CN111168255A - 一种用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置 - Google Patents

一种用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置 Download PDF

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Abstract

一种用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置，属于极地工程装备领域，包括控温保温箱、辅助支架、激光器支架、激光器、反射镜、导光臂、激光切割头及切割平台，控温保温箱内部设有温度传感器和加热器；激光器设置在控温保温箱内部，激光器通过激光器支架安装在辅助支架上；反射镜用于将激光器射出的激光反射至导光臂中；导光臂用于将反射镜反射的激光导入激光切割头中；激光切割头安装在导光臂上；切割平台安装在控温保温箱上，切割平台用于承载冰芯并驱动其绕自身轴线旋转；本发明提出了一种利用激光对圆柱状冰芯进行快速、无振动、低损耗的旋转激光切割装置，可满足极地及山地冰川低温环境下使用，有利于冰芯现场原位切割处理。

Description

一种用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置
技术领域
本发明属于极地工程装备领域，具体涉及一种用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置。
背景技术
极地冰芯是获取地球古气候信息的重要载体。随着常年降雪，大气中的物质随降雪积累在极地冰盖和冰川中，分析冰芯中的气体、尘埃等物质可以反演地球古气候变化，进而预测地球未来气候变化趋势，为人类了解地球系统提供佐证。冰芯是通过向冰盖或冰川进行钻探所获取的圆柱状冰样品，钻取冰芯后要对冰芯进行切割以及分析处理。传统机械式切割方法存在冰芯切口过大现象，导致冰芯中气候信息丢失；另外极地冰盖和冰川深部由于存在冰层压力，导致冰芯自身存在内应力，传统切割方式极易使冰芯受机械扰动而产生破碎，给冰芯分析带来极大不便。
发明内容
针对传统冰芯切割方式为机械式切割，多为电动或手动锯片，由电机或人力驱动切割，产生较大扰动，容易对从深层冰层钻取出的存在较大内应力的冰芯造成破坏；另外锯片厚度较大，使冰芯样品切口较大，造成冰芯及内部成分的损失等技术问题，本发明提出了一种可在低温环境中利用激光对圆柱状冰芯进行快速、无振动、低损耗的旋转激光切割装置，可满足极地及山地冰川低温环境下使用，有利于冰芯现场原位切割处理。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置，其特征在于，包括：控温保温箱、辅助支架、激光器支架、激光器、反射镜、导光臂、激光切割头及切割平台，所述控温保温箱内部设有温度传感器和加热器；所述激光器设置在控温保温箱内部，激光器通过激光器支架安装在辅助支架上；所述反射镜安装在辅助支架上，并且反射镜位于激光器的激光出射光路上，反射镜用于将激光器射出的激光反射至导光臂中；所述导光臂的入光口位于反射镜的反射光路上，导光臂的出光口正对激光切割头的入光口，导光臂用于将反射镜反射的激光导入激光切割头中；所述激光切割头安装在导光臂上；所述切割平台包括主动滚轴、从动滚轴、滚轴轴承座、电机、齿形带轮、齿轮带、滑块、导轨、转盘轴承、切割平台槽板及槽板融水导流槽，切割平台槽板安装在控温保温箱上；电机安装在切割平台槽板底部；齿形带轮设置在电机的输出轴上；齿轮带与齿形带轮啮合连接，同时齿轮带与设置在主动滚轴上的传动齿轮啮合连接；从动滚轴和主动滚轴平行并列布置，且从动滚轴和主动滚轴的端部分别通过对应的滚轴轴承与滚轴轴承座配合，从动滚轴和主动滚轴上放置冰芯，从动滚轴、主动滚轴及冰芯平行布置；滚轴轴承座固定连接在切割平台槽板上；导轨固定在控温保温箱上；滑块设置在导轨上，滑块能够沿导轨长度方向移动，并锁紧在不同位置，数量为两个，每个滑块上均安装有一个用于夹持冰芯的转盘轴承，转盘轴承包括转盘轴承定圈和转盘轴承动圈，转盘轴承定圈固定在滑块上，转盘轴承动圈贴在冰芯端面上，对冰芯限位，并随冰芯同步转动；槽板融水导流槽设置在切割平台槽板上。
作为本发明的一种优选技术方案，所述导光臂中具有四个呈阵列排布的激光反光镜片，每个激光反光镜片将自身接收的激光反射90°。
作为本发明的一种优选技术方案，所述两个滑块均与导轨滑动配合，且两个滑块上均设置有用于穿设定位螺栓的定位孔。
