專利名稱：一種基于空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光束運(yùn)動控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于空心電主軸的控制光束進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，激光光束旋轉(zhuǎn)裝置的驅(qū)動裝置，一般都采用電機(jī)皮帶傳動的方式。由于皮帶傳動受到皮帶運(yùn)動最高線速度以及皮帶彎曲疲勞極限的影響和限制，因而皮帶傳動不適合于小彎曲半徑、高速傳動或者長期工作的領(lǐng)域。本領(lǐng)域技術(shù)人員通常將激光光束旋轉(zhuǎn)裝置安裝在軸承座上，但一方面，由于在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中滾動軸承存在滾動摩擦，摩擦產(chǎn)生熱量，使得零件溫度升高，由此帶來的熱脹冷縮的影響，另一方面，由于軸承本身特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時會伴隨著產(chǎn)生震動和噪聲，這些震動和噪聲降低旋轉(zhuǎn)的精度。由上述可知，普通滾動軸承滿足不了高速高精度長期運(yùn)轉(zhuǎn)領(lǐng)域的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠控制激光束進(jìn)行高速和高精度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種基于空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置，包括透射光學(xué)模塊、空心電主軸電機(jī)，所述所述空心電主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括軸向空心的空心電主軸和圍繞在所述空心電主軸上的電磁感應(yīng)線圈,所述空心電主軸電機(jī)定子內(nèi)設(shè)有與所述空心電主軸上電磁感應(yīng)線圈進(jìn)行電磁感應(yīng)作用的線圈；所述空心電主軸的軸向方向上設(shè)有透射光學(xué)模塊，所述空心電主軸與所述透射光學(xué)模塊固定連接，透射光學(xué)模塊隨空心電主軸一起旋轉(zhuǎn)，所述透射光學(xué)模塊用于對發(fā)射到該透射光學(xué)模塊上的光束的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)制，所述空心電主軸電機(jī)為氣浮空心電主軸電機(jī)或者液壓空心電主軸電機(jī)或者磁浮空心電主軸電機(jī)或者陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)。當(dāng)所述空心電主軸電機(jī)的空心電主軸安裝在氣浮軸承上，該空心電主軸電機(jī)也稱為氣浮空心電主軸電機(jī)。所述氣浮軸承是指通過在軸承腔內(nèi)導(dǎo)入壓力空氣實(shí)現(xiàn)空心電主軸在空氣中懸浮的軸承。所述氣浮軸承軸承腔內(nèi)泄壓的縫隙極小，保證了空心電主軸的高精度懸浮轉(zhuǎn)動，并可以穩(wěn)定地高精度地旋轉(zhuǎn)，具備高轉(zhuǎn)速、高精確度、無摩擦力、無磨損、不需要潤滑油、有卓越的速度控制性能、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、振動小、噪聲低、慣性小響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)所述空心電主軸電機(jī)的空心電主軸安裝在液體動靜壓軸承上，該空心電主軸電機(jī)也稱為液壓空心電主軸電機(jī)。所述液體動靜壓軸承是指一種靠外部供給恒定壓力油、在軸承內(nèi)建立使電主軸從起動到停止始終懸浮高壓靜壓承載油膜的軸承。所述液體動靜壓軸承具有沒有磨損、使用壽命長、起動功率小、在極低(甚至為零)的速度下也能應(yīng)用的特點(diǎn)。此外，這種軸承還有旋轉(zhuǎn)精度高、油膜剛度大、能抑制油膜震蕩等優(yōu)點(diǎn)。所述液壓空心電主軸電機(jī)，由于采用了液體動靜壓軸承，因此具備很高的剛度和阻尼，具備較高轉(zhuǎn)速和使用壽命O當(dāng)所述空心電主軸電機(jī)的空心電主軸安裝在電磁懸浮軸承上，該空心電主軸電機(jī)也稱為磁浮空心電主軸電機(jī)。所述電磁懸浮軸承是一種利用電磁力將電主軸懸浮于空間實(shí)現(xiàn)非接觸式支承的軸承，具有無摩擦、無需潤滑、無油污染、能耗低、噪聲小、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于真空、超靜室、高速等特殊環(huán)境中。