CN114473250B - 激光切割设备及其气路整流方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光切割设备及其气路整流方法，涉及激光切割技术领域，包括整流管、外环罩和安装有光学镜片的镜座。在整流管与外环罩之间形成的整流环槽中设置整流片，整流片通过左右上下间隔设置形成的纵向过道和横向缺口，既能对不规则或旋转的切割气流进行整流，还能将部分切割气流均匀分布到整流环槽中（分流），配合上下相错设置的整流片在缺口侧形成的阻挡，促使该部分切割气流重新变为沿纵向直线流动。通过整流、分流和再整流的方式，既改善切割气流的均匀分布，还分散了切割气流的不规则压力，大大增强对切割气流的整流效果（减小湍流强度），有利于提高激光束的质量稳定性，从而降低医疗器械部件表面粗糙度和提高切割纹路垂直度。

Description

激光切割设备及其气路整流方法

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，特别涉及一种激光切割设备。

背景技术

医疗器械产生的效用是通过医疗设备和医用耗材的物理方式获得，医疗器械的好坏，对诊断、治疗有着非常直接的关系，因此对医疗器械的质量追求从不止步于合格。

目前常采用机械臂配合激光器对医疗器械的部件（金属面板、玻璃管等）进行高功率密度的激光束照射，使得照射后的医疗器械部件熔化，同时配合与激光束同轴的切割气流吹去熔化后的物质，而后通过激光器与医疗器械部件的相对位置移动实现对医疗器械部件的切割。

在激光切割中，切割气流是影响医疗器械部件切割端面质量好坏的重要因素，切割气流沿激光头设计的气路流动到内腔体，因此气路的设计将直接影响的气体湍流分布，当激光在气体湍流（紊乱无序）中传播时，气体折射率的起伏将会引起激光波阵面的畸变，破坏激光的相干性，而激光相干性的退化将严重削弱激光的光学质量，致使医疗器械部件的加工质量严重受到激光光束质量的影响，不理想的光束质量将引起切不透、切割效率低或者切割断面质量下降等。

发明内容

本发明目的之一是解决现有技术中激光在气体湍流中传播时，会破坏激光的相干性，削弱激光的光学质量，影响医疗器械部件加工质量的问题。

本发明目的之二是提供一种气路整流方法。

为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：一种激光切割设备，包括整流管、外环罩和安装有光学镜片的镜座，所述镜座安装在所述外环罩上，所述整流管安装在所述外环罩下，所述整流管上端包含有上管体，所述上管体穿过所述外环罩伸入至所述镜座内，所述镜座与所述外环罩套设在所述上管体的外侧表面。

所述整流管下端开设有进气孔，所述整流管内设有与所述进气孔连通的环形的气流分布槽，所述外环罩的内壁与所述上管体的外壁之间留有整流环槽，所述整流环槽下端连通所述气流分布槽，所述整流环槽中沿所述上管体的圆周外壁间隔设置有整流片，所述整流片从上往下或从下往上以间隔和相错的方式进行分布。

所述镜座内壁与所述上管体的外壁之间留有连通所述整流环槽的导流间隙，所述导流间隙中沿所述上管体的圆周外壁间隔设置有导向棱，所述导流间隙上连通有出气间隙，所述出气间隙朝向所述光学镜片的下表面，所述出气间隙与所述整流管的吹气通道连通。

在上述技术方案中，本发明实施例在使用时，首先从整流管的进气孔通入切割气流，切割气流通过进气孔进入到环状的气流分布槽中，此时沿环状气流分布槽流动的切割气流是不规则的或者是旋转的。

之后切割气流从气流分布槽向上流动到整流环槽中，通过整流片左右间隙设置形成的过道限制切割气流的方向，使得切割气流沿纵向直线向上，而后通过整流片上下间隔设置形成的缺口促使部分切割气流进入到另一过道中，使得切割气流在整流环槽中均匀分布，并通过上下相错设置的整流片在缺口侧形成对该部分切割气流的阻挡，使得该部分切割气流的流动方向重新变为纵向直线。

