专利名称：一种用于激光加工的同轴观察与显示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光加工观察显示装置，具体地说是采用显示和观察两部分来完成定位、加工过程的监视和加工要素形成后的在线测量。
背景技术：
在以往的解决方法中，显示采用同轴显测系统来实现，有的显测系统(如一种用于激光加工的同轴显示、定位、测量光学变倍装置)较好地解决了显示、定位与在线测量的问题。然而这类系统的分划板采用亮背景、暗线条，刻线遮蔽了被显示、测量对象；分划板的照度受通光孔径、物体亮度的影响，显得不清晰。观察往往借助显微镜(如体视显微镜)来实现。然而这种观察不是同轴观察，是倾斜的，不能反映实形。观察效果与显示器上的不一致。
发明内容
本实用新型提供了一种同轴观察、显示装置，无论是观察部分、显示部分都与激光是同轴的，观察、显示的像反映了物体实形。本实用新型的目的是解决刻线遮蔽目标、分划板照度不良、观察效果与显示效果不一致等问题。
实现本实用新型的具体技术方案是提供的激光加工同轴观察与显示装置，它至少包括转像物镜、摄像物镜、聚焦物镜、显微目镜、反射镜、显微物镜、五角棱镜、分光棱镜、分划板、发光二极管、传光光纤、法兰盘等组成，其中，a.显示部分由转像物镜、摄像物镜、聚焦物镜组成；b.观察部分由显微目镜、反射镜、显微物镜和五角棱镜组成；c.显示部分与观察部分由一分光棱镜使之构成同轴；d.显示与观察有公共使用的分划板和工件照明的一进二出传光光纤。
在所述的显示部分中转像物镜与摄像物镜分别位于分光棱镜上、下方，摄像物镜与聚焦物镜构成对称结构；在观察部分中有一支五角棱镜和一片反射镜；在同轴部分由分光棱镜分像和合像，观察部分与分划板位于分光棱镜的左右两侧；另外，同轴部分的光轴与激光同轴，且与工件表面垂直；所述的分划板是暗背景亮线条，其后有一发光二极管供照明；在一进二出传光光纤的二出中的一支为环形传光束，并套在聚焦物镜的下部、工件的上方，另一支为端面出光光纤，并配有聚光镜和反光镜；在反射镜基座上有两颗调节螺钉，四支弹簧和一枚钢球，以便调整角度。同时，在显微目镜的法兰盘上有调节螺钉和防松螺母。
本实用新型摄像物镜与聚焦物镜构成对称结构，将工件表面按1∶1的比例成像在分划面的镜像处。工件像与分划面经过分光棱镜分成两路。一路经转像物镜成像在CCD摄像机的靶面上，在监视器的屏幕上显示出来；另一路经过五角棱镜、显微物镜、反光镜，利用显微目镜，进行观察。本实用新型采用冷光源照明，其亮度连续可调。光源经一进二出光纤分成二支。一支端面出光，从工件下部向上照明。当孔打穿时，光即透过工件。另一支设计成一光环，光环套在聚焦镜的下部，并随聚焦镜升降，均匀地照射在工件表面。
本实用新型由于采用了暗背景亮线条的分划板，因此分划线不会遮蔽工件的象。分划板采用专门的光源照明，所以无论环境光线、工件亮度如何都能得到照度满意、线条清晰的显示、观察范围。在本系统中，工件表面、分划面都垂直于显示、观察部分的光轴，因此得到的像是正投影，反映了物体实形。本实用新型系的优越性在于由于采用了一五角棱镜，使得无论是分划板，还是工件，进入CCD摄象机与显微系统的像的奇偶性都一致，所以进入二者的目标都不存在镜像产生的空间坐标系统的不一致，从两种光路观察的效果是一致的，而且显微部分还能直观地看到物体地颜色。由于在聚焦镜下方装有一环形光源，使得对工件的照明相当于同轴照明，因此工件被显示、观察得更清楚。
图1是同轴观察、显示部分工作位置结构示图。
图2是同轴观察、显示部分的右视图。
图3是分划板在监视器上的显示状态图。
图4是同轴观察、显示部分沿A-A线的剖面。
图5是同轴观察、显示部分沿B-B线的剖面。
图6是反射镜28座沿C-C线的剖视图。
图7是反射镜28座的K向视图。
以下结合附图详细说明本实用新型提出的结构及工作原理。同轴观察、显示部分由转像物镜5、分光棱镜6、分划板7、发光二极管8、摄像物镜13、显微目镜25、反射镜28、显微物镜30、五角棱镜31及其相应的机械结构组成。摄像物镜13与聚焦物镜14构成对称结构。
调整光路时，将激光调至与显示、观察系统同轴。激光经45反射镜11反射进入聚焦镜14，会聚在工件16表面进行加工。
工件表面、激光与工件相互作用产生的光点经过聚焦物镜14、摄像物镜13成像在分光棱镜6下方、分划板7的镜像处。然后透过分光棱镜6经转像物镜5成像在CCD摄像机1的靶面上，显示在监视器的屏幕上。同时分划板7经分光棱镜6反射也进入转像物镜5。对转像物镜5来说，由于分划板7与工件16、光点经聚焦镜14、摄像物镜13的像的物距相同，因此分划板7经转像物镜5、CCD摄像机1后的像与工件16、光点的像重合，一同显示在监视器的屏幕上。同样，工件16表面、光点经分光棱镜6反射、分划板7透过分光棱镜6一同经过五角棱镜31、显微物镜30、反射镜28成像在同一平面上，通过显微目镜25被观察。由于摄像物镜13与聚焦物镜14是对称结构，工件16的像被1∶1地重合在分划面上，故无论通过监视器，还是显微目镜25都能直接测量加工要素的大小。
