CN106030932A - 气体激光振荡装置 - Google Patents

Abstract

本发明的气体激光振荡装置具有放电部、鼓风部以及激光气体路径。放电部激励激光气体介质，鼓风部输送激光气体。激光气体路径形成激光气体在放电部与鼓风部之间的循环路径。鼓风部具有叶轮部、驱动部、以及设置在叶轮部与驱动部之间的中间室。在叶轮部上配置有通过驱动部经由旋转轴而旋转的旋转叶片。中间室被气体阻隔构件局部分隔出主空间和气体缓冲空间。

Description

气体激光振荡装置

技术领域

本发明涉及主要在金属板切断用途中使用的kW级轴流式气体激光振荡装置，特别是涉及在激光气体的循环路径中设置的鼓风部。

背景技术

使用图7以及图8对专利文献1所记载的现有的激光振荡装置进行说明。

图7是示出现有的激光振荡装置的简图。如图7所示那样，现有的激光振荡装置具有放电管101、输出耦合镜102、全反射镜103、电极104、105、高频电源106、冷却器107、气瓶108、阀109、真空泵110、涡轮式鼓风机(Turbo Blower)120。现有的激光振荡装置以如下方式进行激光的振荡。

经由阀109将气瓶108内的激光气体导入至激光振荡装置。然后，一边利用冷却器107对激光气体进行冷却，一边利用涡轮式鼓风机120使激光气体以经由放电管101的方式循环。然后，通过高频电源106对电极104以及电极105施加电压，在放电管101内激励激光气体，使激光振荡。振荡后的激光在输出耦合镜102与全反射镜103之间往复，能量增加，从而透过输出耦合镜102向外部输出。

图8是示出现有的涡轮式鼓风机120的剖视图。如图8所示那样，现有的涡轮式鼓风机120具有涡轮叶片121、转子122、定子123、轴承124、125、开口126、中间室127、迷宫式密封件(Labyrinth Seal)128、129、排气管130、阀131。现有的涡轮式鼓风机120以如下方式进行驱动。

被轴承124、125支承并安装有转子122的轴通过定子123而旋转，使安装于轴前端的涡轮叶片121进行旋转。由此，吸入涡轮叶片121的上方的激光气体，并向涡轮叶片121的侧方排出激光气体，由此使激光气体循环。同时，通过经由阀131从排气管130排出中间室127的气体，防止轴承124、125的油混入激光气体中。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平1-205585号公报

发明内容

在现有的激光振荡装置中，由于中间室127与激光气体的循环路径通过开口126而连接，因此中间室127内的气流所含有的微小脉动(压力变动)传递至激光气体。由此，供给至放电管101的激光气体也发生脉动(压力变动)，使振荡的激光含有微小振动。

为了解决上述课题，本发明的气体激光振荡装置具有放电部、鼓风部、以及激光气体路径。放电部激励激光气体介质，鼓风部输送激光气体。激光气体路径形成激光气体在放电部与鼓风部之间的循环路径。鼓风部具有叶轮部、驱动部、以及设置在叶轮部与驱动部之间的中间室。在叶轮部上配置有旋转叶片，该旋转叶片通过驱动部经由旋转轴而旋转。中间室被气体阻隔构件局部分隔出主空间和气体缓冲空间。

根据本发明的气体激光振荡装置，能够输出振动少的高质量的激光束。

附图说明

图1是示出实施方式的轴流式气体激光振荡装置的概要结构的图。

图2是示出实施方式的鼓风部的结构的剖视图。

图3是示出实施方式的中间室的剖视图。

图4是示出实施方式的静叶片的立体图。

图5是示出气体缓冲空间的有无所引起的激光气体的压力变动(a)与激光束的振动率(b)的图。

图6是示出实施方式的激光加工装置的简图。

图7是示出现有的激光振荡装置的简图。

图8是示出现有的涡轮式鼓风机的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。

(实施方式)

图1是示出本实施方式的轴流式气体激光振荡装置1的概要结构的图。

如图1所示那样，轴流式气体激光振荡装置1具有放电管2、电极3、4、电源5、全反射镜6、部分反射镜7、激光气体流路8(激光气体路径)、热交换器9、10、鼓风部11、以及激光气体导入部12。

作为放电部的放电管2由玻璃等电介质形成。电极3与电极4设置在放电管2周边，通过与电极3、4连接的电源5被施加高电压。由此，夹在电极3与电极4之间的放电管2内形成放电空间13，激励激光气体而振荡出激光。即，放电管2与电极3、4构成放电部。全反射镜6与部分反射镜7固定配置在放电空间13的两端，形成光谐振器。振荡出的激光在全反射镜6与部分反射镜7之间谐振，由此能量增加，作为激光束14透过部分反射镜7而输出。