切割气流经过整流片进行整流后进入到导流间隙中，通过导流间隙中的导向棱进行二次整流后从出气间隙流出，横扫光学镜片的下表面，最后沿吹气通道向下吹出。

进一步地，在本发明实施例中，所述整流管、所述外环罩和所述镜座的中心轴线重合，所述整流管、所述外环罩和所述镜座之间通过固定件进行紧固连接。

进一步地，在本发明实施例中，所述整流片的外侧密封贴合所述外环罩的内壁，所述导向棱的外侧密封贴合所述镜座的内壁。

更进一步地，在本发明实施例中，所述整流片由金属材料制成，所述整流片与所述上管体为一体式结构。

进一步地，在本发明实施例中，所述镜座中设有相互连通的连接口与透光口，所述光学镜片安装在所述透光口处。

更进一步地，在本发明实施例中，所述光学镜片与所述透光口之间连接有密封用的泛塞封。

进一步地，在本发明实施例中，所述整流管下连接有气嘴，所述气嘴侧面为圆锥面，所述圆锥面上开设有分气口，所述分气口处安装有滤网，所述分气口上端连通有散气口，所述散气口与外界相通。

沿吹气通道向下吹出的切割气流聚集到气嘴中喷出，吹去医疗器械部件上熔化后的物质，当切割气流在医疗器械部件阻挡下向侧上反吹时，因现有技术中气嘴底部的结构形状均为圆锥状的面，会非常容易对反吹向上的切割气流形成阻挡，无法快速向外扩散，因此熔化后的物质（金属粉尘）较为容易集中在气嘴上，造成反渣现象（现有技术专利公开的CN201921647569.1 也有描述此种问题）。为解决这种问题，本发明将反吹向上的切割气流通过分气口进行容纳，再从分气口上的散气口吹出，降低反吹向上的切割气流影响。而切割气流中裹挟的熔化后的物质通过滤网过滤。

更进一步地，在本发明实施例中，所述气嘴中分布有冷却管，所述冷却管沿所述气嘴环绕设置。

目前在现有技术中，常常采用冷却循环水对激光切割设备进行冷却，但冷却的对象仅限于高度随动传感器，具体来说就是通过保护罩包覆高度随动传感器，使得冷却循环水在保护罩中流动实现对高度随动传感器降温。但不能对激光切割头的喷嘴进行冷却，喷嘴的温度高会降低了医疗器械部件的切割质量，还会烧坏气嘴。针对这一问题，通过在气嘴中分布有冷却管，通过向冷却管通入冷却循环水以解决这一问题。

本发明的有益效果是：本发明在整流管与外环罩之间形成的整流环槽中设置整流片，整流片通过左右上下间隔设置形成的纵向过道和横向缺口，既能通过过道对不规则或旋转的切割气流进行整流（切割气流的方向改变为沿纵向直线流动），还能通过缺口将部分切割气流均匀分布到整流环槽中（分流），在配合上下相错设置的整流片在缺口侧形成对该部分切割气流的阻挡，促使该部分切割气流重新变为沿纵向直线流动。通过整流、分流和再整流的方式，不仅有利于改善切割气流的均匀分布，而且通过分流后，切割气流形成的不规则压力被分散，大大增强整流片对切割气流的整流效果（减小湍流强度），有利于提高激光束的质量稳定性，从而降低医疗器械部件加工表面的粗糙度和提高切割纹路垂直度。

