專利名稱：一種能夠承受高功率的快速響應(yīng)激光器光閘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種能夠承受高功率的快速響應(yīng)激光器光閘，屬于大功率固 體激光器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
固體激光器由于具有高能量存儲，波長短、金屬吸收率高、易于光纖傳輸 等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)材料加工、表面處理及軍事等領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。
光閘是對從激光諧振腔出射的激光進(jìn)行關(guān)閉和開放控制的 一種裝置，是激 光器的重要部件。光閘的性能主要有運(yùn)動(dòng)元件的時(shí)間響應(yīng)性，動(dòng)作靈敏性和啟 停時(shí)剛性沖擊力的大小，以及光吸收體對高功率激光的吸收能力。這些性能直 接影響加工性能，如在激光熔覆和激光快速成型中，開光總是比送粉滯后一 段時(shí)間，這就大大影響了加工質(zhì)量。所以，為了提高大功率固體激光器在工業(yè) 應(yīng)用中的穩(wěn)定性、安全性和可靠性以及工件的加工質(zhì)量，對光閘進(jìn)行了系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)。
目前，常用的光閘結(jié)構(gòu)有氣缸帶動(dòng)吸收體前后運(yùn)動(dòng)，如圖l所示；吸收體 不動(dòng)，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條使激光全反鏡移動(dòng)(平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))，圖2為和 水平方向成45。角的激光全反鏡平動(dòng)的結(jié)構(gòu)。圖1結(jié)構(gòu)，氣缸直接帶動(dòng)吸收
體運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，但是吸收體的質(zhì)量較大，加之氣缸自身的運(yùn)動(dòng)穩(wěn) 定性影響，在應(yīng)用過程中往往會(huì)出現(xiàn)吸收體動(dòng)作不靈敏，響應(yīng)慢，剛性沖擊大，
難以保證加工質(zhì)量。圖2結(jié)構(gòu)，是由伺服電機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)再使激光全反 射鏡移動(dòng)，全反鏡的質(zhì)量遠(yuǎn)小于吸收體的質(zhì)量，而且伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)性能優(yōu) 于氣缸，齒輪齒條運(yùn)動(dòng)也很平穩(wěn)，此結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好，剛性沖擊小，反應(yīng)靈 敏，開關(guān)光時(shí)間短，但是這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需器件多，往往體積較大，對于在 空間尺寸上有要求的情況下，使用有限制，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)成本較高。
實(shí)用新型內(nèi)容
為了提高大功率固體激光器在工業(yè)應(yīng)用中的穩(wěn)定性、安全性和可靠性以及 工件的加工質(zhì)量，設(shè)計(jì)了一種新的光閘結(jié)構(gòu)。本光閘結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作靈敏，時(shí)間響應(yīng)性好，開關(guān)光迅速，剛性沖擊小，吸收體的吸收能力強(qiáng)，成本低，性價(jià)比高。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案，包括吸收體、激光 全反鏡和氣缸，從激光器發(fā)出的光，經(jīng)激光全反鏡反射到吸收體內(nèi)。吸收體包 括殼體、內(nèi)芯、尾端反射體和后端蓋。其中內(nèi)芯的兩端與殼體固連，內(nèi)芯的 外徑與殼體的內(nèi)徑間隙配合，在內(nèi)芯的外表面設(shè)置有雙螺旋線，雙螺旋線在一 個(gè)端部連通，雙螺旋線的另一端與冷卻水出入口相連；尾端反射體設(shè)置在內(nèi)芯 的端部，并通過后端蓋與殼體固定。氣缸與激光全反鏡相連，能夠帶動(dòng)與水平 方向成45°角的激光全反鏡沿豎直方向運(yùn)動(dòng)。
