激光雕刻机光路结构

摘要

本发明激光雕刻机光路结构属于激光雕刻技术领域；该光路结构沿光线传播方向依次设置物镜、针孔、光阑和椭球面反射镜；所述物镜焦点位置和椭球面反射镜远焦点位置重合，重合处设置针孔；平行光束沿光轴方向照射物镜，在针孔位置形成点光源，再经过椭球面反射镜反射至近焦点位置，会聚成点光斑；光阑能够在针孔和椭球面反射镜之间沿光轴方向移动，光阑的开口大小能够调整；本发明激光雕刻机光路结构，不仅能够从原理上消除像差，提高激光束的质量，而且具有精确控制激光束能量，改变激光束会聚角的作用。

权利要求

1.激光雕刻机光路结构，其特征在于，沿光线传播方向依次设置物镜（1）、针孔（2）、光阑（3）和椭球面反射镜（4）；所述物镜（1）焦点位置和椭球面反射镜（4）远焦点位置重合，重合处设置针孔（2）；平行光束沿光轴方向照射物镜（1），在针孔（2）位置形成点光源，再经过椭球面反射镜（4）反射至近焦点位置，会聚成点光斑；光阑（3）能够在针孔（2）和椭球面反射镜（4）之间沿光轴方向移动，光阑（3）的开口大小能够调整；

光阑（3）的开口大小能够调整，通过以下结构实现：

所述光阑（3）由同轴设置的不绕轴转动的窗口透光盘（31）、绕轴转动的半径方向缺口转盘（32）和绕轴转动的圆周方向缺口转盘（33）组成；

所述窗口透光盘（31）在圆周方向的第一环和第二环，在半径方向的第一半径和第二半径围成的区域内透光，其他区域不透光；第一半径和第二半径之间所夹圆心角为α，α能够整除360度；

所述半径方向缺口转盘（32）在圆周方向被分成了360/α个区域，在每个区域中，在圆周方向的第一环和第二环，在半径方向的两个半径围成的区域内透光，其他区域不透光；两个半径之间所夹圆心角在360/α个区域内成等差数列排列，最大不超过α；

所述圆周方向缺口转盘（33）在圆周方向被分成了360/α个区域，在每个区域中，在圆周方向的第一环和第二环中间的两个环，在半径方向的第一半径和第二半径围成的区域内透光，其他区域不透光；两个环之间的距离在360/α个区域内成等差数列排列，最大不超过第一环和第二环之间的距离；

在窗口透光盘（31）和圆周方向缺口转盘（33）的对侧和半径方向缺口转盘（32）的两侧，均设置有环形槽，环形槽内等间距分布有滚珠（34），所述滚珠（34）由滚珠架（35）固定；窗口透光盘（31）和圆周方向缺口转盘（33）由磁性材料制作而成，异名磁极相对放置，利用磁力，将窗口透光盘（31）、半径方向缺口转盘（32）和圆周方向缺口转盘（33）吸附。

说明书

激光雕刻机光路结构

[0001] 本申请是发明专利申请《一种激光雕刻机光路结构》的分案申请。

[0002] 原案申请日：2017-01-11。

[0003] 原案申请号：2017100209222。

[0004] 原案发明名称：一种激光雕刻机光路结构。

技术领域

[0005] 本发明激光雕刻机光路结构属于激光雕刻技术领域。

背景技术

[0006] 激光雕刻在木刻、石刻、印章等领域具有广泛的应用。高质量的激光雕刻，需要严格控制激光束的质量，最大程度上消除像差的干扰；同时，还要精确控制激光束的能量，会聚角等参数。

发明内容

[0007] 针对激光雕刻领域中，激光束质量以及参数可调的技术需求，本发明公开了一种激光雕刻机光路结构，不仅能够从原理上消除像差，提高激光束的质量，而且具有精确控制激光束能够，改变激光束会聚角的作用。

[0008] 本发明的目的是这样实现的：

[0009] 激光雕刻机光路结构，沿光线传播方向依次设置物镜、针孔、光阑和椭球面反射镜；所述物镜焦点位置和椭球面反射镜远焦点位置重合，重合处设置针孔；平行光束沿光轴方向照射物镜，在针孔位置形成点光源，再经过椭球面反射镜反射至近焦点位置，会聚成点光斑；光阑能够在针孔和椭球面反射镜之间沿光轴方向移动，光阑的开口大小能够调整。

[0010] 上述激光雕刻机光路结构，光阑的开口大小能够调整，通过以下结构实现：

[0011] 所述光阑由同轴设置的不绕轴转动的窗口透光盘、绕轴转动的半径方向缺口转盘和绕轴转动的圆周方向缺口转盘组成；

[0012] 所述窗口透光盘在圆周方向的第一环和第二环，在半径方向的第一半径和第二半径围成的区域内透光，其他区域不透光；第一半径和第二半径之间所夹圆心角为α，α能够被360度整除；

