CN114012273A - 一种用于内壁加工用内旋转激光头的气体保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于内壁加工用内旋转激光头的气体保护装置，旋转平台和旋转筒相互连接，旋转筒内形成有空腔；聚焦筒设于空腔内，聚焦筒的一端穿过旋转筒并延伸出旋转平台，聚焦筒的一端上设有第一保护镜片以密封聚焦筒和旋转平台，聚焦筒的另一端上设有聚焦镜组；旋转筒的尾端上设有密封盖，密封盖上设有反光镜，旋转筒的尾端侧壁上设有排气孔，排气孔内嵌有第二保护镜片，第二保护镜片和聚焦镜组分别面向反光镜；聚焦筒靠近第一保护镜片的一端上设有进气嘴，进气嘴延伸至聚焦筒的外部以能够与气体提供单元相连接，聚焦筒远离第一保护镜片的一端上开设有通气槽。该装置解决了气体保护装置对镜片保护效果不理想的缺陷。

Description

一种用于内壁加工用内旋转激光头的气体保护装置

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种用于内壁加工用内旋转激光头的气体保护装置。

背景技术

激光刻蚀加工已广泛应用于金属制品的加工中，如金属制品的孔类加工中，通过对金属制品的内壁进行刻蚀，从而形成孔。激光刻蚀加工过程中会产生大量的金属飞溅物，这些金属飞溅物会对镜片造成污染，从而极大地降低了激光刻蚀加工的效果。

目前，为了规避镜片被受到污染，一般采用同轴、侧吹等气体保护装置对镜片进行保护，但是这种气体保护装置的保护效果并不理想，从而限制了激光刻蚀加工的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于内壁加工用内旋转激光头的气体保护装置，以解决现有技术中气体保护装置对镜片保护效果不理想的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种用于内壁加工用内旋转激光头的气体保护装置，所述该气体保护装置包括旋转平台、旋转筒、中空的聚焦筒和聚焦镜组，所述旋转平台和旋转筒相互连接，所述旋转筒内形成有空腔；所述聚焦筒设置于所述空腔内，并且所述聚焦筒的一端穿过所述旋转筒并延伸出所述旋转平台，所述聚焦筒的一端上设置有第一保护镜片以密封所述聚焦筒和所述旋转平台，所述聚焦筒的另一端上设置有聚焦镜组；所述旋转筒的尾端上设置有密封盖，所述密封盖上设置有反光镜，所述旋转筒的尾端侧壁上设置有排气孔，所述排气孔内嵌设有第二保护镜片且所述第二保护镜片、所述排气孔的内壁之间形成有间隙，所述第二保护镜片和聚焦镜组分别面向所述反光镜；

所述聚焦筒靠近所述第一保护镜片的一端上设置有进气嘴，所述进气嘴延伸至所述聚焦筒的外部以能够与气体提供单元相连接，所述聚焦筒远离所述第一保护镜片的一端上开设有通气槽。

作为本发明的一种优选方案，所述通气槽的数量为多个，并且所述通气槽沿着所述聚焦筒的周向间隔设置。

作为本发明的一种优选方案，所述旋转平台上设置有通槽，所述进气嘴卡设于所述通槽内。

作为本发明的一种优选方案，所述聚焦筒为伸缩结构，并且所述聚焦筒、旋转平台之间的连接处的缝隙为2-5μm。

作为本发明的一种优选方案，所述排气孔内设置有排气嘴，沿着排气方向，所述排气嘴位于所述第二保护镜片的后方。

作为本发明的一种优选方案，沿着排气方向，所述排气嘴包括依次连接的壳体、连接盖和凸起，所述连接盖能够封盖所述排气孔，所述凸起内设置有导气通道，所述导气通道面向所述反光镜。

