CN113523607B - 一种光学温控装置、激光切割头及激光加工方法 - Google Patents

一种光学温控装置、激光切割头及激光加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113523607B
CN113523607B CN202110891354.XA CN202110891354A CN113523607B CN 113523607 B CN113523607 B CN 113523607B CN 202110891354 A CN202110891354 A CN 202110891354A CN 113523607 B CN113523607 B CN 113523607B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cooling ring
electronic cooling
electronic
lens
ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110891354.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113523607A (zh
Inventor
李若涛
常勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Hongshi Laser Technology Co Ltd
Original Assignee
Guangdong Hongshi Laser Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Hongshi Laser Technology Co Ltd filed Critical Guangdong Hongshi Laser Technology Co Ltd
Priority to CN202110891354.XA priority Critical patent/CN113523607B/zh
Publication of CN113523607A publication Critical patent/CN113523607A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113523607B publication Critical patent/CN113523607B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/703—Cooling arrangements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种激光切割头的光学温控装置、激光切割头及激光加工方法，激光切割头包括机体及设置在机体内的准直镜片及聚焦镜片，光学温控装置包括设置在机体内的第一电子冷却环及第二电子冷却环，第一电子冷却环及第二电子冷却环的轴向两端分别为冷端及热端，第一电子冷却环及第二电子冷却环的冷端分别与准直镜片及聚焦镜片的一端抵触。本发明取得的有益效果：第一电子冷却环及第二电子冷却环与光学镜片直接抵触，其冷端能吸收大量的热量，冷却效率高，并且在相对封闭的环境内对光学镜片进行冷却，避免污染镜片的风险，还可以对温度进行闭环管理，温控效果好，提高激光加工的稳定性，提高产品的质量。

Description

一种光学温控装置、激光切割头及激光加工方法
技术领域
本发明涉及激光加工的技术领域，具体涉及一种具有光学温控装置、激光切割头及激光加工方法。
背景技术
激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度或熔融温度从而形成孔洞，随着光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的切缝，完成对材料的切割。
光纤激光高功率正在快速发展，6kW，12kW，20kW，30kW……，激光器正在快速往高功率的方向发展，但是，激光的功率越高，激光切割头的光学冷却要求越高，光学镜片的温度和切割焦点关系密切，由于镜片热效应，焦点的位置会随着温度的变化而变化，如下图1所示，在满功率的批量生产中，镜片的温度会影响到切割工艺的稳定性，从而影响产品的质量。
目前激光切割头光学镜片的冷却方式主要有三种：
1、水冷方式的间接冷却：通过冷却镜片的镜组来实现光学镜片的目的，这种冷却方式冷却效率不高，且不能对镜片进行温度的闭环管理，采用水冷方式的光学镜片的温度图如下图2所示，可看出光学镜片的温度高且不均匀；
2、空冷方式的直接冷却：通过流动空气，直接吹镜片表面，这种冷却效率不高，且对空气的洁净度要求高，有镜片污染的风险，另外，还不能对镜片进行温度的闭环管理；
