可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光模塊，連接在半導(dǎo)體激光模塊下方的光束整形模塊、連接在光束整形模塊下方的出光口模塊；所述半導(dǎo)體激光模塊由半導(dǎo)體激光巴條、光束準直系統(tǒng)、隔離鏡片組成；所述光束整形模塊包括空心的金屬支撐件，以及安裝在金屬支撐件內(nèi)部的抽匣式X向整形鏡組、抽匣式Y(jié)向整形鏡組和保護鏡片；所述空心圓柱狀的金屬支撐件連通有水冷通道；所述出光口模塊為兩端開口的倒圓錐形，所述出光口模塊的下端開口處外側(cè)連接有送粉臂，所述出光口模塊的側(cè)面連接都有除煙裝置，所述出光口模塊的上部設(shè)置有上風(fēng)刀口，所述出光口模塊的下端開口處下部設(shè)置有下風(fēng)刀口。本實用新型可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)在工作時即可根據(jù)工作需要，現(xiàn)場更換不同的鏡片模組，在同一焦點處形成不同的光斑，又可根據(jù)送粉的方式更換不同的出光口模塊。使同一組激光器具有多種功能的選擇，適應(yīng)更廣的應(yīng)用要求。
【專利說明】可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于機械再制造領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]激光熔覆技術(shù)是指以不同的填料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料，經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料成冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電器特性等的工藝方法。
[0003]在目前的激光熔覆中有兩種較先進的系統(tǒng):一種是激光經(jīng)過光纖傳輸，通過熔覆頭聚焦輸出進行工作；另一種為半導(dǎo)體激光器直接對準工件進行作業(yè)。前者為光纖傳導(dǎo)型，光纖一端和激光器連接，另一端為一標準的機械口與熔覆頭連接，根據(jù)情況可更換不同的熔覆頭，采用同軸送粉，聚焦光斑為圓形；后者為激光器直接輸出型，半導(dǎo)體激光巴條與整形聚焦鏡組一體封裝，通常為旁軸送粉，光斑形狀可根據(jù)要求訂制，常見的光斑為線狀或矩形光斑。
[0004]光纖傳導(dǎo)型的激光熔覆系統(tǒng)輸出的圓形光斑較適合加工異形或曲面等復(fù)雜的工件；但當批量熔覆較單一的軸類或平面工件時，圓形光斑掃描過程中光斑重復(fù)疊壓部分較多，導(dǎo)致工作效率較低。而圓形光斑整形為線性或矩形光斑則導(dǎo)致熔覆頭更加復(fù)雜；激光耦合到光纖內(nèi)——再把光纖輸出的圓光斑變換成矩形的過程，能量損失大，成本高。
[0005]而另外一種半導(dǎo)體激光直接輸出的方式可以直接把激光束整形聚焦為線性或矩形光斑，降低了成本，且光斑尺寸可以做的較大，有利于提高工作效率。針對批量大而又較簡單的工件，使用經(jīng)濟的直接輸出型半導(dǎo)體激光熔覆的方式具有明顯的優(yōu)勢。然而此類激光器的整形聚焦系統(tǒng)與激光巴條往往是封裝成一體，內(nèi)部充氮氣防止結(jié)霧進灰。因此不能任意變換光斑形狀與大??；若要變換光斑只能退回激光廠家重新安裝新的光斑鏡組，費時費力、可操作性差。又此種激光熔覆系統(tǒng)的輸出鏡片下面往往為敞開式的工作環(huán)境，工作時的煙塵和金屬熔渣的飛濺極易損耗輸出鏡片。送粉方式也單一，只能為旁軸送粉。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有直接輸出半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)技術(shù)的不足，提供一種可變換光斑形狀與大小的模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)。