所述磁浮空心電主軸電機(jī)，由于采用電磁懸浮軸承，因此具備高速性能好，精度高，容易實(shí)現(xiàn)診斷和在線監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)所述空心電主軸電機(jī)的空心電主軸安裝在陶瓷軸承上，該空心電主軸電機(jī)也稱為陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)。所述陶瓷軸承是指軸承的滾動體使用陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈的軸承，陶瓷軸承標(biāo)準(zhǔn)化程度高，在滿足一定轉(zhuǎn)速的條件下，具備成本低結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。所述陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)的空心電主軸安裝在陶瓷軸承上，該陶瓷軸承的轉(zhuǎn)速在每分鐘一萬轉(zhuǎn)以上。進(jìn)一步，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)透射平板光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)透射棱鏡光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)衍射體光柵光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)光楔光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)玻片光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為上述多種形式的光學(xué)元件的組合。 進(jìn)一步，所述空心電主軸電機(jī)與電機(jī)控制模塊連接，所述電機(jī)控制模塊用于控制所述空心電主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并根據(jù)空心電主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，向外部設(shè)備輸出該空心電主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信息。進(jìn)一步，所述電機(jī)控制模塊包括時序控制信號單元和/或?qū)б欧艈卧?或主軸動平衡在線監(jiān)控單元，所述時序控制信號單元用于采集所述空心電主軸旋轉(zhuǎn)角度位置信息，并所采集到空心電主軸旋轉(zhuǎn)角度位置信息信號傳輸給外部設(shè)備；所述導(dǎo)引排放單元位于空心電主軸電機(jī)的兩端，用于排出所述空心電主軸電機(jī)釋放的光學(xué)污染物，所述光學(xué)污染物包括光學(xué)液體污染物和光學(xué)氣體污染物；所述主軸動平衡在線監(jiān)控單元用于在線實(shí)時監(jiān)控所述空心電主軸動平衡狀態(tài)。本發(fā)明的目的在于:使用高速甚至超高速空心電主軸電機(jī)帶動透射光學(xué)元件作高速甚至超高速旋轉(zhuǎn)(目前氣浮主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)16萬轉(zhuǎn)/秒);激光束沿著所述空心電主軸旋轉(zhuǎn)軸向穿過所述空心電主軸并透過安裝在所述空心電主軸上的透射光學(xué)模塊；通過所述空心電主軸高精度高速甚至超高速旋轉(zhuǎn)，使得從所述旋轉(zhuǎn)的透射光學(xué)模塊出射的激光束進(jìn)行高精度高速甚至是超高速旋轉(zhuǎn)。空心電主軸或者透射光學(xué)模塊旋轉(zhuǎn)速度在I萬轉(zhuǎn)/分鐘到5萬轉(zhuǎn)/分鐘為高速，在5萬轉(zhuǎn)/分鐘以上為超高速。本發(fā)明的工作原理如下:空心電主軸電機(jī)的空心電主軸有很高的旋轉(zhuǎn)精度、轉(zhuǎn)速，透射光學(xué)模塊固定安裝在空心電主軸的軸向上，透射光學(xué)模塊與空心電主軸同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)透射平板光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)透射棱鏡光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)衍射體光柵光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)光楔光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)玻片光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為上述多種形式的光學(xué)元件的組合。