3、自然冷却：镜片对激光的吸收，通过光学材料的热传导，但是光学镜片大多是石英材料，石英材料的热传导度为0.014K，光学镜片的热传导效率低。
现有技术中，中国实用新型专利CN212470175U公开了激光加工头机体内腔冷却装置，包括半导体制冷片、真空压力泵、气体过滤器、第一热交换块、第二热交换块及连接管路，所述的半导体制冷片分别连接第一热交换块和第二热交换块，所述的气体过滤器的进口通过管路与真空压力泵的出口相连接，所述的真空泵的进口与激光加工头机体的内腔相连接，该专利属于上述的第二种冷却方式，虽然其采用了半导体制冷片冷却空气从而直接冷却光学镜片，但是其冷却效率仍不高，尽管设有气体过滤器，但仍存在镜片污染的风险，而且气体过滤器需要经常更换，拆装繁琐，多次拆装增加镜片污染的几率，另外，由于通过空气直接冷却光学镜片，仍不能对镜片进行温度的闭环管理。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种激光切割头的光学温控装置，其包括第一电子冷却环及第二电子冷却环，该激光切割头的光学温控装置具有与光学镜片直接抵触、冷却效率高、避免污染镜片、可对温度进行闭环管理、加工稳定性高、提高产品质量的优点。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种激光切割头的光学温控装置，激光切割头包括机体，所述机体内设有可供激光通过的通光孔，所述机体内沿激光的出射方向依次设有间隔设置的准直镜片及聚焦镜片；
光学温控装置包括设置在所述机体内的第一电子冷却环及第二电子冷却环，所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环沿轴向的两端分别为冷端及热端，所述第一电子冷却环的冷端与所述准直镜片的一端抵触，所述第二电子冷却环的冷端与所述聚焦镜片的一端抵触。
作为优选，所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的两端均设为平面，所述准直镜片及所述聚焦镜片的两端分别为平面端及弧面端，所述第一电子冷却环的冷端与所述准直镜片的平面端抵触，所述第二电子冷却环的冷端与所述聚焦镜片的平面端抵触，通过这样设置，一方面，所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的两端均设为平面，便于所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的加工及装配；另一方面，所述第一电子冷却及所述第二电子冷却环的冷端分别与所述准直镜片及所述聚焦镜片的平面端抵触，增大所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环分别与所述准直镜片及所述聚焦镜片的接触面积，从而进一步提高对所述准直镜片及所述聚焦镜片的冷却效率。
作为优选，所述准直镜片的平面端设置在背离所述聚焦镜片的一端，所述聚焦镜片的平面端设置在背离所述准直镜片的一端，通过这样设置，避免所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的热端分别对所述聚焦镜片及所述准直镜片造成影响，保证所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环对所述准直镜片及所述聚焦镜片的冷却效果；若所述准直镜片的平面端设置在朝向所述聚焦镜片的一端，所述聚焦镜片的平面端设置在朝向所述准直镜片的一端，则按照上述结构装配后，所述第一电子冷却环的热端朝向所述聚焦镜片，所述第一电子冷却环的热端散发的热量会对所述聚焦镜片的温度造成影响，所述第二电子冷却环的热端朝向所述准直镜片，所述第二电子冷却环散发的热量会对所述准直镜片的温度造成影响。
作为优选，所述机体内设有安装腔，所述安装腔内沿激光的出射方向依次设有所述第一电子冷却环、所述准直镜片、所述聚焦镜片及所述第二电子冷却环，且所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的外径与所述安装腔的内径相等，所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的内径与所述通光孔的直径相等，所述准直镜片及所述聚焦镜片的弧面端均设有定位环，通过这样设置，所述第一电子冷却环、所述准直镜片、所述聚焦镜片及所述第二电子冷却环嵌设于所述安装腔内，便于装配，且所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的外径与所述安装腔的内径相等，所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的内径与所述通光孔的直径相等，在不影响装配及激光出光的前提下，进一步增大所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环分别与所述准直镜片及所述聚焦镜片的抵触面积，进一步提高冷却效率。
