CN201348677Y

CN201348677Y - 一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸

Info

Publication number: CN201348677Y
Application number: CNU2009201051325U
Authority: CN
Inventors: 李强; 惠勇凌; 姜梦华; 雷訇
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2019-01-16

Abstract

本实用新型是一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸，属于大功率固体激光器技术领域。该光闸包括吸收体、激光全反镜和气缸。吸收体包括壳体、内芯、尾端反射体和后端盖。内芯的两端与壳体固连，内芯的外径与壳体的内径间隙配合，在内芯的外表面设置有双螺旋线。尾端反射体设置在内芯的端部。气缸带动与水平方向成45°角的激光全反镜沿竖直方向运动，全反镜沿竖直方向运动比沿与水平方向成45°角方向运动，缩短了运动行程，从而缩短了运动时间。双螺旋结构做为循环冷却水的水流通道，增加了水流动的距离，增加了水在吸收体内部循环的时间，使得吸收体冷却更加充分，受热更加均匀，从而也增强了吸收体对高功率激光的吸收能力。

Description

一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸

技术领域

本实用新型是一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸，属于大功率固体激光器技术领域。

背景技术

固体激光器由于具有高能量存储，波长短、金属吸收率高、易于光纤传输等优点在工业材料加工、表面处理及军事等领域获得越来越广泛的应用。

光闸是对从激光谐振腔出射的激光进行关闭和开放控制的一种装置，是激光器的重要部件。光闸的性能主要有运动元件的时间响应性，动作灵敏性和启停时刚性冲击力的大小，以及光吸收体对高功率激光的吸收能力。这些性能直接影响加工性能，如：在激光熔覆和激光快速成型中，开光总是比送粉滞后一段时间，这就大大影响了加工质量。所以，为了提高大功率固体激光器在工业应用中的稳定性、安全性和可靠性以及工件的加工质量，对光闸进行了系统的设计。

目前，常用的光闸结构有气缸带动吸收体前后运动，如图1所示；吸收体不动，由步进电机带动齿轮齿条使激光全反镜移动(平动或转动)，图2为和水平方向成45°角的激光全反镜平动的结构。图1结构，气缸直接带动吸收体运动，结构简单，体积小，但是吸收体的质量较大，加之气缸自身的运动稳定性影响，在应用过程中往往会出现吸收体动作不灵敏，响应慢，刚性冲击大，难以保证加工质量。图2结构，是由伺服电机带动齿轮齿条机构再使激光全反射镜移动，全反镜的质量远小于吸收体的质量，而且伺服电机运动响应性能优于气缸，齿轮齿条运动也很平稳，此结构运动稳定性好，刚性冲击小，反应灵敏，开关光时间短，但是这种结构复杂，所需器件多，往往体积较大，对于在空间尺寸上有要求的情况下，使用有限制，同时这种结构成本较高。

实用新型内容

为了提高大功率固体激光器在工业应用中的稳定性、安全性和可靠性以及工件的加工质量，设计了一种新的光闸结构。本光闸结构简单，动作灵敏，时间响应性好，开关光迅速，刚性冲击小，吸收体的吸收能力强，成本低，性价比高。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案，包括吸收体、激光全反镜和气缸，从激光器发出的光，经激光全反镜反射到吸收体内。吸收体包括壳体、内芯、尾端反射体和后端盖。其中：内芯的两端与壳体固连，内芯的外径与壳体的内径间隙配合，在内芯的外表面设置有双螺旋线，双螺旋线在一个端部连通，双螺旋线的另一端与冷却水出入口相连；尾端反射体设置在内芯的端部，并通过后端盖与壳体固定。气缸与激光全反镜相连，能够带动与水平方向成45°角的激光全反镜沿竖直方向运动。

所述内芯的内表面设置有肋壁，肋壁为圆环状结构，并与内芯的内表面连为一体，肋壁沿内芯的轴线方向均匀分布。

本实用新型的优点：首先，采用气缸带动与水平方向成45°角的激光全反镜沿竖直方向运动，气缸带动质量轻的全反镜运动，很好的改善了运动的稳定性，减小了刚性冲击。全反镜沿竖直方向运动比沿与水平方向成45°角方向运动，缩短了运动行程，从而在相同条件下缩短了运动时间，也就意味着缩短了开关光的时间。其次，对吸收体的设计，采用双螺旋结构做为循环冷却水的水流通道，增加了水流动的距离，增加了水在吸收体内部循环的时间，使得吸收体冷却更加充分，受热更加均匀，从而也增强了吸收体对高功率激光的吸收能力，同时内芯的内表面采用表面肋化的方法，扩大其传热面积，增强热传递，这种结构还具有阻碍进入吸收体内的激光逸出的作用。再次，这种光闸的整体结构简单，成本低。

