CN106932090B - 带有激光管辅助夹取装置的co2激光器功率特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有激光管辅助夹取装置的CO₂激光器功率特性测试装置，包括测试台，测试台包括底座面板和安装导轨，底座面板设有呈矩形排列的安装孔，安装导轨包括导轨面板和沿导轨面板轴向延伸且间隔排列的导轨条，导轨条与导轨条之间具有导轨槽，测试台上设有激光器、激光功率探测装置、支架，支架包括支撑臂、安装座，安装座与支撑臂之间通过连接组件形成可拆卸的固定安装结构；激光器固定于激光器架的立柱上，激光器架的安装板通过滑块与导轨槽配合，滑块上设有通槽，通槽安装有滑块螺钉，滑块螺钉尖端与导轨槽底面定位配合。本发明的激光器测量装置与激光器尾端连接，采用尾镜激光取样的方法保证了检测的连续性，提高采样准确度与实时性。

Description

带有激光管辅助夹取装置的CO2激光器功率特性测试装置

技术领域

本发明属于激光器特性功率检测设备技术领域，尤其是一种工作波长为10.6μmCO₂激光器功率特性测试为研究对象的带有激光管辅助夹取装置的CO₂激光器功率特性测试装置。

背景技术

激光功率是激光器中最主要的参量，激光输出功率严重地影响着激光加工的质量，因此，在加工过程中, 如果能实时监控激光功率的变化，提高激光功率的稳定精度，对于提高产品合格率有着极其重要的作用。然而，在国内，无论是激光器生产厂家，还是激光设备应用厂家，大部分都没有激光器功率特性检测装置，激光器质量好坏只有在使用时才能发现，影响了激光加工的质量和连续型，如果在使用时发现问题，还会造成制造成本的增加。而部分厂家依据自己企业标准进行相关简单测试，也不符合激光器工业化应用的要求。并且少量激光器功率特性测试方法，也是传统的测试方法，测量精度和准确度不高，具体如下：

传统的激光功率检测方法是将激光照射到激光功率计或激光能量计上进行检测。这种测量技术对激光计探头的要求很高，通常以石墨为材料，探头响应很慢，且通常需要水冷，测量功率时必须停止加工，从而影响了加工的连续性，不能实时检测功率。另一种检测技术是在输出激光束的光路中，利用快速旋转的细针采样来测量激光功率。由于制作工艺和受环境的影响，造成采样不稳定，可引起检测偏差和系统不稳定，同时不可避免地使激光束传输和调整变得更复杂。

为了解决现有激光器与激光设备功率特性无检测或者检测精度与稳定性不高等缺陷，基于专利申请号为CN201410773391.9的《二氧化碳激光器功率特性智能在线测试装置》的文件，以工作波长为10.6μmCO₂激光器功率特性测试为研究对象，利用激光谐振腔低透射率介质膜全反射的特性，采用尾镜激光取样而研发的一种进一步改进结构。

另外，激光器在测试完毕后，往往表面带有高温，其在进行更换时，需要等激光管冷却或者测试人员需要佩戴耐高温手套才能进行作业，操作不方便，而且影响了激光管批量测试的效率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种带有激光管辅助夹取装置的CO₂激光器功率特性测试装置，该激光器测量装置安装于测试台上且与激光器尾端连接，采用尾镜激光取样的方法克服了传统的激光功率取样方法中存在的测量时激光器与激光设备需要停止工作而导致实时性与稳定性不够的缺陷，提高采样准确度与实时性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种带有激光管辅助夹取装置的低功率CO2激光器功率特性测试装置，包括测试台，测试台上设有激光器、激光功率探测装置，激光功率探测装置包括谐振腔，谐振腔内设有输出镜、介质全反镜、衰减器和探测器，探测器设置在衰减器底部，激光器通过激光器架安装于测试台上，所述测试台包括底座面板和安装导轨，底座面板设有呈矩形排列的安装孔，安装导轨包括导轨面板和沿导轨面板轴向延伸且间隔排列的导轨条，导轨条与导轨条之间具有导轨槽，激光器架包括安装板、滑块和立柱，安装板通过滑块与导轨槽配合，滑块上设有通槽，通槽内壁设有内螺纹，通槽中安装有滑块螺钉，滑块螺钉的尖端部穿过通槽后与导轨槽底面抵接，所述导轨条上设有与安装孔对应的螺孔，螺孔中连接有定位螺钉，定位螺钉穿过导轨条后进入底座面板与安装孔配合，螺孔上端设有与定位螺钉的螺帽端适配的螺帽槽，螺帽位于螺帽槽中，所述激光功率探测装置通过支架安装于测试台的安装导轨上，且激光功率探测装置连接激光发射器尾端，所述支架包括支撑臂，支撑臂上端设有安装座，所述安装座与支撑臂之间通过可拆卸的连接组件固定安装，该连接组件包括固装于安装座底部的连接盘体，连接盘体设有径向延伸缘，连接盘体设有与支撑臂上端部配合的插槽，支撑臂插入插槽后经横轴连接，横轴两端伸出径向延伸缘之外的部分沿横杆径向插入定位销固定；