作为优选，所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环均包括外置的电源开关、温度调节器及内置的电子快冷模块，所述电源开关通过AC电源线与外部电源连接，所述电源开关与所述电子快冷模块通过DC电源线连接，所述电子快冷模块与所述温度调节器通过温度传感器连接，所述温度调节器与所述电源开关通过调节器配线连接，所述电子快冷模块沿轴向的两端分别为冷端及热端，所述准直镜片及所述聚焦镜片与对应的所述电子快冷模块的冷端抵触，通过这样设置，外部电源通过所述AC电源线提供交流电，交流电经过所述电源开关的整流作用，以及所述温度调节器对所述电源开关的调节作用下，通过所述DC电源线为所述电子快冷模块提供设定值的直流电，所述电子快冷模块沿轴向一端的温度降低，形成冷端，所述电子快冷模块沿轴向的另一端的温度升高，形成热端，并且在加工的过程中，通过所述温度传感器将所述电子快冷模块冷端的实时温度反馈给所述温度调节器，即将光学镜片的实时温度反馈给所述温度调节器，所述温度调节器调节所述电源开关整流后的直流电的电流值，调节所述电子快冷模块的冷端温度，从而对光学镜片的温度进行调节，对温度进行闭环管理。
作为优选，所述电子快冷模块包括陶瓷壳，所述陶瓷壳内设有N型半导体及P型半导体，所述N型半导体及所述P型半导体的一端设有第一铜极，所述第一铜极的两端分别与所述N型半导体及所述P型半导体的一端连接，所述N型半导体及所述P型半导体的另一端分别设有第二铜极及第三铜极，所述电源开关与所述第二铜极及所述第三铜极通过所述DC电源线电连接，通过这样设置，所述陶瓷壳的传热效果好，且不导电，接通电源后，所述第一铜极附近产生电子空穴对，内能减小，温度降低，向外界吸热，形成冷端，所述第二铜极及所述第三铜极的电子空穴对复合，内能增加，温度升高，并向外放热，形成热端。
作为优选，所述机体位于所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的热端处设有第一水冷腔及第二水冷腔，且所述第一水冷腔及所述第二水冷腔均呈环形，所述第一水冷腔及所述第二水冷腔均设有进水口及出水口，通过这样设置，所述第一水冷腔及所述第二水冷腔分别对所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的热端进行散热冷却，带走所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环热端的热量。
本发明的目的之二在于提供一种激光切割头，包括上述的光学温控装置。
本发明的目的之三在于提供一种激光加工方法，采用上述的激光切割头进行加工，激光加工方法包括以下步骤：
步骤1：根据所需控制光学镜片的温度，设定所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的工作参数；
步骤2：启动所述激光切割头进行加工；
步骤3：加工完成后，停止所述激光切割头。
作为优选，在步骤1中，所需控制光学镜片的温度为T，设定所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的电流为I，则根据以下关系调节所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的电流：
Figure BDA0003196211590000041
通过这样设置，光学镜片的温度会影响电子冷却环的电阻值，从而影响电子冷却环的电流值，经过实验测试，所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的电流I与光学镜片的温度T满足上述关系式，通过上述关系式，便于根据所需控制的光学镜片的温度来设定所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的工作参数，即电流，并且在加工的过程中，所述温度传感器通过检测电阻值来间接检测光学镜片的温度，并将检测的结果反馈给所述温度调节器，所述温度调节器控制所述电流开关整流后的电流值，达到温度闭馆管理的效果。
相对于现有技术，本发明取得了有益的技术效果：
采用本发明的光学温控装置后，所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环的冷端直接分别与所述准直镜片及所述聚焦镜片抵触，即与光学镜片直接抵触，其冷端能吸收大量的热量，冷却效率高，并且是在相对封闭的环境内对光学镜片进行冷却，避免污染镜片的风险，所述第一电子冷却环及所述第二电子冷却环可对温度进行闭环管理，温控效果更佳，提高激光加工的稳定性，提高产品的质量。