[0013] 所述半径方向缺口转盘在圆周方向被分成了360/α个区域，在每个区域中，在圆周方向的第一环和第二环，在半径方向的两个半径围成的区域内透光，其他区域不透光；两个半径之间所夹圆心角在360/α个区域内成等差数列排列，最大不超过α；

[0014] 所述圆周方向缺口转盘在圆周方向被分成了360/α个区域，在每个区域中，在圆周方向的第一环和第二环中间的两个环，在半径方向的第一半径和第二半径围成的区域内透光，其他区域不透光；两个环之间的距离在360/α个区域内成等差数列排列，最大不超过第一环和第二环之间的距离。

[0015] 以上激光雕刻机光路结构，在窗口透光盘和圆周方向缺口转盘的对侧和半径方向缺口转盘的两侧，均设置有环形槽，环形槽内等间距分布有滚珠，所述滚珠由滚珠架固定；窗口透光盘和圆周方向缺口转盘由磁性材料制作而成，异名磁极相对放置，利用磁力，将窗口透光盘、半径方向缺口转盘和圆周方向缺口转盘吸附。

[0016] 以上激光雕刻机光路结构，窗口透光盘固定安装在套筒上，所述套筒上有两个完全相同平行设置的通槽，所述通槽覆盖360-α角度的圆周；半径方向缺口转盘和圆周方向缺口转盘侧面均设置有扳手，所述扳手从设置在套筒上的通槽中伸出，扳动扳手，实现半径方向缺口转盘和圆周方向缺口转盘的旋转。

[0017] 所述通槽上等间距设置有360/α个宽槽，所述扳手上设置有指向宽槽两侧的通孔，通孔内设置有弹簧，所述弹簧的两侧均安装有螺丝帽；弹簧在自然状态下，两个帽之间的距离大于通槽宽度，弹簧在压缩状态下，两个帽之间的距离小于通槽宽度。

[0018] 有益效果：

[0019] 第一、在本发明激光雕刻机光路结构中，由于只设置了物镜、针孔、光阑和椭球面反射镜，除此之外，再配上光源和衰减片即可形成完整的光路系统，元件少，结构简单；

[0020] 第二、在本发明激光雕刻机光路结构中，由于摒弃了传统光路中的透镜结构，而采用椭球面反射镜，从原理上解决了透镜不可能克服的像差问题，大幅提高激光束的质量，有效避免像差光束对雕刻区域外的伤害，从而提高雕刻质量；

[0021] 第三、由于光阑能够在针孔和椭球面反射镜之间沿光轴方向移动，因此能够改变激光束的照射角度；同时，由于光阑的开口大小能够调整，因此能够改变激光束的会聚角；

[0022] 第四、由于本发明激光雕刻机光路结构采用了椭球面反射镜，利用椭球面反射镜双焦点共轭性质，即利用从远焦点入射的光束还能从远焦点出射的性质，同透镜结构或平面反射镜或球面反射镜相比，实现了大角度汇聚，不仅能够提高粗大纹理的雕刻时间，而且能够实现特殊的雕刻效果。

附图说明

[0023] 图1是本发明激光雕刻机光路结构示意图。

[0024] 图2是窗口透光盘31的结构示意图。

[0025] 图3是半径方向缺口转盘32的结构示意图。

[0026] 图4是圆周方向缺口转盘33的结构示意图。

[0027] 图5是窗口透光盘、半径方向缺口转盘和圆周方向缺口转盘的装配结构示意图。

[0028] 图6是滚珠架的结构示意图。

[0029] 图7是光阑与套筒之间的安装结构示意图。

[0030] 图8是通槽展开局部图。

[0031] 图9是扳手经过通槽时的结构变化示意图。

[0032] 图中：1物镜、2针孔、3光阑、31窗口透光盘、32半径方向缺口转盘、33圆周方向缺口转盘、34滚珠、35滚珠架、36扳手、37弹簧、38帽、4椭球面反射镜、5套筒。具体实施例

[0033] 下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细说明。

[0034] 具体实施例一

[0035] 本实施例的激光雕刻机光路结构，示意图如图1所示。该激光雕刻机光路结构沿光线传播方向依次设置物镜1、针孔2、光阑3和椭球面反射镜4；所述物镜1焦点位置和椭球面反射镜4远焦点位置重合，重合处设置针孔2；平行光束沿光轴方向照射物镜1，在针孔2位置形成点光源，再经过椭球面反射镜4反射至近焦点位置，会聚成点光斑；光阑3能够在针孔2和椭球面反射镜4之间沿光轴方向移动，光阑3的开口大小能够调整。

[0036] 需要说明的是，光阑3能够在针孔2和椭球面反射镜4之间沿光轴方向移动，本领域技术人员能够参考变焦镜头中镜片相对于外壳沿轴向移动的结构来实现，在本申请中无需详细介绍。

