CN209052745U - 应用于激光冲击强化的防污染装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了应用于激光冲击强化的防污染装置包括防尘机构、设置在防尘机构内的防污染环、设置在导气机构外侧的末级镜片、固定盖、位于固定盖外侧且由右往左依次设置的激光传输单元以及脉冲激光器、空压系统以及工业控制计算机；防尘机构为内部中空两端开口的长筒状结构，一开口端上设有导气机构，另一开口端为直径由内往外依次减小的锥形口；固定盖将末级镜片和导气机构固定在防尘机构一开口端上，固定盖的底部设有与固定盖内部导通的进气口；空压系统连接固定盖上的进气口与固定盖内部导通；工业控制计算机用于控制空压系统向防尘机构中输送空气。本实用新型大大降低了激光冲击强化加工过程中产生的烟雾及喷溅物对激光束的影响，提高了加工的质量。

Description

应用于激光冲击强化的防污染装置

技术领域

本实用新型涉及激光冲击强化技术领域，特别涉及应用于激光冲击强化的防污染装置。

背景技术

激光冲击强化技术又称为激光喷丸，是利用短脉冲（ns级），高峰值功率密度（10⁹W/cm²以上）激光透过约束层冲击覆盖在金属表面的激光吸收保护膜，产生高压瞬态等离子体冲击波，高达GPa的冲击波压力在金属材料表层产生高应变塑性变形，形成很大的残余压应力，同时微观组织发生很大的变化，能显著提高金属材料抗外力损伤、抗腐蚀等疲劳性能的表面处理技术。通常在激光冲击强化工业应用中，采用水作为约束层，这时因水约束层和金属表面对等离子体冲击波的阻碍，水约束层和金属表面污物将会逆向光路喷溅，不仅污染了激光传输单元的光学元件，导致光学元件损伤，而且加工时喷溅的污染物也会吸收激光能量，造成激光能量的损失。从而降低了金属材料表面的最终冲击强化效果。

经过相关文献与专利的查阅，国内江苏大学殷苏民等人专利号为：200510037969.7的实用新型专利“一种基于激光冲击波技术的聚焦镜保护方法与装置”，及西安天瑞达光电技术有限公司李国杰等人专利号为：200910021001.3的实用新型专利“激光冲击强化系统光学膜片防喷溅装置”，与本专利相近，都是保护冲击强化系统的光学透镜避免污染。但是随着激光冲击强化工艺和加工水平的整体提高，激光冲击强化的工作频率已经提高，从之前的1Hz，到现在的5Hz、10Hz，以上专利无法满足现有激光冲击强化生产的实际需求。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种易于安装、方便操作、且能够实现持续性、效果显著、同时可满足不同频率加工需求的应用于激光冲击强化的防污染装置。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

应用于激光冲击强化的防污染装置，所述防污染装置包括：

一防尘机构，防尘机构为内部中空两端开口的长筒状结构，其中一开口端上设有导气机构，其中另一开口端为直径由内往外依次减小的锥形端，锥形端端部为锥形口；

若干设置在防尘机构内的防污染环；

一设置在导气机构外侧的末级镜片；

一内部中空两端开口的固定盖，固定盖将末级镜片和导气机构固定在防尘机构一开口端上，固定盖的底部设有与固定盖内部导通的进气口；

一位于固定盖外侧且由右往左依次设置的激光传输单元以及脉冲激光器，

脉冲激光器、激光传输单元、固定盖、末级镜片、导气机构、防尘机构的水平中心线均在一条直线上；

一空压系统，空压系统连接固定盖上的进气口与固定盖内部导通；

一工业控制计算机，工业控制计算机用于控制空压系统向防尘机构中持续不断的输送洁净的压缩空气。

在本实用新型的一个实施例中，所述末级镜片采用镀有高透过率膜层的玻璃镜片。

在本实用新型的一个实施例中，所述防污染环为4个不同口径的防污染环，分别为I级防污染环、II级防污染环、III级防污染环及IV级防污染环，且等间距分布在防尘机构内。

在本实用新型的一个实施例中，所述空压系统为具有无尘无油空气压缩机。

在本实用新型的一个实施例中，所述导气机构为导气调整环，导气调整环与固定盖之间采用细牙螺纹可调节连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述防尘机构为不锈钢导管。

在本实用新型的一个实施例中，所述工业控制计算机通过通讯电缆与空压系统连接，并控制空压系统工作。

在本实用新型的一个实施例中，所述导气调整环面向进气口的一面为向末级镜片由低向高延伸的斜面。

在本实用新型的一个实施例中，斜面的端点与末级镜片表面之间留有间隙，细牙螺纹可调节间隙的范围。

在本实用新型的一个实施例中，细牙螺纹的可调节范围为0.08mm~0.15mm。

通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过导气机构将带压无尘无油空气吹向末级镜片表面，在末级镜片表面形成一层高压的空气膜，经过末级镜片表面的反作用气流吹向激光传输方向，并通过四个不同口径的防污染环后，从防尘机构末端的锥形口排出。