为达到上述目的之二，本发明采用以下技术方案：一种气路整流方法，应用于发明目的之一中所述的激光切割设备，所述气路整流方法包括以下步骤：

首先从整流管的进气孔通入切割气流，切割气流通过进气孔进入到环状的气流分布槽中，此时沿环状气流分布槽流动的切割气流是不规则的或者是旋转的。

之后切割气流从气流分布槽向上流动到整流环槽中，通过整流片左右间隙设置形成的过道限制切割气流的方向，使得切割气流沿纵向直线向上，而后通过整流片上下间隔设置形成的缺口促使部分切割气流进入到另一过道中，使得切割气流在整流环槽中均匀分布，并通过上下相错设置的整流片在缺口侧形成对该部分切割气流的阻挡，使得该部分切割气流的流动方向重新变为纵向直线。

切割气流经过整流片进行整流后进入到导流间隙中，通过导流间隙中的导向棱进行二次整流后从出气间隙流出，横扫光学镜片的下表面，最后沿吹气通道向下吹出。

进一步地，在本发明实施例中，沿吹气通道向下吹出的切割气流聚集到气嘴中喷出，吹去医疗器械部件上熔化后的物质，当切割气流在医疗器械部件阻挡下向侧上反吹时，反吹向上的切割气流通过分气口从散气口吹出。而切割气流中裹挟的熔化后的物质通过滤网过滤。

附图说明

图1为本发明实施例激光切割设备的平面示意图。

图2为本发明实施例激光切割设备的结构示意图。

图3为本发明实施例激光切割设备的爆炸示意图。

图4为本发明实施例气嘴的结构示意图。

附图中

10、整流管，101、上管体，11、进气孔，12、气流分布槽，13、整流环槽，14、整流片，15、导向棱，16、出气间隙，17、吹气通道；

20、外环罩；

30、镜座，31、连接口，32、透光口；

40、光学镜片，41、泛塞封；

50、气嘴，51、圆锥面，52、分气口，53、滤网，54、散气口，55、冷却管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是。对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知气路整流方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。

实施例一：

一种激光切割设备，如图1、2所示，包括整流管10、外环罩20和安装有光学镜片40的镜座30，镜座30安装在外环罩20上，整流管10安装在外环罩20下，整流管10上端包含有上管体101，上管体101穿过外环罩20伸入至镜座30内，镜座30与外环罩20套设在上管体101的外侧表面。

如图2、3所示，整流管10下端开设有进气孔11，整流管10内设有与进气孔11连通的环形的气流分布槽12，外环罩20的内壁与上管体101的外壁之间留有整流环槽13，整流环槽13下端连通气流分布槽12，整流环槽13中沿上管体101的圆周外壁间隔设置有整流片14，整流片14从上往下或从下往上以间隔和相错的方式进行分布。

镜座30内壁与上管体101的外壁之间留有连通整流环槽13的导流间隙，导流间隙中沿上管体101的圆周外壁间隔设置有导向棱15，导流间隙上连通有出气间隙16，出气间隙16朝向光学镜片40的下表面，出气间隙16与整流管10的吹气通道17连通。

实施步骤：首先从整流管10的进气孔11通入切割气流，切割气流通过进气孔11进入到环状的气流分布槽12中，此时沿环状气流分布槽12流动的切割气流是不规则的或者是旋转的。

之后切割气流从气流分布槽12向上流动到整流环槽13中，通过整流片14左右间隙设置（即沿上管体101圆周外壁间隔设置）形成的过道限制切割气流的方向，使得切割气流沿纵向直线向上，而后通过整流片14上下间隔设置形成的缺口促使部分切割气流进入到另一过道中，使得切割气流在整流环槽13中均匀分布，并通过上下相错设置的整流片14在缺口侧形成对该部分切割气流的阻挡，使得该部分切割气流的流动方向重新变为纵向直线。

切割气流经过整流片14进行整流后进入到导流间隙中，通过导流间隙中的导向棱15进行二次整流后从出气间隙16流出，横扫光学镜片40的下表面，最后沿吹气通道17向下吹出。

