一种光学镜片组的调控系统

摘要

本发明涉及光学镜片组，具体地说涉及一种光学镜片组的调控系统。其包括：单片机、步进电机、联轴器、丝杆、阶梯状螺母、支撑架、光学镜片和固定底座。第一步进电机固定在固定底座上，支撑架下端固定在第一步进电机上，第一步进电机的输出轴通过联轴器与垂直布置的丝杆的底端连接，丝杆的顶端上套有丝杆套，丝杆套同时嵌在支撑架顶端圆孔内；阶梯状螺母的上台阶开螺纹孔套在丝杆的底端与顶端之间，阶梯状螺母的下台阶位于丝杠旁边，上固定有第二步进电机，第二步进电机的输出轴通过光学镜片套与光学镜片连接；单片机用于控制第一步进电机和第二步进电机。本发明可以让操作者远离光路系统进行集中调控，提高调控效率、精度以及操作的安全性。

权利要求

1.一种光学镜片组的调控系统，其特征在于：所述调控系统包括单片机、第一步进电机、第二步进电机、联轴器、丝杆、阶梯状螺母、支撑架、光学镜片和固定底座；第一步进电机固定在固定底座上，支撑架下端固定在第一步进电机上，第一步进电机的输出轴从支撑架下端圆孔伸出通过联轴器与垂直布置的丝杆的底端连接，丝杆的顶端上套有丝杆套，丝杆套同时嵌在支撑架顶端圆孔内；阶梯状螺母的上台阶开螺纹孔套在丝杆的底端与顶端之间，阶梯状螺母的下台阶位于丝杠旁边，阶梯状螺母的下台阶上固定有第二步进电机，第二步进电机的输出轴通过光学镜片套与光学镜片连接；单片机用于控制第一步进电机和第二步进电机；将若干所述光学镜片组的调控系统按光路调整的要求依次排列并固定，组成光学镜片组，并把所有控制步进电机的按键集成在一块控制板上，实现光学镜片组的集中调控。

2.如权利要求1所述的一种光学镜片组的调控系统，其特征在于：所述第一步进电机的步距角为1.8°；丝杆导程为3mm；当给第一步进电机一个脉冲时，丝杆上升或下降的高度为：h = 0.015mm，即丝杆传动精度为0.015mm。

3.如权利要求1所述的一种光学镜片组的调控系统，其特征在于：所述第二步进电机的步进角为5.625°，为28BYJ48型长轴步进电机。

4.如权利要求1所述的一种光学镜片组的调控系统，其特征在于：所述第一步进电机和第二步进电机的转速由单片机程序中的参数控制和调节。

5.如权利要求4所述的一种光学镜片组的调控系统，其特征在于：所述第一步进电机和第二步进电机的转速分别为60r/min和1r/min。

6.如权利要求1所述的一种光学镜片组的调控系统，其特征在于：阶梯状螺母的后侧面在螺母上下移动过程中，始终紧贴支撑架的前侧面，从而限制螺母旋转，起到类似轨道的作用；阶梯状螺母升降的速度为3mm/s，阶梯状螺母的可上下移动的范围即行程为90mm。

说明书

一种光学镜片组的调控系统

技术领域

[0001] 本发明涉及光学镜片组，具体地说涉及一种基于单片机控制原理，可对光学镜片组中的各镜片的升降高度和旋转角度进行调控的系统。

背景技术

[0002] 光学镜片组是由多个光学镜片组成，对光路特性进行调控，完成光学成像、检测或制造等功能的装置系统；在大型光路系统中，例如飞秒激光系统，各个光学镜片一般都是通过基座分散固定在隔振台上，激光光路的微调则通过调整单个镜片的升降高度和旋转角度来实现；在光路调试时，往往需要同时对多个镜片进行调整才能达到调整效果，特别是当光路系统比较复杂，需要调整的光学镜片比较多，镜片空间分布比较分散的时候，通过操作者手动的方式来调整光路会非常耗时耗力；由于不能精确定量，手动方式要求操作者具有较好的手感，另外，手动方式往往带来一些安全隐患；例如，因遮挡光路而导致操作者受伤，因碰撞而导致光学元件的损坏等等。

[0003] 相比之下，本发明提供的基于单片机控制原理的光学镜片组的调控系统,在这方面就具有很大的优势；它可以让操作者远离光路系统进行集中调控，提高调控效率、精度以及操作的安全性。

发明内容

[0004] 本发明提供一种光学镜片组的调控系统，采用单片机控制原理，可对光学镜片组中的各镜片的升降高度和旋转角度进行调控；其包括：单片机、第一步进电机、第二步进电机、联轴器、丝杆、阶梯状螺母、支撑架、光学镜片和固定底座。

[0005] 第一步进电机固定在固定底座上，支撑架下端固定在第一步进电机上，第一步进电机的输出轴从支撑架下端圆孔伸出通过联轴器与垂直布置的丝杆的底端连接，丝杆的顶端上套有丝杆套，丝杆套同时嵌在支撑架顶端圆孔内；阶梯状螺母的上台阶开螺纹孔套在丝杆的底端与顶端之间，阶梯状螺母的下台阶位于丝杠旁边，上固定有第二步进电机，第二步进电机的输出轴通过光学镜片套与光学镜片连接；单片机用于控制第一步进电机和第二步进电机。

[0006] 以上关键部件组成一套光学镜片组的调控系统：单片机用于控制第一步进电机和第二步进电机；第一步进电机用于控制丝杆转动，第二步进电机用于控制光学镜片的角度调整；联轴器用于联接第一步进电机和丝杆，丝杆用于实现阶梯状螺母的升降，支撑架用来限定螺母的旋转自由度。