激光束沿著所述空心電主軸旋轉(zhuǎn)軸向穿過所述空心電主軸并發(fā)射到與所述空心電主軸固定連接的透射光學(xué)模塊上，通過透射光學(xué)模塊的光學(xué)折射和\或光學(xué)雙折射和\或光學(xué)衍射作用后，形成出射光束從透射光學(xué)模塊上發(fā)射出去，該出射光束隨著透射光學(xué)模塊的旋轉(zhuǎn)而相對于所述入射光束做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動包括激光束空間相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和光束偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。由于在實(shí)際應(yīng)用中，在空心電主軸高速或者超高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，空心電主軸每轉(zhuǎn)一圈的起點(diǎn)與終點(diǎn)或者其他角度位置等運(yùn)動狀態(tài)的變化需要與激光器的開關(guān)光和\或振鏡掃描系統(tǒng)和\或平臺移動系統(tǒng)等外部其它設(shè)備進(jìn)行時序控制，因此空心電主軸電機(jī)此時需要配置時序控制信號單元?？招碾娭鬏S在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，會排放出廢油廢氣等光學(xué)污染物，這些光學(xué)污染物會對透射光學(xué)模塊造成污染，且一旦光學(xué)污染物氣流擾動了激光傳輸路線中的空氣，也會對激光光束在空氣中的傳輸產(chǎn)生不利影響，通過配置導(dǎo)引排放單元排出所述空心電主軸電機(jī)釋放的廢油廢氣等光學(xué)污染物，避免廢油廢氣污染物污染透射光學(xué)模塊以及對激光光束傳輸造成不利影響。高速特別是超高速空心電主軸目前成本還較高，要防止意外的發(fā)生，也非常有必要配置高低氣壓報警模塊和停機(jī)保護(hù)模塊?？招碾娭鬏S的高速和超高速旋轉(zhuǎn)精度關(guān)系到激光光束的旋轉(zhuǎn)精度和后續(xù)加工質(zhì)量的好壞，通過配置動平衡在線檢測單元，可以在線監(jiān)控電主軸動平衡狀態(tài)。所述時序控制信號單元，可以為驅(qū)動空心電主軸電機(jī)的變頻驅(qū)動器或者光電探測單元。當(dāng)時序控制信號單元為變頻驅(qū)動器時，它給電主軸電機(jī)發(fā)出脈沖信號的同時，設(shè)定若干組脈沖為一個周期，在此信號周期內(nèi)，變頻器輸出起始信號和終止信號或者其他角度位置信號發(fā)給激光器，同時，變頻器輸出起始信號和終止信號或者其他角度位置信號給振鏡掃描模塊或者平臺移動模塊，使得激光器開關(guān)光與振鏡掃描模塊或者平臺移動模塊在時序方面配合起來，這樣實(shí)現(xiàn)激光器開關(guān)光、空心電主軸旋轉(zhuǎn)、振鏡掃描模塊或者平臺移動模塊之間的時序配合問題。例如，在采用旋轉(zhuǎn)光束進(jìn)行激光鉆孔時，當(dāng)所述空心電主軸從起點(diǎn)開始旋轉(zhuǎn)時，時序控制信號單元通知激光器同步出光，時序控制信號單元通知振鏡掃描模塊(包括掃描振鏡和平場聚焦鏡，所述掃描振鏡負(fù)責(zé)激光加工孔位間的切換，所述平場聚焦鏡負(fù)責(zé)掃描振鏡輸出激光束的平場聚焦)同步將激光焦點(diǎn)定位于一個待加工孔位起始點(diǎn)，當(dāng)空心電主軸從起點(diǎn)開始旋轉(zhuǎn)到終點(diǎn)時，激光焦點(diǎn)也從起點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到終點(diǎn)，待加工材料表面剛好完成一個圓圈的環(huán)切加工，時序控制信號單元通知激光器同步關(guān)光，時序控制信號單元通知振鏡掃描模塊進(jìn)行待加工工位位置切換并定位于下一個待加工孔位，此時當(dāng)所述空心電主軸所處的角度位置為新的起點(diǎn)，時序控制信號單元通知激光器同步出光，激光焦點(diǎn)繼續(xù)新的孔環(huán)切加工。把上述振鏡掃描模塊更換為平臺移動模塊時，工作原理不變。當(dāng)時序控制信號模塊為光電探測單元時，可以預(yù)先在空心電主軸做一個標(biāo)記，所述標(biāo)記與空心電主軸進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)。