一种用于内壁激光加工的可控调焦装置的制作方法

1.本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种用于内壁激光加工的可控调焦装置。


背景技术：

2.金属制品的内壁加工方式具有多种，如通过车床车削等，除了上述方式，激光加工也是一种十分常见的加工方式，如通过激光加工缸套的内壁。在激光加工过程中，涉及到焦距的调节，现有的激光加工装置中的激光的焦距是固定的。如某台装置只能加工内径80mm的发动机缸套的内壁加工，而针对其他内径的发动机缸套的内壁加工，则需要采用其他的装置进行加工。由此导致，针对不同的金属制品，需要生产多台内壁激光加工的装置，从而使得生产成本和生产效率均难以提高。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种用于内壁激光加工的可控调焦装置，以解决现有技术中内壁激光加工装置中焦距难以调节的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
5.一种用于内壁激光加工的可控调焦装置，该可控调焦装置包括端部保护镜安装筒、聚焦定位筒、聚焦固定筒、聚焦调焦筒和聚焦镜架；所述聚焦定位筒的一端与所述端部保护镜安装筒相连接，另一端与所述聚焦固定筒相连接；所述聚焦定位筒和聚焦固定筒的内部形成有空腔，所述聚焦定位筒外设置有调焦机构；所述聚焦调焦筒的一端设置于所述空腔内，另一端上设置有聚焦镜架；所述调焦机构能够驱动所述聚焦调焦筒能够于所述空腔内往复运动，以调节所述聚焦镜架上聚焦镜和反光镜之间的距离。
6.作为本发明的一种优选方案，所述调焦机构包括驱动单元、驱动丝杆和拨杆，所述聚焦定位筒的侧壁上开设有滑槽，所述驱动丝杆连接于所述驱动单元上；所述拨杆的一端设置于所述驱动丝杆，另一端穿过所述滑槽与所述聚焦调焦筒的一端相连接；所述驱动单元能够驱动所述驱动丝杆转动，以使得所述拨杆能够沿着所述滑槽滑动。
7.作为本发明的一种优选方案，所述驱动单元为调焦步进电机，所述调焦步进电机与旋转编码器相电性连接，所述旋转编码器产生的脉冲信号能够驱动所述驱动丝杆运动，所述旋转编码器的旋转角度能够转换为脉冲个数以控制所述驱动丝杆的行程，所述旋转编码器的旋转方向能够控制所述驱动丝杆的运动方向。
8.作为本发明的一种优选方案，所述驱动丝杆螺纹连接于所述调焦步进电机的电机输出轴上。
9.作为本发明的一种优选方案，所述拨杆上设置有螺纹孔，所述拨杆套设于所述驱动丝杆上。
10.作为本发明的一种优选方案，所述可控调焦装置还包括拨杆限位机构，所述拨杆限位机构能限制所述拨杆的行程范围。
11.作为本发明的一种优选方案，所述拨杆限位机构包括防撞左限位开关和防撞右限
位开关，所述防撞左限位开关和防撞右限位开关间隔设置于所述聚焦定位筒的外侧壁上，所述拨杆的行程范围位于所述防撞左限位开关和防撞右限位开关之间。
12.作为本发明的一种优选方案，所述防撞左限位开关和防撞右限位开关各自独立地为红外开关或轻触开关。
13.作为本发明的一种优选方案，所述拨杆限位机构还包括限位滑块固定条，所述限位滑块固定条设置于所述聚焦定位筒的外侧壁上，所述防撞左限位开关和防撞右限位开关设置于所述限位滑块固定条上。
14.作为本发明的一种优选方案，所述防撞左限位开关和防撞右限位开关在所述限位滑块固定条上的位置可调。
15.作为本发明的一种优选方案，所述聚焦调焦筒的筒体上套装有长度大于所述聚焦调焦筒的外镜筒，所述外镜筒的一端套装在所述聚焦固定筒上，所述外镜筒靠近所述聚焦镜架的另一端的内壁上设置有可变径的遮光环，所述遮光环能够跟随所述聚焦调节筒沿所述聚焦固定筒的轴向移动而改变直径大小。