防尘机构末端的锥形口为直径由内往外依次减小的锥形口，该设计在确保激光聚焦光斑顺利通过的同时，能够大大减小喷溅污染物通过的截面积；由于激光作用于工件表面后产生的喷溅和污染物与气流为反方向，同时有四级防污染环的逐级阻挡，能有效的起到净化防尘管内空气和对末级镜片表面的保护作用。

由于采用压缩空气和机械结构相结合的工作原理，本装置结构设计简单、可靠、应用性强、维护方便，并能满足恶劣的工业环境应用。

同时本装置大大降低了喷溅污染物对激光束的影响，也能够提高加工的质量；在大大的减少了镜片维护的同时提高了生产效率，适用于各种工作频率的激光冲击强化加工。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中A的放大图；

10、防尘机构 11、锥形端 12、锥形口 20、I级防污染环 30、II级防污染环40、III级防污染环 50、IV级防污染环 60、固定盖 61、第一安置腔 62、第二安置腔63、进气口 70、激光传输单元 80、脉冲激光器 90、空压系统 100、工业控制计算机101、通讯电缆 110、聚焦激光束 120、水约束层 130、工件 140、导气调整环 150、末级镜片 151、斜面。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1所示，本实用新型公开了应用于激光冲击强化的防污染装置，防污染装置包括防尘机构10、若干设置在防尘机构内的防污染环、设置在导气机构140外侧的末级镜片150、内部中空两端开口的固定盖60、位于固定盖外侧且由右往左依次设置的激光传输单元70以及脉冲激光器80、空压系统90以及工业控制计算机100。

防尘机构10为不锈钢导管，防尘机构10为内部中空两端开口的长筒状结构，其中一开口端上设有导气机构，其中另一开口端为直径由内往外依次减小的锥形端11，锥形端11端部为锥形口12，锥形口12的直径根据锥形口位置聚焦激光束110的直径确定，激光经过锥形口12后辐射在工件130表面的水约束层120上，锥形口与光路保持同心，口径保证光斑能完整通过即可。

本实用新型中防污染环的个数设置为4个，且等间距设置，且4个防污染环的口径不同，4个防污染环分别为I级防污染环20、II级防污染环30、III级防污染环40及IV级防污染环50，且等间距分布在防尘机构10内，等间距分布使其净化效果更好，防污染环具体口径此处不加赘述，可根据实际需要而设定。

末级镜片150采用镀有高透过率膜层的玻璃镜片。

固定盖60内部包括第一安置腔61和第二安置腔62，安装时，第二安置腔62靠近防尘机构一开口端，末级镜片150设置在第一安置腔61内，导气机构140设置在第二安置腔62内且固定在防尘机构一开口端上，固定盖60的底部设有与固定盖内部导通的进气口63。

导气机构为导气调整环140，导气调整环140用于将带压无尘无油空气吹向末级镜片150表面。

参见图2所示，导气调整环140与固定盖60采用细牙螺纹连接，同时，可通过螺纹来调整导气调整环140与末级镜片150表面之间的间隙，一般为：0.08mm~0.15mm之间，导气调整环140面向进气口的一面为向末级镜片150由低向高延伸的斜面151，斜面151的端点到末级镜片150表面之间的距离即为导气调整环140与末级镜片150表面之间的间隙，斜面141位于第一安置腔61内，压紧空气进入第一安置腔61后通过斜面151的引导作用进入第二安置腔62，直接吹向末级镜片150的表面，继而在末级镜片150的表面可形成一层高压空气膜,斜面151的设置提高了高压空气膜的形成效率。

脉冲激光器80、激光传输单元70、固定盖60、末级镜片150、导气机构140、防尘机构10的水平中心线均在一条直线上。

空压系统90连接固定盖60上的进气口63与固定盖60内部导通，空压系统90为具有无尘无油空气压缩机。

工业控制计算机100通过通讯电缆101与空压系统90连接，并控制空压系统90工作，工业控制计算机100用于控制空压系统90向防尘机构10中持续不断的输送洁净的压缩空气。