作为本发明的一种优选方案，沿着排气方向，所述导气通道为前宽后窄的圆柱形。

作为本发明的一种优选方案，所述导气通道至少满足以下条件：高度h为3-6mm，内壁的倾斜角α为30-60°。

作为本发明的一种优选方案，所述壳体上设置有多个通气孔。

作为本发明的一种优选方案，所述通气孔沿着所述壳体的周向间隔设置，所述通气孔至少满足以下条件：数量为6-8个，直径为2-4mm。

作为本发明的一种优选方案，所述旋转平台上套装有供气环座，且所述供气环座通过三通阀与所述进气嘴连接，所述供气环座与所述旋转筒接触的表面设置有嵌环边，所述旋转筒与所述供气环座接触的表面设置有与所述嵌环边相配合的环槽，所述旋转筒的内壁中设置有第一气道，且所述第一气道沿所述旋转筒的轴向延伸至所述排气嘴的连接盖，所述连接盖内部设置有与所述第一气道固定连接的第二气道；

所述凸起包括外圆台体和内阶梯台体，所述外圆台体和所述内阶梯台体的顶部连接，所述外圆台体的内表面和所述内阶梯台体的外表面形成变形内腔，所述变形内腔和所述第二气道连接。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明提供的气体保护装置的工作原理如下：激光依次通过第一保护镜片、所述聚焦筒的内部、聚焦镜组、反光镜、第二保护镜片，从而对金属制品进行激光刻蚀加工；在激光刻蚀加工过程中，气体提供单元通过进气嘴向聚焦筒的内部提供气体，气体通过通气槽进入空腔内，然后通过排气孔排出，只要气体提供单元持续通气，空腔便一直处于正压状态，从而规避了金属飞溅物在聚焦镜组、第二保护镜片和反光镜的附着，从而对镜片达到了保护的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明提供的用于内壁加工用内旋转激光头的气体保护装置的一种优选实施方式的结构示意图；

图2为图1的立体图；

图3为图1中排气嘴和第二保护镜片的组装图；

图4为图1中排气嘴的一种优选实施方式的结构示意图；

图5为图4的另一角度的结构示意图；

图6为图1具备供气环座的结构示意图；

图7为图6的供气环座的部分结构示意图；

图8为图旋转筒的朝向供气环座的端面的结构示意图；

图9为凸起的另一种实施例的纵截面示意图。

图中的标号分别表示如下：

1、第一保护镜片；2、进气嘴；3、聚焦筒；4、通气槽；5、聚焦镜组；6、旋转筒；7、旋转平台；8、排气嘴；9、第二保护镜片；10、外壳；11、导气通道；12、凸起；13、通槽；14、连接盖；15、通气孔；16-密封盖；17-反光镜；18-环槽；19-第一气道；20-第二气道；21-供气环座；22-嵌环边；121-外圆台体；122-内阶梯台体；123-变形内腔；124-固定环件；211-中空环状座；212-配合内囊体；213-密封环；h：高度；α：倾斜角。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种用于内壁加工用内旋转激光头的气体保护装置，如图1-5所示，该气体保护装置包括旋转平台7、旋转筒6、中空的聚焦筒3和聚焦镜组5，所述旋转平台7和旋转筒6相互连接，所述旋转筒6内形成有空腔；所述聚焦筒3设置于所述空腔内，并且所述聚焦筒3的一端穿过所述旋转筒6并延伸出所述旋转平台7，所述聚焦筒3的一端上设置有第一保护镜片1以密封所述聚焦筒3和所述旋转平台7，所述聚焦筒3的另一端上设置有聚焦镜组5；所述旋转筒6的尾端上设置有密封盖16，所述密封盖16上设置有反光镜17，所述旋转筒6的尾端侧壁上设置有排气孔，所述排气孔内嵌设有第二保护镜片9且所述第二保护镜片9、所述排气孔的内壁之间形成有间隙，所述第二保护镜片9和聚焦镜组5分别面向所述反光镜17；其中，第一保护镜片1起到气体密封和防尘作用；

所述聚焦筒3靠近所述第一保护镜片1的一端上设置有进气嘴2，所述进气嘴2延伸至所述聚焦筒3的外部以能够与气体提供单元相连接，所述聚焦筒3远离所述第一保护镜片1的一端上开设有通气槽4。

