CN115091033B - 一种激光耦合头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光加工技术领域，具体为一种激光耦合头。其包括壳体件，壳体件为中空结构，内部形成有容纳腔；下螺纹件，下螺纹件为中空结构，设置在壳体件容纳腔的底部，并与壳体件内壁间螺纹连接；上螺纹件，上螺纹件为中空结构，设置在壳体件容纳腔的顶部，并与壳体件内壁间螺纹连接；激光窗口镜，激光窗口镜设置在上螺纹件的底部；宝石支架，宝石支架设置在下螺纹件的顶部，并位于激光窗口镜的正下方；调整垫片，调整垫片设置在宝石支架与激光窗口镜之间，用于调节宝石支架与激光窗口镜之间水层的厚度。可通过调整垫片调节宝石支架与激光窗口镜之间水层的厚度，避免使激光窗口镜的底部贴合在宝石支架的顶部，导致水流无法引入等。

Description

一种激光耦合头
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，具体为一种激光耦合头。
背景技术
激光加工已广泛应用于陆上的工件切割、钻孔、焊接、清洗、表面处理。在水下作业时，由于水环境的影响，激光加工设备的结构、控制乃至加工对象激光物质交互影响都较陆上激光加工设备和加工质量有很大区别。设备的水密性、运动控制的精度、设备的自身结构与重量、激光的传导与激光聚焦控制等等因素都为水下激光加工带来了难度。随着海洋开发、核电应用等水下作业环境的普及，水下激光加工应用的前景也越来越广泛。
现有激光耦合头中宝石支架与激光窗口镜间的间距较小，且二者间的间距是固定不变的，一旦零部件加工误差偏大些，就可能会导致激光窗口镜与宝石支架贴合，影响水流引入与引出，影响激光耦合头的使用。
基于此，本发明中，提出了一种新型的宝石支架及激光耦合头，以解决上述问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种宝石支架，该宝石支架结构简单、设计新颖；同时，在支撑台的外围环绕设置一圈限位挡圈，并对应的在限位挡圈上开设注水孔，用于水流引入。
本发明采用以下技术方案：一种宝石支架，所述宝石支架顶部中心处向上延伸形成有支撑台，并在所述支撑台的中心开设一上下方向贯通设置的水柱喷射通道，用于向下喷射水柱；
在所述支撑台的外围环绕设置一圈限位挡圈，所述限位挡圈的内壁与所述支撑台的外壁面间具有预留间隙，并在所述限位挡圈上开设若干注水孔，以使所述限位挡圈外壁侧与所述预留间隙连通。
进一步的，所述水柱喷射通道包括底部的圆锥状喷射口、以及设置在所述圆锥状喷射口顶部小口端的柱状口。
与现有技术相比，本发明中宝石支架的有益效果为：
本发明中该宝石支架结构简单，设计新颖。同时，在支撑台的外围环绕设置一圈限位挡圈，并对应的在限位挡圈上开设注水孔，用于水流引入，该宝石支架使用时，会配合调节垫片使用，调节宝石支架与设置在宝石支架上方激光窗口镜底部间的距离，避免因制造误差等原因激光窗口镜的底部贴合在宝石支架的顶部，导致水流无法引入等。
本发明的另一个目的在于提供一种激光耦合头，其包括：
壳体件，所述壳体件为中空结构，内部形成有容纳腔；
下螺纹件，所述下螺纹件为中空结构，设置在所述壳体件容纳腔的底部，并与所述壳体件内壁间螺纹连接；
上螺纹件，所述上螺纹件为中空结构，设置在所述壳体件容纳腔的顶部，并与所述壳体件内壁间螺纹连接；
激光窗口镜，所述激光窗口镜设置在所述上螺纹件的底部；
宝石支架，所述宝石支架设置在所述下螺纹件的顶部，并位于所述激光窗口镜的正下方；
调整垫片，所述调整垫片设置在所述宝石支架与所述激光窗口镜之间，用于调节宝石支架与激光窗口镜之间水层的厚度；
其中，所述宝石支架为上述的宝石支架。
进一步的，所述激光耦合头还包括：
内螺纹件，所述内螺纹件为中空结构，设置在所述下螺纹件的内部，并与所述下螺纹件的内壁螺纹连接；
喷嘴，所述喷嘴设置在所述宝石支架的正下方，并竖直安装在所述内螺纹件的中部；所述喷嘴的中心处形成有喷射通道，所述喷射通道与所述宝石支架上的水柱喷射通道连通，用于向下喷射水柱；在所述喷嘴的底部与所述内螺纹件的内壁间预留缝隙，用于向下喷射高压气体。
