CN112692430A - 一种多镜片可换式激光真空加工防护装置 - Google Patents

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何智兵
郑凤成
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张海军
杜凯
杨亮
高莎莎
杨蒙生
李宁
李国�
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Abstract

一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，本发明涉及一种激光真空加工防护装置，本发明的目的是为了解决激光装置置于真空腔内部真空腔尺寸庞大、结构复杂、造价高昂、加工毒害材料污染激光装置处理困难，装置置于真空腔体外部时更换真空腔体毒害材料泄漏的问题，它包括真空腔、真空腔盖板、旋转镜组件、磁力传动机构、屏蔽桶、试样台、蓝宝石窗口、真空计、真空抽气口和固定底座；真空腔盖板密封安装在真空腔顶部，旋转镜组件通过磁力传动机构转动连接安装在真空腔内，试样台安装在真空腔内，屏蔽桶套装在试样台外部，真空腔盖板上密封安装有蓝宝石窗口，真空腔1安装在固定底座上，真空腔的侧壁安装有真空抽气口。本发明用于激光真空加工领域。

Description

一种多镜片可换式激光真空加工防护装置
技术领域
本发明涉及一种激光真空加工防护装置，具体涉及一种多镜片可换式激光真空加工防护装置。
背景技术
激光加工具有加工精度高、加工材料广泛、能够实现无接触加工等诸多优点，在现代微加工领域获得越来越多的应用。一般情况下激光加工在大气环境下进行，不需要真空环境。但针对一些具有高活性、毒害性材料的特殊材料来说，如铍、铀、钚等核料，大气环境下直接激光加工不仅会导致加工区域加速氧化，降低加工精度，而且会导致材料加工产生的毒害气溶胶外泄，对加工人员和环境带来危害。为解决高活性、毒害性材料激光微加工过程中的材料保护与人员防护问题，需要采取真空防护加工装置。
公开号为CN101264554A的专利公开了一种激光加工的真空系统，该套系统激光通过位于真空腔上方的透射窗口进入真空腔内，依靠工作台的运动实现二维平面内的加工。公开号为CN10733552A的专利公开了用于激光焊接的装置，该装置将激光焊接接头设计在真空腔内，通过激光头的运动，或者通过工作台的运动实现真空环境的三维激光焊接加工。
上述专利中，如果将激光装置置于真空腔外部进行微加工时，由于高精度的飞秒激光加工工作距离非常短，一般只有一到几个厘米，加工试样与真空腔的激光馈入窗口非常近，加工过程材料烧蚀、喷溅极易导致的激光窗口污染，引起激光透过率急剧下降，需要频繁的更换激光窗口。对于活泼、毒害的铍、铀、钚等材料的激光高精度微加工，频繁更换窗口不仅会增加材料氧化与人员辐射伤害的风险，还会增加二次装夹定位精度误差，降低加工精度与效率。如果将激光装置置于真空腔内部，会造成真空腔尺寸庞大、结构复杂、造价高昂，另外，加工喷溅的毒害材料会污染激光装置，造成后期处理困难。因此，急需一种长寿命、零排放、结构简单的激光真空加工防护装置。
发明内容
本发明的目的是为了同时解决激光装置置于真空腔内部时真空腔尺寸庞大、结构复杂、造价高昂、加工喷溅的毒害材料污染激光装置导致后期处理困难，激光装置置于真空腔体外部时频繁更换真空腔体激光馈入窗口导致毒害材料泄漏等问题，进而提供的一种多镜片可换式激光真空加工防护装置。
本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：
它包括真空腔、真空腔盖板、旋转镜组件、磁力传动机构、屏蔽桶、试样台、蓝宝石窗口、真空计、真空抽气口和固定底座；
真空腔盖板密封安装在真空腔顶部，旋转镜组件通过磁力传动机构转动连接安装在真空腔内，试样台安装在真空腔内，屏蔽桶套装在试样台外部，真空腔盖板上密封安装有蓝宝石窗口，真空腔1安装在固定底座上，真空腔的侧壁安装有真空抽气口。
发明的有益效果是：
本申请可实现活泼、毒害材料的激光真空防护加工，并实现不破坏真空条件下的快速更换防护镜片，延长单次真空加工装置使用寿命。
抽真空与加工过程分离，可降低抽真空震动对加工精度影响，同时，避免了加工现场的毒害尾气外排。
该装置具有结构简单、造价低廉，常规实验室条件下毒害材料激光加工零排放的优点。
屏蔽桶套装在试样台外部，防止加工材料溅射粒子污染蓝宝石窗口和旋转镜组件。
附图说明
图1是本申请的整体结构示意图。
图2是镜片支架4的俯视图。
具体实施
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，它包括真空腔1、真空腔盖板2、旋转镜组件、磁力传动机构、屏蔽桶6、试样台7、蓝宝石窗口9、真空计11、真空抽气口12和固定底座15；
