CN109164572A - 大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置及其切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置及其切换方法，包括步进电机、步进电机固定块、底板、反射镜夹持器、反射镜、限位杆、电磁铁和电磁铁固定块，上述部件组合成一个整体，安装于光闸中。反射镜安装在反射镜夹持器上，步进电机旋转反射镜夹持器完成光路的切换。限位杆限制反射镜夹持器的转动位置，反射镜夹持器上装有强磁铁，与电磁铁组合，通过电磁铁的通电与断电，可以固定反射镜夹持器的位置，提高其重复定位精度。这种光路切换装置及切换方法可以使光闸的光路切换更加可靠，提高了大功率光纤激光器用光闸的稳定性。

Description

大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置及其切换方法

技术领域

本发明属于光纤激光器用器件领域，具体涉及一种大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置及其切换方法。

背景技术

大功率光纤激光器广泛应用于切割、焊接和材料加工中，大功率光纤激光器用光闸的应用，使得一个激光器可以同时执行多个操作。通过光闸的光路切换，一个激光器系统可以提供多个输出端，连接到不同的工作单元中，一台激光器可以成为多个工作单元的功率源，显著降低了用户对设备的投入成本。光闸上输出端光纤损坏时或者使用需求改变时，可以随时更换光纤，提高了操作的简便性。随着国内光纤激光器的发展和应用，市场上对于光闸的需求日益加大，目前国际上生产大功率光纤激光器用光闸的公司主要有瑞典的Optoskand和美国的IPG，国内还没有相关的光闸产品，其中的一个难点就在于光闸的光路切换装置上。

现有的一些光纤激光器用光闸的光路切换装置使用电机以及限位开关来控制反射镜的位置，但在运输的过程中，反射镜的位置无法固定，在使用光闸切换光路时，无法保证每次反射镜出现在光路中的位置不变，并且由于限位开关稳定性差的原因，反射镜在每次切换中都会有细微的偏移，影响耦合效果，这些问题都需要解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置及其切换方法，解决了传统光路切换装置中反射镜重复定位精度低、稳定性差和耦合效率低的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置，包括步进电机、步进电机固定块、底板、反射镜夹持器、反射镜、限位杆、电磁铁和电磁铁固定块；所述步进电机固定块底部固定在底板上，步进电机固定在步进电机固定块上，且其输出轴穿过步进电机固定块伸入反射镜夹持器，反射镜固定在反射镜夹持器内，电磁铁固定在电磁铁固定块顶面中心，限位杆固定在步进电机固定块上，初始状态时，即当反射镜夹持器处于水平状态时，反射镜夹持器底面紧贴限位杆，电磁铁位于反射镜夹持器的一侧正下方。

一种基于大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置的切换方法，方法步骤如下：

步骤一、搭建大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置，转入步骤二；

步骤二、初始状态时，反射镜夹持器底面与限位杆接触，电磁铁不通电，入射光束以45°角射入反射镜，在反射镜的反射面上折转，出射光束与入射光束成90°输出，转入步骤三；

步骤三、电磁铁通电，使其磁性与强磁铁相反，步进电机旋转反射镜夹持器进行光路切换，反射镜离开光路，电磁铁断电，入射光束方向不发生改变，转入步骤四；

步骤四、返回步骤二，使光束在两个不同的方向进行输出，以切换光路。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）使用步进电机旋转控制，对光路进行切换，受环境因素影响较小，控制性能好；（2）利用电磁铁、强磁铁与限位杆固定反射镜的位置，提高反射镜的重复定位精度；（3）反射镜夹持器与入射光呈45°夹角，入射光与反射光垂直，易于光路的调节与输出端的安置；（4）螺丝旋入反射镜夹持器的螺纹孔，反射镜夹持器上的长缝和短缝可以使反射镜夹持器与步进电机的输出轴夹紧，在旋转的过程中，反射镜夹持器与输出轴固定不动，提高了反射镜的重复定位精度，有利于光束的耦合；（5）利用压圈将反射镜与反射镜夹持器固定，提高了反射镜的稳定性；（6）利用限位杆限制反射镜夹持器的位置，避免由于步进电机失步造成误差，提高了耦合效率；（7）利用强磁铁与电磁铁铁制外壳间的相互作用力，在断电的情况下，固定住反射镜夹持器的位置，避免在搬运光闸的过程中反射镜夹持器的位置发生晃动，并且在切换光路时能保证反射镜的稳定，提高耦合效率。