所述测试台相对于激光器架的边侧设置有激光管辅助夹取装置，激光管辅助夹取装置包括辅助控制站以及由辅助控制站驱动控制的辅助机械手，辅助控制站包括设置在测试台相对于激光器架的边侧的辅助支座、安装在辅助支座上的辅助气泵、与辅助气泵连通的辅助阀组、设置在辅助支座上且由辅助阀组通过气路控制的辅助摆动气缸、水平设置在辅助支座上的辅助摆动轴、上部套装在辅助摆动轴一端部的辅助三角形导向架、设置在辅助三角形导向架下部且与辅助摆动气缸同轴的辅助弧形滑槽、在辅助弧形滑槽内滚动且铰接在辅助摆动气缸活塞杆端部的辅助导向辊、设置在辅助摆动轴另一端且随辅助摆动轴一起摆动的辅助摆动架、设置在辅助摆动架上的辅助导向杆以及设置在辅助摆动架悬空端且由辅助阀组通过气路控制的辅助水平移动气缸；

辅助三角形导向架上部设置有通过花键与辅助连接头连接的花键孔；辅助连接头设置有与花键孔连通的豁口，所述豁口通过螺栓螺母连接闭合；辅助机械手位于辅助摆动架内，辅助水平移动气缸带动辅助机械手在辅助导向杆上移动；

辅助机械手包括设置在辅助水平移动气缸活塞杆上的辅助活动架、设置在辅助活动架上的辅助拖链、倒立设置在辅助活动架上且由辅助阀组通过气路控制的辅助升降气缸、竖直设置在辅助活动架上的辅助升降轨、设置在辅助升降轨上的辅助行程开关、设置在辅助升降气缸活塞杆上且在辅助升降轨上竖直滑动的辅助活动座、水平设置在辅助活动架上且由辅助阀组通过气路控制的辅助防坠气缸、设置在辅助活动座下方的辅助手臂架以及设置在辅助手臂架下方且用于夹取或者卸载激光器的辅助机械手指；辅助防坠气缸的活塞杆伸出后位于辅助活动座下方。

进一步的，所述安装座底部设有U型架，该U型架与连接盘体一体连接，U型架外壁与连接盘体的径向延伸缘之间留有操作空间，所述定位销的头部由径向延伸缘下端面伸入并从径向延伸缘上端面伸出，定位销伸出的头部经弯折后形成定位端部或定位销伸出的头部经插入横杆后形成定位端部，定位端部位于操作空间中，所述导轨槽底面设有沿导轨槽轴向延伸的半弧形导槽，所述滑块螺钉的尖端部穿过通槽后与半弧形导槽紧密抵接。