[0007] 本发明所述的方法按照以下步骤实现：

[0008] 对于光学镜片组中的任意一个光学镜片，其调整都包括垂直升降和水平旋转两种操作，从而调整镜片高度和水平转角。

[0009] 垂直升降动作需要两个步进电机实现，单片机控制第一步进电机正反转，从而使镜片升降；第一步进电机和丝杆通过联轴器联接，丝杆上配合一阶梯状的螺母，螺母一端和丝杆相连接，另一端固定第二步进电机，阶梯状螺母用一支撑架来限定它的旋转自由度，使它只能上下运动，步进电机2的轴为长轴，顶端和光学镜片套相配合；当控制第一步进电机正反转时，螺母上下运动，从而使光学镜片上下运动。

[0010] 单个光学镜片的水平旋转采用第二步进电机来控制；在光学镜片升降的基础上，机械结构保持不变，用单片机控制第二步进电机的旋转，使光学镜片水平旋转，实现光学镜片角度的调整。

[0011] 将若干上述光学镜片调整装置按光路调整的要求依次排列并固定，组成光学镜片组，并把所有控制步进电机的按键集成在一块控制板上，实现光学镜片组的集中调控，提高效率。

[0012] 本发明的有益效果是：

[0013] 1、调整精度高：由于单片机可以精确控制步进电机转速和角度，从而可以精确控制光学镜片的高度和角度；能够实现0.015mm的高度调节和5.625°的角度调节。

[0014] 2、操作效率高：采用光学镜片组的集中调控模式，使操作者不必在调整光路时频繁奔走于各个镜片之间，从而在很大程度上提高了效率。

[0015] 3、操作安全性好：可有效避免在调整光路时，因遮挡光路而导致操作者受伤，因碰撞而导致光学元件的损坏等情况的发生。

附图说明

[0016] 图1单个光学镜片调整结构装配图；

[0017] 1第一步进电机，2联轴器，3丝杆，4阶梯状螺母，5丝杆套，6光学镜片，7光学镜片套，8第二步进电机，9支撑架，10固定底座；

[0018] 图2 联轴器示意图；

[0019] 图3 丝杆示意图；

[0020] 图4 阶梯状螺母示意图；

[0021] 图5 丝杆套示意图；

[0022] 图6 长轴步进电机示意图；

[0023] 图7 光学镜片套示意图；

[0024] 图8 支撑架示意图；

[0025] 图9固定底座示意图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

[0027] 图1单个光学镜片调整结构装配图；它主要由步进电机1，联轴器2，丝杆3，阶梯状的螺母4，丝杆套5，光学镜片6，光学镜片套7，第二步进电机8，支撑架9，固定底座10组成；其中，步进电机1为17HS5604型电机；步进电机8为28BYJ48型长轴步进电机。

[0028] 第一步进电机（型号17HS5604）的步距角为1.8°（电机参数），即每给17HS5604步进电机一个脉冲，步进电机就会旋转1.8°；电机转速为60r/min（单片机程序控制值，可变可调）,即1r/s；丝杆导程为3mm（丝杆每旋转一周，即360°，螺母就会上升或下降3mm）；当给步进电机一个脉冲时，丝杆上升或下降的高度为：h = 3mm * 1.8°/ 360°=0.015mm即丝杆传动精度为0.015mm。

[0029] 第二步进电机（型号28BYJ48）的步进角为5.625°（电机参数）。

[0030] 步进电机1和步进电机8通过STC89C52RC单片机来控制；其中第一步进电机1的转速为60r/min，第二步进电机8的转速为1r/min；第一步进电机1和丝杆3通过联轴器2相连接，丝杆3直径14mm，导程为3mm；丝杆3顶端套一丝杆套5；丝杆套5被嵌在支撑架9的顶端；支撑架9的下端和第一步进电机1相固定，保证了丝杆3不会产生X,Y,Z的偏移，同时限制了丝杆3沿X,Y方向的旋转自由度，即共限制了5个自由度，丝杆3只能以Z轴为轴旋转；阶梯状的螺母4其中一端和丝杆3相配合，阶梯状螺母的后侧面在螺母上下移动过程中，始终紧贴支撑架9的前侧面，这样就限制螺母旋转，而起到类似轨道的作用；此时螺母4被限定了5个自由度，只能沿着Z轴上下移动；阶梯状的螺母4用来固定步进电机2，使第二步进电机8不会发生位移和旋转；第二步进电机8的电机轴较长，顶端和光学镜片套7相配合；光学镜片6被装配在光学镜片套7里；第一步进电机1和固定底座10固定在一起；固定底座10被固定在防震台上。

[0031] 当调整光学镜片的高度时，第二步进电机8停止运行，通过单片机控制第一步进电机开始旋转，从而带动丝杆3旋转，此时阶梯状螺母4就会沿着Z轴上下移动，从而使动光学镜片上下移动；第一步进电机1每转一圈，螺母4就升降一个导程，具体的电机转速由单片机程序中的参数控制和调节；第一步进电机1正转时，光学镜片上升，反转时则下降，阶梯状螺母升降的速度为3mm/s，阶梯状螺母的可上下移动的范围即行程为90mm。

[0032] 当调整光学镜片的角度时，第一步进电机停止运行，通过单片机控制第二步进电机开始旋转，此时第二步进电机的电机轴带动光学镜片套一起旋转，旋转速度为0.105rad/s。

[0033] 将一定数量的上述光学镜片调整装置按光路调整的要求依次排列，并固定在防震台上，组成光学镜片组。把所有控制步进电机的按键集成在一块控制板上，实现光学镜片组的集中调控，提高效率。