进一步，上述用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置，其特征在于：还包括冷却液循环泵、冷却液进水管和冷却液回水管，冷却液进水管的一端与冷却液循环泵连接，另一端与激光器连接；冷却液回水管的一端与冷却液循环泵连接，另一端与激光器连接；冷却液循环泵、冷却液进水管和冷却液回水管构成冷却循环系统，用于对激光器内部进行冷却。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出的一种用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置，将高能激光用于冰芯切割处理技术中，高能激光切割效率高，切口小，对冰芯无扰动；冰芯自动旋转功能的设计避免了人工手动操作可能引起的切割不稳定的情况，此外本装置中的控温保温箱保证了设备可以在极地冰盖或山地冰川现场低温条件下进行原位冰芯切割处理，保证了冰芯内部重要气候信息的完整性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明所述的用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置的整体外观图；
图2为本发明所述的用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置的结构示意图；
图3为图1中切割平台的结构示意图；
图4为激光在本发明所述的用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置中的光线路径图。
图中各标记如下：1-控温保温箱；2-辅助支架；3-激光器支架；4-激光器；5-反射镜；6-导光臂；7-激光切割头；8-切割平台；9-冰芯；10-冷却液循环泵；11-冷却液进水管；12-冷却液回水管；801-主动滚轴；802-从动滚轴；803-滚轴轴承座；804-电机；805-齿形带轮；806-齿轮带；807-滑块；808-导轨；809-转盘轴承；810-切割平台槽板；811-槽板融水导流槽。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1及图2所示，一种用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置包括控温保温箱1、辅助支架2、激光器支架3、激光器4、反射镜5、导光臂6、激光切割头7及切割平台8，所述控温保温箱1内部设有温度传感器和加热器，进行控温保温，保证位于其内部的激光器4在工作温度范围下进行工作，用于保护激光器4；所述激光器4设置在控温保温箱1内部，激光器4通过激光器支架3安装在辅助支架2上；辅助支架2用于支撑激光器4和反射镜5；所述反射镜5安装在辅助支架2上，并且反射镜5位于激光器4的激光出射光路上，反射镜5用于将激光器4射出的激光反射至导光臂6中；所述导光臂6的入光口位于反射镜5的反射光路上，导光臂6的出光口正对激光切割头7的入光口，导光臂6用于将反射镜5反射的激光导入激光切割头7中，导光臂6中具有四个呈阵列排布的激光反光镜片，每个激光反光镜片将自身接收的激光反射90°；所述激光切割头7安装在导光臂6上；
工作过程：激光器4作为激光光源，发射激光，激光通过反射镜5反射后导入导光臂6，导光臂6中的四个激光反光镜片，每个激光反光镜片将激光反射90°，最后射出进入激光切割头7，经激光切割头7出射后射向放置在切割平台8上的冰芯9，对冰芯9进行切割，详见图4，图4中a代表激光光线路径；
如图3所示，所述切割平台8包括主动滚轴801、从动滚轴802、滚轴轴承座803、电机804、齿形带轮805、齿轮带806、滑块807、导轨808、转盘轴承809、切割平台槽板810及槽板融水导流槽811，切割平台槽板810安装在控温保温箱1上；电机804安装在切割平台槽板810底部；齿形带轮805设置在电机804的输出轴上；齿轮带806与齿形带轮805啮合连接，同时齿轮带806与设置在主动滚轴801上的传动齿轮啮合连接；从动滚轴802和主动滚轴801平行并列布置，且从动滚轴802及主动滚轴801的端部分别通过对应的滚轴轴承与滚轴轴承座803配合；滚轴轴承座803固定连接在切割平台槽板810上；冰芯9置于主动滚轴801和从动滚轴802上，从动滚轴802、主动滚轴801及冰芯9平行布置，主动滚轴801和从动滚轴802作为冰芯9的支撑；切割时，切割平台8中的电机804带动齿形带轮805转动，并通过齿形带806传动至主动滚轴801，主动滚轴801旋转带动设置在其上的冰芯9转动，冰芯9转动，冰芯9和从动滚轴802之间的摩擦力使从动滚轴802随之转动；导轨808固定在控温保温箱1上；滑块807设置在导轨808上，滑块807数量为两个，两个滑块807可在导轨808上移动，并固定位置，每个滑块807上均安装有一个用于夹持冰芯9的转盘轴承809，转盘轴承809包括转盘轴承定圈和转盘轴承动圈，转盘轴承定圈固定在滑块807上，转盘轴承动圈贴在冰芯9端面上，对冰芯限位，并随冰芯9同步转动；可根据冰芯9长度调整夹持位置，冰芯9转动时，转盘轴承809夹持冰芯9进行限位，防止冰芯9沿轴向移动，并随冰芯9同步转动；槽板融水导流槽811设置在切割平台槽板810上，切割过程中产生的融水通过槽板融水导流槽811导出。
