CN204302535U - 主动冷却式光纤准直激光输出头 - Google Patents
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Abstract
一种主动冷却式光纤准直激光输出头，包括在光纤准直激光输出头的尾部端帽和主体连接件之间是含有光纤包层滤光装置的光纤头，即发热体，其特点是：在所述的发热体之外是主动散热结构，该主动散热结构由自內到外套设的主动散热结构连接件和主动散热结构连接件的密封护套构成，主动散热结构连接件的螺旋沟槽和主动散热结构连接件的密封护套构成冷却流体的环绕发热体9的螺旋通道，在主动散热结构连接件的密封护套的两端设有冷却流体进口和冷却流体出口。本实用新型能够将激光输出头的温度控制在环境温度+10°以内。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光输出头，特别是一种主动冷却式光纤准直激光输出头。
背景技术
目前中小功率光纤激光输出头散热方式都是以自然散热为主，如图1所示。包层滤光装置的连接件结构的配合方式为紧密套配，如果采用自然散热方式，激光输出头工作过程中整个包层滤光装置的连接件结构(即发热体)产生的热量被动的传递给如图4所示的连接件。
自然散热式光纤输出头把光纤输出的点射光经准直透镜后得到准直的平行光，这种机械结构的光纤输出头在功率小于300w时不会遇到什么问题，但是当光纤输出功率大于500w以后，由于输出头累积的热量得不到及时的转移，导致经常出现温度过高，输出头故障很多，甚至将光纤断面污染，整个输出光缆报废。且输出头价格及其昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种主动冷却式光纤准直激光输出头，该激光输出头的发热体外围部分做成螺旋通道，一方面加大了发热体的表面积，另一方面，我们对螺旋通道进行了密封，可以通过气体或液体，让通过螺旋通道的气体或液体带走发热体所散发的热量，激光输出头的温度能够很好地控制在环境温度+10°以内。
本发明的技术解决方案如下：
一种主动冷却式光纤准直激光输出头，包括在光纤准直激光输出头的尾部端帽和主体连接件之间是含有光纤包层滤光装置的光纤头，即发热体，其特点是：在所述的发热体之外是主动散热结构，该主动散热结构由自內到外套设的主动散热结构连接件和主动散热结构连接件的密封护套构成，主动散热结构连接件的螺旋沟槽和主动散热结构连接件的密封护套构成冷却流体的环绕发热体9的螺旋通道，，在主动散热结构连接件的密封护套的两端设有冷却流体进口和冷却流体出口。
所述的冷却流体为冷却气体或冷却水。
所述的冷却流体进口和冷却流体出口为M5的内螺牙，供冷却流体的外管道连 接。
本发明的技术效果：
本发明主动冷却式光纤准直输出头的主动散热结构带走包层滤光装置所产生的热量，这使得在实际应用过程中以500w的光纤激光器为例，激光输出头的温度能够很好的控制在环境温度+10°以内。
附图说明
图1是自然散热式输出头。
图2是自然散热式的激光输出头在切割时温度随时间的变化曲线。
图3是自然散热的激光输出头的连接件结构外观图。
图4是本发明主动冷却式光纤准直输出头在切割时温度随时间的变化曲线。
图5是含有包层滤光装置的光纤头，是光纤激光输出头的发热体。
图6是本发明主动散热结构连接件。
图7是本发明主动散热结构连接件的密封护套。
图8是本发明主动冷却式光纤准直输出头最佳实施例的爆炸图。
图9是本发明主动冷却式光纤准直输出头最佳实施例的剖面图。
图10是图9的左端局部放大图。
图11是图9的右端局部放大图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明自进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图5、图6、图7，图5是含有包层滤光装置的光纤头，是光纤激光输出头的发热体。图6是本发明主动散热结构连接件外观图，主动散热结构连接件10上具有螺旋沟槽，图7是本发明主动散热结构连接件的密封护套外观图。在主动散热结构连接件的密封护套上有进气口和出气口通道，位置分别位于图6是主动散热结构连接件中螺旋通道的前后端。进气口和出气口都是M5的内牙，用于安装气管连接头。
图8是本发明主动冷却式光纤准直输出头最佳实施例的爆炸图，图9是本发明主动冷却式光纤准直输出头最佳实施例的剖面图，图中：
1－光纤保护铠甲 2－光纤保护铠甲固定环 3－防折弹簧 4－光纤 5－尾部端帽 6－尾端连接铜柱 7－压紧螺母 8－热敏电阻 9－加装了包层滤光装置的光纤头，即发热体 10－主动散热结构连接件 11－主动散热结构连接件密封护套 12－主体连接件 13－光纤保护镜 14－光纤保护镜压紧螺母 15－准直镜室16－准直镜座 17－准直镜 18－准直镜压紧螺母 19－保护镜底座 20－保护镜21－保护镜压紧螺母 22－输出头防尘帽 23－冷却气体进口(M5内螺牙) 24－冷却气体出口(M5内螺牙)。
上述各部件的连接关系如下：
光纤4位于光纤保护铠甲1内部，防折弹簧3在光纤保护铠甲固定环2的作用下，通过尾部端帽5上的固定螺丝2来保证光纤保护铠甲的牢固性。防折弹簧3主要用来防止外力作用过度弯曲光纤保护铠甲1。
