CN204584540U - 一种高功率半导体激光加工光源系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高功率半导体激光加工光源系统，包括半导体激光光源模块，光学整形模块和壳体。所述的半导体激光光源模块位于壳体内，光学整形模块位于半导体激光光源模块的出光方向上且设置于壳体的前端，半导体激光光源模块与光学整形模块均通过机械方式与壳体连接。本实用新型实现了系统模块化的集成方式，系统中各模块可灵活拆装，解决了传统一体化的激光加工光源系统维护复杂的问题，此外还具有防潮防腐蚀可靠性高的优点。
Description
技术领域
本实用新型提出了一种高功率半导体激光加工光源系统，具体涉及一种模块化的高功率半导体激光加工光源系统。
背景技术
高功率半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，己广泛用于激光加工、激光医疗、激光显示及科学研究领域，成为新世纪发展快、成果多、学科渗透广、应用范围大的综合性高新技术。
激光加工主要包括切割、表面处理、焊接、打标和打孔等。激光表面处理包括激光相变硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。激光加工技术主要有以下独特的优点：
(1)激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件，可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料；
(2)激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换，极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工，因此它是一种极为灵活的加工方法；
(3)无接触加工，对工件无直接冲击，因此无机械变形，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的；
(4)激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小，因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。
半导体激光器用于激光加工相比传统的C02激光器、固体激光器具体积小，质量轻的优点，此外，用C02激光器作为光源的激光加工设备不能实现全自动，因此使用半导体激光器的激光加工系统在加工效率上也具有显著的优势。
但是目前的半导体激光器加工系统往往为一体化的结构，在不同的应用中往往需要更换不同的系统，系统后期维护也较为繁琐。现有的半导体激光加工系统密封方式采用沿上密封板加密封圈的方式密封，需要密封的面积较大，在长时间使用中系统内部会出现腐蚀老化的问题，降低了系统的可靠性。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种高功率半导体激光加工光源系统，实现了系统模块化的集成方式，系统中各模块可灵活拆装，便于模块的更换和维修，此外还具有防潮防腐蚀可靠性高的优点。具体的技术方案为：
一种高功率半导体激光加工光源系统包括半导体激光光源模块，光学整形模块和壳体。所述的半导体激光光源模块位于壳体内，所述的光学整形模块位于半导体激光光源模块的出光方向上且设置于壳体的前端，半导体激光光源模块与光学整形模块均通过机械方式与壳体连接。
所述的半导体激光光源模块包括半导体激光光源和安装部件，半导体激光光源固定于安装部件上，安装部件上开有与壳体匹配的螺丝孔，安装时半导体激光器光源模块从壳体后部插入壳体，所述的安装部件上设有半导体激光光源的电源正极接口和负极接口，气体输入接口以及信号接口；所述的半导体激光光源的电源正极接口与负极接口与外接电源相连，用于给半导体激光光源供电。所述的气体输入接口用于给高功率半导体激光器加工光源系统内部冲入惰性气体，惰性气体可以保护系统内部的性能稳定。所述的信号接口将半导体激光器系统内的信号传输至外部的控制系统。