附图说明

图1为本发明一种大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置的结构示意图（反射镜在光路中）。

图2为本发明一种大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置的反射镜离开光路时的结构示意图。

图3为本发明反射镜夹持器的结构示意图。

图4为本发明反射镜夹持器的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图4，一种大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置，包括步进电机1、步进电机固定块2、底板3、反射镜夹持器4、反射镜5、限位杆6、电磁铁7和电磁铁固定块8。步进电机固定块2为矩形板体，使用螺丝将步进电机1固定在步进电机固定块2上，且步进电机1的输出轴穿过步进电机固定块2伸入反射镜夹持器4中。底板3为矩形板体，使用螺丝将步进电机固定块2底部与底板3固定。电磁铁7为圆形电磁铁，电磁铁固定块8为矩形板体，使用螺丝将电磁铁7固定在电磁铁固定块8顶面中心。限位杆6为圆柱形长杆，使用螺丝将限位杆6固定在步进电机固定块2上，限位杆6用来限制反射镜夹持器4的位置，防止步进电机1因为失步而造成反射镜5位置的偏移。初始状态时，即当反射镜夹持器4处于水平状态时，反射镜夹持器4底面紧贴限位杆6，电磁铁7位于反射镜夹持器4的一侧正下方。

反射镜夹持器4包括垫圈406、压圈407、强磁铁408和夹持长方体，夹持长方体上设有短缝401、长缝402、第一圆孔403、沉头孔404、螺纹孔405和第二圆孔409。夹持长方体面积最大的面与步进电机固定块2的侧面平行，第一圆孔403贯穿夹持长方体面积最大的面，第二圆孔409位于第一圆孔403一侧，靠近夹持长方体的侧边，初始状态时，限位杆6位于第二圆孔409的下方。长缝402位于第一圆孔403另一侧，且自夹持长方体侧边与第一圆孔403相通，短缝401自夹持长方体顶面向下设置，位于长缝402正上方，短缝401将夹持长方体顶面分为两段，一段长度短，一段长度长，沉头孔404设置在长度短的夹持长方体顶面，螺纹孔405贯穿沉头孔404下方的夹持长方体设置，与长缝402相通。步进电机1的输出轴装入反射镜夹持器4上的第一圆孔403中，螺丝通过沉头孔404，旋入螺纹孔405，在螺丝旋入的时候，短缝401会轻微张开，长缝402会轻微收缩，这样可以使得第一圆孔403夹紧步进电机1的输出轴。反射镜5为圆形反射镜，反射角为45°，反射面上镀有高反膜，工作波长与入射光波长相对应，且镜片与膜层能承受1kw以内的功率。垫圈406，为一圆形硅橡胶垫圈，可以保护反射镜5在固定的过程中不被压坏。反射镜5装入反射镜夹持器4的第二圆孔409内，再装入垫圈406，使垫圈406紧贴在反射镜5上，将压圈407旋入第二圆孔409内并旋紧，这使得反射镜5牢牢固定在反射镜夹持器4上。强磁铁408为圆形强磁铁，强磁铁408设置在夹持长方体底面且与设有第二圆孔409的夹持长方体的侧壁相切，使用强力胶水将强磁铁408的一面粘连在夹持长方体底面，初始状态时，电磁铁7位于强磁铁408的正下方。

上述大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置的切换方法，方法步骤如下：

步骤一、搭建大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置，转入步骤二；

步骤二、初始状态时，反射镜夹持器4底面与限位杆6接触，电磁铁7不通电，此时电磁铁7没有磁性，强磁铁408与电磁铁7的铁制外壳有吸引力作用，由于电磁铁7与电磁铁固定块8固定不动，这样反射镜夹持器4就可以紧靠在限位杆6上，反射镜5的位置就能固定住，不会发生偏移。入射光束9以45°角射入反射镜5，在反射镜5的反射面上折转，出射光束10与入射光束9成90°输出，转入步骤三；