采用光電探測的辦法，光電探測單元動態(tài)提取該標(biāo)記的光電探測信號，把所獲取的標(biāo)記的光電探測信號作為起始信號和終止信號發(fā)給激光器，激光光束能夠完成在一個信號周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)特定的圈數(shù)，同時，把所獲取的標(biāo)記的光電探測信號作為起始信號和終止信號發(fā)給振鏡掃描模塊或者平臺移動模塊，使得激光器開關(guān)光與振鏡掃描模塊或者平臺移動模塊在時序上配合起來，這樣完成激光器開關(guān)光、空心電主軸旋轉(zhuǎn)、振鏡掃描模塊或者平臺移動模塊之間的時序配合問題，其時序控制過程與采用變頻驅(qū)動器作為時序控制信號單元的時序控制過程基本相同。所述導(dǎo)引排放單元包括導(dǎo)引塊和與導(dǎo)引塊連接的負(fù)壓排氣管道，該導(dǎo)引塊可以為吸盤或者吸嘴等類似結(jié)構(gòu)，導(dǎo)引塊用于抽取光學(xué)污染物，光學(xué)污染物再經(jīng)負(fù)壓排氣管道排出，防止透射光學(xué)模塊被污染，特別是減小或消除氣浮空心電主軸電機(jī)的持續(xù)排氣引起的空氣擾動對激光光束空間傳輸質(zhì)量的影響。所述高低氣壓報警單元和停機(jī)保護(hù)單元，具備進(jìn)氣氣壓低壓報警功能、進(jìn)氣氣壓高壓報警功能、電主軸電機(jī)停機(jī)保護(hù)功能，主要目的是保護(hù)空心電主軸電機(jī)不受意外損壞。所述動平衡在線檢測單元，用于空心電主軸高速和超高速旋轉(zhuǎn)時候的動平衡的在線監(jiān)測，一旦動平衡超出設(shè)定范圍就發(fā)出報警，此時可以停機(jī)進(jìn)行相應(yīng)檢查，以免造成光束旋轉(zhuǎn)精度不夠產(chǎn)生激光加工的廢品或者其他意外問題，甚至損壞所述空心電主軸電機(jī)。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明米用聞速和超聞速空心電主軸電機(jī)，可以獲得聞精度高速和超高速旋轉(zhuǎn)的激光光束；由于采用了時序控制信號單元，光束旋轉(zhuǎn)和激光切換(振鏡掃描或者平臺移動)時序可以配合起來，進(jìn)一步保障激光聚焦焦點(diǎn)掃描位置精度；由于采用了導(dǎo)引排放單元，有效保障了透射光學(xué)模塊不受污染和激光光束空間傳輸?shù)馁|(zhì)量；由于采用了高低氣壓報警單元和停機(jī)保護(hù)單元，有效保障了空心電主軸免受損害；由于采用了動平衡在線檢測單元，有效保障了激光光束長期高精度高速和超高速旋轉(zhuǎn)，減少激光加工廢品和次品的廣生。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1氣浮空心電主軸電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1氣浮空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例2陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例2陶瓷軸承空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下:1、入射光束，2、發(fā)光二極管,3、通孔,4、光電探測器,5、第一導(dǎo)引塊,6、氣浮空心電主軸，7、氣浮電主軸電機(jī)定子蓋帽，8、止推盤,9、氣浮電主軸電機(jī)定子，10、電磁感應(yīng)線圈，
11、透射光學(xué)模塊，12、第二導(dǎo)引塊，13、動平衡在線檢測單元，14、出射光束，15、陶瓷軸承空心電主軸，16、陶瓷軸承電主軸電機(jī)定子，17、第一蓋帽，18、第二蓋帽，19、陶瓷軸承，20、氣浮電主軸電機(jī)，21、陶瓷軸承電主軸電機(jī)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1:圖1為氣浮空心電主軸電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述氣浮空心電主軸電機(jī)20包括氣浮電主軸電機(jī)定子9和所述氣浮空心電主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以及氣浮電主軸電機(jī)定子9和所述氣浮空心電主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子之間的氣浮軸承(圖1沒有標(biāo)示)。所述氣浮空心電主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括軸向空心的氣浮空心電主軸6和圍繞在所述氣浮空心電主軸6上的電磁感應(yīng)線圈10,電磁感應(yīng)線圈10位于所述氣浮空心電主軸6外壁中間位置上。所述氣浮空心電主軸6位于氣浮電主軸電機(jī)定子9內(nèi)，所述空心電主軸安裝在氣浮軸承上，所述氣浮軸承是指在所述氣浮空心電主軸6與所述氣浮電主軸電機(jī)定子9空隙之間填充有壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)氣浮空心電主軸6在空氣中懸浮起來，或者，即將氣浮空心電主軸6與所述氣浮電主軸電機(jī)定子9之間密封腔內(nèi)形成的壓縮空氣稱為氣浮軸承。