进一步的，所述连接盘体设有可供横轴穿过的通孔，该通孔的两端内壁分别设有外扩端口，外扩端口的口径大于横轴直径。

进一步的，所述连接盘体的径向延伸缘截面呈水平横置的梯形结构，该水平横置的梯形结构的大底边与连接盘体一端连接，水平横置的梯形结构的小底边构成自由端。

采用上述方案，本发明中激光功率探测装置通过支架安装于测试台上，该支架通过支撑臂与安装座连接，两者之间通过连接盘体和横轴连接，横轴两个端部则通过定位销进行定位，该定位销从下端向上安装并使得定位销的头部即定位端部留于操作空间中，避免受压或受碰，该定位销的定位端部可以由其头部经弯折后与连接盘体径向延伸缘形成轴向定位或在其头部插入横杆而形成定位结构。

本申请通过设置激光管辅助夹取装置，在激光管需要测试或者测试完毕需要更换下一个待测激光管时，通过控制相应的阀组连通，实现对激光器架上的激光器进行取放操作，安全性好，且无需等待激光器冷却即可更换，提高了测试效率。激光管辅助夹取装置包括辅助控制站以及由辅助控制站驱动控制的辅助机械手。可以采用电动推杆与电动马达控制，也可以采用气缸或气动马达控制，按按钮通过阀组控制相应管路的通断，完成动作命令，另外其位于测试台上的激光器架边侧，设置方便，极大的节省占地面积。

具体工作原理，接通辅助气泵，控制辅助阀组实现相应气路的通断，例如辅助摆动架的摆动动作，辅助摆动气缸带动辅助导向辊在辅助弧形滑槽内滚动，从而驱动辅助三角形导向架带动辅助摆动轴与辅助摆动架摆动；通过花键配合传动平稳，通过豁口设计使得花键咬合牢固，豁口通过螺栓螺母连接闭合，拆装方便，降低制造精度。从而方便机械手倾斜角度，可以实现自助喝水，吃饭等功能。

辅助机械手位于辅助摆动架内，辅助水平移动气缸带动辅助机械手在辅助导向杆上移动。实现对激光器夹取后移位卸料。在实际布置时，可以在辅助机械手对应的卸料位置防止激光管转移导管，从而方便将激光管转移。

辅助拖链实现对气路与电路的保护，防止在运行时候对其损伤，使得管路布置整齐。此处仅仅列举了辅助行程开关，其他位置的行程开关设计也是类似道理，辅助升降气缸带动辅助活动座沿辅助升降轨平稳的上下运动，当辅助活动座上升到指定位置后，辅助防坠气缸的活塞杆水平探出，防止辅助活动座突然降落，安全可靠，辅助防坠气缸的正常状态为伸出，当接通阀组后克服弹簧力状态变为缩回，从而保证辅助活动座正常的升降。当辅助机械手指通过辅助水平移动气缸、辅助摆动气缸、辅助升降气缸三结合实现到达指定位置，辅助机械手指实现夹取激光管，配合辅助摆动气缸实现取放操作，从而降低测试人员的工作量。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