所述的光学整形模块包括模块外壳A以及透镜组，对半导体激光光源发出的激光光束进行光学整形，得到所需要的光斑；光学整形模块的模块外壳A前端嵌有平面保护镜，平面保护镜分为2层且外层保护镜片可以拆卸。所述的模块外壳A的后端有与壳体匹配的安装板，安装板上开有螺丝孔，通过螺丝可以将光学整形模块与壳体连接固定。
所述的透镜组包括至少2片柱透镜或者球透镜。
所述的半导体激光光源模块的安装部件上还开有入液孔，出液孔及液体制冷通道，且入液孔、出液孔及液体制冷通道与液体制冷型的半导体激光光源制冷结构匹配。
所述的安装部件包括通水块和后壳板，半导体激光光源固定安装于通水块上，通水块固定于后壳板上，所述的后壳板上设有与壳体匹配的螺丝孔，安装时半导体激光光源模块从壳体后部插入壳体内，将后壳板与壳体通过螺丝固定。所述的电源正极接口和负极接口，气体输入接口，信号接口，入液孔及出液孔均设置于后壳板上。所述液体制冷通道设置于通水块内，通过设置于后壳板上的入液孔和出液孔与外接的水循环系统连接，用于为液体制冷型的半导体激光光源提供冷却液体。通水块材料为不锈钢，以防止制冷液体对液体制冷通道的腐蚀。
所述的通水块和后壳板可以为一体结构。
所述的后壳版材料为铝。
所述的惰性气体为氮气。
所述的半导体激光光源模块还包括指示单元，指示单元可以发出可见光，该可见光经过光学整形模块整形后会聚于半导体激光光源的光斑焦点处。
所述的半导体激光光源为半导体激光器叠阵。
所述的光学整形模块的模块外壳A上设有入水口和出水口，模块外壳A内分布有水冷通道，冷却水从光学整形模块的入水口进入，流经模块外壳A内的水冷通道后从出水口流出，保证光学整形模块在系统工作时的温度处于正常状态。
半导体激光器光源模块和光学整形模块可单独安装与更换，此外半导体激光器光源模块与光学整形模块采用独立的制冷液体循环水路，光学整形模块可以直接使用自来水作为制冷液体，半导体激光器光源模块一般采用去离子水作为制冷液体。
所述的壳体上设有可更换的干燥剂视窗和湿度计视窗。干燥剂视窗内部填装有可变色式干燥剂，干燥剂用于吸附系统内部的潮湿水分，干燥剂失效时会改变颜色以警示需要更换。湿度计视窗内部装有可指示系统腔体内部具体湿度值的湿度计，此湿度计用于监测系统内湿度。
所述的光学整形模块的安装板与壳体之间增加密封装置进行密封，所述的半导体激光光源模块的后壳板与壳体之间增加密封装置进行密封。所述的密封装置为密封圈。
本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型提出的高功率半导体激光加工光源系统采用了模块化设计，具有结构紧凑、体积小、重量轻的优点，并且方便系统装配与设备后期维护。
2、光学整形模块和半导体激光光源模块可以灵活更换，配合生成不同尺寸大小的激光光斑，满足工业加工应用中不同的需求。
3、本实用新型中密封方式为模块间增加密封圈的方法，比传统的沿上密封板加密封圈的方式具有更小的待密封面积，因此密封效果更好；此外系统设有可视的“干燥剂视窗”和“湿度计视窗”，具有更好的防潮效果，并且可监控系统内部湿度变化，有效防止因内部湿度过大引起内部元件表面结露，提高了系统的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的高功率半导体激光加工光源系统的一个实施例。
图2为本实用新型的各模块示意图。
图3为实施例的剖面图。
图4为半导体激光器光源模块的后壳板结构图。
图5为光学整形模块的水冷通道的示意图。
附图标号说明：1为半导体激光光源模块，2为光学整形模块，3为壳体，4为半导体激光光源，5为通水块，6为后壳板，7为安装板，8为光学整形模块的入水口，9为干燥剂视窗，10为湿度计视窗，11为平面保护镜，12为透镜组，13为电源正极接口，14为电源负极接口，15为信号接口， 16为入液孔，17为出液孔，18为气体输入接口，19为光学整形模块的模块外壳A，20为光学整形模块的出水口，21为水冷通道。
具体实施方式