[0007]可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光模塊，連接在半導(dǎo)體激光模塊下方的光束整形模塊、連接在光束整形模塊下方的出光口模塊；所述半導(dǎo)體激光模塊由半導(dǎo)體激光巴條、光束準直系統(tǒng)、隔離鏡片組成；所述光束整形模塊包括空心的金屬支撐件，以及安裝在金屬支撐件內(nèi)部的抽匣式X向整形鏡組、抽匣式Y(jié)向整形鏡組和保護鏡片；所述空心圓柱狀的金屬支撐件連通有水冷通道；所述出光口模塊為兩端開口的倒圓錐形，所述出光口模塊的下端開口處外側(cè)連接有送粉臂，所述出光口模塊的側(cè)面連接都有除煙裝置，所述出光口模塊的上部設(shè)置有上風(fēng)刀口，所述出光口模塊的下端開口處下部設(shè)置有下風(fēng)刀口。
[0008]作為優(yōu)化，所述可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)，其特征在于所述送粉臂為旁軸送粉臂或者同軸送粉臂。
[0009]作為優(yōu)化，所述抽匣式X向整形鏡組、抽匣式Y(jié)向整形鏡組同金屬支撐件的上側(cè)接觸面安裝一彈性墊片。
[0010]作為優(yōu)化，所述上風(fēng)刀口位于除煙裝置的對面位置。所述抽匣式X向整形鏡組和抽匣式Y(jié)向整形鏡組分別由鏡框?qū)⒍鄠€鏡片固定封裝制成。
[0011]所述半導(dǎo)體激光模塊中的激光巴條經(jīng)過若干準直鏡片整形為一準直光束，由一隔離鏡片作為輸出口。我們把這幾部分封裝在一個外殼內(nèi)作為一個標準模塊，內(nèi)部沖氮氣確保干燥恒溫。出射的準直光束其光斑做成一定尺寸，便于與后面的模塊器件進行光學(xué)耦合，也便于模塊之間的更換維修。
[0012]使用時。一定尺寸的準直光束耦合入光束整形模塊部分，首先光束被由若干柱面鏡片組成的X向整形鏡組Al壓縮X軸向的光斑尺寸，在焦點F處形成X軸方向al尺寸的線性光斑；此光束再通過Y向整形鏡組BI把焦點F處al尺寸的線性光斑進行在Y方向擴展或壓縮，形成bl尺寸的光斑。此過程要求焦點始終為F處，即熔覆工作點。
[0013]實際工作中為了適應(yīng)不同的光斑功率密度和兼顧工作效率的要求，我們就必需調(diào)節(jié)光斑的尺寸，因此使用不同的X、Y向整形鏡組從而達到各種光斑的任意匹配。所以我們也可以設(shè)計出另外一組X向整形鏡組A2，在焦點F處形成X軸方向a2尺寸的線性光斑；和Y向整形鏡組B2把焦點F處的線性光斑改變?yōu)閎2尺寸的光斑。
[0014]這些X向整形鏡組A1、A2…和Y向整形鏡組B1、B2...，在空間位置上有著極其嚴格的尺寸位置誤差，我們必須確保激光光束與這些鏡片的空間位置的相對固定，才能達到聚焦點F處光斑的使用要求。由此我們把光束整形模塊的金屬結(jié)構(gòu)支撐件作為一相對基準，X、Y向整形鏡組中的光學(xué)鏡片分別以此基準定好自己的光學(xué)間隔，再通過鏡框把每組X、Y向整形鏡組中的鏡片固定封裝。
[0015]每組的X、Y向整形鏡組的鏡框均做成抽匣式，便于更換。為了便于確保各鏡組的精確定位，我們把與抽匣式鏡框接觸的金屬結(jié)構(gòu)支撐件內(nèi)安裝一彈性墊片，使得每個抽匣式鏡框均與金屬結(jié)構(gòu)支撐件的基準面精密配合。抽匣式鏡框安裝到位后，用螺釘緊固。與各抽匣式鏡框緊密接觸的金屬結(jié)構(gòu)支撐件周邊布好水冷通道，用于冷卻受到激光照射的光學(xué)鏡片。Y向整形鏡組下方有一保護鏡片，避免熔覆工作時的煙塵污染鏡組。由于保護鏡片處于易被污染損耗的環(huán)境中，因此保護鏡片的鏡框也做成抽匣式，便于擦拭和更換。
[0016]光束整形模塊下部機械連接的出光口模塊，出光口做成上寬下窄的半封閉的漏斗狀，較小的出光口既有利于阻擋熔覆工作中的煙塵和飛濺的熔渣進入出光口，出光口外側(cè)也便于與其他附件連接定位。出光口內(nèi)，上風(fēng)刀口在保護鏡片的下方，吹出的壓縮空氣與除煙裝置形成一個氣流回路，使進入出光口的熔覆煙塵順氣流被除煙裝置排走。下風(fēng)刀口在出光口下端，吹出的壓縮空氣避免大量的熔覆煙塵進入出光口內(nèi)。風(fēng)刀口通過軟管與外界的壓縮空氣相連。
[0017]出光口外通過機械連接送粉臂，送粉臂可選用重力送粉的旁軸式，也可選用氣壓送粉的同軸式。送粉臂內(nèi)部有水冷通道連接外部的水冷系統(tǒng)，送粉通道通過軟管連接保護氣體、送粉器等。
