專(zhuān)利名稱(chēng)：高功率激光束安全終止器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種防止激光束污染環(huán)境，保護(hù)人體健康防止激光事故如火災(zāi)的安全工具。
激光技術(shù)已成為科學(xué)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療和工業(yè)加工等領(lǐng)域強(qiáng)有力的手段，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。利用高功率激光束與物質(zhì)相互作用形成了激光打孔機(jī)，激光切割機(jī)，激光焊接機(jī)等，高功率激光器實(shí)質(zhì)上是一種特殊的“釋能武器”，它接觸到某種物質(zhì)會(huì)立即發(fā)生嚴(yán)重的破壞作用，如引起火災(zāi)、爆炸等意外事故，但是激光束未被抵擋或限制又會(huì)產(chǎn)生意想不到的破壞作用。用耐火磚能抵擋高功率激光束，但經(jīng)過(guò)短的時(shí)間，激光束可將其燒穿，同時(shí)把耐火磚中的鈹?shù)扔泻ξ镔|(zhì)蒸發(fā)為氣體或金屬微粒散發(fā)在工作間造成環(huán)境污染，對(duì)人體健康會(huì)造成不良后果。因此高激光束在非加工時(shí)間，如科研生產(chǎn)，維修等情況下。
在上海光機(jī)所實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用的一種高功率激光終止器如


圖1所示，它由具有進(jìn)光孔3的前蓋2，內(nèi)殼5和外殼6構(gòu)成有水道的筒體、山字形反射錐4、后蓋20、冷卻水道包括進(jìn)水口18、筒體內(nèi)殼5和外殼6構(gòu)成的環(huán)形分叉水道及水管8構(gòu)成，主要用于千瓦級(jí)二氧化碳激光束的終止，該激光束終止器的缺點(diǎn)是反射錐4是由實(shí)體的銅制成，銅盡管是熱的良導(dǎo)體，但錐尖到水必競(jìng)有相當(dāng)?shù)暮穸?，?qiáng)激光照射錐尖產(chǎn)生的熱量很大，一時(shí)還難于快速將熱傳給水，被在水道中的流水帶走，而且筒體中的水道為環(huán)形水道，每?jī)蓚€(gè)環(huán)形水道之間只有一處相通，這樣在自來(lái)水的普通壓力下，流水不暢，因此該激光束終止器只適用于較低功率的激光束終止，否則起反射作用的錐尖非常容易被燒壞甚至燒穿，銅在激光高熱蒸發(fā)下產(chǎn)生銅離子和銅蒸汽游離空間，對(duì)附近工作人員的身體是有害的。
本實(shí)用新型的目的就是對(duì)上述現(xiàn)有激光束終止器進(jìn)行改進(jìn)，提供一種特別是連續(xù)高功率激光束終止器。
本實(shí)用新型的改進(jìn)主要有三1、改善反射錐與流水之間的熱傳遞，其措施是由實(shí)體純銅的山字形反射錐改成為殼形結(jié)構(gòu)的單一反射錐；將筒體內(nèi)殼與外殼之間的環(huán)形分叉水道改為環(huán)繞筒體內(nèi)殼的螺旋形水道，因而水道中之水將連續(xù)不停的流動(dòng)，增大了內(nèi)殼與螺旋水道中流水的熱交換，水流暢通，將筒體的熱和反射錐尖的熱快速帶走，保持反射錐和筒體內(nèi)殼的銅不至達(dá)到熔融繞穿的目的。
2、將高功率激光照射產(chǎn)生的銅蒸汽通過(guò)氣道隨時(shí)抽走，不致逸出空間，影響操作人員的人體健康。3、為了使用方便，便于激光束終止器的調(diào)節(jié)，對(duì)支承座進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
為此，本實(shí)用新型由前蓋、筒體、反射錐后蓋、氣道、冷卻水道和支承座等部分組成。