优选地，滑块807与导轨808滑动配合，两个滑块807上均设置有用于穿设定位螺栓的定位孔，用于将滑块807固定在导轨808上。
上述用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置还包括冷却液循环泵10、冷却液进水管11和冷却液回水管12，冷却液进水管11的一端与冷却液循环泵10连接，另一端与激光器4连接；冷却液回水管12的一端与冷却液循环泵10连接，另一端与激光器4连接；冷却液循环泵10、冷却液进水管11和冷却液回水管12构成冷却循环系统，用于对激光器4进行冷却，降低激光器4的内部温度，保护其正常工作。
综上，本发明提供一种用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置，激光器4发出的激光依次经反射镜5和导光臂6导向后进入激光切割头7，由激光切割头7发射激光对冰芯9进行切割，冰芯9通过切割平台8上的装置带动转动，完成快速、无扰动圆周切割；激光器4置于控温保温箱1中，保证装置可以在低温环境中使用。本发明提出的装置解决了传统机械式冰芯切割过程中切口较大、机械振动、切割速度慢等问题。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所做的同等结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置，其特征在于，包括：控温保温箱(1)、辅助支架(2)、激光器支架(3)、激光器(4)、反射镜(5)、导光臂(6)、激光切割头(7)及切割平台(8)，所述控温保温箱(1)内部设有温度传感器和加热器；所述激光器(4)设置在控温保温箱(1)内部，激光器(4)通过激光器支架(3)安装在辅助支架(2)上；所述反射镜(5)安装在辅助支架(2)上，并且反射镜(5)位于激光器(4)的激光出射光路上，反射镜(5)用于将激光器(4)射出的激光反射至导光臂(6)中；所述导光臂(6)的入光口位于反射镜(5)的反射光路上，导光臂(6)的出光口正对激光切割头(7)的入光口，导光臂(6)用于将反射镜(5)反射的激光导入激光切割头(7)中；所述激光切割头(7)安装在导光臂(6)上；所述切割平台(8)包括主动滚轴(801)、从动滚轴(802)、滚轴轴承座(803)、电机(804)、齿形带轮(805)、齿轮带(806)、滑块(807)、导轨(808)、转盘轴承(809)、切割平台槽板(810)及槽板融水导流槽(811)，切割平台槽板(810)安装在控温保温箱(1)上；电机(804)安装在切割平台槽板(810)底部；齿形带轮(805)设置在电机(804)的输出轴上；齿轮带(806)与齿形带轮(805)啮合连接，同时齿轮带(806)与设置在主动滚轴(801)上的传动齿轮啮合连接；从动滚轴(802)和主动滚轴(801)平行并列布置，且从动滚轴(802)和主动滚轴(801)的端部分别通过对应的滚轴轴承与滚轴轴承座(803)配合，从动滚轴(802)和主动滚轴(801)上放置冰芯(9)，从动滚轴(802)、主动滚轴(801)及冰芯(9)平行布置；滚轴轴承座(803)固定连接在切割平台槽板(810)上；导轨(808)固定在控温保温箱(1)上；滑块(807)设置在导轨(808)上，滑块(807)能够沿导轨(808)长度方向移动，并锁紧在不同位置，数量为两个，每个滑块(807)上均安装有一个用于夹持冰芯(9)的转盘轴承(809)，转盘轴承(809)包括转盘轴承定圈和转盘轴承动圈，转盘轴承定圈固定在滑块(807)上，转盘轴承动圈贴在冰芯(9)端面上，对冰芯限位，并随冰芯(9)同步转动；槽板融水导流槽(811)设置在切割平台槽板(810)上。
2.根据权利要求1所述的用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置，其特征在于：所述导光臂(6)中具有四个呈阵列排布的激光反光镜片，每个激光反光镜片将自身接收的激光反射90°。
3.根据权利要求1所述的用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置，其特征在于：所述两个滑块(807)均与导轨(808)滑动配合，且两个滑块(807)上均设置有用于穿设定位螺栓的定位孔。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置，其特征在于：还包括冷却液循环泵(10)、冷却液进水管(11)和冷却液回水管(12)，冷却液进水管(11)的一端与冷却液循环泵(10)连接，另一端与激光器(4)连接；冷却液回水管(12)的一端与冷却液循环泵(10)连接，另一端与激光器(4)连接；冷却液循环泵(10)、冷却液进水管(11)和冷却液回水管(12)构成冷却循环系统，用于对激光器(4)内部进行冷却。
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