本实用新型的实现方式如下：通过固定盖60将末级镜片150、导气机构140及防尘机构10进行固定，通过导气机构140将带压无尘无油空气吹向末级镜片150表面，在末级镜片150表面形成一层高压的空气膜，经过末级镜片150表面的反作用使气流吹向激光传输方向，通过四个不同口径的防污染环后，从锥形端11的锥形口12排出；锥形端11的锥形收缩设计在确保聚焦激光束110顺利通过的同时，能够减小喷溅污染物通过的截面积；由于气流与激光作用于工件表面后产生的喷溅和污染物反方向，同时有四级防污染环的逐级阻挡，能有效的起到净化防尘机构10内空气和对末级镜片150表面的保护作用；防尘机构10将外部光路整个包裹起来，并采用密封件实施密封，一方面使激光不暴露于外部保障了人员安全，另一方面减小了喷溅物直接污染末级镜片的可能性；末级镜片150彻底阻挡了喷溅污染物对激光传输单元的光学元件的污染，日常只需更换末级镜片，大大减少了对整个传输单元光学元件的维护工作。

本实用新型的工作原理是：由控制机构控制空压系统与激光冲击强化加工同步启动，通过压缩空气与防污染环的共同阻挡，来达到减小飞行喷溅物的目的，同时洁净压缩空气还可起到清洁镜片表面的作用；控制机构是整个系统的控制中心，通过同步触发通讯线路启动空压系统，向防尘机构中持续不断的输送洁净的压缩空气。

本实用新型采用压缩空气和机械结构相结合的工作原理，结构设计简单、可靠、应用性强、维护方便，并能满足恶劣的工业环境应用。；同时本装置大大降低了喷溅污染对激光光束的影响，提高加工的质量；减少了镜片维护的同时提高了生产效率，适用于各种频率的激光冲击强化加工。

经过国外相关专利的查询，美国GE公司专利号为：US006713716B1的实用新型专利“REDUCED MIST LASER SHOCK PEENING”中也采用了与本实用新型相类似的“向防尘管中输送带压的洁净空气”，但，有所不同的是，GE公司的专利是将压缩空气直接输送到了管子当中，而本专利是将压缩空气通过导气机构吹向末级镜片，同时在末级镜片的表面形成一层高压空气膜。另外，本实用新型中的防污染装置在结构原理上和该专利以及背景技术中描述的专利均不同。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.应用于激光冲击强化的防污染装置，其特征在于，所述防污染装置包括：

一防尘机构，防尘机构为内部中空两端开口的长筒状结构，其中一开口端上设有导气机构，其中另一开口端为直径由内往外依次减小的锥形端，锥形端端部为锥形口；

若干设置在防尘机构内的防污染环；

一设置在导气机构外侧的末级镜片；

一内部中空两端开口的固定盖，固定盖将末级镜片和导气机构固定在防尘机构一开口端上，固定盖的底部设有与固定盖内部导通的进气口；

一位于固定盖外侧且依次设置的激光传输单元以及脉冲激光器，

脉冲激光器、激光传输单元、固定盖、末级镜片、导气机构、防尘机构的水平中心线均在一条直线上；

一空压系统，空压系统连接固定盖上的进气口与固定盖内部导通；

一工业控制计算机，工业控制计算机用于控制空压系统向防尘机构中持续不断的输送洁净的压缩空气。

2.根据权利要求1所述的应用于激光冲击强化的防污染装置，其特征在于，所述末级镜片采用镀有高透过率膜层的玻璃镜片。

3.根据权利要求1所述的应用于激光冲击强化的防污染装置，其特征在于，所述防污染环为4个不同口径的防污染环，分别为I级防污染环、II级防污染环、III级防污染环及IV级防污染环，且等间距分布在防尘机构内。

4.根据权利要求1所述的应用于激光冲击强化的防污染装置，其特征在于，所述空压系统为具有无尘无油空气压缩机。

5.根据权利要求1所述的应用于激光冲击强化的防污染装置，其特征在于，所述导气机构为导气调整环，导气调整环与固定盖之间采用细牙螺纹可调节连接。

6.根据权利要求1所述的应用于激光冲击强化的防污染装置，其特征在于，所述防尘机构为不锈钢导管。

7.根据权利要求1所述的应用于激光冲击强化的防污染装置，其特征在于，所述工业控制计算机通过通讯电缆与空压系统连接，并控制空压系统工作。

8.根据权利要求5所述的应用于激光冲击强化的防污染装置，其特征在于，所述导气调整环面向进气口的一面为向末级镜片由低向高延伸的斜面。

9.根据权利要求8所述的应用于激光冲击强化的防污染装置，其特征在于，斜面的端点与末级镜片表面之间留有间隙，细牙螺纹可调节间隙的范围。

10.根据权利要求5或9所述的应用于激光冲击强化的防污染装置，其特征在于，细牙螺纹的可调节范围为0.08mm~0.15mm。