在工作过程中，旋转平台7可以转动，从而使得所述第二保护镜片9的位置也可发生改变，从而能够对平面或曲面外缘的进行激光刻蚀加工。

在本发明中，空腔在通气状态下，对空腔内的气压的大小不作具体限定，但是为了使得镜片保护具有更好地效果，优选地，空腔内的气压为0.2-0.6MPa。

在本发明中，对进气嘴2的直径大小不作具体限定，但是为了使得镜片保护具有更好地效果，优选地，进气嘴2的直径为6-8mm。

在上述实施方式中，为了使得气体能够快速、稳定地进入所述空腔内，优选地，所述通气槽4的数量为多个，并且所述通气槽4沿着所述聚焦筒3的周向间隔设置。由此，气体经过所述聚焦筒3的内部后便可快速地经过所述通气槽4进入所述空腔内，从而对镜片能够提供全方位的保护。

在上述实施方式中，考虑到所述聚焦筒3聚焦的需要，优选地，所述聚焦筒3为伸缩结构，并且所述聚焦筒3、旋转平台7之间的连接处的缝隙为2-5μm。通过所述聚焦筒3的伸缩运动从而达到聚集效果，进而能够加工不同直径的内壁。此外，为了进一步达到气体密封的作用，所述聚焦筒3、旋转平台7之间为小间隙配合，从而达到气体密封的作用。

在上述实施方式的基础上，考虑到所述聚焦筒3的移动，为了使得所述进气嘴2能够同步地进行移动，优选地，所述旋转平台7上设置有通槽13，所述进气嘴2卡设于所述通槽13内。由此，所述聚焦筒3的移动过程中，所述进气嘴2也能够在所述通槽13中移动。

在本发明中，发明人通过研究发现，所述排气孔的结构能够影响所述空腔内正压情形，为了保证所述空腔始终处于正压状态，优选地，所述排气孔内设置有排气嘴8，沿着排气方向，所述排气嘴8位于所述第二保护镜片9的后方。

在上述实施方式中，为了进一步提高气体保护效果，优选地，沿着排气方向，所述排气嘴8包括依次连接的壳体10、连接盖14和凸起12，所述连接盖14能够封盖所述排气孔(所述连接盖14卡设于所述排气孔上)，所述凸起12内设置有导气通道11，所述导气通道11面向所述反光镜17。由此，只要所述空腔内处于充气状态，所述排气嘴8在正压作用下便处于旋转状态，从而使得气体能够稳定地自所述排气嘴8排出。

同时，所述导气通道11的形状对所述空腔内气压状态也存在显著的影响，为了达到稳定气压的作用，优选地，沿着排气方向，所述导气通道11为前宽后窄的圆柱形；更优选地，所述导气通道11至少满足以下条件：高度h为3-6mm，内壁的倾斜角α为30-60°。

此外，在上述实施方式的基础上，为了使得气体能够稳定地自所述排气嘴8中排出，更优选地，所述壳体10上设置有多个通气孔15，由此多个通气孔15起到气体导向的作用。

最后，为了进一步提高通气孔15的排气作用，优选地，所述通气孔15沿着所述壳体10的周向间隔设置，所述通气孔15至少满足以下条件：数量为6-8个，直径为2-4mm。

其中，由于本发明中的激光头作用于空间较为狭小且相对处于较为封闭的管道中，对管道的内壁进行刻蚀作业，这就使得刻蚀过程中，虽然能够通过保护气体进行金属飞溅物的吹离，但也使得金属飞溅物在管道内壁中的紊乱度增大，并且气体是沿着管道的径向进行喷射保持和激光的路径相同，这也会使得喷出的气体在管内空间的限制下产生涡流，使得金属飞溅物又回到激光头的附近，增加金属飞溅物进入激光头的内部的风险。

