CN107217254B - 一种提高激光设备利用效率的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光熔覆领域，具体地说，是一种提高激光设备利用效率的装置及其方法，通过该装置及其方法，在熔覆过程中，依靠分光镜和凹面镜反射将高能激光束分为两束能量减半的脉冲光束进行高效熔覆。与凹面镜外壳连接的激光出射口可绕定轴自由转动，可调整出射激光的聚焦方向，大大提高了该装置的灵活性与激光熔覆时的准确度。激光出射口连同凹面镜可自由拆卸，再接入相同的主体装置可实现脉冲激光束的再次分束，从而显著提高设备的生产效率。

Description

一种提高激光设备利用效率的装置及其方法
技术领域
本发明属于激光熔覆领域，具体地说，是一种提高激光设备利用效率的装置及其方法。
背景技术
激光熔覆技术是一种新型的表面再制造技术，主要用于材料表面性能改善及零件表面修复。通过不同添料方式在基材表面添加激光熔覆材料，并利用高能激光束使其熔化与基材表面薄层一起熔凝。由于熔覆合金材料的性能优于基体，并与基体呈冶金结合状态，因此使基体表面的耐高温、耐磨损和耐腐蚀等特性得到显著提高。现工业生产所使用的激光设备额定功率大多为10000W，而实际生产中常用功率远小于机器的额定输出功率（实际生产功率大约为1000W-3000W左右），所以造成激光设备利用效率底下。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高激光设备利用效率的装置及其方法，以解决熔覆过程中激光设备利用效率低下的问题，实现激光设备高效利用。
本发明披露的一种提高激光设备利用效率的装置，包括装置的主体外壳，主体外壳的前后部分向外延伸设置有凹面镜接口用来固定凹面镜外壳，凹面镜外壳的端部设置有凹面镜，主体外壳的朝上部分设置有激光入射口，凹面镜外壳的底部向下方向设置有激光出射口，主体外壳内部设置有分光镜，分光镜与凹面镜处于同一水平位置，激光出射口与凹面镜外壳相连，其轴线与激光反射聚焦方向一致。
本发明的进一步改进，主体外壳内部通过曲柄滑块机构与分光镜连接，曲柄滑块机构包括曲柄、连杆、导滑槽、柱状滑块，通过电机驱动曲柄转动，利用曲柄滑块机构实现柱状滑块在导滑槽中往复运动，分光镜由两面相对摆放的45°平面镜组成，并固定在柱状滑块中间位置上。
本发明的进一步改进，柱状滑块内部通有冷却水，其端部与主体外壳间用伸缩管连接，冷却水进出口设置在主体外壳上。
本发明的进一步改进，凹面镜外壳内部通有冷却水。
本发明还披露了一种提高激光设备利用效率的方法，使用上述的提高激光设备利用效率的装置，具体包括如下步骤:
（1）在非工作状态下，将该装置安装在激光发射口下方，激光发射口与分光器入射口相连且轴线重合，需要熔覆的板材放置在激光出射口下方；
（2）通冷却水并开启装置使分光镜水平往复运动，激光从入射口射入，照射在由两面相对摆放的45°平面镜组成的分光镜上，激光束轮流被两块平面镜反射，射向两个相反方向，使原连续激光分为两条能量减半的脉冲光束；
（3）转动凹面镜外壳，调整凹面镜聚焦方向，使反射后的激光聚焦到指定位置；
（4）自由拆卸两个凹面镜连同外壳与激光出射，拆卸后主体两侧接口可选择再次连接该装置，使脉冲激光再次分束。
本发明的有益效果：在熔覆过程中，依靠分光镜和凹面镜反射将高能激光束分为两束能量减半的脉冲光束进行高效熔覆。与凹面镜外壳连接的激光出射口可绕定轴自由转动，可调整出射激光的聚焦方向，大大提高了该装置的灵活性与激光熔覆时的准确度。激光出射口连同凹面镜可自由拆卸，再接入相同的主体装置可实现脉冲激光束的再次分束，从而显著提高设备的生产效率。
附图说明
图1是本发明的外观结构示意图。
图2是本发明的内部结构示意图。
图3是本发明的主体结构示意图。