所述內(nèi)芯的內(nèi)表面設(shè)置有肋壁，肋壁為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并與內(nèi)芯的內(nèi)表面連 為一體，肋壁沿內(nèi)芯的軸線方向均勻分布。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)首先，采用氣缸帶動(dòng)與水平方向成45。角的激光全 反鏡沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，氣缸帶動(dòng)質(zhì)量輕的全反鏡運(yùn)動(dòng)，很好的改善了運(yùn)動(dòng)的穩(wěn) 定性，減小了剛性沖擊。全反鏡沿豎直方向運(yùn)動(dòng)比沿與水平方向成45°角方 向運(yùn)動(dòng)，縮短了運(yùn)動(dòng)行程，從而在相同條件下縮短了運(yùn)動(dòng)時(shí)間，也就意味著縮 短了開關(guān)光的時(shí)間。其次，對吸收體的設(shè)計(jì)，采用雙螺旋結(jié)構(gòu)做為循環(huán)冷卻水 的水流通道，增加了水流動(dòng)的距離，增加了水在吸收體內(nèi)部循環(huán)的時(shí)間，使得 吸收體冷卻更加充分，受熱更加均勻，從而也增強(qiáng)了吸收體對高功率激光的吸 收能力，同時(shí)內(nèi)芯的內(nèi)表面采用表面肋化的方法，擴(kuò)大其傳熱面積，增強(qiáng)熱傳 遞，這種結(jié)構(gòu)還具有阻礙進(jìn)入吸收體內(nèi)的激光逸出的作用。再次，這種光閘的 整體結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
圖1氣缸帶動(dòng)吸收體運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡圖； 圖2機(jī)械驅(qū)動(dòng)反射鏡運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡圖； 圖3本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)簡圖； 圖4吸收體殼體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5吸收體內(nèi)芯結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6內(nèi)芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意4圖7殼體、內(nèi)芯組合示意圖8后端蓋結(jié)構(gòu)示意圖；a、后端蓋整體示意圖，b、后端蓋剖切圖
圖9尾端反射體結(jié)構(gòu)示意圖IO后端蓋與尾端反射體組合示意圖中1、激光器，2、吸收體，3、外部熱交換器，4，激光全反鏡，5、氣
缸，6、齒輪，7、齒條，8步進(jìn)電機(jī)，9、進(jìn)水口， 10、出水口， 11，螺紋連 接孔，12、吸收體外殼內(nèi)孔，13、雙螺旋水流通道，14、吸收體內(nèi)芯內(nèi)孔，15、 肋壁，16、沉頭孔。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖3 圖IO對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明
本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示，包括吸收體2、激光全反鏡4和氣缸5。 氣缸5帶動(dòng)與水平方向成45°角的激光全反鏡4沿豎直方向運(yùn)動(dòng)如圖3所示， 當(dāng)激光全反鏡處于圖3所示位置時(shí)，水平方向的激光束通過全反鏡反射到靜止 的吸收體內(nèi)部，光閘處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)激光全反鏡沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，脫離激光 束區(qū)域時(shí)，激光束引入到加工位置，光閘開啟。
激光吸收體由殼體(圖4)，內(nèi)芯(圖5)，后端蓋(圖8)，以及尾端反射 體(圖9)組成。殼體，內(nèi)芯，后端蓋由不銹鋼材料加工而成，尾端反射體由 銅加工形成。殼體(圖4)為長方體結(jié)構(gòu)，中心加工一個(gè)通深的光孔12,上表 面加工兩個(gè)螺紋孔，作為吸收體于外部熱交換器的連接口，進(jìn)水口9和出水口 IO的大小尺寸和位置尺寸由內(nèi)芯(圖5)的雙螺旋結(jié)構(gòu)的尺寸決定；內(nèi)芯(圖
5) 為管狀結(jié)構(gòu)，其外徑尺寸同殼體(圖4)內(nèi)孔徑尺寸為小間隙配合，內(nèi)芯 外表面加工成雙螺旋結(jié)構(gòu)并在一端相連，作為水流通道13，內(nèi)芯的內(nèi)表面(圖
