CN111906439B - 一种激光冲击强化的光路保护装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种激光冲击强化的光路保护装置，包括封闭光管、保护气流筒和聚焦镜座，所述保护气流筒轴向贯穿，所述保护气流筒一端为入光口另一端为出光口，所述封闭光管出光口轴向连接聚焦镜座，所述聚焦镜座远离聚焦镜座的一端轴向连接保护气流筒的入光口，所述保护气流筒侧壁周向整列有多个与保护气流筒连通的气流进气管。本申请具有减少激光冲击强化过程中爆炸飞溅出的水滴和保护层碎屑污染聚焦镜情况的效果。

Description

一种激光冲击强化的光路保护装置

技术领域

本申请涉及激光冲击强化设备领域，尤其是涉及一种激光冲击强化的光路保护装置。

背景技术

激光冲击强化是一种利用强激光诱导的冲击波对材料进行表面改性的先进表面处理技术。纳秒脉宽，数个GW/cm²强度的激光穿过透明约束层（一般为水膜），作用于紧贴工件的吸收层（黑胶带或铝箔带），产生高温致密等离子体，等离子体膨胀，产生数个GPa级别的冲击波，耦合进入工件，使处理区域金属材料产生微量的塑性变形和大深度压应力。因此，在加工过程中，工件表面会有等离子体爆炸射出的大量水滴和保护层碎屑，其中的一部分会污染聚焦镜片，影响聚焦效果。而聚焦镜片的聚焦效果直接影响加工效果，因此对聚焦镜片的保护十分必要。曾经有科研人员将平光透镜置于聚焦镜前挡住水滴和保护层碎屑，从而保护成本更高的聚焦镜，这种方法只能避免聚焦镜使用寿命缩短，但大量水滴和保护层碎屑中的一部分仍会污染平光透镜影响聚焦效果的问题无法规避。

发明内容

为了减少水滴和碎屑污染聚焦镜的情况，本申请提供一种激光冲击强化的光路保护装置。

本申请提供的一种激光冲击强化的光路保护装置采用如下的技术方案：

一种激光冲击强化的光路保护装置，包括封闭光管、保护气流筒和聚焦镜座，所述保护气流筒轴向贯穿，所述保护气流筒一端为入光口另一端为出光口，所述封闭光管出光口轴向连接聚焦镜座，所述聚焦镜座远离封闭光路的一端轴向连接保护气流筒的入光口，所述保护气流筒侧壁周向整列有多个与保护气流筒连通的气流进气管。

通过采用上述技术方案，空气从气流进气口进入保护气流筒，从保护气流筒的出光口流出，由于从保护气流筒出光口截面面积小于聚焦镜片流出的气体流速大，因此可吹出水滴和碎屑，阻止水滴和碎屑进入保护气流筒污染聚焦镜座。

优选的，所述气流进气管连通有洁净空气压缩机。

通过采用上述技术方案，洁净空气压缩机将具有一定流速的气流送入保护气流筒，并且可调节气体的流速。

优选的，所述封闭光管内同轴设有光隔离器。

通过采用上述技术方案，防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生的不良影响。

优选的，所述封闭光管侧壁连通有氮气进气管，所述氮气进气管位于所述聚焦镜座和所述光隔离器之间，所述氮气进气管连通有氮气瓶。

通过采用上述技术方案，氮气可对光隔离器进行保护，并且氮气通过封闭光管流入产生激光的激光器保护光学组件中，激光器保护光学组件进行正压保护。

优选的，所述保护气流筒内位于多个气流进气管所在平面与聚焦镜座之间设有湿度传感器，当湿度传感器感应的湿度大于预设的一阶湿度阈值时，所述洁净空气压缩机输出流速大于当前流速的空气。

通过采用上述技术方案，当湿度传感器感应的湿度大于预设的一阶湿度阈值时，说明水滴进入到了保护气流筒内，空气的流速不足以阻止水滴进入保护气流筒中，因此需要提高洁净空气压缩机产生的气体流速。

