CN220432888U - 分光激光淬火头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分光激光淬火头。壳体内部形成为通道，准直镜，设在通道朝向激光束入射方向的一端，经过积分镜的激光束的方向发生改变，沿与原激光束垂直的方向射向通道下方，经过积分镜改变方向的激光束能够射入分光镜以将激光束分成呈一定角度的两个分激光束，两个分激光束能够分别射向所述反光镜并经反光镜反射后射向对应的出光口并射到工件表面。该分光激光淬火头结构简单，能够通过两束激光同时对工件的两个相邻面淬火，避免了激光束二次扫到已淬火区域形成回火组织，导致降低尖角、滚道中间处的硬度的问题，从而保证了工件的表面及尖角、滚道中间处都能有较高的淬火硬度。

Description

分光激光淬火头

技术领域

本实用新型属于激光淬火技术领域，尤其涉及一种分光激光淬火头。

背景技术

现有技术的激光淬火头仅有一道激光束，当淬火具有内角、外角、深沟球轴承滚道的工件表面以及具有较小模数的花键或齿轮时，当一面淬火后，再淬火另一面时，在淬火过程中激光束会在加工表面发生部分反射，而部分反射出的激光会不可避免地扫到已淬火完的那一面的部分区域，从而使该区域发生回火，使该区域的淬火层硬度降低，导致尖角、滚道中间处周边区域难以通过激光淬火进行有效硬化，从而不能形成满足工件使用要求的淬火硬化层。

另外，由于淬火过程中的热量传导引起加工件不同区域的温度和冷却速度不一致，导致淬火层的下方及边缘通常会形成特殊热处理组织，即硬度远小于淬火层表面的热影响区。现有技术中分两步进行激光淬火相邻两个面的加工方式，在已经淬火完一个表面后，再对与其相邻的另一个表面进行激光淬火时，此时会在淬火层的边缘即尖角、滚道中间相邻处产生热影响区，且该热影响区通常会部分扩散到已淬火完的那个表面，从而影响其硬度，这样就导致了在加工工件的内角、外角、深沟球轴承滚道时，内角、外角的尖角、深沟球轴承滚道中间处受热影响区影响很难得到完整的淬火层组织，其硬度通常远低于其他区域的硬度，出现尖角、滚道中间处难硬化的问题，不能满足工件的使用性能要求。

因此开发出一种能对工件的内角、外角、深沟球轴承滚道、花键、齿轮等进行有效淬火、避免激光束二次扫到已淬火区域形成回火组织，避免尖角、滚道中间处受热影响区影响出现难硬化的问题，保证尖角、滚道中间处也能有较高的硬度的激光淬火头成为本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，本实用新型提供一种分光激光淬火头，壳体为环状结构，内部形成为通道，激光器发出的激光束能够射入通道，准直镜设在通道朝向激光束入射方向的一端，积分镜与准直镜沿通道的轴向间隔开设置，激光束射入通道，依次经过准直镜和积分镜，经过积分镜的激光束的方向发生改变，沿与原激光束垂直的方向射向通道下方，分光镜设在积分镜的下方，经过积分镜改变方向的激光束能够射入分光镜以将激光束分成呈一定角度的两个分激光束，反光镜下方的通道的壁上设有两个间隔开的出光口，反光镜的数量为两个，分别设在分光镜下方的两侧，两个分激光束能够分别射向反光镜并经反光镜反射后射向对应的出光口并射到工件表面。该分光激光淬火头结构简单，能够通过两束激光同时对工件的两个相邻面淬火，避免了激光束二次扫到已淬火区域形成回火组织，避免尖角、滚道中间处受热影响区影响出现难硬化的问题，导致降低尖角、滚道中间处的硬度的问题，从而保证了工件的表面及尖角、滚道中间处都能有较高的淬火硬度。

