CN203976918U - 可变光斑模块化半导体激光熔覆系统 - Google Patents

Abstract

可变光斑模块化半导体激光熔覆系统，包括半导体激光模块，连接在半导体激光模块下方的光束整形模块、连接在光束整形模块下方的出光口模块；所述半导体激光模块由半导体激光巴条、光束准直系统、隔离镜片组成；所述光束整形模块包括空心的金属支撑件，以及安装在金属支撑件内部的抽匣式X向整形镜组、抽匣式Y向整形镜组和保护镜片；所述空心圆柱状的金属支撑件连通有水冷通道；所述出光口模块为两端开口的倒圆锥形，所述出光口模块的下端开口处外侧连接有送粉臂，所述出光口模块的侧面连接都有除烟装置，所述出光口模块的上部设置有上风刀口，所述出光口模块的下端开口处下部设置有下风刀口。本实用新型可变光斑模块化半导体激光熔覆系统在工作时即可根据工作需要，现场更换不同的镜片模组，在同一焦点处形成不同的光斑，又可根据送粉的方式更换不同的出光口模块。使同一组激光器具有多种功能的选择，适应更广的应用要求。

Description

可变光斑模块化半导体激光熔覆系统

技术领域

本实用新型属于机械再制造领域，特别涉及一种半导体激光熔覆系统。

背景技术

激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。

在目前的激光熔覆中有两种较先进的系统：一种是激光经过光纤传输，通过熔覆头聚焦输出进行工作；另一种为半导体激光器直接对准工件进行作业。前者为光纤传导型，光纤一端和激光器连接，另一端为一标准的机械口与熔覆头连接，根据情况可更换不同的熔覆头，采用同轴送粉，聚焦光斑为圆形；后者为激光器直接输出型，半导体激光巴条与整形聚焦镜组一体封装，通常为旁轴送粉，光斑形状可根据要求订制，常见的光斑为线状或矩形光斑。

光纤传导型的激光熔覆系统输出的圆形光斑较适合加工异形或曲面等复杂的工件；但当批量熔覆较单一的轴类或平面工件时，圆形光斑扫描过程中光斑重复叠压部分较多，导致工作效率较低。而圆形光斑整形为线性或矩形光斑则导致熔覆头更加复杂；激光耦合到光纤内——再把光纤输出的圆光斑变换成矩形的过程，能量损失大，成本高。

而另外一种半导体激光直接输出的方式可以直接把激光束整形聚焦为线性或矩形光斑，降低了成本，且光斑尺寸可以做的较大，有利于提高工作效率。针对批量大而又较简单的工件，使用经济的直接输出型半导体激光熔覆的方式具有明显的优势。然而此类激光器的整形聚焦系统与激光巴条往往是封装成一体，内部充氮气防止结雾进灰。因此不能任意变换光斑形状与大小；若要变换光斑只能退回激光厂家重新安装新的光斑镜组，费时费力、可操作性差。又此种激光熔覆系统的输出镜片下面往往为敞开式的工作环境，工作时的烟尘和金属熔渣的飞溅极易损耗输出镜片。送粉方式也单一，只能为旁轴送粉。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有直接输出半导体激光熔覆系统技术的不足，提供一种可变换光斑形状与大小的模块化半导体激光熔覆系统。

可变光斑模块化半导体激光熔覆系统，包括半导体激光模块，连接在半导体激光模块下方的光束整形模块、连接在光束整形模块下方的出光口模块；所述半导体激光模块由半导体激光巴条、光束准直系统、隔离镜片组成；所述光束整形模块包括空心的金属支撑件，以及安装在金属支撑件内部的抽匣式X向整形镜组、抽匣式Y向整形镜组和保护镜片；所述空心圆柱状的金属支撑件连通有水冷通道；所述出光口模块为两端开口的倒圆锥形，所述出光口模块的下端开口处外侧连接有送粉臂，所述出光口模块的侧面连接都有除烟装置，所述出光口模块的上部设置有上风刀口，所述出光口模块的下端开口处下部设置有下风刀口。

作为优化，所述可变光斑模块化半导体激光熔覆系统，其特征在于所述送粉臂为旁轴送粉臂或者同轴送粉臂。

作为优化，所述抽匣式X向整形镜组、抽匣式Y向整形镜组同金属支撑件的上侧接触面安装一弹性垫片。

作为优化，所述上风刀口位于除烟装置的对面位置。所述抽匣式X向整形镜组和抽匣式Y向整形镜组分别由镜框将多个镜片固定封装制成。

所述半导体激光模块中的激光巴条经过若干准直镜片整形为一准直光束，由一隔离镜片作为输出口。我们把这几部分封装在一个外壳内作为一个标准模块，内部冲氮气确保干燥恒温。出射的准直光束其光斑做成一定尺寸，便于与后面的模块器件进行光学耦合，也便于模块之间的更换维修。

使用时。一定尺寸的准直光束耦合入光束整形模块部分，首先光束被由若干柱面镜片组成的X向整形镜组A1压缩X轴向的光斑尺寸，在焦点F处形成X轴方向a1尺寸的线性光斑；此光束再通过Y向整形镜组B1把焦点F处a1尺寸的线性光斑进行在Y方向扩展或压缩，形成b1尺寸的光斑。此过程要求焦点始终为F处，即熔覆工作点。

