一種同軸共焦光路實現(xiàn)場鏡焦平面定位的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種同軸共焦光路實現(xiàn)場鏡焦平面定位的裝置，包括場鏡、半透半反鏡、電動變倍鏡頭、攝像機和位移平臺；半透半反鏡與成像光路光軸呈45度角放置，實現(xiàn)成像光路光軸的90度變換，激光光路光軸與成像光路光軸重合；半透半反鏡的透射側(cè)設置有所述場鏡，半透半反鏡的反射側(cè)設置有所述電動變倍鏡頭；用于放置加工工件的位移平臺設置在激光光路上，攝像機與所述電動變倍鏡頭固定連接；場鏡的焦平面和攝像機的成像面重合。本實用新型具備成像系統(tǒng)與激光應用系統(tǒng)同軸共焦的能力，具有實時成像與激光掃描同步的特點，可對場鏡焦平面實現(xiàn)快速定位其操作簡單方便，提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種同軸共焦光路實現(xiàn)場鏡焦平面定位的裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于激光應用設備領域，更具體地，涉及一種同軸共焦光路實現(xiàn)場鏡焦平面定位的裝置。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)階段，在激光應用設備中，小直徑的激光光束擁有較高的能量密度，可實現(xiàn)工業(yè)激光的應用。通常采用的激光光束聚焦器件為場鏡，場鏡具有確定的焦平面位置，場鏡焦平面位置的一定范圍內(nèi)為激光有效作用區(qū)域，稱為焦深。在激光加工過程中，隨著加工器件厚度的不同，需要對場鏡或者加工器件的位置進行調(diào)節(jié)，已實現(xiàn)加工器件在場鏡的有效焦距內(nèi)。通常情況下，對場鏡的調(diào)節(jié)依靠傳統(tǒng)刻度尺的人工測量或采用其他測距工具。傳統(tǒng)刻度尺的人工測量或其他測距工具具有耗時長、精度低和操作難的特點。
實用新型內(nèi)容
[0003]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種同軸共焦光路實現(xiàn)場鏡焦平面定位的裝置，其目的在于提高場鏡焦平面定位效率和精度，旨在解決傳統(tǒng)刻度尺的人工測量導致耗時長、精度低和操作難的技術問題。
[0004]本實用新型提供了一種同軸共焦光路實現(xiàn)場鏡焦平面定位的裝置，包括場鏡、半透半反鏡、電動變倍鏡頭、攝像機和位移平臺；所述半透半反鏡與成像光路光軸呈45度角放置，實現(xiàn)成像光路光軸的90度變換，激光光路光軸與成像光路光軸重合；所述半透半反鏡的透射側(cè)設置有所述場鏡，所述半透半反鏡的反射側(cè)設置有所述電動變倍鏡頭；用于放置加工工件的位移平臺設置在激光光路上，所述攝像機與所述電動變倍鏡頭固定連接；所述場鏡的焦平面和所述攝像機的成像面重合。
[0005]其中，工作時，加工工件放置在所述位移平臺上，場鏡發(fā)出的激光經(jīng)所述半透半反鏡透射后作用在所述加工工件；所述加工工件反射的可見光經(jīng)所述半透半反鏡反射后進入所述電動變倍鏡頭，并到達攝像機成像平面。
[0006]其中，所述半透半反鏡為雙面鍍有激光波段的高透膜且反射面鍍有可見光高反膜的半透半反鏡。
[0007]本實用新型提供了一種同軸共焦光路實現(xiàn)場鏡焦平面定位的裝置，其特征在于，包括場鏡、半透半反鏡、電動變倍鏡頭、攝像機和位移平臺；所述半透半反鏡與成像光路光軸呈45度角放置，實現(xiàn)成像光路光軸的90度變換，激光光路光軸與成像光路光軸重合；所述半透半反鏡的透射側(cè)設置有所述電動變倍鏡頭，所述半透半反鏡的反射側(cè)設置有所述場鏡；用于放置加工工件的位移平臺設置在激光光路上，所述攝像機與所述電動變倍鏡頭固定連接；所述場鏡的焦平面和所述攝像機的成像面重合。
[0008]其中，工作時，加工工件放置在所述位移平臺上，場鏡發(fā)出的激光經(jīng)所述半透半反鏡反射后作用在所述加工工件上；所述加工工件反射的可見光經(jīng)所述半透半反鏡透射后進入所述電動變倍鏡頭，并到達所述攝像機成像平面。
[0009]其中，所述半透半反鏡為雙面鍍有可見光波段的高透膜且透射面鍍有激光波段高反膜的半透半反鏡。
[0010]本實用新型具備成像系統(tǒng)與激光應用系統(tǒng)同軸共焦的能力，具有實時成像與激光掃描同步的特點，可對場鏡焦平面實現(xiàn)快速定位其操作簡單方便，提高了生產(chǎn)效率；提高了場鏡焦平面定位效率和精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型第一種光路實現(xiàn)形式的側(cè)視圖。
[0012]圖2是本實用新型第二種光路實現(xiàn)形式的側(cè)視圖。