图1为本实用新型的一种高功率半导体激光加工光源系统的实施例，图2 为该实施例的各模块示意图，图3为本实施例的剖面图。一种高功率半导体激光加工光源系统包括半导体激光光源模块1，光学整形模块2和壳体3。所述的半导体激光光源模块1位于壳体3内，所述的光学整形模块2位于半导体激光光源模块1的出光方向上且设置于壳体3的前端，半导体激光光源模块1与光学整形模块2均通过机械方式与壳体3连接。
所述的半导体激光光源模块1包括半导体激光光源4和安装部件（5和6），所述的安装部件包括通水块5和后壳板6，半导体激光光源4固定安装于通水块5上，通水块4固定于后壳板6上。所述的后壳板6上设有与壳体3匹配的螺丝孔，安装时半导体激光光源模块1从壳体3后部插入壳体3内，将后壳板6与壳体3通过螺丝固定。图4为半导体激光器光源模块1的后壳板6结构图，所述的后壳板6上设有半导体激光光源的电源正极接口13和负极接口14，气体输入接口18以及信号接口15；所述的半导体激光光源4的电源正极接口13与负极接口14与外接电源相连，用于给半导体激光光源供电。所述的气体输入接口18用于给高功率半导体激光器加工光源系统内部冲入惰性气体，惰性气体可以保护系统内部的性能稳定。所述的信号接口15将半导体激光器系统内的信号传输至外部的控制系统。
所述的惰性气体为氮气。
所述的光学整形模块2包括模块外壳A 19以及透镜组12，对半导体激光光源4发出的激光光束进行光学整形，得到所需要的光斑；光学整形模块的模块外壳A 19前端嵌有平面保护镜11，平面保护镜11分为2层且外层保护镜片可以拆卸。所述的模块外壳A 19的后端有与壳体3匹配的安装板7，安装板7上开有螺丝孔，通过螺丝可以将光学整形模块1与壳体3连接固定。
所述的透镜组12包括至少2片柱透镜或者球透镜。
所述的半导体激光光源模块1的后壳板6上还开有入液孔16及出液孔17，通水块5内设有液体制冷通道，且入液孔16、出液孔17及液体制冷通道与液体制冷型的半导体激光光源制冷结构匹配。所述的通水块5内的液体制冷通道通过设置于后壳板6上的入液孔16和出液孔17与外接的水循环系统连接，用于为液体制冷型的半导体激光光源提供冷却液体。通水块5材料为不锈钢，以防止制冷液体对液体制冷通道的腐蚀。
所述的通水块5和后壳板6也可以为一体结构。
所述的后壳版6材料为铝。
所述的半导体激光光源模块1还包括指示单元，指示单元可以发出可见光，该可见光经过光学整形模块整形后会聚于半导体激光光源的光斑焦点处。
所述的半导体激光光源4为半导体激光器叠阵。
图5为光学整形模块2的水冷通道的示意图。所述的光学整形模块2的模块外壳A 19上设有入水口8和出水口20，模块外壳A19内分布有水冷通道21，冷却水从光学整形模块的入水口8进入，流经模块外壳A内的水冷通道21后从出水口20流出，保证光学整形模块在系统工作时的温度处于正常状态。
半导体激光器光源模块和光学整形模块可单独安装与更换，此外半导体激光器光源模块与光学整形模块采用独立的制冷液体循环水路，光学整形模块可以直接使用自来水作为制冷液体，半导体激光器光源模块一般采用去离子水作为制冷液体。
所述的壳体3上设有可更换的干燥剂视窗9和湿度计视窗10。干燥剂视窗8内部填装有可变色式干燥剂，干燥剂用于吸附系统内部的潮湿水分，干燥剂失效时会改变颜色以警示需要更换。湿度计视窗10内部装有可指示系统腔体内部具体湿度值的湿度计，此湿度计用于监测系统内湿度。
所述的光学整形模块2的安装板7与壳体3之间增加密封装置进行密封，所述的半导体激光光源模块1的后壳板6与壳体3之间增加密封装置进行密封。所述的密封装置为密封圈。
Claims (10)
1.一种高功率半导体激光加工光源系统，其特征在于：包括半导体激光光源模块，光学整形模块和壳体；所述的半导体激光光源模块位于壳体内，所述的光学整形模块位于半导体激光光源模块的出光方向上且设置于壳体的前端，半导体激光光源模块与光学整形模块均通过机械方式与壳体连接；