前蓋由耐高溫的材料構(gòu)成，中央有進(jìn)光孔，前蓋與筒體外殼固定；筒體的內(nèi)殼和外殼之間有圍繞筒體的螺旋水道，以便帶走激光多次反射至筒體而產(chǎn)生的熱量；反射錐，確切地說(shuō)是一殼形反射錐，它軸對(duì)稱(chēng)地安放在筒體后端，后蓋過(guò)直徑焊有一導(dǎo)水片，導(dǎo)水片的形狀與反射錐殼密切配合，當(dāng)后蓋和導(dǎo)水片一起插人反射錐腔時(shí)，將錐腔分割成在錐腔尖端位置相通的上半錐腔和下半錐腔，反射錐與筒體內(nèi)殼之間，后蓋與筒體外殼之間均有一O型密封圈，當(dāng)旋壓在筒體外殼上的壓蓋將后蓋壓緊時(shí)，由于O型密封圈的作用，形成滴水不漏的一部分水道。
氣道由排氣管一端通筒體內(nèi)，另一端連氣室而成。
冷卻水道按水流的方向依次由穿過(guò)后蓋的進(jìn)水管、下半錐腔、上半錐腔、螺旋水道、水管及其噴咀(尖形水咀)組成，水管穿過(guò)氣室而且尖形水咀正好位于氣室的瓶頸口的中央，瓶頸口的延伸段形成出水、出氣口。
支承座根據(jù)不同要求事實(shí)上可以任意選取，或設(shè)計(jì)加工。例如可以隨意調(diào)節(jié)進(jìn)光孔高度的支承機(jī)構(gòu)。可以調(diào)節(jié)俯仰角的支承機(jī)構(gòu)，以擴(kuò)大它的空間使用范圍。
反射錐的材料一般應(yīng)選取耐激光照射、吸光性能較好且易傳熱的為好，反射錐的錐角可有很多角度選擇，以使部分反射激光在筒體內(nèi)多次反射后而不反射出筒體為準(zhǔn)，這也是綜合考慮筒體長(zhǎng)度選擇的依據(jù)。冷卻水道的口徑選取以一般自來(lái)水壓力下流通能較好地把反射錐和筒體的熱量帶走，不致因激光產(chǎn)生的熱而造成反射錐和筒體熔化燒穿。
本實(shí)用新型的使用方法是先將自來(lái)水接到進(jìn)水管，在自來(lái)水的水壓下，自來(lái)水即可進(jìn)入下半錐腔，經(jīng)由上半錐腔、螺旋水道、水管、尖形噴咀噴出，由于噴咀處自來(lái)水的快速流動(dòng)，以及噴咀與氣室瓶頸口之間產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓，將筒體內(nèi)和氣室的空氣、有害氣體和微粒由水帶著經(jīng)氣室的擴(kuò)展段排到指定地點(diǎn)。將激光束安全終止器正對(duì)需要終止的激光束，調(diào)整支承座使激光束正好通過(guò)前蓋的進(jìn)光孔照射反射錐，這時(shí)一部分激光被反射錐體吸收轉(zhuǎn)變成熱能被流過(guò)反射錐兩半錐腔的水冷卻，其余激光被反射錐反射到筒體內(nèi)殼上，激光又被吸收并轉(zhuǎn)變成熱能，被流經(jīng)螺旋水道的水冷卻，由于反射錐和筒體內(nèi)殼都是熔點(diǎn)高易傳熱的材料制造的，當(dāng)高功率激光照射在筒體內(nèi)時(shí)，由于自來(lái)水不斷流動(dòng)將熱帶走，從而保證了安全地終止激光束，即使在筒體內(nèi)激光照射產(chǎn)生某種氣體或微粒，也會(huì)由氣道被抽走。因此有了本實(shí)用新型，可以安全地終止激光束，對(duì)人體和其他物體不會(huì)產(chǎn)生任何破壞作用。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是已有技術(shù)的剖視圖。
圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例的剖視圖。
筒體的內(nèi)殼5和外殼6之間形成螺旋水道，前蓋2中央有進(jìn)光孔3，前蓋2通過(guò)螺釘1與筒體外殼6前端固定，反射錐4軸對(duì)稱(chēng)地安放在筒體內(nèi)后端，反射錐4和筒體內(nèi)殼5之間有O型密封圈16，后蓋20過(guò)直徑焊有一導(dǎo)水片19，導(dǎo)水片19的形狀與反射錐4的錐內(nèi)腔密切配合，當(dāng)后蓋20和導(dǎo)水片19一起插入反射錐腔時(shí)，將錐腔分割成在錐尖位置相通的上半錐腔17和下半錐腔21，后蓋20與筒體外殼6之間亦有O型密封圈14，當(dāng)旋壓在筒體外殼6上的壓蓋13時(shí)，通過(guò)墊片15將后蓋20壓緊，由于O型密封圈14、16的作用，形成滴水不漏的水道的一部分。排氣管7一端穿過(guò)筒體前端外殼6與筒體內(nèi)腔相通，排氣管7另一端接氣室10，形成氣道。冷卻水道按水流方向依次由穿過(guò)后蓋20的進(jìn)水管18、下半錐腔21、上半錐腔17、螺旋水道、水管8及尖形水咀9組成，水管8穿過(guò)氣室10而且尖形水咀9正好位于氣室10的瓶頸口11的中央，瓶頸口11的延伸段形成出水出孔口12。