6) 采用表面肋化的方法，加工成肋壁15的結(jié)構(gòu)。殼體和內(nèi)芯通過端面焊接的 方式相連接，焊接后經(jīng)過銑削，拋光處理如，這樣連接起來的整體內(nèi)部就形成 了一個(gè)水循環(huán)通道，設(shè)計(jì)成雙螺旋結(jié)構(gòu)使得水流可以來回兩次流經(jīng)吸收體，增 加了水流動(dòng)的距離，增加了水流在吸收體內(nèi)部循環(huán)的時(shí)間，使得吸收體冷卻更 加充分，受熱更加均勻。殼體上部按照內(nèi)芯雙螺旋的螺距加工出兩螺紋孔用來 同外部熱交換器連接，外部熱交換器的水從進(jìn)水口9進(jìn)入吸收體，流經(jīng)螺旋式水流通道在吸收體內(nèi)部循環(huán)一周后，通過出水口 io流出吸收體。
后端蓋(如圖8所示)的中心加工一沉頭孔16，用來固定尾端反射體(如 圖9所示)，兩部分用螺紋連接成整體，如圖10所示，使得進(jìn)入吸收體的光不 會(huì)透射出去。反射體由銅加工而成，前部設(shè)計(jì)成錐形，后部為圓柱形，圓柱形 外徑同內(nèi)芯的內(nèi)孔徑為小間隙配合。最后將尾端反射體與后端蓋的組合體同殼 體與內(nèi)芯的組合體通過螺紋連接形成吸收體。尾端反射體加工成錐狀體，這樣 進(jìn)入吸收體內(nèi)部的激光束，經(jīng)過反射體而變得發(fā)散，不沿原路返回而全部被吸 收體吸收，錐形表面進(jìn)行拋光處理增加其反射率。然后殼體同內(nèi)芯的組合體， 后端蓋同尾端反射體的組合體再通過螺紋連接構(gòu)成一個(gè)整體，形成吸收體。
本實(shí)施例結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作靈敏，時(shí)間響應(yīng)性好，開關(guān)光迅速，剛性沖擊 小，吸收體的吸收能力強(qiáng)，能夠承受高功率，成本低，性價(jià)比高。
權(quán)利要求1、一種能夠承受高功率的快速響應(yīng)激光器光閘，包括吸收體、激光全反鏡和氣缸，從激光器發(fā)出的光，經(jīng)激光全反鏡反射到吸收體內(nèi)；其特征在于所述吸收體包括殼體、內(nèi)芯、尾端反射體和后端蓋；其中內(nèi)芯的兩端與殼體固連，內(nèi)芯的外徑與殼體的內(nèi)徑間隙配合，在內(nèi)芯的外表面設(shè)置有雙螺旋線，雙螺旋線在一個(gè)端部連通，雙螺旋線的另一端與冷卻水出入口相連；尾端反射體設(shè)置在內(nèi)芯的端部，并通過后端蓋與殼體固定；氣缸與激光全反鏡相連，能夠帶動(dòng)與水平方向成45°角的激光全反鏡沿豎直方向運(yùn)動(dòng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種能夠承受高功率的快速響應(yīng)激光器光閘，其特 征在于所述內(nèi)芯的內(nèi)表面設(shè)置有肋壁。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種能夠承受高功率的快速響應(yīng)激光器光閘，其特 征在于所述肋壁為與內(nèi)芯的內(nèi)表面連為一體的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的一種能夠承受高功率的快速響應(yīng)激光 器光閘，其特征在于所述肋壁沿內(nèi)芯的軸線方向均勻分布。
專利摘要本實(shí)用新型是一種能夠承受高功率的快速響應(yīng)激光器光閘，屬于大功率固體激光器技術(shù)領(lǐng)域。該光閘包括吸收體、激光全反鏡和氣缸。吸收體包括殼體、內(nèi)芯、尾端反射體和后端蓋。內(nèi)芯的兩端與殼體固連，內(nèi)芯的外徑與殼體的內(nèi)徑間隙配合，在內(nèi)芯的外表面設(shè)置有雙螺旋線。尾端反射體設(shè)置在內(nèi)芯的端部。氣缸帶動(dòng)與水平方向成45°角的激光全反鏡沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，全反鏡沿豎直方向運(yùn)動(dòng)比沿與水平方向成45°角方向運(yùn)動(dòng)，縮短了運(yùn)動(dòng)行程，從而縮短了運(yùn)動(dòng)時(shí)間。雙螺旋結(jié)構(gòu)做為循環(huán)冷卻水的水流通道，增加了水流動(dòng)的距離，增加了水在吸收體內(nèi)部循環(huán)的時(shí)間，使得吸收體冷卻更加充分，受熱更加均勻，從而也增強(qiáng)了吸收體對高功率激光的吸收能力。
文檔編號G02B26/08GK201348677SQ20092010513
公開日2009年11月18日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者姜夢華, 惠勇凌, 強(qiáng) 李, 訇 雷 申請人:北京工業(yè)大學(xué)