为此，如图6至图9所示，本发明中的旋转平台7上套装有供气环座21，通过三通阀与进气嘴2连接，且供气环座21与旋转筒6接触的表面设置有嵌环边22，旋转筒6与供气环座21接触的表面设置有与嵌环边22相配合的环槽18，旋转筒6的内壁中设置有第一气道19，且第一气道19沿旋转筒6的轴向延伸至排气嘴8，此时，排气嘴8的连接盖14内部设置有与第一气道19固定连接的第二气道20(即此时，排气嘴8的连接盖14与旋转筒6是固定安装的)，且第二气道20延伸至连接至凸起12。此时，通气孔15沿壳体的轴向设置延伸至连接盖14的表面，通气孔15的结构与导气通道11的结构相同，而原有的凸起12中设置的导气通道11则为圆柱或圆台状。进一步地，所述凸起12包括外圆台体121和内阶梯台体122，外圆台体121和内阶梯台体122的顶部连接，外圆台体121的内表面和内阶梯台体122的外表面形成变形内腔123，变形内腔123和第二气道20连接。

供气环座21包括中空环状座211，嵌环边22设置在中空环状座211贴合旋转筒6的表面，中空环状座211的内部设置有配合内囊体212，配合内囊体212通过嵌环边22连通第一气道19，配合内囊体212的靠近嵌环边22的一侧内壁沿配合内囊体212的径向固定设置有密封环213，且密封环213的宽度与嵌环边22的宽度相同，嵌环边22的纵截面呈“U”形或“凵”字形。

在上述实施方式中，为了进一步的提高气体对于镜头的保护效果，在向旋转筒6的空腔进气之前，三通阀向供气环座21一侧打开，使气体提供单元向供气环座21内进行供气，使供气环座21内的配合内囊体212膨胀变形(在中空环状座211的限制下，配合内囊体212沿中空环状座211的径向进行形变)，直至配合内囊体212表面完全贴合中空环状座211的内壁，配合内囊体212的密封环213则远离嵌环边22(配合内囊体212在初始状态时处于压缩状态，密封环213与配合内囊体212的内环的表壁接触)，使配合内囊体212和嵌环边22连通，气体提供单元的气体进入第一气道19，随后第一气道19中的气体进入第二气道20中，随后进入变形内腔123中，使内阶梯台体122展开，外圆台体121和内阶梯台体122整体形成圆台状，内阶梯台体122的内部形成供反射镜17反射的光源通过的通道(在没有通气的初始状态时，内阶梯台体122沿外圆台体121的轴向进行收缩，重叠进而使得整个凸起呈平面装，外圆台体121形成平面装结构的表面，使内阶梯台体122内形成的光源通过的通道的密封)。随后，三通阀将通向进气嘴2的通道打开，同时保持凸起12内的气体处于充气状态，气体提供单元向进气嘴2通入气体，使得气体从通气孔15中排出。

通过凸起12的通气变形和负压放气，实现对第二保护镜片9整体的打开和封闭状态的切换，从而能够主动控制激光头的工作状态，在激光头不使用时，避免第二保护镜片9和管道内金属飞溅物的接触，从而提高对于激光头的保护作用。

此时，多个通气孔15在连接盖14的表面呈环形阵列，而凸起12位于这个环形阵列的圆心位置处，其中，通气孔15的结构和导气通道11的结构相同，就使得从通气孔15排出的气体在倾斜角的干涉下以一定的角度与管道的内壁接触，使得气流沿着管道内壁的轴向进行扩散，这样激光刻蚀产生的金属飞溅物被气流所吸引，沿着管道的轴向飞出(通气孔15排出的气体方向和反射镜反射的光源方向相同)。

其中，内阶梯台体122的纵向外表面(位于变形内腔的表面)的每个纵向面上套装有固定环件124，其目的是对于打开和封闭状态的形状的定型作用，避免出现任意形状的变形导致光源通过的通道的封闭失败和打开失败。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (11)