所述氣浮空心電主軸6軸向同心圓柱形內(nèi)孔直徑為10毫米，所述氣浮空心電主軸6的垂直方向設(shè)置有通孔3，該通孔3直徑為I毫米，且該通孔3的軸線垂直于所述氣浮空心電主軸6軸線。所述氣浮空心電主軸6上設(shè)有用于所述氣浮空心電主軸6軸向定位的止推盤8。所述氣浮空心電主軸6外壁中間位置上繞有的電磁感應(yīng)線圈10，與所述氣浮電主軸電機(jī)定子9內(nèi)部已經(jīng)預(yù)制的線圈(圖中沒有標(biāo)示)相互作用。圖2為氣浮空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示:氣浮空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置包括:氣浮空心電主軸電機(jī)20、透射光學(xué)模塊11和電機(jī)控制模塊。所述氣浮空心電主軸6上安裝有透射光學(xué)模塊11，透射光學(xué)模塊11隨著氣浮空心電主軸6旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。所述透射光學(xué)模塊11為一個或者多個串聯(lián)透射平板光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)透射棱鏡光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)衍射體光柵光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)光楔光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)玻片光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為上述多種形式的光學(xué)元件的組合。氣浮空心電主軸電機(jī)的空心電主軸轉(zhuǎn)速速度可達(dá)16萬轉(zhuǎn)/秒。整個裝置結(jié)構(gòu)中的光路流程如下:入射光束I穿過氣浮空心電主軸6入射到所述透射光學(xué)模塊11，經(jīng)光學(xué)折射或者光學(xué)衍射，其出射光束15相對于入射激光束I會發(fā)生空間平移和\或偏轉(zhuǎn)和\或分束和\或偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)，所述透射光學(xué)模塊11隨著氣浮空心電主軸6高速或者超高速轉(zhuǎn)動時，其出射激光束15相對于入射激光束I跟著高速或者超高速旋轉(zhuǎn)。所述入射光束I為直徑為7毫米的入射擴(kuò)束準(zhǔn)直光束。電機(jī)控制模塊用于控制所述空心電主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并根據(jù)空心電主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，向外部設(shè)備輸出該空心電主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信號。電機(jī)控制模塊包括時序控制信號單元和導(dǎo)引排放單元和主軸動平衡在線監(jiān)控單元。所述氣浮電主軸電機(jī)定子9激光入射端設(shè)有氣浮電主軸電機(jī)定子蓋帽7。所述氣浮電主軸電機(jī)定子9激光入射端,是指入射光束I進(jìn)入所述氣浮電主軸電機(jī)定子9的一端。所述時序控制信號單元為光電探測單元，所述光電探測單元包括發(fā)光二極管2和光電探測器4，氣浮空心電主軸6每旋轉(zhuǎn)I圈，發(fā)光二極管2發(fā)出的光就有二次機(jī)會穿過所述通孔3，所述光電探測器4接收從發(fā)光二極管2發(fā)出的光信號，并將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號發(fā)出，該電脈沖信號由所述時序控制信號模塊發(fā)送給激光光源即激光器和后續(xù)振鏡掃描模塊或者移動平臺模塊，用于激光器、激光光束旋轉(zhuǎn)裝置以及振鏡掃描模塊或者移動平臺模塊之間的時序配合。所述導(dǎo)引排放單元，包括第一導(dǎo)引塊5、第二導(dǎo)引塊12以及與每個導(dǎo)引塊連接的負(fù)壓排氣管(圖中沒有標(biāo)示)，所述第一導(dǎo)引塊5和第二導(dǎo)引塊12中間均設(shè)有圓孔，第一導(dǎo)引塊5安裝在氣浮電主軸電機(jī)定子蓋帽7上與氣浮電主軸電機(jī)定子9相對的一端，從圖1中看，第一導(dǎo)引塊5位于氣浮電主軸電機(jī)定子蓋帽7的左端，氣浮電主軸電機(jī)定子9位于氣浮電主軸電機(jī)定子蓋帽7的又端；第二導(dǎo)引塊12安裝在氣浮電主軸電機(jī)定子9所述氣浮電主軸電機(jī)定子9激光出射端。