附图1为本发明具体实施例低功率CO₂激光器3功率特性在线测试装置的结构示意图；

附图2为本发明具体实施例底座面板的结构示意图；

附图3为本发明具体实施例激光器架与导轨面板、安装面板之间的安装结构剖视图；

附图4为本发明具体实施附图3中A的放大图；

附图5为本发明具体实施例激光功率探测装置与支架之间的安装结构示意图；

附图6为本发明具体实施例安装座与支撑臂之间的安装结构示意图；

附图7为本发明具体实施例附图6中B的放大图；

附图8为本发明具体实施例连接盘体的结构示意图；

附图9为本发明具体实施例激光功率探测装置的结构示意图；

图10是本发明激光管辅助夹取装置的结构示意图；

图11是本发明激光管辅助夹取装置的一视角结构示意图；

图12是本发明激光管辅助夹取装置的另一视角结构示意图；

图13是本发明激光管辅助夹取装置的具体结构示意图；

图14是本发明激光管辅助夹取装置的详细结构示意图；

测试台1、底座面板11、安装孔111、导轨面板12、导轨条121、螺孔122、螺帽槽122a、导轨槽123、半弧形导槽123a、定位螺钉13、

激光功率探测装置2、输出镜21、谐振腔22、介质全反镜23、衰减器24、探测器25、激光器3、

激光器架：安装板31、滑块32、通槽321、立柱33、滑块螺钉34、

支架：支撑臂5、安装座6、U型架60、操作空间601、

连接组件：连接盘体61、插槽611、径向延伸缘612、通孔613、外扩端口613a、横轴62、定位销63、头部631。

具体实施方式

本发明的具体实施例如图1-9所示是低功率CO₂激光器3功率特性在线测试装置，包括测试台1，测试台1上设有激光器3、激光功率探测装置2，激光功率探测装置2包括谐振腔22，谐振腔22内设有输出镜21、介质全反镜23、衰减器24和探测器25，探测器25设置在衰减器24底部，激光器3通过激光器3架安装于测试台1上，测试台1包括底座面板11和安装导轨，底座面板11设有呈矩形排列的安装孔111，安装导轨包括导轨面板12和沿导轨面板12轴向延伸且间隔排列的导轨条121，导轨条121与导轨条121之间具有导轨槽123，激光器3架包括安装板31、滑块32和立柱33，安装板31通过滑块32与导轨槽123配合，滑块32上设有通槽321，通槽321内壁设有内螺纹，通槽321中安装有滑块螺钉34，滑块螺钉34的尖端部344穿过通槽321后与导轨槽123底面抵接，导轨条121上设有与安装孔111对应的螺孔122，螺孔122中连接有定位螺钉13，定位螺钉13穿过导轨条121后进入底座面板11与安装孔111配合，螺孔122上端设有与定位螺钉13的螺帽端适配的螺帽槽122a，螺帽位于螺帽槽122a中；激光功率探测装置2通过支架安装于测试台1的安装导轨上，且激光功率探测装置2连接激光发射器尾端，支架包括支撑臂5，支撑臂5上端设有安装座6，安装座6与支撑臂5之间通过可拆卸的连接组件固定安装，该连接组件包括固装于安装座6底部的连接盘体61，连接盘体61设有径向延伸缘612，连接盘体61设有与支撑臂5上端部配合的插槽611，支撑臂5插入插槽611后经横轴62连接，横轴62两端伸出径向延伸缘612之外的部分沿横杆径向插入定位销63固定。

进一步的，安装座6底部设有U型架60，该U型架60与连接盘体61一体连接，U型架60外壁与连接盘体61的径向延伸缘612之间留有操作空间601，定位销63的头部631由径向延伸缘612下端面伸入并从径向延伸缘612上端面伸出，定位销63伸出的头部631经弯折后形成定位端部或定位销63伸出的头部631经插入横杆后形成定位端部，定位端部位于操作空间601中。导轨槽底面设有沿导轨槽轴向延伸的半弧形导槽，所述滑块螺钉的尖端部穿过通槽后与半弧形导槽紧密抵接。

进一步的，连接盘体61设有可供横轴62穿过的通孔613，该通孔613的两端内壁分别设有外扩端口613a，外扩端口613a的口径大于横轴62直径。

进一步的，连接盘体61的径向延伸缘612截面呈水平横置的梯形结构，该水平横置的梯形结构的大底边与连接盘体61一端连接，水平横置的梯形结构的小底边构成自由端。

如图10-14，激光管辅助夹取装置92包括辅助控制站966以及由辅助控制站966驱动控制的辅助机械手979。可以采用电动推杆与电动马达控制，也可以采用气缸或气动马达控制，按按钮通过阀组控制相应管路的通断，完成动作命令，另外其位于测试台上的激光器架边侧，设置方便，极大的节省占地面积。

具体的说，如图12、13，辅助控制站966包括设置在测试台1相对于激光器架的边侧的辅助支座967、安装在辅助支座967上的辅助气泵968、与辅助气泵968连通的辅助阀组969、用于控制辅助阀组969的控制器、设置在辅助支座967上且由辅助阀组969通过气路控制的辅助摆动气缸970、水平设置在辅助支座967上的辅助摆动轴974、上部套装在辅助摆动轴974一端部的辅助三角形导向架972、设置在辅助三角形导向架972下部且与辅助摆动气缸970同轴的辅助弧形滑槽973、在辅助弧形滑槽973内滚动且铰接在辅助摆动气缸970活塞杆端部的辅助导向辊971、设置在辅助摆动轴974另一端且随辅助摆动轴974一起摆动的辅助摆动架976、设置在辅助摆动架976上的辅助导向杆977以及设置在辅助摆动架976悬空端且由辅助阀组969通过气路控制的辅助水平移动气缸978；

