CN108911489A - 一种气态氚光源玻璃管激光封割系统 - Google Patents

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马俊平
李思杰
平杰红
何虎
唐显
孙玉华
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B21/00—Severing glass sheets, tubes or rods while still plastic
    • C03B21/02—Severing glass sheets, tubes or rods while still plastic by cutting

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Abstract

本发明涉及一种气态氚光源玻璃管激光封割系统，包括夹持系统和激光系统；所述夹持系统带动气态氚光源玻璃管旋转和移动；所述激光系统对所述气态氚光源玻璃管进行封割。本发明的有益效果如下：通过可控的激光技术，保证激光能量在封割玻璃两侧均匀和最优化分布，在旋转的密封玻璃管表面产生应力场，使得光斑区域的玻璃达到软化温度以上，然后通过玻璃管的平移，实现对氚光源的封割，达到玻璃管封割面平整、尺寸精确等效果。

Description

一种气态氚光源玻璃管激光封割系统
技术领域
本发明涉及放射性领域，具体涉及一种气态氚光源玻璃管激光封割系统。
背景技术
气态氚光源是一种无需外加能源的自激发弱光源，通过在玻璃管内壁涂覆荧光粉涂层，然后充入氚气后密封形成的一种发光体。其原理是利用荧光涂层吸收放射性同位素氚衰变产生的载能β射线能量后被激发，在退激过程中发射出光子而发光。
气态氚光源的制备过程包括结构设计、荧光粉涂覆、充氚和封割，其中封割技术是其中的最关键点，封割的效果直接影响到气态氚光源制备的质量。传统上利用火焰喷灯对其进行封割，优点是设备简单，但火焰封割的氚光源重复性差且尾尖较长，对后期的使用存在安全隐患；另外在火焰封割气态氚光源玻璃管过程中，可能导致少量的氚气燃烧而变成氚水蒸气，严重影响气态氚光源的发光效果，而且对操作人员造成较大的辐射危害和释放进入环境中造成污染；更重要的是，火焰封割由于封割截面相对较大，无法实现对于毫米尺寸长度的毛细气态氚光源的封割。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种气态氚光源玻璃管激光封割系统，能够解决传统火焰封割气态氚光源玻璃管时在玻璃管封口处不平整、氚气燃烧危害操作人员和控制精度差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种气态氚光源玻璃管激光封割系统，包括夹持系统和激光系统；所述夹持系统带动气态氚光源玻璃管旋转和移动；所述激光系统对所述气态氚光源玻璃管进行封割。
进一步地，上述的气态氚光源玻璃管激光封割系统，所述激光系统的激光进行封割作业的位置固定。
进一步地，上述的气态氚光源玻璃管激光封割系统，所述激光系统包括激光器和聚焦透镜；所述聚焦透镜设置于所述激光器的光路上。
进一步地，上述的气态氚光源玻璃管激光封割系统，所述激光系统还包括反光镜；所述激光器的激光经过所述反光镜反射后进入所述聚焦透镜。
进一步地，上述的气态氚光源玻璃管激光封割系统，所述夹持系统包括用于夹持所述气态氚光源玻璃管的两个卡盘；两个卡盘能够相对移动以夹紧所述气态氚光源玻璃管；并且两个卡盘能够绕二者连线同步旋转。
进一步地，上述的气态氚光源玻璃管激光封割系统，两个卡盘分别与驱动电机通过转轴连接。
进一步地，上述的气态氚光源玻璃管激光封割系统，所述激光系统的激光器为波长10.6μm的CO2激光。
本发明的有益效果如下：
1、通过可控的激光技术，保证激光能量在封割玻璃两侧均匀和最优化分布，在旋转的密封玻璃管表面产生应力场，使得光斑区域的玻璃达到软化温度以上，然后通过玻璃管的平移，实现对氚光源的封割，达到玻璃管封割面平整、尺寸精确等效果。
2、光斑区域位置固定，通过夹持装置移动玻璃管，有助于控制切割精度。
3、通过反光镜调整光路，有助于节约空间，便于安装使用。
附图说明
图1为本发明的气态氚光源玻璃管激光封割系统的结构示意图。