16.作为本发明的一种优选方案，所述外镜筒通过安装在所述聚焦固定筒上的比例传动装置转动套装在聚焦固定筒上，所述比例传动装置连接所述驱动丝杠；
17.所述比例传动装置包括活动套装在驱动丝杠端部的多段螺纹轴，所述多段螺纹轴的表面设置有两段螺距不同的螺纹，所述多段螺纹轴靠近驱动丝杠的端部表面设置有用于固定所述多段螺纹轴和所述驱动丝杠之间的套接位置的螺栓，所述外镜筒连接至所述聚焦固定筒的端部表面设置有与所述多段螺纹轴相配合的螺纹。
18.作为本发明的一种优选方案，所述遮光环包括多个呈环形阵列的瓣板，呈环形阵列的瓣板中间形成供激光穿过的光孔，所述瓣板均与所述外镜筒的内壁铰接。
19.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
20.本发明通过在所述聚焦定位筒外设置有调焦机构，通过调焦机构能够实现所述聚焦调焦筒能够于所述空腔内往复运动，由此实现了所述聚焦镜架上聚焦镜和反光镜之间的距离的调节，也就是实现了激光的焦距的调节，由此，通过同一台可控调焦装置，便可实现不同内径的金属制品(如缸套)在同一设备上精准调焦和内壁加工；可以实现加工时在正焦点或负焦点(离焦)状态工作，达到所需的粗糙度。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
22.图1为本发明提供的用于内壁激光加工的可控调焦装置的一种优选实施方式的结构示意图；
23.图2为本发明提供的图1的立体图；
24.图3为图2的剖视图；
25.图4为设置有外镜筒的图1的结构图；
26.图5为遮光环的平面结构图。
27.图中的标号分别表示如下：
[0028]1‑
驱动单元；2
‑
驱动丝杆；3
‑
防撞左限位开关；4
‑
防撞右限位开关；5
‑
限位滑块固定条；6
‑
聚焦调焦筒；7
‑
聚焦镜架；8
‑
聚焦定位筒；9
‑
聚焦固定筒；10
‑
端部保护镜安装筒；11
‑
拨杆；12
‑
电机输出轴；13
‑
反光镜；14
‑
外镜筒；15
‑
遮光环；16
‑
瓣板；17
‑
多段螺纹轴；18
‑
螺栓。
具体实施方式
[0029]
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0030]
本发明公开了一种用于内壁激光加工的可控调焦装置，如图1
‑
3所示，该可控调焦装置包括端部保护镜安装筒10、聚焦定位筒8、聚焦固定筒9、聚焦调焦筒6和聚焦镜架7；所述聚焦定位筒8的一端与所述端部保护镜安装筒10相连接，另一端与所述聚焦固定筒9相连接；所述聚焦定位筒8和聚焦固定筒9的内部形成有空腔，所述聚焦定位筒8外设置有调焦机构；所述聚焦调焦筒6的一端设置于所述空腔内，另一端上设置有聚焦镜架7；所述调焦机构能够驱动所述聚焦调焦筒6能够于所述空腔内往复运动，以调节所述聚焦镜架7上聚焦镜和反光镜13之间的距离。
[0031]
在上述实施方式中，对所述调焦机构的结构不作具体限定，但是为了便于灵敏地调节聚焦镜和反光镜13之间的距离，优选地，所述调焦机构包括驱动单元1、驱动丝杆2和拨杆11，所述聚焦定位筒8的侧壁上开设有滑槽，所述驱动丝杆2连接于所述驱动单元1上；所述拨杆11的一端设置于所述驱动丝杆2，另一端穿过所述滑槽与所述聚焦调焦筒6的一端相连接；所述驱动单元1能够驱动所述驱动丝杆2转动，以使得所述拨杆11能够沿着所述滑槽滑动。