激光气体流15示出轴流式气体激光振荡装置1中的激光气体流路8的循环方向。热交换器9以及热交换器10使因放电空间13中的放电与鼓风部的运转而温度上升了的激光气体的温度下降。鼓风部11使激光气体在放电管2以及激光气体流路8内循环。

这样，激光气体流路8形成激光气体在放电管2与鼓风部11之间的循环流路。通过鼓风部11所进行的激光气体的循环，在放电空间13中得到约100m/秒左右的气体流。激光气体流路8与放电管2在激光气体导入部12连接。

由鼓风部11送出的激光气体通过激光气体流路8，从激光气体导入部12向放电管2内导入。然后，激光气体被与电源5连接的电极3、4施加电压，在放电空间13中产生放电。

放电空间13内的激光介质即激光气体获得该放电能量而被激励。从被激励的激光气体产生的激光在由全反射镜6以及部分反射镜7形成的光谐振器中成为谐振状态，从部分反射镜7输出激光束14。激光束14用于焊接、切断等激光加工。

接下来，使用图2具体说明鼓风部11。图2是示出本实施方式的鼓风部11的结构的剖视图。鼓风部11是离心式的鼓风部，具有叶轮部20、驱动部30以及中间室40。

在叶轮部20中，设置于旋转轴21的旋转叶片22旋转，使激光气体在激光气体流15的方向上循环。具体地说，从旋转叶片22的上方的激光气体流路8抽吸激光气体，向旋转叶片22的右侧的激光气体流路8排出激光气体。在旋转叶片22的周围配置涡旋构件(scroll)23，旋转叶片22进行40000RPM(Revolutions Per Minute)以上的高速旋转，由此在激光气体流路8中产生约400m/分以上的激光气体流15。

在驱动部30上连接真空泵31，通过真空泵31从驱动部30排出激光气体。需要说明的是，图1中虽未图示，但向激光气体流路8中导入了新的激光气体，以补充被真空泵31排出的激光气体，并且进行激光气体的更换。另外，通过真空泵31使激光气体从叶轮部20经由中间室40流向驱动部30。由此，防止驱动部30的油混入激光气体流路8。另外，在驱动部30中，在旋转轴21上安装有作为永磁铁的电动机转子32，在电动机转子32的周围以隔开间隔的方式配置有作为电磁铁的电动机定子33。通过使电流流过电动机定子33而在电动机定子33的内侧产生磁场，使电动机转子32旋转。由此，固定于电动机转子32的旋转轴21旋转，固定于旋转轴21的旋转叶片22在叶轮部20内旋转。另外，旋转轴21被配置在电动机转子32的上下的轴承34保持，轴承34以及电动机定子33固定于壳体35。

在叶轮部20与驱动部30之间设置有中间室40，中间室40与叶轮部20被与旋转叶片22相比开口稍大的静叶片41分隔。另外，旋转叶片22也可以位于比静叶片41靠上的位置，旋转叶片22的下部也可以位于静叶片41的开口部分，旋转叶片22的下部也可以经由静叶片41的开口部分而位于中间室40的内部。另外，静叶片41具有将中间室40的内部空间分隔成中央的主空间42与周边的气体缓冲空间43的阻断壁41a(气体阻隔构件)。需要说明的是，阻断壁41a并不是将主空间42与气体缓冲空间43完全分离，而是通过阻断壁41a的下方的开口44使主空间42与气体缓冲空间43连接。另外，气体缓冲空间43配置为包围主空间42的整周，但并不局限于此，也可以局部配置。通过采用这样的构造，产生在主空间42产生的激光气体流45、经由开口44向气体缓冲空间43流入的激光气体流46、以及从气体缓冲空间43向驱动部30流出的激光气体流47。

关于中间室40，使用图3以及图4进一步具体说明。图3是示出本实施方式的中间室40的剖视图。图4是示出本实施方式的静叶片41的立体图。如图3所示那样，中间室40具有直径R1与高度H1的空间(将主空间42与气体缓冲空间43合并后的空间整体)。并且，如图3以及图4所示那样，中间室40具有包括直径R2的开口和高度H2的阻断壁41a的静叶片41。在本实施方式中，直径R2相对于直径R1的比率例如优选为60％～90％，进一步优选为70％～80％。另外，高度H2相对于高度H1的比率例如优选为70％～95％，进一步优选为85％～94％。换言之，优选主空间42与气体缓冲空间43的边界的70％～95％被分离，进一步优选为边界的85％～94％被分离。即，优选主空间42与气体缓冲空间43的边界的30％～5％被开口(空间彼此相连)，进一步优选边界的15％～6％被开口。另外，气体缓冲空间43的体积例如优选为将主空间42与气体缓冲空间43合并后的空间整体的体积的5％～40％，进一步优选为8％～20％。另外，直径R2约为15cm～25cm，高度H2为15mm～25mm。并且，通过将在开口44处与主空间42连接的气体缓冲空间43设置于中间室40，气体缓冲空间43对在中间室40产生的激光气体的气流所带来的脉动(压力变动)进行缓和，使激光气体流路8中流动的激光气体的脉动减少。由此，从放电管2输出的激光束14的振动得到缓和。