所述氣浮電主軸電機(jī)定子9激光出射端,是指入射光束I進(jìn)入所述氣浮電主軸電機(jī)定子9內(nèi)部后，再從氣浮電主軸電機(jī)定子9內(nèi)射出出射光束14的一端。所述氣浮空心電主軸電機(jī)釋放的光學(xué)污染物通過所述第一導(dǎo)引塊5和第二導(dǎo)引塊12排出，負(fù)壓排氣管用于接納導(dǎo)引塊排出的光學(xué)污染物，并進(jìn)一步將光學(xué)污染物排出裝置外，以保護(hù)透射光學(xué)元件不受污染，和保障激光傳輸空間空氣的穩(wěn)定性。所述電主軸高速旋轉(zhuǎn)時，微小的不平衡量會產(chǎn)生巨大的振動，因此，每一個零件都必須經(jīng)過十分精密的加工、裝配、校正，超高速電主軸的動平衡精度要求十分嚴(yán)格，僅在裝配前對主軸的每個零件分別進(jìn)行動平衡是不夠的，必須在裝配后進(jìn)行整體精確動平衡，甚至設(shè)計(jì)專門的自動平衡系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)電主軸在線平衡，以確保電主軸的高速平穩(wěn)運(yùn)行。所述動平衡在線檢測單元13，用于在線實(shí)時監(jiān)控氣浮空心電主軸6動平衡狀態(tài)。本裝置中的氣浮空心電主軸電機(jī)20可以由液壓空心電主軸電機(jī)或磁浮空心電主軸電機(jī)替代，即空心電主軸電機(jī)20的氣浮軸承可以用液體動靜壓軸承或電磁懸浮軸承替代。具體的，液壓空心電主軸電機(jī)定子內(nèi)填充用于懸浮電機(jī)轉(zhuǎn)子的液體，磁浮空心電主軸電機(jī)定子內(nèi)存在用于電機(jī)轉(zhuǎn)子懸浮的強(qiáng)磁場。實(shí)施例2:圖3為陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，所述陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)21包括氣浮電主軸電機(jī)定子16和所述陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以及所述陶瓷軸承電主軸電機(jī)定子16和所述陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子之間的陶瓷軸承19。所述陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括軸向空心的陶瓷軸承空心電主軸15和圍繞在所述陶瓷軸承空心電主軸15上的電磁感應(yīng)線圈10，電磁感應(yīng)線圈10位于所述陶瓷軸承空心電主軸15外壁中間位置上，所述陶瓷軸承空心電主軸15通過所述陶瓷軸承19安裝于所述陶瓷軸承電主軸電機(jī)定子16內(nèi)，陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)定子16的兩端分別設(shè)有結(jié)構(gòu)相同的第一蓋帽17和第二蓋帽18。圖4為陶瓷軸承空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示:陶瓷軸承空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置包括:陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)21、透射光學(xué)模塊11和電機(jī)控制模塊。所述陶瓷軸承空心電主軸15軸向同心圓柱形內(nèi)孔直徑為10毫米。所述陶瓷軸承空心電主軸15上安裝有透射光學(xué)模塊11，透射光學(xué)模塊11隨著陶瓷軸承空心電主軸15旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。所述透射光學(xué)模塊11為一個或者多個串聯(lián)透射平板光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)透射棱鏡光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)衍射體光柵光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)光楔光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)玻片光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為上述多種形式的光學(xué)元件的組合。所述陶瓷軸承空心電主軸15由兩個高速陶瓷軸承19支撐，兩個陶瓷軸承19分別穿套在所述陶瓷軸承空心電主軸15的兩端，陶瓷軸承19安裝在陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)定子16內(nèi)。