优选的，所述封闭光管内位于光隔离器远离氮气进气管的一侧设有氮气浓度传感器，当氮气浓度传感器感应的氮气的浓度低于预设的一阶氮气浓度阈值时，所述氮气瓶输出流量大于当前流量的氮气。

通过采用上述技术方案，当氮气浓度传感器感应的氮气的浓度低于预设的一阶氮气浓度阈值时，说明氮气浓度未达到保护光路的浓度，因此需要提高氮气瓶输出的氮气流量。

优选的，所述保护气流筒的入光口的口径大于出光口的口径。

通过采用上述技术方案，减小保护气流筒出光口的口径，以提高从出光口流出的气体流速。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

空气从气流进气口进入保护气流筒，从保护气流筒的出光口流出，由于从保护气流筒出光口流出的气体流速大，因此可吹出朝保护气流筒冲击的水滴和碎屑，阻止水滴和碎屑进入保护气流筒污染聚焦镜座。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明保护气流筒的结构示意图；

图3是本发明封闭光管的剖视图。

附图标记说明：1、封闭光管；2、保护气流筒；3、聚焦镜座；4、气流进气管；5、光隔离器；6、氮气进气管；7、湿度传感器；8、氮气浓度传感器；9、壳体。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

激光冲击强化是一种利用强激光诱导的冲击波对材料进行表面改性的先进表面处理技术。纳秒脉宽，数个GW/cm²强度的激光穿过透明约束层（一般为水膜），作用于紧贴工件的吸收层（黑胶带或铝箔带），产生高温致密等离子体，等离子体膨胀，产生数个GPa级别的冲击波，耦合进入工件，使处理区域金属材料产生微量的塑性变形和大深度压应力。因此，在加工过程中工件表面会有等离子体爆炸射出的大量水滴和保护层碎屑中的一部分会污染聚焦镜片，影响聚焦效果。而聚焦镜片的聚焦效果直接影响加工效果，因此对聚焦镜片的保护十分必要。曾经有科研人员将平光透镜置于聚焦镜前挡住水滴和保护层碎屑，从而保护成本更高的聚焦镜，这种方法只能避免聚焦镜使用寿命缩短，但大量水滴和保护层碎屑中的一部分仍会污染平光透镜影响聚焦效果的问题无法规避。

本申请实施例公开一种激光冲击强化的光路保护装置。参照图1，一种激光冲击强化的光路保护装置包括封闭光管1、保护气流筒2和聚焦镜座3。封闭光管1出光口轴向连接聚焦镜座3，聚焦镜座3远离封闭光路的一端轴向连接保护气流筒2。

保护气流筒2轴向贯穿，一端为入光口另一端为出光口，入光口的口径大于出光口的口径，呈圆台状。在其他实施例中，保护气流筒2也可以是其他形状，只要其两端轴向贯穿即可，并且保护气流筒2入光口处的端面能够与聚焦镜座3边框密封。入光口和出光口均呈圆形，在其他实施例也可是其他形状，只要保证激光可以通过即可。保护气流筒2入光口的端面连接激光镜座。保护气流筒2的周向侧壁周向整列有8个气流进气管4，气流进气管4的设置需要使从气流进气管4进入保护气流筒2的气流方向与保护气流筒2的轴向垂直，或朝保护气流筒2出光口倾斜，以保证8个气流进气管4吹出的气体结合后朝保护气流筒2出光口流出，而非朝聚焦镜座3流动从而降低气体从保护气流筒2出光口流出的流速。在本发明的实施例中，8个气流进气管4为直管，8个气流进气管4的轴线位于同一平面且与保护气流筒2的轴线垂直，8个气流进气管4流出的气流朝保护气流筒2的轴线流动，在一个平面内形成气流屏障，从而阻隔水滴和碎屑进入至聚焦镜座3。在其他实施例中，气流进气管4也可以是弯管。在其他实施例中，气流进气管4也可以错开设置，而不在一个平面上。气流进气管4连通洁净空气压缩机(图中并未画出)。