附图说明

图1气缸带动吸收体运动结构简图；

图2机械驱动反射镜运动结构简图；

图3本实用新型机构简图；

图4吸收体壳体结构示意图；

图5吸收体内芯结构示意图；

图6内芯内部结构示意图；

图7壳体、内芯组合示意图；

图8后端盖结构示意图；a、后端盖整体示意图，b、后端盖剖切图

图9尾端反射体结构示意图；

图10后端盖与尾端反射体组合示意图；

图中：1、激光器，2、吸收体，3、外部热交换器，4，激光全反镜，5、气缸，6、齿轮，7、齿条，8步进电机，9、进水口，10、出水口，11，螺纹连接孔，12、吸收体外壳内孔，13、双螺旋水流通道，14、吸收体内芯内孔，15、肋壁，16、沉头孔。

具体实施方式

下面结合附图3～图10对本实用新型作进一步说明：

本实施例的结构简图如图3所示，包括吸收体2、激光全反镜4和气缸5。气缸5带动与水平方向成45°角的激光全反镜4沿竖直方向运动如图3所示，当激光全反镜处于图3所示位置时，水平方向的激光束通过全反镜反射到静止的吸收体内部，光闸处于关闭状态。当激光全反镜沿竖直方向运动，脱离激光束区域时，激光束引入到加工位置，光闸开启。

激光吸收体由壳体(图4)，内芯(图5)，后端盖(图8)，以及尾端反射体(图9)组成。壳体，内芯，后端盖由不锈钢材料加工而成，尾端反射体由铜加工形成。壳体(图4)为长方体结构，中心加工一个通深的光孔12，上表面加工两个螺纹孔，作为吸收体于外部热交换器的连接口，进水口9和出水口10的大小尺寸和位置尺寸由内芯(图5)的双螺旋结构的尺寸决定；内芯(图5)为管状结构，其外径尺寸同壳体(图4)内孔径尺寸为小间隙配合，内芯外表面加工成双螺旋结构并在一端相连，作为水流通道13，内芯的内表面(图6)采用表面肋化的方法，加工成肋壁15的结构。壳体和内芯通过端面焊接的方式相连接，焊接后经过铣削，抛光处理如，这样连接起来的整体内部就形成了一个水循环通道，设计成双螺旋结构使得水流可以来回两次流经吸收体，增加了水流动的距离，增加了水流在吸收体内部循环的时间，使得吸收体冷却更加充分，受热更加均匀。壳体上部按照内芯双螺旋的螺距加工出两螺纹孔用来同外部热交换器连接，外部热交换器的水从进水口9进入吸收体，流经螺旋式水流通道在吸收体内部循环一周后，通过出水口10流出吸收体。

后端盖(如图8所示)的中心加工一沉头孔16，用来固定尾端反射体(如图9所示)，两部分用螺纹连接成整体，如图10所示，使得进入吸收体的光不会透射出去。反射体由铜加工而成，前部设计成锥形，后部为圆柱形，圆柱形外径同内芯的内孔径为小间隙配合。最后将尾端反射体与后端盖的组合体同壳体与内芯的组合体通过螺纹连接形成吸收体。尾端反射体加工成锥状体，这样进入吸收体内部的激光束，经过反射体而变得发散，不沿原路返回而全部被吸收体吸收，锥形表面进行抛光处理增加其反射率。然后壳体同内芯的组合体，后端盖同尾端反射体的组合体再通过螺纹连接构成一个整体，形成吸收体。

本实施例结构简单，动作灵敏，时间响应性好，开关光迅速，刚性冲击小，吸收体的吸收能力强，能够承受高功率，成本低，性价比高。

Claims

1、一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸，包括吸收体、激光全反镜和气缸，从激光器发出的光，经激光全反镜反射到吸收体内；其特征在于：所述吸收体包括壳体、内芯、尾端反射体和后端盖；其中：内芯的两端与壳体固连，内芯的外径与壳体的内径间隙配合，在内芯的外表面设置有双螺旋线，双螺旋线在一个端部连通，双螺旋线的另一端与冷却水出入口相连；尾端反射体设置在内芯的端部，并通过后端盖与壳体固定；气缸与激光全反镜相连，能够带动与水平方向成45°角的激光全反镜沿竖直方向运动。

2、根据权利要求1所述的一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸，其特征在于：所述内芯的内表面设置有肋壁。

3、根据权利要求2所述的一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸，其特征在于：所述肋壁为与内芯的内表面连为一体的圆环状结构。

4、根据权利要求2或权利要求3所述的一种能够承受高功率的快速响应激光器光闸，其特征在于：所述肋壁沿内芯的轴线方向均匀分布。