附图说明
图1是背景技术光学镜片的温度变化与焦点位置变化的关系示意图；
图2是背景技术水冷方式的光学镜片的温度示意图；
图3是本发明实施例电子冷却方式光学镜片的温度变化与焦点变化的关系示意图；
图4是本发明实施例电子冷却方式的光学镜片的温度示意图；
图5是本发明实施例光学温控装置与机体装配的结构示意图；
图6是本发明实施例电子冷却环的结构示意图；
图7是本发明实施例电子快冷模块的工作原理示意图；
图8是本发明实施例电子冷却环的电流与光学镜片的温度的关系示意图。
其中，各附图标记所指代的技术特征如下：
1、机体；2、准直镜片；3、聚焦镜片；4、第一电子冷却环；5、第二电子冷却环；11、通光孔；12、安装腔；13、第一水冷腔；14、第二水冷腔；51、电子快冷模块；52、电源开关；53、温度调节器；54、AC电源线；55、DC电源线；56、温度传感器；57、调节器配线；510、陶瓷壳；511、第一铜极；512、第二铜极；513、第三铜极；514、N型半导体；515、P型半导体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
参考图3-8，本实施例公开了一种激光切割头的光学温控装置，激光切割头包括机体1，机体1内设有可供激光通过的通光孔11，机体1内沿激光的出射方向依次设有间隔设置的准直镜片2及聚焦镜片3；
光学温控装置包括设置在机体1内的第一电子冷却环4及第二电子冷却环5，第一电子冷却环4及第二电子冷却环5沿轴向的两端分别为冷端及热端，第一电子冷却环4的冷端与准直镜片2的一端抵触，第二电子冷却环5的冷端与聚焦镜片3的一端抵触。
采用本发明的光学温控装置后，第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的冷端直接分别与准直镜片2及聚焦镜片3抵触，即与光学镜片直接抵触，其冷端能吸收大量的热量，冷却效率高，并且是在相对封闭的环境内对光学镜片进行冷却，避免污染镜片的风险，第一电子冷却环4及第二电子冷却环5可对温度进行闭环管理，温控效果更佳，采用第一电子冷却环4及第二电子冷却环5对光学镜片冷却后，光学镜片的温度变化与焦点变化的关系图如下图3所示，光学镜片的温度变化小，本实施例中，光学镜片的温度控制在35～40℃之间，焦点位置变化小，光学镜片的温度图如下图4所示，光学镜片的温度低且均匀，从而提高激光的加工稳定性，提高产品的质量。
第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的两端均设为平面，准直镜片2及聚焦镜片3的两端分别为平面端及弧面端，第一电子冷却环4的冷端与准直镜片2的平面端抵触，第二电子冷却环5的冷端与聚焦镜片3的平面端抵触，一方面，第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的两端均设为平面，便于第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的加工及装配；另一方面，第一电子冷却及第二电子冷却环5的冷端分别与准直镜片2及聚焦镜片3的平面端抵触，增大第一电子冷却环4及第二电子冷却环5分别与准直镜片2及聚焦镜片3的接触面积，从而进一步提高对准直镜片2及聚焦镜片3的冷却效率。
准直镜片2的平面端设置在背离聚焦镜片3的一端，聚焦镜片3的平面端设置在背离准直镜片2的一端，避免第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的热端分别对聚焦镜片3及准直镜片2造成影响，保证第一电子冷却环4及第二电子冷却环5对准直镜片2及聚焦镜片3的冷却效果；若准直镜片2的平面端设置在朝向聚焦镜片3的一端，聚焦镜片3的平面端设置在朝向准直镜片2的一端，则按照上述结构装配后，第一电子冷却环4的热端朝向聚焦镜片3，第一电子冷却环4的热端散发的热量会对聚焦镜片3的温度造成影响，第二电子冷却环5的热端朝向准直镜片2，第二电子冷却环5散发的热量会对准直镜片2的温度造成影响。