辅助三角形导向架972上部设置有通过花键与辅助连接头975连接的花键孔；辅助连接头975设置有与花键孔连通的豁口，豁口通过螺栓螺母连接闭合；

具体工作原理，接通辅助气泵968，控制辅助阀组969实现相应气路的通断，例如辅助摆动架976的摆动动作，辅助摆动气缸970带动辅助导向辊971在辅助弧形滑槽973内滚动，从而驱动辅助三角形导向架972带动辅助摆动轴974与辅助摆动架976摆动；通过花键配合传动平稳，通过豁口设计使得花键咬合牢固，豁口通过螺栓螺母连接闭合，拆装方便，降低制造精度，从而方便机械手倾斜角度，以匹配不同规格的激光器的夹取操作。

辅助机械手979位于辅助摆动架976内，辅助水平移动气缸978带动辅助机械手979在辅助导向杆977上移动。

辅助机械手979包括设置在辅助水平移动气缸978活塞杆上的辅助活动架980、设置在辅助活动架980上的辅助拖链981、倒立设置在辅助活动架980上且由辅助阀组969通过气路控制的辅助升降气缸982、竖直设置在辅助活动架980上的辅助升降轨984、设置在辅助升降轨984上的辅助行程开关983、设置在辅助升降气缸982活塞杆上且在辅助升降轨984上竖直滑动的辅助活动座985、水平设置在辅助活动架980上且由辅助阀组969通过气路控制的辅助防坠气缸986、设置在辅助活动座985下方的辅助手臂架989以及设置在辅助手臂架989下方且用于夹取或者卸载激光器的辅助机械手指987；

辅助防坠气缸986的活塞杆伸出后位于辅助活动座985下方。

辅助拖链981实现对气路与电路的保护，防止在运行时候对其损伤，使得管路布置整齐。此处仅仅列举了辅助行程开关983，其他位置的行程开关设计也是类似道理，辅助升降气缸982带动辅助活动座985沿辅助升降轨984平稳的上下运动，当辅助活动座985上升到指定位置后，辅助防坠气缸986的活塞杆水平探出，防止辅助活动座985突然降落，安全可靠，辅助防坠气缸986的正常状态为伸出，当接通阀组后克服弹簧力状态变为缩回，从而保证辅助活动座985正常的升降。当辅助机械手指987通过辅助水平移动气缸978、辅助摆动气缸970、辅助升降气缸982三结合实现到达指定位置，辅助机械手指987实现夹取激光器3，配合辅助摆动气缸970实现抬拿起激光器，从而降低了测试人员的工作量。

在辅助活动架980上设置有由电控制或由辅助阀组969通过气路控制的辅助转动马达988，辅助转动马达988带动辅助手臂架989转动。实现五个自由度联动，从而更加人性化，满足测试激光器的全方位的需要，自动化扩展性都很强。

本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种带有激光管辅助夹取装置的CO₂激光器功率特性测试装置，包括测试台，测试台上设有激光器、激光功率探测装置，激光功率探测装置包括谐振腔，谐振腔内设有输出镜、介质全反镜、衰减器和探测器，探测器设置在衰减器底部，激光器通过激光器架安装于测试台上，其特征在于：所述测试台包括底座面板和安装导轨，底座面板设有呈矩形排列的安装孔，安装导轨包括导轨面板和沿导轨面板轴向延伸且间隔排列的导轨条，导轨条与导轨条之间具有导轨槽，激光器架包括安装板、滑块和立柱，安装板通过滑块与导轨槽配合，滑块上设有通槽，通槽内壁设有内螺纹，通槽中安装有滑块螺钉，滑块螺钉的尖端部穿过通槽后与导轨槽底面抵接，所述导轨条上设有与安装孔对应的螺孔，螺孔中连接有定位螺钉，定位螺钉穿过导轨条后进入底座面板与安装孔配合，螺孔上端设有与定位螺钉的螺帽端适配的螺帽槽，螺帽位于螺帽槽中，所述激光功率探测装置通过支架安装于测试台的安装导轨上，且激光功率探测装置连接激光发射器尾端，所述支架包括支撑臂，支撑臂上端设有安装座，所述安装座与支撑臂之间通过可拆卸的连接组件固定安装，该连接组件包括固装于安装座底部的连接盘体，连接盘体设有径向延伸缘，连接盘体设有与支撑臂上端部配合的插槽，支撑臂插入插槽后经横轴连接，横轴两端伸出径向延伸缘之外的部分沿横杆径向插入定位销固定；