进一步的，所述壳体件具有进气通道与进液通道，所述进气通道与所述预留缝隙处连通，为所述预留缝隙处提供高压气体，用于高压气体的向下喷射；
所述进液通道与所述预留间隙处连通，为所述预留间隙提供液体，用于液体向下喷射形成水柱。
进一步的，所述喷嘴的下端面位于所述内螺纹件下端面的下方。
进一步的，所述激光窗口镜通过窗口镜固定环固定安装在所述上螺纹件的底部。
进一步的，所述宝石支架的外壁与所述窗口镜固定环的底部螺纹连接。
进一步的，所述壳体件与所述上螺纹件的连接处，所述窗口镜固定环与所述上螺纹件的连接处，所述窗口镜固定环、所述下螺纹件与所述宝石支架的连接处，以及所述壳体件与所述下螺纹件连接处分别设置密封圈。
与现有技术相比，本发明中激光耦合头的有益效果为：
本发明的激光耦合头，在使用时将宝石放置于用于承载宝石的内凹台，宝石的中部也设有与柱状口相对的通孔；而从上螺纹件上方向下射出的激光光束会依次经过准直透镜和聚焦透镜后射向激光窗口镜进行聚焦。同时，宝石支架外侧的水流通过注水孔引入支撑台外壁与限位挡圈内壁间的预留间隙内，最终，水流通过水柱喷射通道向下喷射形成水柱。而激光在向下喷射的水柱的引导下，跟随水柱一起向下喷射。
本发明中的激光耦合头，宝石支架外侧的水流通过注水孔引入支撑台外壁与限位挡圈内壁间的预留间隙内，宝石支架结构设计新颖；同时，还可通过调整垫片调节宝石支架与激光窗口镜之间水层的厚度，影响激光的折射，避免因制造误差等原因使激光窗口镜的底部贴合在宝石支架的顶部，导致水流无法引入等。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明一种宝石支架具体实施例结构示意图一；
图2为本发明一种宝石支架具体实施例结构示意图二；
图3为本发明一种宝石支架剖面结构示意图；
图4为本发明一种激光耦合头的爆炸图；
图5为本发明一种激光耦合头的组装后结构示意图；
图6为图5中一种激光耦合头结构的剖视图；
图7为图6中液体作业流程简图；
图8为图6中气体作业流程简图；
图中：宝石支架1、支撑台10、内凹台101、水柱喷射通道11、圆锥状喷射口111、柱状口112、限位挡圈12、预留间隙13、注水孔14；壳体件2、容纳腔20、进气通道21、进液通道22；下螺纹件3；上螺纹件4；激光窗口镜5、窗口镜固定环51；调整垫片6；宝石7；内螺纹件8、预留缝隙80；喷嘴9、喷射通道90。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
下面结合附图1至附图8以及具体实施例详细论述本发明：
如图1-3所示，本发明提供了一种宝石支架1，所述宝石支架1顶部中心处向上延伸形成有支撑台10，并在所述支撑台10的中心开设一上下方向贯通设置的水柱喷射通道11，用于向下喷射水柱。同时，支撑台10的中部向内凹陷，形成用于承载宝石7的内凹台101。
在所述支撑台10的外围环绕设置一圈限位挡圈12，所述限位挡圈12的内壁与所述支撑台10的外壁间具有预留间隙13，并在所述限位挡圈12上开设若干注水孔14，以使所述限位挡圈12外壁侧与所述预留间隙13间连通，将宝石支架1外侧的水流通过注水孔14引入支撑台10外壁与限位挡圈12内壁间的预留间隙13内，最终，水流通过水柱喷射通道11向下喷射形成水柱。具体的，所述水柱喷射通道11包括底部的圆锥状喷射口111、以及设置在所述圆锥状喷射口111顶部小口端的柱状口112，底部呈圆锥状，可避免激光的辐射，同时，圆锥状增强支撑稳定性，此外，顶部为一段小口径的柱状口112，起引导喷射水柱竖直向下喷射的作用。
本发明中该宝石支架1结构简单，设计新颖。同时，在支撑台10的外围环绕设置一圈限位挡圈12，并对应的在限位挡圈12上开设注水孔14，用于水流引入，该宝石支架1使用时，会配合调节垫片6使用，调节宝石支架1与设置在宝石支架1上方激光窗口镜5底部间的距离，避免因制造误差等原因激光窗口镜5的底部贴合在宝石支架1的顶部，导致水流无法引入等。