真空腔盖板2密封安装在真空腔1顶部，旋转镜组件通过磁力传动机构转动连接安装在真空腔1内，试样台7安装在真空腔1内，屏蔽桶6套装在试样台7外部，真空腔盖板2上密封安装有蓝宝石窗口9，真空腔1安装在固定底座15上，真空腔1的侧壁安装有真空抽气口12。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，旋转镜组件包括镜片支架4和多个蓝宝石防护镜片3；镜片支架4为环形框体，多个蓝宝石防护镜片3嵌装在环形框体上。
多个蓝宝石防护镜片3沿径向均布安装在镜片支架4上。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，磁力传动机构包括磁力传动联轴器从动轴5和磁力传动联轴器主动轴14；旋转镜组件与磁力传动联轴器从动轴5固定连接，磁力传动联轴器从动轴5通过轴承连接安装在真空腔1内，磁力传动联轴器主动轴14安装在真空腔1外部。
通过磁力传动联轴器主动轴14带动磁力传动联轴器从动轴5转动，进而控制旋转镜组件转动。通过磁力传动联轴器主动轴14可以在不破坏真空条件下实现镜片支架4的旋转以及试样7上方蓝宝石防护镜片3转换。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，磁力传动机构包括磁力传动联轴器从动轴5和磁力传动联轴器主动轴14；磁力传动联轴器从动轴5的顶端与镜片支架4固定连接。其它与具体实施方式一相同。
磁力传动联轴器从动轴5和磁力传动联轴器主动轴14属非接触方式,磁力传动联轴器从动轴5和磁力传动联轴器主动轴14均由磁体组成,中间由真空隔离罩将2个磁体分开,磁力传动联轴器从动轴5通过轴承转动安装在真空腔1内，磁力传动联轴器主动轴14可通过手动转动，磁力传动联轴器采用磁耦合原理，实现主动轴与从动轴之间不通过直接接触便能进行力与力矩的传递，并可将动密封化为静密封，实现零泄漏。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，它还包括阀门13，阀门13安装在真空抽气口12处。通过VCR方式安装阀门13，通过外接的分子泵与机械泵二级抽气系统实现对真空腔的抽真空，通过阀门13实现真空腔体在加工过程中的真空密封。
通过阀门13与外接的分子泵与机械泵二级抽气系统实现对真空腔的抽真空，并关闭阀门实现真空腔体在加工过程中的真空密封。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，它还包括真空计11，真空计11安装在真空腔1的侧壁上，真空计11与真空腔1外部的二次仪表连接。
二次仪表对真空腔真空度进行实时监测。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，旋转镜组件的高度高于屏蔽桶6顶部开口的高度，屏蔽桶6的高度高于试样台7的高度，试样台7至蓝宝石窗口9上表面的距离为10mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，它还包括密封组件10，密封组件10包括窗口密封圈和真空腔密封圈，真空腔盖板2和真空腔1通过真空腔密封圈密封，蓝宝石窗口9和真空腔盖板2通过窗口密封圈密封。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中真空腔1为不锈钢焊接而成，真空腔1内壁直径100mm，外径132mm，净深16mm。真空腔1与真空腔盖板2进行密封。真空抽气口12由侧壁穿过真空腔，尺寸为1/4英寸，真空计由侧壁穿过真空腔，接口为CF16，连接外接的二次仪表对真空腔真空度进行实时监测。
2：待加工试样8置于试样台7上并用固定螺栓固定，试样台高10mm，试样待加工区域下方悬空。试样台7外设计屏蔽桶6，屏蔽直径15mm，高度12.5mm，防止加工材料溅射粒子污染蓝宝石窗口9与其它蓝宝石防护镜片3。
3：防护镜片支架上安装8片蓝宝石防护镜片，防护镜片直径15mm，厚度1mm，镜片支架4与真空腔盖板2、试样8和屏蔽桶6之间各预留1mm空间保证镜片支架4的旋转，镜片支架4下端为磁力传动联轴器从动轴5，外部为磁力传动联轴器主动轴14，通过旋转磁力传动联轴器主动轴14，可以在不破坏真空条件下实现防护镜片支架4的旋转以及试样8上方防护蓝宝石防护镜片3更换。
4：蓝宝石窗口9直径20mm，厚度2mm，真空腔盖板2厚度4mm，蓝宝石窗口9通过深度2mm的沉孔安装，蓝宝石窗口9上表面距离试样8上表面距离10mm作为激光有效工作距离，激光装置产生的激光束通过蓝宝石窗口与蓝宝石防护镜片后在试样表面聚焦，通过控制激光装置工作台运动，从而实现对试样的真空隔离激光微加工。
工作原理
将待加工试样8置于试样台7上并用螺栓固定，试样待加工区域下方悬空，激光装置产生的激光束通过蓝宝石窗口9与蓝宝石防护镜片3后在试样8表面聚焦。支架下端为磁力传动联轴器的从动轴，外部为磁力传动联轴器主动轴，通过旋转磁力联轴器外部主动轴，可以在不破坏真空条件下实现防护镜片支架的旋转以及试样上方防护镜片更换。