1.一种用于内壁加工用内旋转激光头的气体保护装置，其特征在于：所述气体保护装置包括旋转平台(7)、旋转筒(6)、中空的聚焦筒(3)和聚焦镜组(5)，所述旋转平台(7)和旋转筒(6)相互连接，所述旋转筒(6)内形成有空腔；所述聚焦筒(3)设置于所述空腔内，并且所述聚焦筒(3)的一端穿过所述旋转筒(6)并延伸出所述旋转平台(7)，所述聚焦筒(3)的一端上设置有第一保护镜片(1)以密封所述聚焦筒(3)和所述旋转平台(7)，所述聚焦筒(3)的另一端上设置有聚焦镜组(5)；所述旋转筒(6)的尾端上设置有密封盖(16)，所述密封盖(16)上设置有反光镜(17)，所述旋转筒(6)的尾端侧壁上设置有排气孔，所述排气孔内嵌设有第二保护镜片(9)且所述第二保护镜片(9)、所述排气孔的内壁之间形成有间隙，所述第二保护镜片(9)和聚焦镜组(5)分别面向所述反光镜(17)；

所述聚焦筒(3)靠近所述第一保护镜片(1)的一端上设置有进气嘴(2)，所述进气嘴(2)延伸至所述聚焦筒(3)的外部以能够与气体提供单元相连接，所述聚焦筒(3)远离所述第一保护镜片(1)的一端上开设有通气槽(4)。

2.根据权利要求1所述的一种用于内壁激光加工的气体保护装置，其特征在于：所述通气槽(4)的数量为多个，并且所述通气槽(4)沿着所述聚焦筒(3)的周向间隔设置。

3.根据权利要求1所述的一种用于内壁激光加工的气体保护装置，其特征在于：所述旋转平台(7)上设置有通槽(13)，所述进气嘴(2)卡设于所述通槽(13)内。

4.根据权利要求1所述的一种用于内壁激光加工的气体保护装置，其特征在于：所述聚焦筒(3)为伸缩结构，并且所述聚焦筒(3)、旋转平台(7)之间的连接处的缝隙为2-5μm。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种用于内壁激光加工的气体保护装置，其特征在于：所述排气孔内设置有排气嘴(8)，沿着排气方向，所述排气嘴(8)位于所述第二保护镜片(9)的后方。

6.根据权利要求5所述的一种用于内壁激光加工的气体保护装置，其特征在于：沿着排气方向，所述排气嘴(8)包括依次连接的壳体(10)、连接盖(14)和凸起(12)，所述连接盖(14)能够封盖所述排气孔，所述凸起(12)内设置有导气通道(11)，所述导气通道(11)面向所述反光镜(17)。

7.根据权利要求6所述的一种用于内壁激光加工的气体保护装置，其特征在于：沿着排气方向，所述导气通道(11)为前宽后窄的圆柱形。

8.根据权利要求7所述的一种用于内壁激光加工的气体保护装置，其特征在于：所述导气通道(11)至少满足以下条件：高度h为3-6mm，内壁的倾斜角α为30-60°。

9.根据权利要求6所述的一种用于内壁激光加工的气体保护装置，其特征在于：所述壳体(10)上设置有多个通气孔(15)。

10.根据权利要求9所述的一种用于内壁激光加工的气体保护装置，其特征在于：所述通气孔(15)沿着所述壳体(10)的周向间隔设置，所述通气孔(15)至少满足以下条件：数量为6-8个，直径为2-4mm。

11.根据权利要求6所述的一种用于内壁激光加工的气体保护装置，其特征在于：所述旋转平台(7)上套装有供气环座(21)，且所述供气环座(21)通过三通阀与所述进气嘴(2)连接，所述供气环座(21)与所述旋转筒(6)接触的表面设置有嵌环边(22)，所述旋转筒(6)与所述供气环座(21)接触的表面设置有与所述嵌环边(22)相配合的环槽(18)，所述旋转筒(6)的内壁中设置有第一气道(19)，且所述第一气道(19)沿所述旋转筒(6)的轴向延伸至所述排气嘴(8)的连接盖(14)，所述连接盖(14)内部设置有与所述第一气道(19)固定连接的第二气道(20)；

所述凸起(12)包括外圆台体(121)和内阶梯台体(122)，所述外圆台体(121)和所述内阶梯台体(122)的顶部连接，所述外圆台体(121)的内表面和所述内阶梯台体(122)的外表面形成变形内腔(123)，所述变形内腔(123)和所述第二气道(20)连接。

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