绝缘子串上的异物表面，使异物吸收激光能量后升温熔化或燃烧，从而在不损伤导线、不登塔带电作业的情况下完成异物清除。

2、现有技术中的激光清障仪发射镜头在结构设计与实际应用中仍存在诸多不足：其一，传统清障仪多采用直筒式发射镜头，将光纤输出端至聚焦镜的完整光程沿一条直线排布，整机轴向尺寸普遍较大（通常在60cm以上），而清障仪在实际作业中经常需要在塔下狭窄地面或车载平台上架设操作，过长的镜头不仅增加了设备整体的悬伸重量和装箱尺寸，给运输和搬运带来不便，而且在瞄准高空目标进行俯仰调节时，长镜头的转动惯量较大，操作者微调对准困难，影响作业效率。其二，为了缩短轴向尺寸，部分清障仪采用单反射镜折返光路，将光束弯折一次以压缩长度，但单反射镜方案通常采用45°大角度掠入射，高功率激光在斜射入镜面时会产生显著的偏振畸变和像散，导致聚焦后光斑呈椭圆或拖尾形状，能量密度下降。对于清障作业而言，光斑能量不够集中会显著延长异物熔断时间，降低作业效率，甚至在远距离时因光斑过大而无法有效清除细小异物。其三，现有折叠方案的反射镜多为非平行布置，第一次反射引入的波前误差无法在后续传输中得到补偿，经长距离传输后光束质量进一步劣化，聚焦光斑边缘出现能量分散，这对需要精准能量集中的清障工况尤为不利。同时，部分方案在调焦时采用反射镜随动结构，即移动反射镜位置来改变光程，而反射镜的微小角度漂移经光路放大后会导致焦点位置显著横向偏移，使瞄准点偏离异物，操作人员需反复调整发射方向，严重拉长单次作业时间，尤其在风大或高空晃动的环境下问题更加突出。其四，激光清障仪常年在户外高温、暴晒、扬尘等恶劣环境中作业，反射镜和聚焦镜承受高功率激光辐照及环境热负荷双重作用，若缺乏针对性散热与杂散光抑制设计，镜片极易产生热致弯曲变形，导致光路失准和镜面镀膜烧蚀，设备寿命大幅缩短。此外，直筒或单折返结构的外露光束段还增加了作业现场的散射光风险，对操作人员及周边群众构成潜在的安全隐患。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、本发明提供了一体式折叠激光发射镜头，解决了上述背景技术中所提到的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一体式折叠激光发射镜头，包括外壳体，所述外壳体的底部固定连接有线缆，所述外壳体的底部固定安装有接电口，还包括：安装架，所述安装架固定安装在外壳体的内部；qbh头，所述qbh头固定连接在线缆的端部；qbh座，所述qbh座设置在外壳体的内部，其中qbh座的一端与qbh头固定连接，且qbh座的另一端固定安装在安装架的底部；激光聚焦模组，所述激光聚焦模组活动安装在安装架的顶部璧中；摄像机，所述摄像机固定安装在外壳体的底部，其中摄像机与激光聚焦模组为相互平行设置；电路板，所述电路板设置在外壳体的内部且固定连接在安装架的侧表面。

5、根据本发明的一个实施方式，所述安装架的上表面固定连接有安装板，所述安装板的端部上表面固定连接有激光测距仪，其中激光测距仪设置在激光聚焦模组的正上方。

6、根据本发明的一个实施方式，所述发射镜头还包括：第一反射镜，所述第一反射镜固定安装在安装架底部远离qbh座的一侧；第二反射镜，所述第二反射镜固定安装在安装架顶部远离激光聚焦模组的一侧；其中第一反射镜与第二反射镜均为倾斜设置，且第一反射镜与第二反射镜为相互平行设置。

7、根据本发明的一个实施方式，所述第一反射镜与qbh座设置为同一水平面，所述第二反射镜与激光聚焦模组设置为同一水平面。

8、根据本发明的一个实施方式，所述第一反射镜的安装角度范围区间为10°～20°，即第一反射镜镜面与水平光轴夹角范围区间为70°～80°。

9、根据本发明的一个实施方式，所述激光聚焦模组包括电机，所述电机固定安装在安装架靠近第二反射镜一侧的上表面，所述电机的输出端转动连接有调节轴，所述调节轴远离电机的一端螺纹连接有连接板；所述安装架的中部上表面固定安装有滑轨，所述滑轨上滑动连接有滑块，所述滑块上固定安装有激光聚焦镜头，所述激光聚焦镜头贯穿安装架和外壳体设置，且激光聚焦镜头的顶部固定连接在连接板上，同时激光发射镜头的外端固定安装有保护镜片。

10、根据本发明的一个实施方式，所述外壳体的底部内表面贯穿固定安装有风扇，其中风扇由电力驱动，且风扇与第一反射镜正对设置，所述外壳体远离风扇的一侧外表面开设有下散热孔；所述外壳体的顶部外表面贯穿开设有上散热孔，所述上散热孔与第二反射镜正对设置。