[0032]
由此，只要启动驱动单元1便可带动驱动丝杆2转动，由此驱动拨杆11在滑槽上的位置，从而驱动拨杆11在滑槽内滑动，进而带动所述聚焦调焦筒6的前后移动，使得聚焦镜和反光镜13之间的距离得以精准调节，从而能够对不同尺寸的金属制品进行内壁加工。
[0033]
在上述实施方式中，为了进一步提高调节精度，优选地，所述驱动单元1为调焦步进电机，所述调焦步进电机与旋转编码器相电性连接，所述旋转编码器产生的脉冲信号能够驱动所述驱动丝杆2运动，所述旋转编码器的旋转角度能够转换为脉冲个数以控制所述驱动丝杆2的行程，所述旋转编码器的旋转方向能够控制所述驱动丝杆2的运动方向。由此，通过所述旋转编码器的旋转角度和旋转方向，从而进准地控制所述驱动丝杆2的旋转方向和行程，由此提高了调焦的精准度。其中，所述旋转编码器的旋转角度和旋转方向可以通过电路控制板转换为脉冲信号，进而控制所述调焦步进电机的工作。
[0034]
在本发明中，所述驱动丝杆2的固定方式可以在宽的范围内选择，但是为了便于所述驱动丝杆2的安装与拆卸，优选地，所述驱动丝杆2螺纹连接于所述调焦步进电机的电机输出轴12上。
[0035]
同理，对所述拨杆11的固定方式也不作具体的限定，但是为了便于所述拨杆11的安装与拆卸，优选地，所述拨杆11上设置有螺纹孔，所述拨杆11套设于所述驱动丝杆2上。由
此，通过所述驱动丝杆2的转动便可实现所述拨杆11沿着所述驱动丝杆2前进或后退。
[0036]
在本发明中，为了防止所述拨杆11前进或后退过度，优选地，所述可控调焦装置还包括拨杆限位机构，所述拨杆限位机构能限制所述拨杆11的行程范围。由此，通过拨杆限位机构限制所述拨杆11最大的活动范围，进而达到了限位的效果。
[0037]
在上述实施方式中，对所述拨杆限位机构的结构也不作具体限定，但是为了进一步高效地限制所述拨杆11行程，优选地，所述拨杆限位机构包括防撞左限位开关3和防撞右限位开关4，所述防撞左限位开关3和防撞右限位开关4间隔设置于所述聚焦定位筒8的外侧壁上，所述拨杆11的行程范围位于所述防撞左限位开关3和防撞右限位开关4之间。由此，通过防撞左限位开关3和防撞右限位开关4的设置便可达到了限位的作用。
[0038]
其中，本发明对所述防撞左限位开关3和防撞右限位开关4的具体种类也不作具体限定，优选地，所述防撞左限位开关3和防撞右限位开关4各自独立地为红外开关(微动开关)或轻触开关。无论是红外开关或轻触开关，只要开关采集到所述拨杆11位置信号，并将位置信号传递至电路控制板，电路控制板根据位置信号而间接地控制所述调焦步进电机的工作状态，从而达到了控制所述拨杆11的行程。
[0039]
在上述实施方式中，对所述防撞左限位开关3和防撞右限位开关4的安装方式也不作具体限定，但是为了进一步便于所述防撞左限位开关3和防撞右限位开关4的安装与拆卸，优选地，所述拨杆限位机构还包括限位滑块固定条5，所述限位滑块固定条5设置于所述聚焦定位筒8的外侧壁上，所述防撞左限位开关3和防撞右限位开关4设置于所述限位滑块固定条5上。
[0040]
此外，由于金属制品的尺寸不同，所述拨杆11的行程也不同，为了便于调节所述拨杆11的行程，优选地，所述防撞左限位开关3和防撞右限位开关4在所述限位滑块固定条5上的位置可调。由此，只要快捷地调节所述防撞左限位开关3和防撞右限位开关4在所述限位滑块固定条5上的位置，便可实现了所述拨杆11的行程调节。
[0041]