机体1内设有安装腔12，安装腔12呈柱形，安装腔12的内径大于通光孔11的内径，安装腔12内沿激光的出射方向依次设有第一电子冷却环4、准直镜片2、聚焦镜片3及第二电子冷却环5，第一电子冷却环4及第二电子冷却环5均呈环形，且第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的外径与安装腔12的内径相等，第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的内径与通光孔11的直径相等，准直镜片2及聚焦镜片3的弧面端均设有定位环，分别对准直镜片2及聚焦镜片3起到限位及定位的作用，第一电子冷却环4、准直镜片2、聚焦镜片3及第二电子冷却环5嵌设于安装腔12内，便于装配，且第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的外径与安装腔12的内径相等，第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的内径与通光孔11的直径相等，在不影响装配及激光出光的前提下，进一步增大第一电子冷却环4及第二电子冷却环5分别与准直镜片2及聚焦镜片3的抵触面积，进一步提高冷却效率。
参考图6，第一电子冷却环4及第二电子冷却环5均包括外置的电源开关52、温度调节器53及内置的电子快冷模块51，电子快冷模块51呈环形，电子快冷模块51嵌设于安装腔12内，电源开关52通过AC电源线54与外部电源连接，电源开关52与电子快冷模块51通过DC电源线55连接，电子快冷模块51与温度调节器53通过温度传感器56连接，温度调节器53与电源开关52通过调节器配线57连接，电子快冷模块51沿轴向的两端分别为冷端及热端，准直镜片2及聚焦镜片3与对应的电子快冷模块51的冷端抵触，外部电源通过AC电源线54提供交流电，交流电经过电源开关52的整流作用，以及温度调节器53对电源开关52的调节作用下，通过DC电源线55为电子快冷模块51提供设定值的直流电，电子快冷模块51沿轴向一端的温度降低，形成冷端，电子快冷模块51沿轴向的另一端的温度升高，形成热端，并且在加工的过程中，通过温度传感器56将电子快冷模块51冷端的实时温度反馈给温度调节器53，即将光学镜片的实时温度反馈给温度调节器53，温度调节器53调节电源开关52整流后的直流电的电流值，调节电子快冷模块51的冷端温度，从而对光学镜片的温度进行调节，对温度进行闭环管理。
进一步的，参考图7，电子快冷模块51包括陶瓷壳510，陶瓷壳510内设有N型半导体514及P型半导体515，N型半导体514及P型半导体515的一端设有第一铜极511，第一铜极511的两端分别与N型半导体514及P型半导体515的一端连接，N型半导体514及P型半导体515的另一端分别设有第二铜极512及第三铜极513，电源开关52与第二铜极512及第三铜极513通过DC电源线55电连接，第二铜极512形成正极，第三铜极513形成负极，陶瓷壳510的传热效果好，且不导电，接通电源后，第一铜极511附近产生电子空穴对，内能减小，温度降低，向外界吸热，形成冷端，第二铜极512及第三铜极513的电子空穴对复合，内能增加，温度升高，并向外放热，形成热端，图7中的箭头方向为热量的流动方向。
机体1位于第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的热端处设有第一水冷腔13及第二水冷腔14，且第一水冷腔13及第二水冷腔14均呈环形，增大第一水冷腔13及第二水冷腔14分别与第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的接触面积，第一水冷腔13及第二水冷腔14均设有进水口及出水口，第一水冷腔13及第二水冷腔14分别对第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的热端进行散热冷却，带走第一电子冷却环4及第二电子冷却环5热端的热量。
本发明还公开了一种激光切割头，包括上述的光学温控装置。
本发明还公开了一种激光加工方法，采用上述的激光切割头进行加工，激光加工方法包括以下步骤：
步骤1：根据所需控制光学镜片的温度，设定第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的工作参数；
步骤2：启动激光切割头进行加工；
步骤3：加工完成后，停止激光切割头。
进一步的，在步骤1中，所需控制光学镜片的温度为T，设定第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的电流为I，则根据以下关系调节第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的电流：
Figure BDA0003196211590000081