[0037] 具体实施例二

[0038] 本实施例的激光雕刻机光路结构，在具体实施例一的基础上，进一步限定光阑3的开口大小能够调整，通过以下结构实现：

[0039] 所述光阑3由同轴设置的不绕轴转动的窗口透光盘31、绕轴转动的半径方向缺口转盘32和绕轴转动的圆周方向缺口转盘33组成；

[0040] 所述窗口透光盘31在圆周方向的第一环和第二环，在半径方向的第一半径和第二半径围成的区域内透光，其他区域不透光；第一半径和第二半径之间所夹圆心角为α，α能够被360度整除；窗口透光盘31如图2所示；

[0041] 所述半径方向缺口转盘32在圆周方向被分成了360/α个区域，在每个区域中，在圆周方向的第一环和第二环，在半径方向的两个半径围成的区域内透光，其他区域不透光；两个半径之间所夹圆心角在360/α个区域内成等差数列排列，最大不超过α；半径方向缺口转盘32如图3所示；需要说明的是，在本发明中，成等差数列排列，是指数字按照大小顺序排列后成等差数列，但可以不按照顺序排列；

[0042] 所述圆周方向缺口转盘33在圆周方向被分成了360/α个区域，在每个区域中，在圆周方向的第一环和第二环中间的两个环，在半径方向的第一半径和第二半径围成的区域内透光，其他区域不透光；两个环之间的距离在360/α个区域内成等差数列排列，最大不超过第一环和第二环之间的距离；圆周方向缺口转盘33如图4所示。

[0043] 在本实施例中，通过旋转半径方向缺口转盘32和圆周方向缺口转盘33，使窗口透光盘31透光区域与半径方向缺口转盘32和圆周方向缺口转盘33透光区域排列组合，改变光阑的开口大小，从而改变激光束的会聚角。

[0044] 具体实施例三

[0045] 本实施例的激光雕刻机光路结构，在具体实施例一或具体实施例二的基础上，进一步限定光阑3中窗口透光盘31、半径方向缺口转盘32和圆周方向缺口转盘33的装配结构，如图5所示。

[0046] 在窗口透光盘31和圆周方向缺口转盘33的对侧和半径方向缺口转盘32的两侧，均设置有环形槽，环形槽内等间距分布有滚珠34，所述滚珠34由滚珠架35固定；窗口透光盘31和圆周方向缺口转盘33由磁性材料制作而成，异名磁极相对放置，利用磁力，将窗口透光盘31、半径方向缺口转盘32和圆周方向缺口转盘33吸附。

[0047] 在本实施例中，滚珠架35的结构示意图如图6所示，滚珠34放入滚珠架35的孔中，在垂直光轴的方向，滚珠34的位置被滚珠架35限定；需要说明的是，滚珠架35需要由透明材料制作而成，确保透光。

[0048] 具体实施例四

[0049] 本实施例的激光雕刻机光路结构，在具体实施例一、具体实施例二或具体实施例三的基础上，进一步限定光阑3与套筒5之间的安装结构，如图7所示。

[0050] 窗口透光盘31固定安装在套筒5上，所述套筒5上有两个完全相同平行设置的通槽，所述通槽覆盖360-α角度的圆周；半径方向缺口转盘32和圆周方向缺口转盘33侧面均设置有扳手36，所述扳手36从设置在套筒5上的通槽中伸出，扳动扳手36，实现半径方向缺口转盘32和圆周方向缺口转盘33的旋转。

[0051] 本实施例光阑3与套筒5之间的安装结构，能够实现半径方向缺口转盘32和圆周方向缺口转盘33绕轴旋转的技术目的。

[0052] 具体实施例五

[0053] 本实施例的激光雕刻机光路结构，在具体实施例四的基础上，进一步限定扳手36与通槽之间的配合关系。

[0054] 其中，通槽上等间距设置有360/α个宽槽，通槽展开局部图如图8所示；

[0055] 所述扳手36上设置有指向宽槽两侧的通孔，通孔内设置有弹簧37，所述弹簧37的两侧均安装有螺丝帽38；弹簧37在自然状态下，两个帽38之间的距离大于通槽宽度，弹簧37在压缩状态下，两个帽38之间的距离小于通槽宽度。

[0056] 扳手36经过通槽时的结构变化如图9所示，需要说明的是，弹簧37与螺丝帽38之间的安装方式，本领域技术人员能够实现，不需要更加详细介绍。

[0057] 这样的结构设计，可以使扳手36经过宽槽时，在弹簧37的弹力作用下，两个帽38卡在宽槽中，实现对半径方向缺口转盘32和圆周方向缺口转盘33圆周方向的定位，进而使窗口透光盘31、半径方向缺口转盘32和圆周方向缺口转盘33在固定位置排列组合。