本发明在整流管10与外环罩20之间形成的整流环槽13中设置整流片14，整流片14通过左右上下间隔设置形成的纵向过道和横向缺口，既能通过过道对不规则或旋转的切割气流进行整流（切割气流的方向改变为沿纵向直线流动），还能通过缺口将部分切割气流均匀分布到整流环槽13中（分流），接着配合上下相错设置的整流片14在缺口侧形成对该部分切割气流的阻挡，促使该部分切割气流重新变为沿纵向直线流动。通过整流、分流和再整流的方式，不仅有利于改善切割气流的均匀分布，而且通过分流后，切割气流形成的不规则压力被分散，大大增强整流片14对切割气流的整流效果（减小湍流强度），有利于提高激光束的质量稳定性，从而降低医疗器械部件加工表面的粗糙度和提高切割纹路垂直度。

如图2所示，整流管10、外环罩20和镜座30的中心轴线重合，整流管10、外环罩20和镜座30之间通过固定件进行紧固连接。

如图2、3所示，整流片14的外侧密封贴合外环罩20的内壁，导向棱15的外侧密封贴合镜座30的内壁。整流片14由金属材料制成，整流片14与上管体101为一体式结构。

如图2所示，镜座30中设有相互连通的连接口31与透光口32，光学镜片40安装在透光口32处。光学镜片40与透光口32之间连接有密封用的泛塞封41。

如图2、4所示，整流管10下连接有气嘴50，气嘴50侧面为圆锥面51，圆锥面51上开设有分气口52，分气口52处安装有滤网53，分气口52上端连通有散气口54，散气口54与外界相通。

沿吹气通道17向下吹出的切割气流聚集到气嘴50中喷出，吹去医疗器械部件上熔化后的物质，当切割气流在医疗器械部件阻挡下向侧上反吹时，因现有技术中气嘴50底部的结构形状均为圆锥状的面，会非常容易对反吹向上的切割气流形成阻挡，无法快速向外扩散，因此熔化后的物质（金属粉尘）较为容易集中在气嘴50上，造成反渣现象（现有技术专利公开的CN201921647569.1 也有描述此种问题）。为解决这种问题，本发明将反吹向上的切割气流通过分气口52进行容纳，再从分气口52上的散气口54吹出，降低反吹向上的切割气流影响。而切割气流中裹挟的熔化后的物质通过滤网53过滤。

如图4所示，气嘴50中分布有冷却管55，冷却管55沿气嘴50环绕设置。

目前在现有技术中，常常采用冷却循环水对激光切割设备进行冷却，但冷却的对象仅限于高度随动传感器，具体来说就是通过保护罩包覆高度随动传感器，使得冷却循环水在保护罩中流动实现对高度随动传感器降温。但不能对激光切割头的喷嘴进行冷却，喷嘴的温度高会降低了医疗器械部件的切割质量，还会烧坏气嘴50。针对这一问题，通过在气嘴50中分布有冷却管55，通过向冷却管55通入冷却循环水以解决这一问题。

实施例二：

一种气路整流方法，应用于实施例一中的激光切割设备，气路整流方法包括以下步骤：

首先从整流管10的进气孔11通入切割气流，切割气流通过进气孔11进入到环状的气流分布槽12中，此时沿环状气流分布槽12流动的切割气流是不规则的或者是旋转的。

之后切割气流从气流分布槽12向上流动到整流环槽13中，通过整流片14左右间隙设置形成的过道限制切割气流的方向，使得切割气流沿纵向直线向上，而后通过整流片14上下间隔设置形成的缺口促使部分切割气流进入到另一过道中，使得切割气流在整流环槽13中均匀分布，并通过上下相错设置的整流片14在缺口侧形成对该部分切割气流的阻挡，使得该部分切割气流的流动方向重新变为纵向直线。

切割气流经过整流片14进行整流后进入到导流间隙中，通过导流间隙中的导向棱15进行二次整流后从出气间隙16流出，横扫光学镜片40的下表面，最后沿吹气通道17向下吹出。