[0018]本實用新型可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)在工作時即可根據(jù)工作需要，現(xiàn)場更換不同的鏡片模組，在同一焦點處形成不同的光斑，又可根據(jù)送粉的方式更換不同的出光口模塊。使同一組激光器具有多種功能的選擇，適應(yīng)更廣的應(yīng)用要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0020]下面給出的實施例擬對本實用新型作進一步說明，但不能理解為是對本實用新型保護范圍的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型內(nèi)容對本實用新型的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整，仍屬于本實用新型的保護范圍。
[0021]如圖1所示，可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光模塊，連接在半導(dǎo)體激光模塊下方的光束整形模塊、連接在光束整形模塊下方的出光口模塊；
[0022]半導(dǎo)體激光模塊由半導(dǎo)體激光巴條1、光束準直系統(tǒng)2、隔離鏡片3組成；所述光束整形模塊包括空心狀的金屬支撐件4，以及安裝在金屬支撐件4內(nèi)部的抽匣式X向整形鏡組
5、抽匣式Y(jié)向整形鏡組6和保護鏡片7 ;空心圓柱狀的金屬支撐件4連接有水冷通道8 ;出光口模塊9為兩端開口的倒圓錐形，出光口模塊9的下端開口處外側(cè)連接有送粉臂10，出光口模塊9的側(cè)面連接都有除煙裝置11，出光口模塊9的上部設(shè)置有上風(fēng)刀口 12，出光口模塊9的下端開口處下部設(shè)置有下風(fēng)刀口 13。
[0023]抽匣式X向整形鏡組5、抽匣式Y(jié)向整形鏡組6同金屬支撐件4的上側(cè)連接處安裝一彈性墊片14。上風(fēng)刀口 12位于除煙裝置11的對面位置。抽匣式X向整形鏡組5和抽匣式Y(jié)向整形鏡組6分別由鏡框15將多個鏡片固定封裝制成。
【權(quán)利要求】
1.可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光模塊，連接在半導(dǎo)體激光模塊下方的光束整形模塊、連接在光束整形模塊下方的出光口模塊；所述半導(dǎo)體激光模塊由半導(dǎo)體激光巴條、光束準直系統(tǒng)、隔離鏡片組成；其特征在于所述光束整形模塊包括空心的金屬支撐件，以及安裝在金屬支撐件內(nèi)部的抽匣式X向整形鏡組、抽匣式Y(jié)向整形鏡組和保護鏡片；所述空心的金屬支撐件連接有水冷通道；所述出光口模塊為兩端開口的倒圓錐形，所述出光口模塊的下端開口處外側(cè)連接有送粉臂，所述出光口模塊的側(cè)面連接都有除煙裝置，所述出光口模塊的上部設(shè)置有上風(fēng)刀口，所述出光口模塊的下端開口處下部設(shè)置有下風(fēng)刀口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)，其特征在于所述送粉臂為旁軸送粉臂或者同軸送粉臂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)，其特征在于所述抽匣式X向整形鏡組、抽匣式Y(jié)向整形鏡組同金屬支撐件的上側(cè)接觸面安裝一彈性墊片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)，其特征在于所述上風(fēng)刀口位于除煙裝置的對面位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述可變光斑模塊化半導(dǎo)體激光熔覆系統(tǒng)，其特征在于所述抽匣式X向整形鏡組和抽匣式Y(jié)向整形鏡組分別由鏡框?qū)⒍鄠€鏡片固定封裝制成。
【文檔編號】C23C24/10GK203976918SQ201420315633
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月15日
【發(fā)明者】蘭晉 申請人:蘭晉