参照图2，保护气流筒2内位于8个气流进气管4所在平面与聚焦镜座3之间设有湿度传感器7，湿度传感器7与控制器连接，控制器预设有一阶湿度阈值和二阶湿度阈值。当控制器判断湿度传感器7感应的湿度大于预设的一阶湿度阈值时，洁净空气压缩机输出流速大于当前流速的空气。当控制器判断湿度传感器7感应的湿度大于预设的二阶湿度阈值时，说明洁净空气压缩机产生的气体流速出现异常，需要停机检查，

此时控制器可控制与其连接的报警器发出报警。报警器可以发出声音的发声设备、发光的发光设备或将信号发送给其他终端的通信设备。

参照图3，封闭光管1内同轴设有光隔离器5，防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生的不良影响。封闭光管1侧壁连通有氮气进气管6，氮气进气管6位于聚焦镜座3和光隔离器5之间，氮气进气管6连通有氮气瓶(图中并未画出)。氮气先经过光隔离器5对光隔离器5进行保护，然后通过封闭光管1进入产生激光的光路器件，对光隔离器5和光路器件进行保护。封闭光管1内位于光隔离器5远离氮气进气管6的一侧设有氮气浓度传感器8，为了确保进入设有光路器件的壳体9中氮气的浓度，氮气浓度传感器8设置于封闭光管1靠近壳体9的端部，使氮气浓度传感器8检测的氮气浓度为氮气经过从聚焦镜座3和封闭光管1缝隙流失后的浓度。氮气浓度传感器8连接控制器，控制器连接氧气瓶上安装的开关阀，控制器预设有一阶氮气浓度阈值，氮气浓度传感器8感应的氮气的浓度低于预设的一阶氮气浓度阈值时，说明氮气浓度未达到保护光路的浓度，因此需要提高氮气瓶输出的氮气流量，控制器控制氮气瓶输出流量大于当前流量的氮气。氮气流量的控制通过控制开关阀的开度实现。

本申请实施例一种激光冲击强化的光路保护装置的实施原理为：空气从气流进气口进入保护气流筒2，从保护气流筒2的出光口流出，由于从保护气流筒2出光口流出的气体流速大，因此可吹出朝保护气流筒2冲击的水滴和碎屑，阻止水滴和碎屑进入保护气流筒2污染聚焦镜座3。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种激光冲击强化的光路保护装置，其特征在于：包括封闭光管(1)、保护气流筒(2)和聚焦镜座(3)，所述保护气流筒(2)轴向贯穿，所述保护气流筒(2)一端为入光口另一端为出光口，所述封闭光管(1)出光口轴向连接聚焦镜座(3)，所述聚焦镜座(3)远离封闭光管(1)的一端轴向连接保护气流筒(2)的入光口，所述保护气流筒(2)侧壁周向整列有多个与保护气流筒(2)连通的气流进气管(4)，所述气流进气管(4)连通有洁净空气压缩机，所述气流进气管(4)错开设置，不在一个平面上；

所述保护气流筒(2)内位于多个气流进气管(4)所在平面与聚焦镜座(3)之间设有湿度传感器(7)，当湿度传感器(7)感应的湿度大于预设的一阶湿度阈值时，所述洁净空气压缩机输出流速大于当前流速的空气；当湿度大于预设的二阶湿度阈值时，报警器发出报警。

2.根据权利要求1所述的激光冲击强化的光路保护装置，其特征在于：所述封闭光管(1)内同轴设有光隔离器(5)。

3.根据权利要求2所述的激光冲击强化的光路保护装置，其特征在于：所述封闭光管(1)侧壁连通有氮气进气管(6)，所述氮气进气管(6)位于所述聚焦镜座(3)和所述光隔离器(5)之间，所述氮气进气管(6)连通有氮气瓶。

4.根据权利要求3所述的激光冲击强化的光路保护装置，其特征在于： 所述封闭光管(1)内位于光隔离器(5)远离氮气进气管(6)的一侧设有氮气浓度传感器(8)，当氮气浓度传感器(8)感应的氮气的浓度低于预设的一阶氮气浓度阈值时，所述氮气瓶输出流量大于当前流量的氮气。

5.根据权利要求1所述的激光冲击强化的光路保护装置，其特征在于：所述保护气流筒(2)的入光口的口径大于出光口的口径。

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