分划板7为暗背景亮线条，不会遮蔽目标，其后用发光二极管8作光源照明。因此分划板7、视场内无论何时都照度均匀，不受工件16表面亮度的限制。
由于显示、观察系统与激光同轴，都垂直于工件表面，因此显示、观察的像都反映加工要素的实形。对于分划板7而言，在分划板7至监视器的光路中，其经过一次反射；在分划板7至显微目镜25的光路中，其经过三次反射。对工件16来说，在工件16至监视器的光路中，没有反射镜；在工件16至显微目镜25的光路中，则经过了四次反射。因此无论分划板7还是工件16，在监视器屏幕上的显示与用显微目镜25观察都不存在镜像产生的空间坐标系统的不同。
反射镜28基座中有一个滚珠34、四支弹簧33和两颗调节螺钉32。调整螺钉32，即调节了反射镜28的方向，用以调整经过反射镜28的出射光线与显微目镜25同轴。显微目镜座的法兰盘21上装有紧固螺钉23和调节螺钉26。紧固螺钉23用以装配显微目镜25。调节螺钉26用以调整显微目镜25的方向，使其与显微物镜30同轴。调整时，松开紧固螺钉23，松开螺母27，再调整调节螺钉26。调整好后，拧紧紧固螺钉23，同时拧紧螺母27，以防松。
具体实施方式
本实用新型采用冷光源、经过一进二出传光光纤，分别从上、下两个方向对工件16照明。在工件16上方，实施中把光纤设计成一环形传光束15。它套在聚焦镜14的下部，工件16之上。由于不受任何物体遮挡，又呈环状照射，因此照明均匀。光纤的另一支18为端面出光，经过聚焦镜19、反光镜20，穿过夹具17中央的孔从下面照明工件16。当工件16被激光打穿时，穿过工件16的亮斑立即在监视器的屏幕上、显微目镜25内出现，告诉人们孔已打穿。由于冷光源功率可调，因此可获得令人满意的照明效果。
权利要求1.一种用于激光加工的同轴观察与显示装置，它至少包括转像物镜、摄像物镜、聚焦物镜、显微目镜、反射镜、显微物镜、五角棱镜、分光棱镜、分划板、发光二极管、传光光纤、法兰盘等组成，其特征在于具体结构是a.显示部分由转像物镜5、摄像物镜13、聚焦物镜14组成；b.观察部分由显微目镜25、反射镜28、显微物镜30和五角棱镜31组成；c.显示部分与观察部分由一分光棱镜6使之构成同轴；d.显示与观察有公共使用的分划板7和工件16照明的一进二出传光光纤。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的同轴观察与显示装置，其特征是转像物镜5与摄像物镜13分别位于分光棱镜6上、下方，摄像物镜13与聚焦物镜14构成对称结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的同轴观察与显示装置，其特征是观察部分中有一支五角棱镜31和一片反射镜28。
4.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的同轴观察与显示装置，其特征是同轴部分由分光棱镜6分像和合像，观察部分与分划板7位于分光棱镜6的左右两侧。
5.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的同轴观察与显示装置，其特征是同轴部分的光轴与激光同轴，且与工件16表面垂直。
6.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的同轴观察与显示装置，其特征是分划板7是暗背景亮线条，其后有一发光二极管8照明。
7.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的同轴观察与显示装置，其特征是一进二出传光光纤，二出中的一支为环形传光束15，套在聚焦物镜14的下部、工件16的上方；另一支端面出光光纤18，并配有聚光镜19和反光镜20。
8.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的同轴观察与显示装置，其特征是反射镜28基座上有两颗调节螺钉32，四支弹簧33和一枚钢球34。
9.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的同轴观察与显示装置，其特征是显微目镜25基座的法兰盘21上有调节螺钉26和防松螺母27。
专利摘要本实用新型涉及一种激光接、加工特别是打孔设备上观察、显示、测量的装置。本实用新型的技术方案在摄像物镜与转像物镜间有一分光棱镜。分光棱镜一侧是分划板、发光二极管，另一侧有五角棱镜、显微物镜、反射镜和显微目镜。反射镜方向可调，显微目镜基座的法兰盘上有紧固螺钉，用以调整显微目镜与显微物镜的同轴度。分划板系暗背景亮线条，采用一发光二极管照明。显示部分、观察部分都与激光同轴，光轴垂直于工作表面。采用一进二出的光纤传光束对工件照明。光纤的一支呈环形，安装在聚焦镜下部，从上向下照明工件。另一支端面出光，经过聚光镜从下向上照明工件。
文档编号B23K26/03GK2535181SQ0222838
公开日2003年2月12日 申请日期2002年2月7日 优先权日2002年2月7日
发明者邓传经, 周钢, 张文琦, 孙文 申请人:武汉楚天激光(集团)股份有限公司