【具體實施方式】
[0013]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型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實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0014]本實用新型涉及一種對激光應用設備中場鏡焦平面快速精確定位的裝置，尤其是能實現(xiàn)激光光路和成像光路的同軸共焦?？朔爽F(xiàn)有場鏡焦平面定位裝置的不足，提高場鏡焦平面定位效率和精度，本實用新型提供一種同軸共焦光路實現(xiàn)場鏡焦平面定位裝置，該裝置不僅能精確快速進行場鏡焦平面定位，而且能實時提供激光對加工器件掃描的情況。
[0015]本實用新型從光路的實現(xiàn)角度，有兩種實現(xiàn)方式:
[0016]第一種如圖1所示，包括場鏡I，半透半反鏡2，電動變倍鏡頭3，攝像機4，加工工件5，位移平臺6 ;半透半反鏡2與成像光路光軸呈45度角放置，實現(xiàn)成像光路光軸的90度變換，激光光路光軸與成像光路光軸重合；半透半反鏡2)的透射側(cè)設置有場鏡1，半透半反鏡2的反射側(cè)設置有所述電動變倍鏡頭3 ;用于放置加工工件5的位移平臺設置6在激光光路上，攝像機4與電動變倍鏡頭3固定連接；場鏡I的焦平面和攝像機4的成像面重合。激光由場鏡I發(fā)出，經(jīng)半透半反鏡2透射，作用在加工工件5，以實線表示；工件反射的可見光由加工工件5發(fā)出，經(jīng)半透半反鏡2反射，進入電動變倍鏡頭3，到達攝像機4成像平面，以虛線表示。
[0017]在本實用新型中，采用的半透半反鏡2可以實現(xiàn)激光的高透射率與可見光(包含390nm至780nm波段)的高反射率。半透半反鏡2與成像光路光軸呈45度角放置，實現(xiàn)成像光路光軸的90度變換，與激光光路光軸重合，實現(xiàn)同軸，其透射一側(cè)為場鏡，反射一側(cè)為電動變焦鏡頭。激光由場鏡發(fā)出，經(jīng)半透半反鏡透射，作用在加工工件；工件反射的可見光由加工工件發(fā)出，經(jīng)半透半反鏡反射，進入電動變倍鏡頭，到達攝像機成像平面。
[0018]第二種如圖2所示，包括場鏡1、半透半反鏡2、電動變倍鏡頭3、攝像機4和位移平臺6 ;半透半反鏡2與成像光路光軸呈45度角放置，實現(xiàn)成像光路光軸的90度變換，激光光路光軸與成像光路光軸重合；半透半反鏡2的透射側(cè)設置有所述電動變倍鏡頭3，半透半反鏡2的反射側(cè)設置有場鏡I ;用于放置加工工件5的位移平臺6設置在激光光路上，攝像機4與電動變倍鏡頭3固定連接；場鏡I的焦平面和攝像機4的成像面重合。激光由場鏡I發(fā)出，經(jīng)半透半反鏡2反射，作用在加工工件5，以實線表示；工件反射的可見光由加工工件5發(fā)出，經(jīng)半透半反鏡2透射，進入電動變倍鏡頭3，到達攝像機4成像平面，以虛線表
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[0019]在本實用新型中，采用的半透半反鏡2可以實現(xiàn)激光的高反射率和可見光的高透射率，與第一種相對比，半透半反鏡位置不變，場鏡的位置和成像部分的位置進行互換。實現(xiàn)激光光路光軸的90度變換，與成像光路光軸重合，實現(xiàn)同軸，其透射一側(cè)為電動變倍鏡頭，反射一側(cè)為場鏡。激光由場鏡發(fā)出，經(jīng)半透半反鏡反射，作用在加工工件；工件反射的可見光由加工工件發(fā)出，經(jīng)半透半反鏡透射，進入電動變倍鏡頭，到達攝像機成像平面。
[0020]本實用新型中使用的器件，半透半反鏡采用雙面鍍光學薄膜的平面鏡，第一種光路實現(xiàn)形式中的半透半反鏡需要雙面鍍激光波段的高透膜和正對攝像機一面鍍可見光高反膜；第二種光路實現(xiàn)形式中的半透半反鏡需要雙面鍍可見光波段的高透膜和正對攝像機一面鍍激光波段高反膜。再根據(jù)工作空間的要求，選取適當焦距的場鏡和適當工作距離的電動變倍鏡頭，通過移動場鏡或電動變倍鏡頭的位置，校正場鏡焦平面和電動變倍鏡頭焦平面的重合，實現(xiàn)共焦。當共焦校正后，通過成像部分成像效果的清晰程度來判定是否位于電動變倍鏡頭焦平面處，從而判斷出工件是否位于場鏡焦平面處。清晰程度的判斷標準為:位移平臺移動過程中，圖像分辨率最大時，即可分辨物體細節(jié)能力最高。