Claims (8)

1.一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，其特征在于：它包括真空腔(1)、真空腔盖板(2)、旋转镜组件、磁力传动机构、屏蔽桶(6)、试样台(7)、蓝宝石窗口(9)、真空计(11)、真空抽气口(12)和固定底座(15)；
真空腔盖板(2)密封安装在真空腔(1)顶部，旋转镜组件通过磁力传动机构转动连接安装在真空腔(1)内，试样台(7)安装在真空腔(1)内，屏蔽桶(6)套装在试样台(7)外部，真空腔盖板(2)上密封安装有蓝宝石窗口(9)，真空腔(1)安装在固定底座(15)上，真空腔(1)的侧壁安装有真空抽气口(12)。
2.根据权利要求1所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，其特征在于：旋转镜组件包括镜片支架(4)和多个蓝宝石防护镜片(3)；镜片支架(4)为环形框体，多个蓝宝石防护镜片(3)嵌装在环形框体上。
3.根据权利要求1所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，其特征在于：磁力传动机构包括磁力传动联轴器从动轴(5)和磁力传动联轴器主动轴(14)；旋转镜组件与磁力传动联轴器从动轴(5)固定连接，磁力传动联轴器从动轴(5)通过轴承转动连接安装在真空腔(1)内，磁力传动联轴器主动轴(14)安装在真空腔(1)外部。
4.根据权利要求2或3所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，其特征在于：磁力传动机构包括磁力传动联轴器从动轴(5)和磁力传动联轴器主动轴(14)；磁力传动联轴器从动轴(5)的顶端与镜片支架(4)固定连接。
5.根据权利要求1所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，其特征在于：它还包括阀门(13)，阀门(13)安装在真空抽气口(12)处。
6.根据权利要求1所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，其特征在于：它还包括真空计(11)，真空计(11)安装在真空腔(1)的侧壁上，真空计(11)与真空腔(1)外部的二次仪表连接。
7.根据权利要求1所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，其特征在于：旋转镜组件的高度高于屏蔽桶(6)顶部开口的高度，屏蔽桶(6)的高度高于试样台(7)的高度，试样台(7)至蓝宝石窗口(9)上表面的距离为10mm。
8.根据权利要求1所述一种多镜片可换式激光真空加工防护装置，其特征在于：它还包括密封组件(10)，密封组件(10)包括窗口密封圈和真空腔密封圈，真空腔盖板(2)和真空腔(1)通过真空腔密封圈密封，蓝宝石窗口(9)和真空腔盖板(2)通过窗口密封圈密封。
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