步骤三、电磁铁7通电，使其磁性与强磁铁408相反，电磁铁7与强磁铁8之间的斥力会将反射镜夹持器4轻微弹开，这时步进电机1旋转反射镜夹持器4使反射镜5离开光路，入射光束9方向不发生改变，完成光路切换。然后将电磁铁7断电，因为长时间通电会使得电磁铁7发热，影响其使用性能，转入步骤四；

步骤四、返回步骤二，使光束在两个不同的方向进行输出，以切换光路。

Claims (7)

1.一种大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置，其特征在于：包括步进电机（1）、步进电机固定块（2）、底板（3）、反射镜夹持器（4）、反射镜（5）、限位杆（6）、电磁铁（7）和电磁铁固定块（8）；所述步进电机固定块（2）底部固定在底板（3）上，步进电机（1）固定在步进电机固定块（2）上，且其输出轴穿过步进电机固定块（2）伸入反射镜夹持器（4），反射镜（5）固定在反射镜夹持器（4）内，电磁铁（7）固定在电磁铁固定块（8）顶面中心，限位杆（6）固定在步进电机固定块（2）上，初始状态时，即当反射镜夹持器（4）处于水平状态时，反射镜夹持器（4）底面紧贴限位杆（6），电磁铁（7）位于反射镜夹持器（4）的一侧正下方。

2.根据权利要求1所述的大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置，其特征在于：所述反射镜夹持器（4）包括垫圈（406）、压圈（407）、强磁铁（408）和夹持长方体，夹持长方体上设有短缝（401）、长缝（402）、第一圆孔（403）、沉头孔（404）、螺纹孔（405）和第二圆孔（409），夹持长方体面积最大的面与步进电机固定块（2）的侧面平行，第一圆孔（403）贯穿夹持长方体面积最大的面，第二圆孔（409）位于第一圆孔（403）一侧，长缝（402）位于第一圆孔（403）另一侧，且自夹持长方体侧边与第一圆孔（403）相通，短缝（401）自夹持长方体顶面向下设置，位于长缝（402）正上方，短缝（401）将夹持长方体顶面分为两段，一段长度短，一段长度长，沉头孔（404）设置在长度短的夹持长方体顶面，螺纹孔（405）贯穿沉头孔（404）下方的夹持长方体设置，与长缝（402）相通，第一圆孔（403）与步进电机（1）的输出轴固连，垫圈（406）与压圈（407）将反射镜（5）固定在反射镜夹持器（4）的第二圆孔（409）内，强磁铁（408）设置在夹持长方体底面且与设有第二圆孔（409）的夹持长方体的侧壁相切；初始状态时，电磁铁（7）位于强磁铁（408）的正下方。

3.根据权利要求2所述的大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置，其特征是：所述第二圆孔（409）靠近夹持长方体的侧边。

4.根据权利要求2所述的大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置，其特征是：所述限位杆（6）位于第二圆孔（409）的下方。

5.根据权利要求2所述的大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置，其特征是：所述反射镜（5）的反射面上镀高反膜，工作波长与入射光波长相对应，且镜片与膜层能承受1kw以内的功率。

6.根据权利要求1-5所述的大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置，其特征是：所述反射镜（5）采用45°反射镜。

7.一种基于权利要求1-6中任意一项所述的大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置的切换方法，其特征在于，方法步骤如下：

步骤一、搭建大功率光纤激光器用光闸的光路切换装置，转入步骤二；

步骤二、初始状态时，反射镜夹持器（4）底面与限位杆（6）接触，电磁铁（7）不通电，入射光束（9）以45°角射入反射镜（5），在反射镜（5）的反射面上折转，出射光束（10）与入射光束（9）成90°输出，转入步骤三；

步骤三、电磁铁（7）通电，使其磁性与强磁铁（408）相反，步进电机（1）旋转反射镜夹持器（4）进行光路切换，反射镜（5）离开光路，电磁铁（7）断电，入射光束（9）方向不发生改变，转入步骤四；

步骤四、返回步骤二，使光束在两个不同的方向进行输出，以切换光路。