所述的半导体激光光源模块包括半导体激光光源和安装部件，半导体激光光源固定于安装部件上，安装部件上开有与壳体匹配的螺丝孔；所述的安装部件上设有半导体激光光源的电源正极接口和负极接口，气体输入接口以及信号接口；所述的半导体激光光源的电源正极结构与负极结构与外接电源相连，用于给半导体激光光源供电；所述的气体输入接口用于给高功率半导体激光器加工光源系统内部冲入惰性气体；所述的信号接口将半导体激光器系统内的信号传输至外部的控制系统；
所述的光学整形模块包括模块外壳A以及透镜组，对半导体激光光源发出的激光光束进行光学整形，得到所需要的光斑；光学整形模块的模块外壳A前端嵌有平面保护镜；所述的模块外壳A的后端有与壳体匹配的安装板，安装板上开有螺丝孔，通过螺丝可以将光学整形模块与壳体连接固定。
2.根据权利要求1所述的一种高功率半导体激光加工光源系统，其特征在于：所述的半导体激光光源模块的安装部件上还开有入液孔，出液孔及液体制冷通道，且入液孔、出液孔及液体制冷通道与液体制冷型的半导体激光光源制冷结构匹配。
3. 根据权利要求2所述的一种高功率半导体激光加工光源系统，其特征在于：所述的安装部件包括通水块和后壳板，半导体激光光源固定安装于通水块上，通水块固定于后壳板上，所述的后壳板上设有与壳体匹配的螺丝孔，安装时半导体激光光源模块从壳体后部插入壳体内，将后壳板与壳体通过螺丝固定；所述的电源正极接口和负极接口，气体输入接口，信号接口，入液孔及出液孔均设置于后壳板上；所述液体制冷通道设置于通水块内，通过设置于后壳板上的入液孔和出液孔与外接的水循环系统连接，用于为液体制冷型的半导体激光光源提供冷却液体。
4.根据权利要求3所述的一种高功率半导体激光加工光源系统，其特征在于：所述的通水块和后壳板可以为一体结构。
5.根据权利要求3所述的一种高功率半导体激光加工光源系统，其特征在于：所述的后壳版材料为铝；所述的通水块材料为不锈钢。
6.根据权利要求1所述的一种高功率半导体激光加工光源系统，其特征在于：所述的透镜组包括至少2片柱透镜或者球透镜。
7.根据权利要求1所述的一种高功率半导体激光加工光源系统，其特征在于：所述的光学整形模块的模块外壳A上设有入水口和出水口，模块外壳A内分布有水冷通道，冷却水从光学整形模块的入水口进入，流经模块外壳A内的水冷通道后从出水口流出，保证光学整形模块在系统工作时的温度处于正常状态。
8.根据权利要求1所述的一种高功率半导体激光加工光源系统，其特征在于：所述的半导体激光光源模块还包括指示单元，指示单元可以发出可见光，该可见光经过光学整形模块整形后会聚于半导体激光光源的光斑焦点处。
9.根据权利要求1所述的一种高功率半导体激光加工光源系统，其特征在于：所述的壳体上设有可更换的干燥剂视窗和湿度计视窗；干燥剂视窗内部填装有可变色式干燥剂，干燥剂用于吸附系统内部的潮湿水分，干燥剂失效时会改变颜色以警示需要更换；湿度计视窗内部装有可指示系统腔体内部具体湿度值的湿度计，此湿度计用于监测系统内湿度。
10.根据权利要求1所述的一种高功率半导体激光加工光源系统，其特征在于：所述的半导体激光光源为半导体激光器叠阵。
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| CN201520187728.XU CN204584540U (zh) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | 一种高功率半导体激光加工光源系统 |
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| CN204584540U true CN204584540U (zh) | 2015-08-26 |
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| CN107946885A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-04-20 | 光惠（上海）激光科技有限公司 | 一种防水稳定型高功率光纤激光器系统 |
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