所述测试台相对于激光器架的边侧设置有激光管辅助夹取装置，激光管辅助夹取装置包括辅助控制站以及由辅助控制站驱动控制的辅助机械手， 辅助控制站包括设置在测试台相对于激光器架的边侧的辅助支座、安装在辅助支座上的辅助气泵、与辅助气泵连通的辅助阀组、设置在辅助支座上且由辅助阀组通过气路控制的辅助摆动气缸、水平设置在辅助支座上的辅助摆动轴、上部套装在辅助摆动轴一端部的辅助三角形导向架、设置在辅助三角形导向架下部且与辅助摆动气缸同轴的辅助弧形滑槽、在辅助弧形滑槽内滚动且铰接在辅助摆动气缸活塞杆端部的辅助导向辊、设置在辅助摆动轴另一端且随辅助摆动轴一起摆动的辅助摆动架、设置在辅助摆动架上的辅助导向杆以及设置在辅助摆动架悬空端且由辅助阀组通过气路控制的辅助水平移动气缸；

辅助三角形导向架上部设置有通过花键与辅助连接头连接的花键孔；辅助连接头设置有与花键孔连通的豁口，所述豁口通过螺栓螺母连接闭合；辅助机械手位于辅助摆动架内，辅助水平移动气缸带动辅助机械手在辅助导向杆上移动；

辅助机械手包括设置在辅助水平移动气缸活塞杆上的辅助活动架、设置在辅助活动架上的辅助拖链、倒立设置在辅助活动架上且由辅助阀组通过气路控制的辅助升降气缸、竖直设置在辅助活动架上的辅助升降轨、设置在辅助升降轨上的辅助行程开关、设置在辅助升降气缸活塞杆上且在辅助升降轨上竖直滑动的辅助活动座、水平设置在辅助活动架上且由辅助阀组通过气路控制的辅助防坠气缸、设置在辅助活动座下方的辅助手臂架以及设置在辅助手臂架下方且用于夹取或者卸载激光器的辅助机械手指；辅助防坠气缸的活塞杆伸出后位于辅助活动座下方。

2.根据权利要求1所述的带有激光管辅助夹取装置的CO₂激光器功率特性测试装置，其特征在于：所述安装座底部设有U型架，该U型架与连接盘体一体连接，U型架外壁与连接盘体的径向延伸缘之间留有操作空间，所述定位销的头部由径向延伸缘下端面伸入并从径向延伸缘上端面伸出，定位销伸出的头部经弯折后形成定位端部或定位销伸出的头部经插入横杆后形成定位端部，定位端部位于操作空间中，所述导轨槽底面设有沿导轨槽轴向延伸的半弧形导槽，所述滑块螺钉的尖端部穿过通槽后与半弧形导槽紧密抵接。

3.根据权利要求2所述的带有激光管辅助夹取装置的CO₂激光器功率特性测试装置，其特征在于：所述连接盘体设有可供横轴穿过的通孔，该通孔的两端内壁分别设有外扩端口，外扩端口的口径大于横轴直径。

4.根据权利要求3所述的带有激光管辅助夹取装置的CO₂激光器功率特性测试装置，其特征在于：所述连接盘体的径向延伸缘截面呈水平横置的梯形结构，该水平横置的梯形结构的大底边与连接盘体一端连接，水平横置的梯形结构的小底边构成自由端。