[0021]本實用新型的有益效果是，可以通過視頻實時監(jiān)測的方式實現(xiàn)場鏡焦平面的快速準確定位，即過程可視化又操作簡單?？焖俦憩F(xiàn)在:通過視頻實時監(jiān)測的方式，控制電動位移平臺的升降，而無需采用傳統(tǒng)的刻度尺去反復對距離進行測量。通常傳統(tǒng)方式用時在幾十秒到數(shù)分鐘不等，而采用新的調(diào)節(jié)方式，在十秒內(nèi)即可完成調(diào)節(jié)。準確表現(xiàn)在，傳統(tǒng)刻度尺的單位通常為I毫米，而且很難保證測量的長度為垂直方向上的距離，誤差較大；通過該裝置，在高倍率的視場情況下，景深為0.1毫米級，誤差不會超過兩倍的景深。
[0022]本實用新型提供的同軸共焦光路實現(xiàn)場鏡焦平面定位的裝置工作時，可以按照如下步驟進行操作:
[0023](I)通過半透半反鏡2的反射作用，將場鏡I和電動變倍鏡頭3的光軸重合，實現(xiàn)場鏡I和電動變倍鏡頭3的共軸；
[0024](2)調(diào)節(jié)場鏡I或電動變倍鏡頭3的空間位置，將場鏡I焦平面和電動變倍鏡頭3的焦平面重合，實現(xiàn)場鏡I和電動變倍鏡頭3的共焦；
[0025](3)在位移平臺6上放置加工工件5，將位移平臺6下降，看到攝像機4成像清晰時，即判斷加工工件5位于場鏡I的焦平面上，可實現(xiàn)激光加工；
[0026](4)加工工件5變化時，根據(jù)前后兩個工件的厚度不同，判斷位移平臺6的升降，若工件變厚，則調(diào)節(jié)位移平臺6下降，若工件變薄，則調(diào)節(jié)位移平臺6上升；
[0027](5)看到攝像機4成像清晰時，即判斷加工工件5位于場鏡I的焦平面上，可實現(xiàn)激光加工。
[0028]在本實用新型中，可以通過透紅外光反可見光鏡實現(xiàn)激光光軸和可見光光軸的重合，調(diào)節(jié)相機位置達到場鏡焦平面和成像平面的重合，進而依靠工件圖像的清晰度來實現(xiàn)場鏡焦平面快速精確定位。
[0029]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種同軸共焦光路實現(xiàn)場鏡焦平面定位的裝置，其特征在于，包括場鏡(I)、半透半反鏡(2)、電動變倍鏡頭(3)、攝像機(4)和位移平臺(6)； 所述半透半反鏡(2)與成像光路光軸呈45度角放置，實現(xiàn)成像光路光軸的90度變換，激光光路光軸與成像光路光軸重合；所述半透半反鏡(2)的透射側(cè)設置有所述場鏡(1)，所述半透半反鏡(2)的反射側(cè)設置有所述電動變倍鏡頭(3)； 用于放置加工工件(5)的位移平臺(6)設置在激光光路上，所述攝像機(4)與所述電動變倍鏡頭(3)固定連接；所述場鏡(I)的焦平面和所述攝像機(4)的成像面重合。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，工作時，加工工件(5)放置在所述位移平臺(6)上，場鏡⑴發(fā)出的激光經(jīng)所述半透半反鏡(2)透射后作用在所述加工工件(5);所述加工工件(5)反射的可見光經(jīng)所述半透半反鏡(2)反射后進入所述電動變倍鏡頭(3)，并到達攝像機(4)成像平面。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述半透半反鏡(2)為雙面鍍有激光波段的高透膜且反射面鍍有可見光高反膜的半透半反鏡。
4.一種同軸共焦光路實現(xiàn)場鏡焦平面定位的裝置，其特征在于，包括場鏡(I)、半透半反鏡(2)、電動變倍鏡頭(3)、攝像機(4)和位移平臺(6)； 所述半透半反鏡(2)與成像光路光軸呈45度角放置，實現(xiàn)成像光路光軸的90度變換，激光光路光軸與成像光路光軸重合；所述半透半反鏡(2)的透射側(cè)設置有所述電動變倍鏡頭(3)，所述半透半反鏡(2)的反射側(cè)設置有所述場鏡(I)； 用于放置加工工件(5)的位移平臺(6)設置在激光光路上，所述攝像機(4)與所述電動變倍鏡頭(3)固定連接；所述場鏡(I)的焦平面和所述攝像機(4)的成像面重合。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，工作時，加工工件(5)放置在所述位移平臺(6)上，場鏡(I)發(fā)出的激光經(jīng)所述半透半反鏡(2)反射后作用在所述加工工件(5)上；所述加工工件(5)反射的可見光經(jīng)所述半透半反鏡(2)透射后進入所述電動變倍鏡頭(3)，并到達所述攝像機(4)成像平面。
6.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述半透半反鏡(2)為雙面鍍有可見光波段的高透膜且透射面鍍有激光波段高反膜的半透半反鏡。
【文檔編號】B23K26/064GK204018961SQ201420479569
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權日:2014年8月22日
【發(fā)明者】閆阿澤, 魏小彪, 張庸, 姚曉峰, 于海濤 申請人:湖北三江航天紅峰控制有限公司