光学镜片的温度会影响电子冷却环的电阻值，从而影响电子冷却环的电流值，经过实验测试，电子冷却环的电流值与光学镜片的温度关系如下图8所示，第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的电流I与光学镜片的温度T满足上述关系式，通过上述关系式，便于根据所需控制的光学镜片的温度来设定第一电子冷却环4及第二电子冷却环5的工作参数，即电流，温度传感器56包括电阻温度计，电阻温度计的一端与第三铜极513电连接，电阻温度计的另一端与温度调节器53电连接，并且在加工的过程中，电阻温度计通过检测电阻值来间接检测光学镜片的温度，并将检测的结果反馈给温度调节器53，温度调节器53控制电流开关整流后的电流值，达到温度闭环管理的效果，若加工的过程中，激光功率增大或激光照射时间的增长，导致光学镜片的温度升高，电阻温度计检测电阻值升高，则导致电流减小，温度调节器53控制电源开关52，增大整流后的电流值，从而降低电子冷却环冷端的温度，最终降低光学镜片的温度直至达到设定值。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种激光切割头的光学温控装置，激光切割头包括机体(1)，所述机体(1)内设有可供激光通过的通光孔(11)，所述机体(1)内沿激光的出射方向依次设有间隔设置的准直镜片(2)及聚焦镜片(3)；
其特征在于，光学温控装置包括设置在所述机体(1)内的第一电子冷却环(4)及第二电子冷却环(5)，所述第一电子冷却环(4)及所述第二电子冷却环(5)沿轴向的两端分别为冷端及热端，所述第一电子冷却环(4)的冷端与所述准直镜片(2)的一端抵触，所述第二电子冷却环(5)的冷端与所述聚焦镜片(3)的一端抵触；
所述第一电子冷却环(4)及所述第二电子冷却环(5)的两端均设为平面，所述准直镜片(2)及所述聚焦镜片(3)的两端分别为平面端及弧面端，所述第一电子冷却环(4)的冷端与所述准直镜片(2)的平面端抵触，所述第二电子冷却环(5)的冷端与所述聚焦镜片(3)的平面端抵触；
所述准直镜片(2)的平面端设置在背离所述聚焦镜片(3)的一端，所述聚焦镜片(3)的平面端设置在背离所述准直镜片(2)的一端；
所述机体(1)内设有安装腔(12)，安装腔呈柱形，安装腔的内径大于通光孔的内径，所述安装腔(12)内沿激光的出射方向依次设有所述第一电子冷却环(4)、所述准直镜片(2)、所述聚焦镜片(3)及所述第二电子冷却环(5)，且所述第一电子冷却环(4)及所述第二电子冷却环(5)的外径与所述安装腔(12)的内径相等，所述第一电子冷却环(4)及所述第二电子冷却环(5)的内径与所述通光孔(11)的直径相等，所述准直镜片(2)及所述聚焦镜片(3)的弧面端均设有定位环。
2.根据权利要求1所述的光学温控装置，其特征在于，所述第一电子冷却环(4)及所述第二电子冷却环(5)均包括外置的电源开关(52)、温度调节器(53)及内置的电子快冷模块(51)，所述电源开关(52)通过AC电源线(54)与外部电源连接，所述电源开关(52)与所述电子快冷模块(51)通过DC电源线(55)连接，所述电子快冷模块(51)与所述温度调节器(53)通过温度传感器(56)连接，所述温度调节器(53)与所述电源开关(52)通过调节器配线(57)连接，所述电子快冷模块(51)沿轴向的两端分别为冷端及热端，所述准直镜片(2)及所述聚焦镜片(3)与对应的所述电子快冷模块(51)的冷端抵触。
3.根据权利要求2所述的光学温控装置，其特征在于，所述电子快冷模块(51)包括陶瓷壳(510)，所述陶瓷壳(510)内设有N型半导体(514)及P型半导体(515)，所述N型半导体(514)及所述P型半导体(515)的一端设有第一铜极(511)，所述第一铜极(511)的两端分别与所述N型半导体(514)及所述P型半导体(515)的一端连接，所述N型半导体(514)及所述P型半导体(515)的另一端分别设有第二铜极(512)及第三铜极(513)，所述电源开关(52)与所述第二铜极(512)及所述第三铜极(513)通过所述DC电源线(55)电连接。
4.根据权利要求1所述的光学温控装置，其特征在于，所述机体(1)位于所述第一电子冷却环(4)及所述第二电子冷却环(5)的热端处设有第一水冷腔(13)及第二水冷腔(14)，且所述第一水冷腔(13)及所述第二水冷腔(14)均呈环形，所述第一水冷腔(13)及所述第二水冷腔(14)均设有进水口及出水口。
5.一种激光切割头，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的光学温控装置。
6.一种激光加工方法，其特征在于，采用权利要求5所述的激光切割头进行加工，激光加工方法包括以下步骤：
步骤1：根据所需控制光学镜片的温度，设定所述第一电子冷却环(4)及所述第二电子冷却环(5)的工作参数；
步骤2：启动所述激光切割头进行加工；
步骤3：加工完成后，停止所述激光切割头。
7.根据权利要求6所述的激光加工方法，其特征在于，
在步骤1中，所需控制光学镜片的温度为T，设定所述第一电子冷却环(4)及所述第二电子冷却环(5)的电流为I，则根据以下关系调节所述第一电子冷却环(4)及所述第二电子冷却环(5)的电流：
Figure FDA0004058545810000021