实际工作中为了适应不同的光斑功率密度和兼顾工作效率的要求，我们就必需调节光斑的尺寸，因此使用不同的X、Y向整形镜组从而达到各种光斑的任意匹配。所以我们也可以设计出另外一组X向整形镜组A2，在焦点F处形成X轴方向a2尺寸的线性光斑；和Y向整形镜组B2把焦点F处的线性光斑改变为b2尺寸的光斑。

这些X向整形镜组A1、A2…和Y向整形镜组B1、B2…，在空间位置上有着极其严格的尺寸位置误差，我们必须确保激光光束与这些镜片的空间位置的相对固定，才能达到聚焦点F处光斑的使用要求。由此我们把光束整形模块的金属结构支撑件作为一相对基准，X、Y向整形镜组中的光学镜片分别以此基准定好自己的光学间隔，再通过镜框把每组X、Y向整形镜组中的镜片固定封装。

每组的X、Y向整形镜组的镜框均做成抽匣式，便于更换。为了便于确保各镜组的精确定位，我们把与抽匣式镜框接触的金属结构支撑件内安装一弹性垫片，使得每个抽匣式镜框均与金属结构支撑件的基准面精密配合。抽匣式镜框安装到位后，用螺钉紧固。与各抽匣式镜框紧密接触的金属结构支撑件周边布好水冷通道，用于冷却受到激光照射的光学镜片。Y向整形镜组下方有一保护镜片，避免熔覆工作时的烟尘污染镜组。由于保护镜片处于易被污染损耗的环境中，因此保护镜片的镜框也做成抽匣式，便于擦拭和更换。

光束整形模块下部机械连接的出光口模块，出光口做成上宽下窄的半封闭的漏斗状，较小的出光口既有利于阻挡熔覆工作中的烟尘和飞溅的熔渣进入出光口，出光口外侧也便于与其他附件连接定位。出光口内，上风刀口在保护镜片的下方，吹出的压缩空气与除烟装置形成一个气流回路，使进入出光口的熔覆烟尘顺气流被除烟装置排走。下风刀口在出光口下端，吹出的压缩空气避免大量的熔覆烟尘进入出光口内。风刀口通过软管与外界的压缩空气相连。

出光口外通过机械连接送粉臂，送粉臂可选用重力送粉的旁轴式，也可选用气压送粉的同轴式。送粉臂内部有水冷通道连接外部的水冷系统，送粉通道通过软管连接保护气体、送粉器等。

本实用新型可变光斑模块化半导体激光熔覆系统在工作时即可根据工作需要，现场更换不同的镜片模组，在同一焦点处形成不同的光斑，又可根据送粉的方式更换不同的出光口模块。使同一组激光器具有多种功能的选择，适应更广的应用要求。

附图说明

图1为本实用新型可变光斑模块化半导体激光熔覆系统结构示意图。

具体实施方式

下面给出的实施例拟对本实用新型作进一步说明，但不能理解为是对本实用新型保护范围的限制，本领域技术人员根据本实用新型内容对本实用新型的一些非本质的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，可变光斑模块化半导体激光熔覆系统，包括半导体激光模块，连接在半导体激光模块下方的光束整形模块、连接在光束整形模块下方的出光口模块；

半导体激光模块由半导体激光巴条1、光束准直系统2、隔离镜片3组成；所述光束整形模块包括空心状的金属支撑件4，以及安装在金属支撑件4内部的抽匣式X向整形镜组5、抽匣式Y向整形镜组6和保护镜片7；空心圆柱状的金属支撑件4连接有水冷通道8；出光口模块9为两端开口的倒圆锥形，出光口模块9的下端开口处外侧连接有送粉臂10，出光口模块9的侧面连接都有除烟装置11，出光口模块9的上部设置有上风刀口12，出光口模块9的下端开口处下部设置有下风刀口13。

抽匣式X向整形镜组5、抽匣式Y向整形镜组6同金属支撑件4的上侧连接处安装一弹性垫片14。上风刀口12位于除烟装置11的对面位置。抽匣式X向整形镜组5和抽匣式Y向整形镜组6分别由镜框15将多个镜片固定封装制成。

Claims (5)

1.可变光斑模块化半导体激光熔覆系统，包括半导体激光模块，连接在半导体激光模块下方的光束整形模块、连接在光束整形模块下方的出光口模块；所述半导体激光模块由半导体激光巴条、光束准直系统、隔离镜片组成；其特征在于所述光束整形模块包括空心的金属支撑件，以及安装在金属支撑件内部的抽匣式X向整形镜组、抽匣式Y向整形镜组和保护镜片；所述空心的金属支撑件连接有水冷通道；所述出光口模块为两端开口的倒圆锥形，所述出光口模块的下端开口处外侧连接有送粉臂，所述出光口模块的侧面连接都有除烟装置，所述出光口模块的上部设置有上风刀口，所述出光口模块的下端开口处下部设置有下风刀口。

2.根据权利要求1所述可变光斑模块化半导体激光熔覆系统，其特征在于所述送粉臂为旁轴送粉臂或者同轴送粉臂。

3.根据权利要求1所述可变光斑模块化半导体激光熔覆系统，其特征在于所述抽匣式X向整形镜组、抽匣式Y向整形镜组同金属支撑件的上侧接触面安装一弹性垫片。

4.根据权利要求1所述可变光斑模块化半导体激光熔覆系统，其特征在于所述上风刀口位于除烟装置的对面位置。

5.根据权利要求1所述可变光斑模块化半导体激光熔覆系统，其特征在于所述抽匣式X向整形镜组和抽匣式Y向整形镜组分别由镜框将多个镜片固定封装制成。