所述陶瓷軸承空心電主軸15外壁中間位置上繞有的電磁感應(yīng)線圈10與所述陶瓷軸承電主軸電機(jī)定子16內(nèi)部已經(jīng)預(yù)制的線圈(圖中沒有標(biāo)示)相互作用。陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)I萬轉(zhuǎn)到10多萬轉(zhuǎn)/分鐘。所述電機(jī)控制模塊用于控制所述空心電主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并根據(jù)空心電主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，向外部設(shè)備輸出該空心電主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信號。電機(jī)控制模塊包括時序控制信號單元和導(dǎo)引排放單元和主軸動平衡在線監(jiān)控單元。該裝置結(jié)構(gòu)中的光路流程如下:入射光束I穿過陶瓷軸承空心電主軸15入射到所述透射光學(xué)模塊11，經(jīng)光學(xué)折射或者光學(xué)衍射，其出射光束14相對于入射激光束I會發(fā)生空間平移和\或偏轉(zhuǎn)和\或分束和\或偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)，所述透射光學(xué)模塊11隨著陶瓷軸承空心電主軸15高速轉(zhuǎn)動時，其出射激光束14相對于入射激光束I跟著高速旋轉(zhuǎn)。所述入射光束I為入射擴(kuò)束準(zhǔn)直光束，光束的直徑7毫米。所述時序控制信號單元為驅(qū)動陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)的變頻驅(qū)動器，用于激光光源、激光光束旋轉(zhuǎn)裝置以及振鏡掃描模塊或者移動平臺模塊之間的時序配合。所述導(dǎo)引排放單元包括兩個結(jié)構(gòu)相同的第一導(dǎo)引塊5、第二導(dǎo)引塊12以及與每個導(dǎo)引塊連接的負(fù)壓排氣管(圖中沒有標(biāo)示)。第一導(dǎo)引塊5和第二導(dǎo)引塊12中間均設(shè)有圓孔，使得第一導(dǎo)引塊5可以安裝在第一蓋帽17上和第二導(dǎo)引塊12可以安裝在第二蓋帽18上。所述陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)釋放的光學(xué)污染物通過所述第一導(dǎo)引塊5和第二導(dǎo)引塊12排出，負(fù)壓排氣管用于接納導(dǎo)引塊排出的光學(xué)污染物，并進(jìn)一步將光學(xué)污染物排出裝置夕卜，以保護(hù)透射光學(xué)元件不受污染，和保障激光傳輸空間空氣的穩(wěn)定性。在高速主軸中，微小的不平衡量會產(chǎn)生巨大的振動，特別是采用了滾珠軸承的電主軸電機(jī)系統(tǒng)中需要在線監(jiān)控。所述動平衡在線檢測單元13，用于在線實(shí)時監(jiān)控陶瓷軸承空心電主軸15動平衡。上述實(shí)施例1與實(shí)施例2只是本發(fā)明的兩個典型的應(yīng)用，實(shí)際上其原理應(yīng)用不限于上面所述情形?？傊景l(fā)明提出一種基于空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置，包括透射光學(xué)模塊、空心電主軸電機(jī)，所述空心電主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括軸向空心的空心電主軸和圍繞在所述空心電主軸上的電磁感應(yīng)線圈，所述空心電主軸電機(jī)定子內(nèi)設(shè)有與所述空心電主軸上電磁感應(yīng)線圈進(jìn)行電磁感應(yīng)作用的線圈；所述空心電主軸的軸向方向上設(shè)有透射光學(xué)模塊，所述空心電主軸與所述透射光學(xué)模塊固定連接，所述透射光學(xué)模塊用于對發(fā)射到該透射光學(xué)模塊上的光束的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)制。采用具有高速或超高速旋轉(zhuǎn)空心電主軸電機(jī)，特別是氣浮空心電主軸電機(jī)或磁浮空心電主軸電機(jī)，可以獲得高精度高速和超高速旋轉(zhuǎn)的激光光束。由于采用了時序控制信號單元，光束旋轉(zhuǎn)和激光焦點(diǎn)切換(振鏡掃描或者平臺移動)時序可以配合起來，進(jìn)一步保障激光聚焦焦點(diǎn)掃描位置精度；由于采用了導(dǎo)引排放單元，有效保障了光學(xué)元件不受污染和激光光束空間傳輸?shù)馁|(zhì)量；由于采用了高低氣壓報警單元和停機(jī)保護(hù)單元，有效保障了空心電主軸免受損害；由于采用了動平衡在線檢測單元，有效保障了激光光束長期高精度高速和超高速旋轉(zhuǎn)，減少加工廢品和次品的產(chǎn)生。