CN202110891354.XA 2021-08-04 2021-08-04 一种光学温控装置、激光切割头及激光加工方法 Active CN113523607B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110891354.XA CN113523607B (zh) 2021-08-04 2021-08-04 一种光学温控装置、激光切割头及激光加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110891354.XA CN113523607B (zh) 2021-08-04 2021-08-04 一种光学温控装置、激光切割头及激光加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113523607A CN113523607A (zh) 2021-10-22
CN113523607B true CN113523607B (zh) 2023-07-14

Family

ID=78121996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110891354.XA Active CN113523607B (zh) 2021-08-04 2021-08-04 一种光学温控装置、激光切割头及激光加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113523607B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000351089A (ja) * 1999-05-12 2000-12-19 Robert D Herpst レーザービーム発生装置用の光学系組立体
JP2004228432A (ja) * 2003-01-24 2004-08-12 Anritsu Corp 半導体レーザモジュール及び電子冷却ユニット
CN209503250U (zh) * 2018-11-26 2019-10-18 苏州钋镭自动化科技有限公司 一种用于激光切割头的光入射口的水冷却系统
CN110385540A (zh) * 2019-09-17 2019-10-29 佛山市宏石激光技术有限公司 一种光纤激光切割头水冷结构
CN110508942A (zh) * 2019-09-06 2019-11-29 岗春激光科技（江苏）有限公司 激光切割头及激光加工设备
CN210475841U (zh) * 2019-09-16 2020-05-08 深圳市迈德为科技有限公司 一种手动调焦激光切割头

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07142803A (ja) * 1993-11-12 1995-06-02 Fuji Photo Film Co Ltd レーザーダイオードポンピング固体レーザー
JP4667645B2 (ja) * 2001-05-30 2011-04-13 株式会社アマダ ミラー温度制御機構を有するレーザー加工機及びレーザー加工機のミラー温度制御方法
CN1962155A (zh) * 2005-11-10 2007-05-16 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 一种二氧化碳激光焊接装置
CN201573010U (zh) * 2009-11-24 2010-09-08 深圳市大族激光科技股份有限公司 高功率激光加工头
CN103529270B (zh) * 2013-09-26 2017-01-11 石家庄经济学院 一种基于制冷片的光纤光栅电流传感器及其检测方法
US9731381B2 (en) * 2013-11-22 2017-08-15 Salvagnini Italia S.P.A. Laser cutting head for machine tool
CN207057865U (zh) * 2017-08-02 2018-03-02 上海嘉强自动化技术有限公司 一种多功能中高功率工业应用光纤激光加工头
CN212470175U (zh) * 2020-06-05 2021-02-05 上海维宏智能技术有限公司 激光加工头机体内腔冷却装置
CN112091451A (zh) * 2020-09-30 2020-12-18 岗春激光科技（江苏）有限公司 一种激光加工头及激光加工设备
CN213778230U (zh) * 2020-11-18 2021-07-23 秦皇岛富连京电子股份有限公司 一种裸铜半导体制冷芯片