其中，为了便于防撞左限位开关3和防撞右限位开关4的位置调节，优选地，所述防撞左限位开关3和防撞右限位开关4的底部均设置有卡槽，所述卡槽卡设于所述限位滑块固定条5上并通过固定件(如插销)固定所述防撞左限位开关3和防撞右限位开关4。
[0042]
进一步地，在进行焦距的调节过程中，主要方式有旋转调焦和电动调焦，其主要都是通过改变聚焦镜和反光镜之间的距离，而在此过程中，由于机械的装配误差(聚焦定位筒和聚焦调焦筒，以及在后续使用过程中的由于机械磨损)，设备的入射透镜，聚焦透镜的连接以及反光镜的倾斜表面周向的结构，在旋转调焦和电动调焦的过程中，均容易造成较大的调焦误差，并且当反射镜采用固定安装的情况下，则需要进行聚焦透镜的调焦则存在反复调节的过程，为此，本发明中，进一步地提供了一种利用驱动单元驱动驱动丝杠带动进行比例旋转调节的提高调焦效率的结构；
[0043]
如图4和图5所示，具体包括：
[0044]
外镜筒14，外镜筒14的一端套装在聚焦固定筒9上，且外镜筒14通过安装在聚焦固定筒9上的比例传动装置转动套装在聚焦固定筒9上，比例传动装置连接驱动丝杠2，并在驱动单元1驱动驱动丝杠2进行移动时，比例传动装置带动外镜筒14转动，其中外镜筒14靠近聚焦镜架7的端部的内壁上设置有遮光环15，且遮光环15是有多个瓣板16环形阵列连接在外镜筒14的内壁上形成，多个环形阵列的瓣板16中间形成供激光光路穿过的光孔，且遮光
环15的直径变化，则主要为光孔的直径变化，其中瓣板16与外镜筒14的内壁铰接，多个瓣板16依次连接，且具备重叠的部分，前一个的瓣板16上设置有供下一个瓣板16移动的导向槽或导向凸起，导向槽或导向凸起为弧形，相邻两个瓣板16沿导向槽或导向凸起的移动使遮光环15的直径发生变化。
[0045]
其中，聚焦镜架7在未进行调节的初始位置时，与遮光环15的位置保持一致，且聚焦镜架7的周向表面与遮光环的周向内表面接触，使遮光环15的直径达到与外镜筒14的内径保持一致的最大状态，相邻两个瓣板16之间的重叠部分最小的状态。
[0046]
在驱动单元1驱动驱动丝杠2，使聚焦调焦筒6在空腔内移动(朝向聚焦固定筒)时，带动聚焦镜架7移动，使聚焦镜架7的周向表面和遮光环的周向内表面在沿聚焦调焦筒6的轴向的相对位置变化，此时，聚焦镜架7的端部边缘与瓣板16的接触位置变化，使每个瓣板16均以铰接处进行转动。
[0047]
进一步地，比例传动装置包括活动套装在驱动丝杠端部的多段螺纹轴17，多段螺纹轴17即表面包括两段依次设置且螺距不同的螺纹的轴体，所述多段螺纹轴17靠近驱动丝杠2的端部表面设置有用于固定多段螺纹轴17和驱动丝杠2套接位置的螺栓18，其中，外镜筒14连接至聚焦固定筒7的端部表面设置有与多段螺纹轴17相配合的螺纹。
[0048]
其中，多段螺纹轴17上的螺纹在位置上是位于外镜筒14表面上的配合的两个螺纹之间，通过改变多段螺纹轴17与驱动丝杠2的套接位置，使得多段螺纹轴17上的螺纹和外镜筒14上的螺纹啮合，进而实现通过比例传动装置来调节外镜筒14的转动进程，进而使遮光环15能够按照不同调节比例(即遮光环15的直径变化跟随聚焦调焦筒6的轴向移动的速率)，获得与聚焦调焦筒6之间的不同的比例传动，具体体现在遮光环的跟随聚焦调焦筒6的直径变化的快慢，进一步获得在聚焦调焦筒6调节时通过瓣板16形成的遮光环15对光路进行径向的约束和导向，以及屏蔽光路传播过程中的光晕，能够提高有效调焦的效率。
[0049]
其中，瓣板还可以是能够使光发生折射的透明介质。
[0050]
以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。