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置，其特征在于:包括透射光學(xué)模塊、空心電主軸電機(jī)，所述空心電主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括軸向空心的空心電主軸和圍繞在所述空心電主軸上的電磁感應(yīng)線圈，所述空心電主軸電機(jī)定子內(nèi)設(shè)有與所述空心電主軸上電磁感應(yīng)線圈進(jìn)行電磁感應(yīng)作用的線圈；所述空心電主軸的軸向方向上設(shè)有透射光學(xué)模塊，所述空心電主軸與所述透射光學(xué)模塊固定連接，所述透射光學(xué)模塊用于對發(fā)射到該透射光學(xué)模塊上的光束的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)制，所述空心電主軸電機(jī)為氣浮空心電主軸電機(jī)或者陶瓷軸承空心電主軸電機(jī)或者液壓空心電主軸電機(jī)或者磁浮空心電主軸電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要去I所述的一種基于空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置，其特征在于:所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)透射平板光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)透射棱鏡光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)衍射體光柵光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)光楔光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為一個或者多個串聯(lián)玻片光學(xué)元件；或者，所述透射光學(xué)模塊為上述多種形式的光學(xué)兀件的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置,其特征在于:所述空心電主軸電機(jī)與電機(jī)控制模塊連接，所述電機(jī)控制模塊用于控制所述空心電主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并根據(jù)空心電主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，向外部設(shè)備輸出該空心電主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信肩、O
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置,其特征在于:所述電機(jī)控制模塊包括時序控制信號單元和/或?qū)б欧艈卧?或主軸動平衡在線監(jiān)控單元， 所述時序控制信號單元用于采集所述空心電主軸旋轉(zhuǎn)角度位置信息，并所采集到空心電主軸旋轉(zhuǎn)角度位置信息信號傳輸給外部設(shè)備； 所述導(dǎo)引排放單元位于空心電主軸電機(jī)的兩端，用于排出所述空心電主軸電機(jī)釋放的光學(xué)污染物，所述光 學(xué)污染物包括光學(xué)液體污染物和光學(xué)氣體污染物； 所述主軸動平衡在線監(jiān)控單元用于在線實(shí)時監(jiān)控所述空心電主軸動平衡狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于空心電主軸的激光光束旋轉(zhuǎn)裝置，包括透射光學(xué)模塊、空心電主軸電機(jī)，所述空心電主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括軸向空心的空心電主軸和圍繞在所述空心電主軸上的電磁感應(yīng)線圈，所述空心電主軸電機(jī)定子內(nèi)設(shè)有與所述空心電主軸上電磁感應(yīng)線圈進(jìn)行電磁感應(yīng)作用的線圈；所述空心電主軸的軸向方向上設(shè)有透射光學(xué)模塊，所述空心電主軸與所述透射光學(xué)模塊固定連接，所述透射光學(xué)模塊用于對發(fā)射到該透射光學(xué)模塊上的光束的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)制。采用高速和超高速空心電主軸電機(jī)，特別是氣浮空心電主軸電機(jī)或磁浮空心電主軸電機(jī)，可以獲得高精度高速和超高速旋轉(zhuǎn)的激光光束。
文檔編號B23K26/04GK103212795SQ20131011281
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者張立國 申請人:張立國