本发明在一种宝石支架1基础上，还提供一种激光耦合头，如图4至8所示，其包括：
壳体件2，所述壳体件2为中空结构，内部形成有容纳腔20；
下螺纹件3，所述下螺纹件3为中空结构，设置在所述壳体件2容纳腔的底部，并与所述壳体件2内壁间螺纹连接；
上螺纹件4，所述上螺纹件4为中空结构，设置在所述壳体件2容纳腔的顶部，并与所述壳体件2内壁间螺纹连接；本实施例中，上螺纹件4的中部设置倒置的喇叭状开口，小口段朝下设置；
激光窗口镜5，所述激光窗口镜5设置在所述上螺纹件4的底部；
宝石支架1，如图1至3所示，所述宝石支架1用于支撑宝石，设置在所述下螺纹件3的顶部，并位于所述激光窗口镜5的正下方，使得经瞄准、聚焦后的激光光束从激光窗口镜5处聚焦并射出；
调整垫片6，所述调整垫片6设置在所述宝石支架1与所述激光窗口镜5之间的位置处，用于调节宝石支架1与激光窗口镜5之间水层的厚度；当水层厚度较小时，调整垫片6使用高厚度或设置多个调整垫片6，增加宝石支架1与激光窗口镜5之间水层厚度，影响激光的折射率。
其中，该宝石支架1顶部中心处向上延伸形成有支撑台10，并在所述支撑台10的中心开设一上下方向贯通设置的水柱喷射通道11，用于向下喷射水柱。该支撑台10的中部向内凹陷，形成用于承载宝石7的内凹台101。
同时，在所述支撑台10的外围环绕设置一圈限位挡圈12，所述限位挡圈12的内壁与所述支撑台10的外壁间具有预留间隙13，并在所述限位挡圈12上开设若干注水孔14，以使所述限位挡圈12外壁侧与所述预留间隙13间连通，将宝石支架1外侧的水流通过注水孔14引入支撑台10外壁与限位挡圈12内壁间的预留间隙13内，最终，水流通过水柱喷射通道11向下喷射形成水柱。具体的，所述水柱喷射通道11包括底部的圆锥状喷射口111、以及设置在所述圆锥状喷射口111顶部小口端的柱状口112，底部呈圆锥状，可避免激光的辐射，同时，圆锥状增强支撑稳定性，此外，顶部为一段小口径的柱状口112，起引导喷射水柱竖直向下喷射的作用。
本发明的激光耦合头，在使用时将宝石放置于用于承载宝石7的内凹台101，宝石7的中部也设有与柱状口112相对的通孔；而从上螺纹件4上方向下射出的激光光束会依次经过准直透镜和聚焦透镜后射向激光窗口镜5进行聚焦。同时，宝石支架1外侧的水流通过注水孔14引入支撑台10外壁与限位挡圈12内壁间的预留间隙13内，最终，水流通过水柱喷射通道11向下喷射形成水柱，如图7所示。而激光光束在向下喷射的水柱的引导下，跟随水柱一起向下喷射。
本发明中的激光耦合头，宝石支架1外侧的水流通过注水孔14引入支撑台10外壁与限位挡圈12内壁间的预留间隙13内，宝石支架1结构设计新颖；同时，还可通过调整垫片6调节宝石支架1与激光窗口镜5之间水层的厚度，影响激光的折射，避免因制造误差等原因使激光窗口镜5的底部贴合在宝石支架1的顶部，导致水流无法引入等。
当然，该激光耦合头还可包括：
内螺纹件8，所述内螺纹件8为中空结构，设置在所述下螺纹件3的内部，并与所述下螺纹件3的内壁螺纹连接；
喷嘴9，所述喷嘴9设置在所述宝石支架1的正下方，并竖直安装在所述内螺纹件8的中部；所述喷嘴9的中心处形成有喷射通道90，所述喷射通道90与所述宝石支架1上的水柱喷射通道11连通，用于承接向下喷射的水柱；在所述喷嘴9的底部与所述内螺纹件8的内壁间预留缝隙80，用于向下喷射高压气体，使得高压气体包裹在水柱的外围，如图8所示，保护水柱，提高水柱的抗干扰性，使得水柱更加聚拢不分散；同时，高压气体向下吹出，推开某些零部件表面的滴滴水珠或液滴等，利于激光的射出等。优选的，喷嘴9中的喷射通道90与宝石支架1上的水柱喷射通道11同轴设置，使得高压气体对水柱的包裹效果更好等。本实施例中，喷嘴9的下端面位于所述内螺纹件8下端面的下方。
具体的，所述壳体件2具有进气通道21与进液通道22。其中，所述进气通道21与所述预留缝隙80处连通，为所述预留缝隙80处提供高压气体，用于高压气体的向下喷射；而本发明中对如何实现的进气通道21与预留缝隙80间的连通，不做具体限定，可以对应的在相应零部件上开设连接通孔，实现二者间的连通即可。所述进液通道22与所述预留间隙13处连通，为所述预留间隙13提供液体，用于液体向下喷射形成水柱；同理，本发明中对如何实现的进液通道22与预留间隙13间的连通，不做具体限定，可以对应的在相应零部件上开设连接通孔，实现二者间的连通即可。
进一步，所述激光窗口镜5可以通过窗口镜固定环51固定安装在所述上螺纹件4的底部，同时，所述宝石支架1的外壁与所述窗口镜固定环51的底部螺纹连接，实现所述宝石支架1的固定安装。对应的，将窗口镜固定环51固定安装在上螺纹件4的底部，同时将激光窗口镜5固定安装在窗口镜固定环51的顶部，宝石支架1固定安装在窗口镜固定环51的底部，实现激光窗口镜5与宝石支架1的固定安装。
进一步的，可以壳体件2与上螺纹件4的连接处，窗口镜固定环51与上螺纹件4的连接处，窗口镜固定环51、下螺纹件3与宝石支架1的连接处，以及壳体件2与下螺纹件3连接处等均可设置密封圈，实现密封功能，增强连接的稳定性。本发明中，对密封圈的具体设置位置、以及尺寸大小等均不做具体限定，由本领域技术人员依据实际情况设计选择即可。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (8)

1.一种激光耦合头，其特征在于：其包括：
壳体件，所述壳体件为中空结构，内部形成有容纳腔；
下螺纹件，所述下螺纹件为中空结构，设置在所述壳体件容纳腔的底部，并与所述壳体件内壁间螺纹连接；
上螺纹件，所述上螺纹件为中空结构，设置在所述壳体件容纳腔的顶部，并与所述壳体件内壁间螺纹连接；
激光窗口镜，所述激光窗口镜设置在所述上螺纹件的底部；
宝石支架，所述宝石支架设置在所述下螺纹件的顶部，并位于所述激光窗口镜的正下方；
调整垫片，所述调整垫片设置在所述宝石支架与所述激光窗口镜之间，用于调节宝石支架与激光窗口镜之间水层的厚度；
其中，所述宝石支架顶部中心处向上延伸形成有支撑台，并在所述支撑台的中心开设一上下方向贯通设置的水柱喷射通道，用于向下喷射水柱；
在所述支撑台的外围环绕设置一圈限位挡圈，所述限位挡圈的内壁与所述支撑台的外壁面间具有预留间隙，并在所述限位挡圈上开设若干注水孔，以使所述限位挡圈外壁侧与所述预留间隙连通。
2.根据权利要求1所述的激光耦合头，其特征在于：
所述激光耦合头还包括：
内螺纹件，所述内螺纹件为中空结构，设置在所述下螺纹件的内部，并与所述下螺纹件的内壁螺纹连接；
喷嘴，所述喷嘴设置在所述宝石支架的正下方，并竖直安装在所述内螺纹件的中部；所述喷嘴的中心处形成有喷射通道，所述喷射通道与所述宝石支架上的水柱喷射通道连通，用于向下喷射水柱；在所述喷嘴的底部与所述内螺纹件的内壁间预留缝隙，用于向下喷射高压气体。
3.根据权利要求2所述的激光耦合头，其特征在于：
所述壳体件具有进气通道与进液通道，所述进气通道与所述预留缝隙处连通，为所述预留缝隙处提供高压气体，用于高压气体的向下喷射；
所述进液通道与所述预留间隙处连通，为所述预留间隙提供液体，用于液体向下喷射形成水柱。
4.根据权利要求2所述的激光耦合头，其特征在于：
所述喷嘴的下端面位于所述内螺纹件下端面的下方。
5.根据权利要求2所述的激光耦合头，其特征在于：
所述激光窗口镜通过窗口镜固定环固定安装在所述上螺纹件的底部。
6.根据权利要求5所述的激光耦合头，其特征在于：
所述宝石支架的外壁与所述窗口镜固定环的底部螺纹连接。
7.根据权利要求5所述的激光耦合头，其特征在于：
所述壳体件与所述上螺纹件的连接处，所述窗口镜固定环与所述上螺纹件的连接处，所述窗口镜固定环、所述下螺纹件与所述宝石支架的连接处，以及所述壳体件与所述下螺纹件连接处分别设置密封圈。
8.根据权利要求1所述的激光耦合头，其特征在于：
所述水柱喷射通道包括底部的圆锥状喷射口、以及设置在所述圆锥状喷射口顶部小口端的柱状口。
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