本實(shí)施例的支承座由與筒體外殼6固定連接的螺紋支承桿22、帶筒形立柱26的底座29、調(diào)節(jié)手輪23和鎖緊螺釘27組成，支承桿22插入筒形立柱26之中，當(dāng)需調(diào)節(jié)終止器進(jìn)光孔3的高度時(shí)，先旋松鎖緊螺釘27，旋轉(zhuǎn)手輪23頂推支承桿22上的螺紋使之作需要的上下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)調(diào)節(jié)完畢，擰緊鎖緊螺釘27鎖牢。
實(shí)驗(yàn)表明本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比，具有傳熱快，流水暢，無(wú)銅蒸汽及煙塵逸出，能良好終止更高功率的連續(xù)CO2激光束，調(diào)節(jié)靈活，而且各部件都可推卸，便于另件更換，安全可靠。
權(quán)利要求1.一種高功率激光束安全終止器，具有進(jìn)光孔(3)的前蓋(2)、內(nèi)殼(5)和外殼(6)構(gòu)成的筒體、反射錐(4)、后蓋(20)冷卻水道，其特征在于(1)前蓋(2)通過(guò)螺釘(1)與筒體外殼(6)的前端固定；(2)筒體的內(nèi)殼(5)和外殼(6)之間構(gòu)成螺旋水道；(3)反射錐(4)軸對(duì)稱(chēng)地安放在筒體后端，反射錐(4)和筒體內(nèi)殼(5)之間有O型密封圈(16)，后蓋(20)過(guò)直徑焊有一導(dǎo)水片(19)，導(dǎo)水片(19)的形狀與反射錐(4)的錐內(nèi)腔密切配合，當(dāng)后蓋(20)和導(dǎo)水片(19)一起插入反射錐腔時(shí)，將錐腔分割成在錐尖位置相通的上半錐腔(17)和下半錐腔(21)，后蓋(20)與筒體外殼(6)之間亦有O型密封圈(14)，當(dāng)旋壓在筒體外殼(6)上的壓蓋(13)時(shí)，通過(guò)墊片(15)將后蓋(20)壓緊；(4)排氣管(7)一端穿過(guò)筒體前端外殼(6)與筒體內(nèi)腔相通，排氣管(7)另一端接氣室(10)，形成氣道；(5)冷卻水道按水流方向依次由穿過(guò)后蓋(20)的進(jìn)水管(18)、下半錐腔(21)、上半錐腔(17)、螺旋水道、水管(8)及尖形水咀(9)組成，水管(8)穿過(guò)氣室(10)而且尖形水咀(9)正好位于氣室(10)的瓶頸口(11)的中央，瓶頸口(11)的延伸段形成出水出氣口(12)。
2.按照權(quán)利要求1的激光束安全終止器，其特征在于所說(shuō)的支承座由與筒體外殼(6)固定連接的螺紋支承桿(22)、帶筒形立柱(26)的底座(29)、調(diào)節(jié)手輪(23)和鎖緊螺釘(27)組成，支承桿(22)插入筒形立柱(26)之中，當(dāng)需調(diào)節(jié)終止器進(jìn)光孔(3)之高度時(shí)，先旋松鎖緊螺釘(27)，旋轉(zhuǎn)手輪(23)頂推支承桿(22)上的螺紋使支承桿(22)作需要的上下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)調(diào)節(jié)完畢，擰緊鎖緊螺釘(27)。
專(zhuān)利摘要一種用于防止激光環(huán)境污染，保護(hù)人身安全，防止發(fā)生意外事故的高能量、高功率激光束安全終止器，由前蓋、筒體、反射錐、后蓋、氣道、冷卻水道和支承座構(gòu)成，具有安全可靠，調(diào)節(jié)靈活，零件可拆卸更換的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02F1/00GK2221220SQ9524403
公開(kāi)日1996年2月28日 申請(qǐng)日期1995年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月23日
發(fā)明者關(guān)崇文, 劉海清, 范品忠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所