上述附图中，1、激光器；2、反光镜；3、聚焦透镜；4、卡盘；5、密封玻璃管；6、荧光涂层；7、氚气；8、电机；9、转轴；10、控制器；11、控制系统；12、激光束。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供了一种气态氚光源玻璃管激光封割系统，包括夹持系统和激光系统；所述夹持系统带动气态氚光源玻璃管旋转和移动；所述激光系统对所述气态氚光源玻璃管进行封割。在本实施例中，所述激光系统的激光进行封割作业的位置固定。如此，光斑区域位置固定，通过夹持装置移动玻璃管，有助于控制切割精度。
所述激光系统包括激光器1和聚焦透镜3；所述聚焦透镜3设置于所述激光器1的光路上。所述激光系统还包括反光镜2；所述激光器1的激光束12经过所述反光镜2反射后进入所述聚焦透镜3。通过反光镜2调整光路，有助于节约空间，便于安装使用。
所述夹持系统包括用于夹持所述气态氚光源玻璃管的两个卡盘4；两个卡盘4能够相对移动以夹紧所述气态氚光源玻璃管；并且两个卡盘4能够绕二者连线同步旋转。两个卡盘4分别与驱动电机8通过转轴9连接。
本发明的系统使用的具体步骤包括：
1)封割装置准备：激光器1通过反光镜2和聚焦透镜3，激光光斑可聚焦于被卡盘4夹持的密封玻璃管5的外表面封割部位；玻璃管5内表面有荧光涂层6并密封有一定压力的氚气7；
2)装置开启：电机8通过转轴9带动玻璃管5，通过控制系统11(本实施例中为计算机)操作控制器10，控制图中位于右侧的卡盘4向左缓慢移动，使毛细管(玻璃管5)进入左侧的卡盘4，进入长度根据所需要分割样品长度确定；夹紧后以一定的速度开始旋转。
3)激光参数设置：在计算机上调节封割时所用激光的功率(范围10-30W)、激光辐照时间(范围1500-300ms)；
4)运动参数设置：包括卡盘旋转加速度(在100-500mm/s2范围中选择)、速度(200-90mm/s)和旋转时间(1800-500ms)，卡盘旋转与激光出光的时间差，右卡盘运动速度、加速度等。
5)自动连续运行设置：封割样品长度即在完成一个样品封割后右卡盘步进长度，连续封割样品个数。
6)自动运行：激光器1开始出光，激光束12沿着路径聚焦于夹持玻璃管外表面，按3)4)参数设置动作，从而完成一个样品的封割过程。后续封割过程按5)设置，实现自动连续封割操作。
参照上述步骤进行封割的实例的过程：
1)将内壁涂上荧光粉并密封0.08MPa的氚气的长毛细玻璃管从充氚系统上封割下来，长毛细玻璃管外径为1.5mm。
2)将1)中所得长毛细玻璃管置入机床的卡盘中，并通过计算机控制右卡盘将毛细管夹紧；通过计算机控制右侧卡盘向左缓慢移动，使毛细管进入左侧卡盘，进入长度4mm后夹紧并旋转；
3)在计算机上设置封割激光功率为15W、激光辐照时间400ms；
4)设置卡盘旋转加速度500mm/s2、速度200mm/s和旋转时间600ms，卡盘旋转100ms后激光开始出光。
本发明优选技术方案的激光系统的激光器为波长10.6μm的CO2激光。这是利用高硼硅玻璃对波长为10.6μm的CO2激光具有较高的光吸收性，几乎所有的激光能量都被玻璃表面的吸收层所吸收，通过可控的激光技术，辐照一定的时间保证了激光能量在封割玻璃两侧均匀和最优化分布，在旋转的密封玻璃管表面产生应力场，使得光斑区域的玻璃达到软化温度以上，然后通过选择合适的玻璃管平移速度，实现对氚光源的封割，达到玻璃管封割面平整、尺寸精确等效果。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种气态氚光源玻璃管激光封割系统，其特征在于：包括夹持系统和激光系统；所述夹持系统带动气态氚光源玻璃管旋转和移动；所述激光系统对所述气态氚光源玻璃管进行封割。
2.如权利要求1所述的气态氚光源玻璃管激光封割系统，其特征在于：所述激光系统的激光进行封割作业的位置固定。
3.如权利要求1所述的气态氚光源玻璃管激光封割系统，其特征在于：所述激光系统包括激光器和聚焦透镜；所述聚焦透镜设置于所述激光器的光路上。
4.如权利要求3所述的气态氚光源玻璃管激光封割系统，其特征在于：所述激光系统还包括反光镜；所述激光器的激光经过所述反光镜反射后进入所述聚焦透镜。
5.如权利要求1所述的气态氚光源玻璃管激光封割系统，其特征在于：所述夹持系统包括用于夹持所述气态氚光源玻璃管的两个卡盘；两个卡盘能够相对移动以夹紧所述气态氚光源玻璃管；并且两个卡盘能够绕二者连线同步旋转。
6.如权利要求5所述的气态氚光源玻璃管激光封割系统，其特征在于：两个卡盘分别与驱动电机通过转轴连接。
7.如权利要求1-6任一所述的气态氚光源玻璃管激光封割系统，其特征在于：所述激光系统的激光器为波长10.6μm的CO2激光。
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