图中，1-激光入射口，2-凹面镜外壳，3-激光出射口，4-主体外壳，5-分光镜冷却水进口，6-凹面镜冷却水进口，7-凹面镜冷却水出口，8-凹面镜，9-电机，10-曲柄，11-连杆，12-分光镜，13-柱状滑块，14-伸缩管，15-分光镜冷却水出口，16-导滑槽，17-凹面镜接口。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例：如图1、图2和图3所示，一种提高激光设备利用效率的装置，包括装置的主体外壳4，主体外壳4的前后部分向外延伸设置有凹面镜接口17用来固定凹面镜外壳2，凹面镜外壳2的端部设置有凹面镜8，主体外壳4的朝上部分设置有激光入射口1，凹面镜外壳2的底部向下方向设置有激光出射口3，主体外壳4内部设置有分光镜12，分光镜12与凹面镜8处于同一水平位置，激光出射口3与凹面镜外壳2相连，其轴线与激光反射聚焦方向一致；进一步地，主体外壳4内部通过曲柄滑块机构与分光镜12连接，曲柄滑块机构包括曲柄10、连杆11、导滑槽16、柱状滑块13，通过电机驱动曲柄转动10，利用曲柄滑块机构实现柱状滑块13在导滑槽16中往复运动，分光镜12由两面相对摆放的45°平面镜组成，并固定在柱状滑块13中间位置上；在本实施例中，柱状滑块13内部通有冷却水设定为分光镜冷却水，其端部与主体外壳4间用伸缩管14连接，分光镜冷却水进口5与分光镜冷却水出口15设置在主体外壳4上，凹面镜外壳2内部通有冷却水设定为凹面镜冷却水，凹面镜冷却水进口6和凹面镜冷却水出口7都设定在凹面镜外壳2上。
本实施例的具体工作原理：连续激光从激光入射口1射入，分成两束能量减半的脉冲激光束分别从两个激光出射口3射出；工作过程中，首先开通分光镜12与凹面镜8的冷却水，然后启动电机9，曲柄10绕转轴转动，通过连杆11带动柱状滑块13在导滑槽16内做往复运动，分光镜12固定在柱状滑块中部，跟随滑块做高速往复运动。分光镜12由两面相对摆放的45°平面镜组成，激光束轮流被两块平面镜反射，射向两个相反方向，从而形成两束脉冲激光束，分束后的激光再通过45°角度摆放的凹面镜8反射并聚焦在所需熔覆的基板上。转动调节凹面镜外壳2可控制激光出射方向，可用于熔覆任何角度摆放的基板，提高激光熔覆的灵活性。冷却水可以迅速将分光镜与凹面镜上的热量转移，提高设备工作寿命。
两个凹面镜8连同凹面镜外壳2与激光出射口3可自由拆卸，拆卸后主体两侧接口17可选择再次连接该发明装置，通过该发明装置的叠加组合，使脉冲激光再次分束。该组合装置可利用单一激光设备实现多块基板同时熔覆，根据实际生产所需功率确定最佳分束次数，可充分高效利用激光设备，并成倍提高生产效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种提高激光设备利用效率的装置，其特征在于，包括装置的主体外壳，所述主体外壳的前后部分向外延伸设置有凹面镜接口用来固定凹面镜外壳，所述凹面镜外壳的端部设置有凹面镜，所述主体外壳的朝上部分设置有激光入射口，所述凹面镜外壳的底部向下方向设置有激光出射口，所述主体外壳内部设置有分光镜，所述分光镜与所述凹面镜处于同一水平位置，所述激光出射口与凹面镜外壳相连，其轴线与激光反射聚焦方向一致，所述主体外壳内部通过曲柄滑块机构与所述分光镜连接，所述曲柄滑块机构包括曲柄、连杆、导滑槽、柱状滑块，通过电机驱动曲柄转动，利用曲柄滑块机构实现柱状滑块在导滑槽中往复运动，所述分光镜由两面相对摆放的45°平面镜组成，并固定在柱状滑块中间位置上。
2.根据权利要求1所述的提高激光设备利用效率的装置，其特征在于，所述柱状滑块内部通有冷却水，其端部与主体外壳间用伸缩管连接，冷却水进出口设置在主体外壳上。
3.根据权利要2所述的提高激光设备利用效率的装置，其特征在于，所述凹面镜外壳内部通有冷却水。
4.一种提高激光设备利用效率的方法，其特征在于，使用如权利要求1-3任一项所述的提高激光设备利用效率的装置，包括如下步骤:
（1）在非工作状态下，将该装置安装在激光发射口下方，激光发射口与分光器入射口相连且轴线重合，需要熔覆的板材放置在激光出射口下方；
（2）通冷却水并开启装置使分光镜水平往复运动，激光从入射口射入，照射在由两面相对摆放的45°平面镜组成的分光镜上，激光束轮流被两块平面镜反射，射向两个相反方向，使原连续激光分为两条能量减半的脉冲光束；
（3）转动凹面镜外壳，调整凹面镜聚焦方向，使反射后的激光聚焦到指定位置；
（4）自由拆卸两个凹面镜连同外壳与激光出射口，拆卸后主体两侧接口能够选择再次连接该装置，使脉冲激光再次分束。
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