接下来，使用图5说明本实施方式的效果。图5是示出气体缓冲空间43的有无所引起的激光气体的压力变动(a)与激光束的振动率(b)的图。如图5的(a)所示，可知存在气体缓冲空间的情况下的激光气体的压力变动(约0.03kPa)约为不存在气体缓冲空间的情况下的激光气体的压力变动(约0.10kPa)的三分之一以下。另外，如图5的(b)所示，可知存在气体缓冲空间的情况下的激光束的振动率(约1.0％)约为不存在气体缓冲空间的情况下的激光束的振动率(约5.0％)的五分之一。这样，通过在中间室40中设置气体缓冲空间43，由此激光气体的压力变动能够大幅减少，能够大幅缓和所输出的激光束14的振动。

接下来，使用图6对本实施方式的激光加工装置50进行说明。图6是示出本实施方式的激光加工装置的简图。

如图6所示那样，激光加工装置50具有轴流式气体激光振荡装置1、反射镜51、激光头52以及加工台57。从轴流式气体激光振荡装置1输出的激光束14通过反射镜51(光学构件)被引导至激光头52。在图6中，反射镜51设有一个，但也能够通过多个反射镜使反射后的激光束14的方向二维地移动。被引导至激光头52的激光束14通过激光头52内的透镜53而聚光。聚光后的激光束14的焦点汇聚于搭载在加工台57上的加工构件56，从而对加工构件56进行加工(切断或者焊接)。另外，激光头52能够通过X轴驱动部54以及Y轴驱动部55在加工台57的上方的XY平面内二维地移动。

本实施方式的激光加工装置50能够利用从轴流式气体激光振荡装置1输出的振动率小的激光束14更加准确且更加快速地以更美观的加工面对加工构件56进行加工。

工业实用性

本发明的气体激光振荡装置能够输出振动少的高质量的激光束，作为气体激光振荡装置是有用的。

附图标记说明

1 轴流式气体激光振荡装置

2 放电管

3、4 电极

5 电源

6 全反射镜

7 部分反射镜

8 激光气体流路

9、10 热交换器

11 鼓风部

12 激光气体导入部

13 放电空间

14 激光束

15 激光气体流

20 叶轮部

21 旋转轴

22 旋转叶片

23 涡旋构件

30 驱动部

31 真空泵

32 电动机转子

33 电动机定子

34 轴承

35 壳体

40 中间室

41 静叶片

41a 阻断壁

42 主空间

43 气体缓冲空间

44 开口

45、46、47 激光气体流

50 激光加工装置

51 反射镜

52 激光头

53 透镜

54 X轴驱动部

55 Y轴驱动部

56 加工构件

57 加工台

R1、R2 直径

101 放电管

102 输出耦合镜

103 全反射镜

104 电极

105 电极

106 高频电源

107 冷却器

108 气瓶

109 阀

110 真空泵

120 涡轮式鼓风机

121 涡轮叶片

122 转子

123 定子

124、125 轴承

126 开口

127 中间室

128、129 迷宫式密封件

130 排气管

131 阀

Claims (5)

1.一种气体激光振荡装置，具备：

放电部，其激励激光气体；

鼓风部，其输送所述激光气体；以及

激光气体路径，其形成所述激光气体在所述放电部与所述鼓风部之间的循环路径，

所述鼓风部具有叶轮部、驱动部、以及设置在所述叶轮部与所述驱动部之间的中间室，

在所述叶轮部上配置有旋转叶片，该旋转叶片通过所述驱动部经由旋转轴而旋转，

所述中间室被气体阻隔构件局部分隔出主空间和气体缓冲空间。

2.根据权利要求1所述的气体激光振荡装置，其中，

所述主空间与所述气体缓冲空间的边界的70％～95％被所述气体阻隔构件分离。

3.根据权利要求1或2所述的气体激光振荡装置，其中，

在与所述旋转轴垂直的平面内，所述气体缓冲空间以包围所述主空间的方式配置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体激光振荡装置，其中，

所述气体缓冲空间的体积是所述主空间的体积与所述气体缓冲空间的体积的合计的5％～40％。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的气体激光振荡装置，其中，

所述叶轮部的内部空间、所述中间室的所述主空间、以及所述驱动部的内部空间相连，

所述驱动部的内部空间的压力比所述叶轮部的内部空间的压力低。