沿吹气通道17向下吹出的切割气流聚集到气嘴50中喷出，吹去医疗器械部件上熔化后的物质，当切割气流在医疗器械部件阻挡下向侧上反吹时，反吹向上的切割气流通过分气口52从散气口54吹出。而切割气流中裹挟的熔化后的物质通过滤网53过滤。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (8)

1.一种激光切割设备，其特征在于，包括整流管、外环罩和安装有光学镜片的镜座，所述镜座安装在所述外环罩上，所述整流管安装在所述外环罩下，所述整流管上端包含有上管体，所述上管体穿过所述外环罩伸入至所述镜座内，所述镜座与所述外环罩套设在所述上管体的外侧表面；

所述整流管下端开设有进气孔，所述整流管内设有与所述进气孔连通的环形的气流分布槽，所述外环罩的内壁与所述上管体的外壁之间留有整流环槽，所述整流环槽下端连通所述气流分布槽，所述整流环槽中沿所述上管体的圆周外壁间隔设置有整流片，所述整流片从上往下或从下往上以间隔和相错的方式进行分布；

所述镜座内壁与所述上管体的外壁之间留有连通所述整流环槽的导流间隙，所述导流间隙中沿所述上管体的圆周外壁间隔设置有导向棱，所述导流间隙上连通有出气间隙，所述出气间隙朝向所述光学镜片的下表面，所述出气间隙与所述整流管的吹气通道连通；

所述整流管下连接有气嘴，所述气嘴侧面为圆锥面，所述圆锥面上开设有分气口，所述分气口处安装有滤网，所述分气口上端连通有散气口，所述散气口与外界相通。

2.根据权利要求1所述激光切割设备，其特征在于，所述整流管、所述外环罩和所述镜座的中心轴线重合，所述整流管、所述外环罩和所述镜座之间通过固定件进行紧固连接。

3.根据权利要求1所述激光切割设备，其特征在于，所述整流片的外侧密封贴合所述外环罩的内壁，所述导向棱的外侧密封贴合所述镜座的内壁。

4.根据权利要求3所述激光切割设备，其特征在于，所述整流片由金属材料制成，所述整流片与所述上管体为一体式结构。

5.根据权利要求1所述激光切割设备，其特征在于，所述镜座中设有相互连通的连接口与透光口，所述光学镜片安装在所述透光口处。

6.根据权利要求5所述激光切割设备，其特征在于，所述光学镜片与所述透光口之间连接有泛塞封。

7.根据权利要求1所述激光切割设备，其特征在于，所述气嘴中分布有冷却管，所述冷却管沿所述气嘴环绕设置。

8.一种气路整流方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-7中任一所述的激光切割设备，所述气路整流方法包括以下步骤：

首先从整流管的进气孔通入切割气流，切割气流通过进气孔进入到环状的气流分布槽中，此时沿环状气流分布槽流动的切割气流是不规则的或者是旋转的；

之后切割气流从气流分布槽向上流动到整流环槽中，通过整流片左右间隙设置形成的过道限制切割气流的方向，使得切割气流沿纵向直线向上，而后通过整流片上下间隔设置形成的缺口促使部分切割气流进入到另一过道中，使得切割气流在整流环槽中均匀分布，并通过上下相错设置的整流片在缺口侧形成对该部分切割气流的阻挡，使得该部分切割气流的流动方向重新变为纵向直线；

切割气流经过整流片进行整流后进入到导流间隙中，通过导流间隙中的导向棱进行二次整流后从出气间隙流出，横扫光学镜片的下表面，最后沿吹气通道向下吹出；

沿吹气通道向下吹出的切割气流聚集到气嘴中喷出，吹去医疗器械部件上熔化后的物质，当切割气流在医疗器械部件阻挡下向侧上反吹时，反吹向上的切割气流通过分气口从散气口吹出。

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