11、通过接电口为本设备通电，高斯光束通过线缆经由qbh头输出至qbh座中，光束沿水平向右方向打在第一反射镜上，之后按照镜面平行反射定律向上斜向反射至第二反射镜完成光路抬升折叠，接着经由第二反射镜的再次反射将光束平行反射至激光聚焦镜头并射出，在激光射出到物体上后激光测距仪实时检测本镜头与物体之间的距离并将检测数据发送至电路板的芯片中进行计算，计算完成后发送信号控制电机进行工作，在电机工作后会控制调节轴转动，从而通过螺纹作用拉动激光聚焦镜头通过滑块在滑轨上自适应滑动，调节激光聚焦镜头与第二反射镜之间的距离，从而自适应进行调焦，在此过程中，底部的摄像机全程采集区域画面，当激光聚焦镜头靠近物体，激光焦点后移，反之当激光聚焦镜头远离物体则激光焦点前移，通过滑块和滑轨控制激光聚焦镜头始终沿直线导轨平移，无光路偏移和焦点偏移，大幅提高了对焦速度和精准性。

12、（三）有益效果

13、本发明提供了一体式折叠激光发射镜头。具备以下有益效果：

14、（一）、本激光发射镜头，利用两块平行反射镜完成z字型两次折返，将同等光程的光路收纳在分段式腔体中，整机轴向安装尺寸大幅缩减，整体长度被控制在紧凑区间，完美适配机械手和机器人第七轴等狭小安装工位，且z型折返光路全部收纳在密闭的安装架腔体内部，无外露光束段，高功率激光不会散射至设备外部，一方面避免操作人员激光灼伤风险，另一方面散射光不会加热线缆和电气元件，延长整机电气系统使用寿命。

15、（二）、本激光发射镜头，光路分段折叠后，设备横向、纵向高度同步优化，无突出长筒结构，运动过程中不会与夹具和外界发生空间干涉，大幅降低设备运动碰撞风险，而传统反射镜光路通常为45°垂直反射，激光以大角度掠入反射镜片，高功率光纤激光会产生严重偏振畸变、球差、像散，本结构基准入射角仅10°～20°，光束夹角大幅降低，镜片镀膜反射率均匀，全光斑能量分布无偏移，高斯光束圆度保留度大幅提高，焦点不会出现椭圆和拖尾光斑，从而确保清障纹路均匀无偏边，同时第一反射镜和第二反射镜严格平行，两次反射引入的光学畸变相互抵消补偿，第一次反射产生的微小波前误差，会在第二次平行反射时反向修正，对比单反射镜、非平行双镜结构，焦点能量集中度大幅提升，同等激光功率下对异物的熔断效率显著提高，尤其在远距离清障工况中，光斑能量密度足以快速熔断细小异物而不伤及导线，以附图15°夹角为例，入射光纤光束口径φ18.4，经两次15°平行反射后入射聚焦镜头的光束口径稳定φ48，光束扩束比例恒定，不会出现边缘光束截断、能量损耗，光路传输效率稳定维持在96%以上，无杂散光泄漏。

16、（三）、本激光发射镜头，安装架腔体内部无多余反射面，两次折光路径唯一，无多次反射产生的杂散光叠加，不会造成杂散光反向照射反射镜、聚焦镜，避免镜片局部热堆积、镀膜烧蚀，反射镜、聚焦镜使用寿命大幅提升，而行业同类折叠镜头普遍采用反射镜随调焦机构同步移动的方案，运动过程中反射镜微小晃动、角度漂移会直接导致焦点大幅偏移，本结构第一反射镜和第二反射镜全部锁死固定在安装架上，调焦动作仅驱动前端激光聚焦镜头沿滑轨前后平移，两块反射镜位置、倾角全程无任何位移、偏转，光路折转基准稳定，无论激光聚焦镜头前后移动多少行程，入射至激光聚焦镜头的光束中心始终与其光轴重合，调焦全程光斑无偏心、焦点无横向漂移，无论瞄准近塔或远塔的异物，都能确保瞄准点与激光作用点一致，不会出现偏移或脱靶，同时运动部件仅包含激光聚焦镜头，无反射镜、大尺寸镜架随动，整体运动重量相比同类产品大幅降低，电机的调节杆驱动负载大幅降低，电机启停响应时间大幅缩短，面对不同距离异物的快速切换瞄准时，自动对焦补偿速度更快，不会出现焦点滞后导致清障延迟，同时设备的第一反射镜和第二反射镜均配备散热使用，大幅降低两块反射镜在工作时的温度，避免无散热条件的第一反射镜和第二反射镜在高温下出现凹/凸热弯曲，镜面倾角偏移，两块镜片平行关系被破坏，z型光路直接失准的问题。