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000351089A (ja) * 1999-05-12 2000-12-19 Robert D Herpst レーザービーム発生装置用の光学系組立体
JP2004228432A (ja) * 2003-01-24 2004-08-12 Anritsu Corp 半導体レーザモジュール及び電子冷却ユニット
CN209503250U (zh) * 2018-11-26 2019-10-18 苏州钋镭自动化科技有限公司 一种用于激光切割头的光入射口的水冷却系统
CN110508942A (zh) * 2019-09-06 2019-11-29 岗春激光科技（江苏）有限公司 激光切割头及激光加工设备
CN210475841U (zh) * 2019-09-16 2020-05-08 深圳市迈德为科技有限公司 一种手动调焦激光切割头
CN110385540A (zh) * 2019-09-17 2019-10-29 佛山市宏石激光技术有限公司 一种光纤激光切割头水冷结构

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种新型激光切割头的研制;彭涛;陶晔;刘爱伟;欧阳斌;顾春;岳俊强;;机械工程师(第11期);全文 *
小型热传导冷却(Nd,Ce)∶YAG激光器热稳定性研究;陈肖燕,赵刚;激光技术(第01期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113523607A (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3159913U (ja) 電池に用いられる加熱構造、加熱装置および補助モジュール
CN113523607B (zh) 一种光学温控装置、激光切割头及激光加工方法
JP4588580B2 (ja) ハイブリッド型集光ヒーター及びそれを用いた太陽電池素子の接続方法
JP4378340B2 (ja) 太陽電池素子の接続方法
CN210093634U (zh) 一种金属纳米粉生产用转移弧等离子枪
CN106231696A (zh) 一种加热装置及加热方法
CN211429618U (zh) 一种电弧层流等离子体束发生器阴极结构
CN111482460B (zh) 一种强电流智能集流装置
CN219496862U (zh) 在线检测太阳能电池片正面开槽的装置
CN207447584U (zh) 等离子切割电极
KR102279175B1 (ko) 공동형 비이송식 음극전방 텅스텐봉 삽입형 플라즈마 토치
CN221185112U (zh) 一种智能激光切割头
KR100420677B1 (ko) 수냉식 냉각장치를 갖는 고효율 브라운 가스 발생장치
CN203743951U (zh) 一种利用离子风散热的翼型led灯泡
CN110856332B (zh) 一种电弧层流等离子体束发生器阴极结构
CN116969665B (zh) 自感应多级火焰喷射装置
CN215954175U (zh) 一种半导体激光器高频恒流电源
JP4391847B2 (ja) プラズマ溶接トーチ
CN216607696U (zh) 一种加工链锯导板的焊接机
CN215824559U (zh) 一种精密激光切割机
CN218733712U (zh) 电机和包含其的燃气热水器
CN107969063A (zh) 等离子处理物料装置及处理方法
CN214558169U (zh) 一种等离子切割电极
CN215813733U (zh) 一种uvled曝光灯
CN216227603U (zh) 一种激光切割头和激光切割头的降温装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 528311 No. 4 Anye Road, Shunjiang Community Industrial Park, Beijiao Town, Shunde District, Foshan City, Guangdong Province

Applicant after: Guangdong Hongshi Laser Technology Co.,Ltd.

Address before: 528311 Beijiao Town, Shunde District, Foshan, Guangdong, Beijiao, 8, two Pearl River Road, industrial park,

Applicant before: Guangdong Hongshi Laser Technology Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant