CN116487978A - 一种风冷式简易激光输出头 - Google Patents

Abstract

本申请涉及激光设备技术领域，公开了一种风冷式简易激光输出头，包括：外壳，具有安装轴线，外壳沿安装轴线具有插接端和输出端；保护镜片，盖合安装于外壳的输出端；保护套，沿安装轴线方向插接于外壳的插接端，保护套用于对光纤进行限位；光纤，可拆式插接于保护套并穿设至输出端，光纤用于向保护镜片发射激光；外壳的输出端开设有用于传导散热的冷却流道，冷却流道呈螺旋状环绕于外壳外壁，冷却流道用于与外界风冷设备相连通。本申请通过外壳内设有冷却流道且冷却流道上下端均设有密封圈，以简单的结构实现风冷冷却，与传统的水冷方式相比能够有效地节约空间。

Description

一种风冷式简易激光输出头

技术领域

本申请涉及激光加工设备技术领域，尤其是涉及一种风冷式简易激光输出头。

背景技术

光纤激光器是指用掺稀土元素光纤作为激光工作物质的激光器，因其较大的体积/表面积比，使其相对于其他类型的激光器有更高的效率、光束质量、紧凑性。随着半导体激光器技术的日趋成熟，使得光纤激光器的价格越来越平民化，更多传统焊接设备被激光焊接所取代。

光纤激光器通过激光输出头向工件的加工位置发射激光以进行加工，在实际应用过程中，在光学传输通道中会存在杂光，这些杂光作为热源在光学系统腔体内加热透镜和系统外壳；此外，传能光缆不仅需要负责将激光器输出的激光传输到被加工材料，同时由于被加工材料无法实现对激光的全吸收，会将部分激光返回到输出头，尤其是加工高反材料时，其反射非常强烈，这导致若激光传输光缆没有良好的吸光能力和散热能力，则极容易被回返光损坏。

传统的解决途径是在输出头中引入水道，通过外接冷却水，实现较好的散热能力，然而通过水冷的方式实现输出头降温需要配合水冷设备以及水管，整体结构十分繁杂，导致激光输出头整体结构空间占用较大，不利于整体设备的小型化。

发明内容

为了改善激光输出头空间占用较大的问题，本申请提供一种风冷式简易激光输出头，

本申请提供的一种风冷式简易激光输出头采用如下的方案：

一种风冷式简易激光输出头，包括：外壳，具有安装轴线，外壳沿安装轴线具有插接端和输出端；保护镜片，盖合安装于外壳的输出端；保护套，沿安装轴线方向插接于外壳的插接端，保护套用于对光纤进行限位；光纤，可拆式插接于保护套并穿设至输出端，光纤用于向保护镜片发射激光；外壳的输出端开设有用于传导散热的冷却流道，冷却流道呈螺旋状环绕于外壳外壁，冷却流道用于与外界风冷设备相连通。

通过采用上述方案，在外壳的输出端设置有冷却流道，与外界的风冷设备相配合，从而对外壳输出端内部的结构实现传导散热。传统的激光输出头，通常采用繁杂的水冷结构对输出头的输出端进行冷却，导致整体占用空间较大。本申请技术方案中，由于外壳的输出端靠近产品的加工位置，容易产生热量堆积的问题，通过在外壳的输出端开设冷却流道，以使得外界风冷设备向冷却流道主动送风，从而不断对外壳的输出端内部进行传导散热，避免了繁杂的水冷结构，减少了激光输出头的空间占用。

可选的，还包括通风套筒以及密封圈，所述通风套筒套设于所述外壳的输出端并盖合所述冷却流道；所述通风套筒上开设有进风孔和出风孔，冷却流道具有进风端和出风端，所述进风孔正对所述进风端，所述出风孔正对所述出风端；所述密封圈的数量为两个，两个所述密封圈分别位于所述进风端和所述出风端外侧，所述通风套筒将所述密封圈压合安装于所述外壳上。

通过采用上述方案，在冷却流道的两端各设置有一个密封圈，通过通风套筒压合密封圈，从而保证密封性能。在一些技术方案中，由于冷却流道与外界环境之间的密封性能不佳，会导致主动送风的过程中，灰尘进入冷却流道堆积，污染冷却流道，影响导热性能。本申请技术方案中通过通风套筒和密封圈之间的压合保证密封性能，起到了较佳的防尘效果。

可选的，所述冷却流道的进风端或/和出风端倾斜设置有弧形导风面，所述弧形导风面凹设向所述通风套筒方向。

通过采用上述方案，通过设置有弧形导风面，对进出冷却流道的气流进行导向。在一些技术方案中，由于外界风冷设备对冷却流道进风时，气流的方向为垂直于外壳侧壁的方向，而冷却流道为环绕外壳侧壁开设的，因此气流在流经冷却流道的进风端或出风端时，容易由于碰撞转向而导致气流回卷、风阻较大。本申请技术方案中，在冷却流道的进风端或/和出风端倾斜设置有弧形导风面，对进出冷却流道的气流进行导向，从而有效地减小了风阻，便于主动送风散热。

可选的，还包括固定安装于所述外壳输出端的端帽，所述端帽位于所述光纤与所述保护镜片之间，所述光纤具有用于发射激光的出光端，所述出光端与所述端帽熔接。

通过采用上述方案，设置有端帽，并使得端帽与光纤的出光端相熔接，激光由光纤的出光端射出后能够被端帽扩束，从而有效地降低出光端的光功率密度，起到了保护光纤端面不受损伤的效果。

可选的，所述外壳的插接端侧壁上贯穿开设有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔上螺纹连接有第一紧定螺钉，所述第一紧定螺钉用于将所述保护套抵紧限位。

通过采用上述方案，在外壳上开设有第一螺纹孔配合第一紧定螺钉，旋紧第一紧定螺钉从而将保护套抵紧安装于外壳内部，保证对保护套的插接稳定性。

可选的，所述外壳的插接端侧壁上贯穿开设有第二螺纹孔，所述第二螺纹孔上螺纹连接有第二紧定螺钉；所述保护套上设置有弹性夹头，所述弹性夹头由耐高温硅胶制成，所述第二紧定螺钉用于抵压所述弹性夹头而压紧限位所述光纤。

通过采用上述方案，第二紧定螺钉配合弹性夹头，第二紧定螺钉旋紧而使弹性夹头夹紧光纤。在一些技术方案中，通常光纤采用过盈配合的方式安装于保护套内，然而实际工作过程中，特别是对于一些手持式的激光输出头，容易对光纤产生拉扯，导致光纤位置偏移，影响激光的出射精度。本申请技术方案中，通过第二紧定螺钉配合弹性夹头，能够将光纤夹紧限位，保证光纤安装的稳定性；并且弹性的耐高温硅胶能够防止夹持损坏光纤。

可选的，还包括反光片，所述外壳内部具有用于穿设光纤的安装通道，所述反光片沿所述安装通道横截面方向布置于所述安装通道内；所述反光片上用于供所述光纤通过的过线孔，所述过线孔沿所述安装轴线开设，所述反光片用于反射加工过程中产生的回返光。

通过采用上述方案，在安装通道内设置有反光片。在一些技术方案中，通常将光纤简单穿设于安装通道内，光纤与安装通道的侧壁之间难免存在一定的间隙，输出头在切割高反材料时，会有回返光产生，回返光照射至插接端后导致热量堆积，且难以被输出端的风冷设备进行散热，导致散热效果不佳。本申请技术方案中，反光片适配于安装通道的截面形状，并使得光纤紧密的穿过该反光片的过线孔，在反光片的作用下，可以阻挡激光，使激光照射在外壳插接端风冷区域的内壁面，从而避免进入输出头后端，以便于进行散热。

可选的，还包括端套，所述端套螺纹连接于所述外壳的输出端，所述端套用于将所述保护镜片压合安装于所述外壳上。

通过采用上述方案，在外壳的输出端设置保护镜片，可避免异物进入外壳内部污染光纤，防止激光穿过异物时高温损伤光纤。同时端套也使得保护镜片不易与外界环境碰撞损坏，通过螺纹连接的方式，能够方便地更换保护镜片，以方便后期的维护工作。

综上所述，本申请包括至少以下有益技术效果：

1. 在外壳的输出端设置有冷却流道，与外界的风冷设备相配合，从而对外壳输出端内部的结构实现传导散热。传统的激光输出头，通常采用繁杂的水冷结构对输出头的输出端进行冷却，导致整体占用空间较大。本申请技术方案中，由于外壳的输出端靠近产品的加工位置，容易产生热量堆积的问题，通过在外壳的输出端开设冷却流道，以使得外界风冷设备向冷却流道主动送风，从而不断对外壳的输出端内部进行传导散热，避免了繁杂的水冷结构，减少了激光输出头的空间占用。

2. 通过设置有弧形导风面，对进出冷却流道的气流进行导向。在一些技术方案中，由于外界风冷设备对冷却流道进风时，气流的方向为垂直于外壳侧壁的方向，而冷却流道为环绕外壳侧壁开设的，因此气流在流经冷却流道的进风端或出风端时，容易由于碰撞转向而导致气流回卷、风阻较大。本申请技术方案中，在冷却流道的进风端或/和出风端倾斜设置有弧形导风面，对进出冷却流道的气流进行导向，从而有效地减小了风阻，便于主动送风散热；

3. 在安装通道内设置有反光片。在一些技术方案中，通常将光纤简单穿设于安装通道内，光纤与安装通道的侧壁之间难免存在一定的间隙，输出头在切割高反材料时，会有回返光产生，回返光照射至插接端后导致热量堆积，且难以被输出端的风冷设备进行散热，导致散热效果不佳。本申请技术方案中，反光片适配于安装通道的截面形状，并使得光纤紧密的穿过该反光片的过线孔，在反光片的作用下，可以阻挡激光，使激光照射在外壳插接端风冷区域的内壁面，从而避免进入输出头后端，以便于进行散热。

附图说明

图1是本申请实施例整体结构的剖视图；

图2是本申请实施例为展示冷却流道所做的爆炸示意图；

图3是本申请实施例为展示保护套以及弹性夹头所做的零件图。

附图标记说明：

1、外壳；11、保护镜片；12、插接端；121、插接槽；13、输出端；131、安装槽；14、安装轴线；141、安装通道；15、冷却流道；151、进风端；152、出风端；153、弧形导风面；16、密封圈；17、限位环；18、第一螺纹孔；181、第一紧定螺钉；19、第二螺纹孔；191、第二紧定螺钉；192、顶丝凹槽；

2、保护套；21、弹性夹头；211、弹片；212、夹持通道；

3、光纤；31、出光端；

4、通风套筒；41、进风孔；42、出风孔；

5、端帽；51、发散部；52、熔接部；

6、反光片；61、过线孔；

7、端套；71、出光孔。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种风冷式简易激光输出头。

参照图1和图2，一种风冷式简易激光输出头，其包括：外壳1、保护镜片11、用于对光纤3进行限位的保护套2以及用于向保护镜片11发射激光的光纤3，外壳1具有插接端12以及输出端13，保护镜片11盖合安装于该插接端12。外壳1内具有由插接端12向输出端13的安装轴线14，保护套2沿安装轴线14插接于外壳1的插接端12，光纤3沿安装轴线14插接于保护套2并穿设至输出端13。外壳1的输出端13上开设有用于传导散热的冷却流道15，冷却流道15呈螺旋状环绕于外壳1外壁。

参照图1和图2，还包括通风套筒4以及密封圈16，密封圈16的数量为两个，两个密封圈16分别设置于冷却流道15的两端，通风套筒4套设于外壳1的输出端13并将密封圈16压合安装于外壳1上。具体的，冷却流道15具有进风端151和出风端152，进风端151位于冷却流道15上靠近保护镜片11的一端，出风端152位于冷却流道15上靠近保护套2的一端。通风套筒4为两端开口的圆筒状结构，通风套筒4插接于该外壳1的输出端13并将冷却流道15盖合，且通风套筒4的内壁与密封圈16可滑动的过盈配合，以保证密封效果。值得一提的是，本申请实施例中，外壳1整体可由铜、铝等高导热金属材料制成。

参照图1和图2，通风套筒4上开设有进风孔41和出风孔42，外壳1上还环绕凸设有限位环17，该限位环17位于冷却流道15出风端152密封圈16远离冷却流道15的一侧，通风套筒4由外壳1的输出端13插入并抵接于限位环17时，进风孔41正对进风端151，出风孔42正对出风端152，通风套筒4的进风孔41和出风孔42与外界风冷设备相连通，在此不做赘述。冷却流道15的进风端151或/和出风端152倾斜设置有弧形导风面153，该弧形导风面153凹设朝向通风套筒4方向。具体的，由外部风冷设备吹出的气流经由通风套筒4的进风孔41吹向冷却流道15，弧形导风面153将气流导入冷却流道15，气流经由螺旋状的冷却流道15后再次由出风端152的弧形导风面153将气流导向至出风孔42内。

参照图1和图2，外壳1的内部具有用于穿设光纤3的安装通道141，该安装通道141沿安装轴线14方向开设；外壳1的输出端13内部开设有安装槽131，该安装槽131与安装通道141相连通，以便于光纤3由安装通道141伸入安装槽131内。安装槽131内固定安装有端帽5，以使得端帽5位于光纤3和保护镜片11之间，光纤3发射激光经由端帽5发散后射向保护镜片11方向；光纤3具有用于发射激光的出光端31，该出光端31与端帽5熔接。具体的，端帽5通过粘接的方式固定安装于安装槽131内，端帽5由发散部51和熔接部52组成，发散部51呈圆柱状结构，熔接部52的一端与发散部51相连，另一端向光纤3出光端31方向逐渐收敛并与光纤3熔接。

参照图1和图2，还包括用于反射加工过程中产生回返光的反光片6，反光片6沿安装通道141横截面方向布置于安装通道141内；反光片6上用于供所述光纤3通过的过线孔61，该过线孔61沿所述安装轴线14开设。具体的，安装通道141的截面为圆形，反光片6的尺寸适配于安装通道141的截面尺寸，反光片6的过线孔61与光纤3之间过盈配合，反光片6上具有朝向保护镜片11方向的反射面，反射面上涂布有反射涂层。该反射片的位置与限位环17相对设置，反射片将加工产生的回返光反射至冷却流道15所在区域外壳1的内侧壁上，以便于冷却流道15进行风冷散热。

参照图1和图2，还包括螺纹连接于外壳1输出端13的端套7，该端套7将保护镜片11盖合安装于外壳1上，且端套7上具有沿安装轴线14方向的出光孔71，以便于激光能够经由出光孔71射出而不受端套7阻挡。

参照图1和图2，外壳1的插接端12沿安装轴线14方向开设有插接槽121，保护套2部分插接于该插接槽121内。外壳1的插接端12侧壁上贯穿开设有第一螺纹孔18，第一螺纹孔18上螺纹连接有第一紧定螺钉181，第一紧定螺钉181用于将保护套2抵紧限位。具体的，第一螺纹孔18为沉头孔，外壳1上绕安装轴线14均匀开设有三个沉头孔，每个第一螺纹孔18对应设置有一个第一紧定螺钉181，第一紧定螺钉181旋入该第一螺纹孔18而将保护套2抵紧固定于外壳1的插接槽121内。值得一提的是，该外壳1的侧壁上还开设有顶丝凹槽192，顶丝凹槽192位于限位台与保护套2之间，实际工况中，激光加工装置的主体通过螺丝与顶丝凹槽192固定连接，从而将该激光输出头固定安装至激光加工装置主体上，省去繁杂的连接结构。

参照图1和图3，外壳1的插接端12侧壁上贯穿开设有第二螺纹孔19，第二螺纹孔19上螺纹连接有第二紧定螺钉191；保护套2上设置有弹性夹头21，弹性夹头21由耐高温硅胶制成，第二紧定螺钉191用于抵压弹性夹头21而压紧限位所述光纤3。具体的，弹性夹头21由三块连接于保护套2端部的弹片211组成，三块弹片211之间形成有用于夹持光纤3的夹持通道212；对应的，第二螺纹孔19为沉头孔，外壳1上绕安装轴线14均匀开设有三个沉头孔，每个第二螺纹孔19对应设置有一个第二紧定螺钉191，第二紧定螺钉191完全旋入该第二螺纹孔19而使得夹持通道212收紧而将光纤3压紧限位。值得一提的是，三个第二紧定螺钉191均完全旋入第二螺纹孔19后，该夹持通道212位于安装轴线14上，以保持光纤3安装的精准度。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

本申请实施例一种风冷式简易激光输出头的实施原理为：冷却流道15与密封圈16结合，配合通风套筒4与外部风冷机构对外壳1进行风冷散热，外壳1为高导热金属制成，通过传导散热对外壳1输出端13进行有效散热；且反射片将加工产生的回返光反射至冷却流道15所在区域外壳1的内侧壁上，以便于冷却流道15进行风冷散热。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种风冷式简易激光输出头，其特征在于，包括：

外壳(1)，具有安装轴线(14)，所述外壳(1)沿所述安装轴线(14)具有插接端(12)和输出端(13)；

保护镜片(11)，盖合安装于所述外壳(1)的输出端(13)；

保护套(2)，沿所述安装轴线(14)方向插接于所述外壳(1)的插接端(12)，所述保护套(2)用于对光纤(3)进行限位；

光纤(3)，可拆式插接于所述保护套(2)并穿设至所述输出端(13)，所述光纤(3)用于向所述保护镜片(11)发射激光；

所述外壳(1)的输出端(13)开设有用于传导散热的冷却流道(15)，所述冷却流道(15)呈螺旋状环绕于所述外壳(1)外壁，所述冷却流道(15)用于与外界风冷设备相连通。

2.根据权利要求1所述的一种风冷式简易激光输出头，其特征在于，还包括通风套筒(4)以及密封圈(16)，所述通风套筒(4)套设于所述外壳(1)的输出端(13)并盖合所述冷却流道(15)；所述通风套筒(4)上开设有进风孔(41)和出风孔(42)，冷却流道(15)具有进风端(151)和出风端(152)，所述进风孔(41)正对所述进风端(151)，所述出风孔(42)正对所述出风端(152)；所述密封圈(16)的数量为两个，两个所述密封圈(16)分别位于所述进风端(151)和所述出风端(152)外侧，所述通风套筒(4)将所述密封圈(16)压合安装于所述外壳(1)上。

3.根据权利要求2所述的一种风冷式简易激光输出头，其特征在于，所述冷却流道(15)的进风端(151)或/和出风端(152)倾斜设置有弧形导风面(153)，所述弧形导风面(153)凹设向所述通风套筒(4)方向。

4.根据权利要求1所述的一种风冷式简易激光输出头，其特征在于，还包括固定安装于所述外壳(1)输出端(13)的端帽(5)，所述端帽(5)位于所述光纤(3)与所述保护镜片(11)之间，所述光纤(3)具有用于发射激光的出光端(31)，所述出光端(31)与所述端帽(5)熔接。

5.根据权利要求1所述的一种风冷式简易激光输出头，其特征在于，所述外壳(1)的插接端(12)侧壁上贯穿开设有第一螺纹孔(18)，所述第一螺纹孔(18)上螺纹连接有第一紧定螺钉(181)，所述第一紧定螺钉(181)用于将所述保护套(2)抵紧限位。

6.根据权利要求1所述的一种风冷式简易激光输出头，其特征在于，所述外壳(1)的插接端(12)侧壁上贯穿开设有第二螺纹孔(19)，所述第二螺纹孔(19)上螺纹连接有第二紧定螺钉(191)；所述保护套(2)上设置有弹性夹头(21)，所述弹性夹头(21)由耐高温硅胶制成，所述第二紧定螺钉(191)用于抵压所述弹性夹头(21)而压紧限位所述光纤(3)。

7.根据权利要求1所述的一种风冷式简易激光输出头，其特征在于，还包括反光片(6)，所述外壳(1)内部具有用于穿设光纤(3)的安装通道(141)，所述反光片(6)沿所述安装通道(141)横截面方向布置于所述安装通道(141)内；所述反光片(6)上用于供所述光纤(3)通过的过线孔(61)，所述过线孔(61)沿所述安装轴线(14)开设，所述反光片(6)用于反射加工过程中产生的回返光。

8.根据权利要求1所述的一种风冷式简易激光输出头，其特征在于，还包括端套(7)，所述端套(7)螺纹连接于所述外壳(1)的输出端(13)，所述端套(7)用于将所述保护镜片(11)压合安装于所述外壳(1)上。