光纤保护铠甲1的前端插入到尾端连接铜柱6内，通过尾端连接铜柱6末端上的环形顶丝固定在其腔内，尾端连接铜柱6的前端安装面紧贴尾部端帽5沉孔的内部台阶，并通过尾部端帽5的顶丝与其固定，光纤4从尾端连接铜柱6中穿过。
尾端连接铜柱6通过前段的外螺纹与主动散热结构连接件8的腔内螺纹连接。8主动散热结构连接件末端的外螺纹与5尾部端帽前端的内螺纹连接。
光纤4从尾端连接铜柱6中穿过后，焊接在加装了包层滤光的特殊装置9上，加装了包层滤光的特殊装置9的中间部分有定位孔，通过主动散热结构连接件10前端的顶丝加以固定。这样就保证了加装了包层滤光的特殊装置9和主动散热结构连接件10的相对位置固定不变。加装了包层滤光的特殊装置9的前段通过外螺纹连接固定在主体连接件12的内壁上。加装了包层滤光的特殊装置9与主动散热结构连接件10的内腔滑配。主动散热结构连接件护套11的末端的内螺纹和尾部端帽5前端的外螺纹连接，使主动散热结构连接件10外围的螺旋通道形成一个密闭的螺旋通道。
光纤保护镜13紧贴主体连接件12前端腔内安装基准面，光纤保护镜压紧螺母14通过主体连接件12前端腔内螺纹固定光纤保护镜13。
准直镜室15和主体连接件12通过内外螺纹连接。准直镜压紧螺母18将准直镜17固定在准直镜座16内。
保护镜底座19通过外螺纹内嵌于准直镜室15的腔内，保护镜20通过保护镜压 紧螺母21固定在保护镜底座19上。
输出头防尘帽22的外螺纹与准直镜室15前端的内螺纹连接，防止运输过程中灰尘污染到镜片。在使用的时候，输出头防尘帽22将旋出。
热敏电阻8嵌装在主动散热结构连接件10内。
冷却气体进口23(M5内螺牙)和冷却气体出口24(M5内螺牙)分别位于主动散热结构连接件护套11首末两端侧，用于安装M5外牙的气体连接头。
在以上各器件的连接中，为保证各器件相对位置的准确性和气密性会增加垫圈和密封圈。
由图可见，本发明主动冷却式光纤准直激光输出头，包括在光纤准直激光输出头的尾部端帽5和主体连接件12之间含有的光纤包层滤光装置的光纤头，即发热体9，其特点是：在所述的发热体9之外是主动散热结构，该主动散热结构由自內到外套设的主动散热结构连接件10和主动散热结构连接件的密封护套11，所述的主动散热结构连接件10的螺旋沟槽和主动散热结构连接件的密封护套11构成冷却流体的环绕发热体9的螺旋通道，在主动散热结构连接件的密封护套11的两端设有冷却流体进口23和冷却流体出口24。
本主动冷却式光纤准直输出头，是以长期的激光应用和实验数据为基础的，为能够更好的说明本主动冷却式光纤准直激光输出头相比于现有靠自然散热式输出头的优势，下面从实验测试数据中抽取一组对比实验，加以说明：
实验1，
500w的光纤激光器，用以自然散热式激光输出头对2mm的普通碳钢进行切割，实验以测试输出头的温度为目的，在环境温度为18℃的条件下切割15分钟以后，通过对实验数据时间和输出头温度的记录整理，得到图2的温度随时间变化的曲线：
通过实验1，我们可以看到，在500w的激光器以满功率用自然散热式激光输出头切割15分钟后，输出头的温度达到36.5℃，又经过30分钟的冷却，输出头的温度降到了22℃。
实验2
同实验1相比，其他条件不做改变，仅把主动冷却式光纤准直激光输出头代替自然散热式激光输出头，在环境温度为19℃的条件下切割15分钟以后，通过对实验数据时间和输出头温度的记录整理，得到图4的温度随时间变化的曲线：
通过实验2，我们可以看到，在500w的激光器以满功率用主动冷却式光纤准直输出头切割15分钟后，输出头的温度达到21.7℃，并趋于稳定状态。
通过实验2和实验1的对比，可以发现，本发明主动冷却式光纤准直输出头能够很好的在常温条件下把自身温度控制在环境温度+10℃。
本发明主动冷却式光纤准直输出头与现有已知技术的主要区别在于：
1、激光输出头的发热体外围部分(即图6主动散热结构连接件)做成螺旋通道便于流体通过和散热。
2、在切割应用中，充分利用从高压气体瓶中出来的切割气体低温和高流速这一特征。让气体首先通过主动冷却式光纤准直输出头的气体或水进口，把图6主动散热结构连接件产生的热量经主动冷却式光纤准直输出头的气体或水出口出来以后，再经过切割头的气体进口吹向激光束作用的材料表面，形成切割。
Claims (3)
1.一种主动冷却式光纤准直激光输出头，包括在光纤准直激光输出头的尾部端帽(5)和主体连接件(12)之间是含有光纤包层滤光装置的光纤头，即发热体(9)，其特征是：在所述的发热体(9)之外是主动散热结构，该主动散热结构由自內到外套设的主动散热结构连接件(10)和主动散热结构连接件的密封护套(11)构成，主动散热结构连接件(10)的螺旋沟槽和主动散热结构连接件的密封护套(11)构成冷却流体的环绕发热体(9)的螺旋通道，在主动散热结构连接件的密封护套(11)的两端设有冷却流体进口(23)和冷却流体出口(24)。
2.根据权利要求1所述的主动冷却式光纤准直激光输出头，其特征是所述的冷却流体为冷却气体或冷却水。
3.根据权利要求1所述的主动冷却式光纤准直激光输出头，其特征是所述的冷却流体进口(23)和冷却流体出口(24)中经过的流体包括但不限于切割气体。
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