根据本实用新型实施例的分光激光淬火头，采用壳体、准直镜、积分镜、分光镜和反光镜相结合的结构，激光束沿水平方形进入壳体后，先经过准直镜，将从激光器发出的锥形的激光束转变成平行的柱状激光束，激光束再射到积分镜表面后经积分镜的作用，将激光束的方形由水平变为竖直朝下，再经过分光镜，将激光束分为两道激光束分别朝左下方、右下方射入出光口射到工件相邻的两个面，这样可以使具有内角、外角和/或齿轮的工件成一定角度的两个面能同时进行激光淬火，避免了激光束二次扫到已淬火区域形成回火组织，避免尖角、滚道中间处受热影响区影响出现难硬化的问题，保证工件的尖角、滚道中间处也能有较高的淬火硬度。

根据本实用新型实施例的还可以具有以下附加技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，反光镜调节件的数量为两个，分别套设在两个反光镜上以调节反光镜的反射方向。

根据本实用新型的一个实施例，壳体形成为截面为“凸”字形的环状结构，通道形成为横截面为“凸”字形的通道。

根据本实用新型的一个实施例，分光激光淬火头还包括壳体盖，壳体盖为与壳体相配合的“凸”字形片状，壳体盖能盖住通道远离激光束入射方向的一端。

根据本实用新型的一个实施例，通道包括上通道和下通道，上通道位于“凸”字形通道的上部分的“冂”字形通道，下通道位于上通道下方的通道，上通道与下通道的连接处为连通面。

根据本实用新型的一个实施例，准直镜、积分镜均设在上通道内，且沿上通道的轴向间隔开设置。

根据本实用新型的一个实施例，分光镜设在积分镜的正下方，分光镜位于下通道内，分光镜形成为两个斜坡组成的如倒置的“v”字形。

根据本实用新型的一个实施例，分光镜的顶端位于上通道与下通道的连通面。

根据本实用新型的一个实施例，两个反光镜对称分布在分光镜正下方的左右两侧，两个出光口对称分布在反光镜正下方的下通过的下方壁面上。

根据本实用新型的一个实施例，分光激光淬火头还包括托板和保护气罩，托板形成为与下通道的下方壁面相连的方形片状，托板上与出光口对应的位置分别设有保护镜，保护气罩的数量为两个，分别设在保护镜的下方。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的分光激光淬火头的爆炸图；

图2为根据本实用新型实施例的分光激光淬火头的立体图；

图3为根据本实用新型实施例的分光激光淬火头加工齿轮工件的截面图；

图4为现有的单道激光束加工有内角的工件表面的淬火硬化层结构；

图5为现有的单道激光束加工有外角的工件表面的淬火硬化层结构；

图6为现有的单道激光束加工有深沟球轴承滚道的工件表面的淬火硬化层结构。

附图标记：

分光激光淬火头100；

壳体10；通道11；上通道111；下通道112；出光口113；

准直镜20；

积分镜30；

分光镜40；

反光镜50；反光镜调节件51；

壳体盖60；

托板70；保护镜71；

保护气罩80；

连接杆90；QBH接口91；

工件200；激光淬火层210；回火区域220。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图6所示，下面首先结合附图具体描述根据本实用新型实施例的分光激光淬火头100，采用相结合的结构。

具体而言，壳体10为环状结构，内部形成为通道11，激光器发出的激光束能够射入通道11，准直镜20设在通道11朝向激光束入射方向的一端，积分镜30与准直镜20沿通道11的轴向间隔开设置，激光束射入通道11，依次经过准直镜20和积分镜30，经过积分镜30的激光束的方向发生改变，沿与原激光束垂直的方向射向所述通道11下方，分光镜40设在积分镜30的下方，经过积分镜30改变方向的激光束能够射入分光镜40以将激光束分成呈一定角度的两个分激光束，反光镜50下方的通道11的壁上设有两个间隔开的出光口113，反光镜50的数量为两个，分别设在分光镜40下方的两侧，两个分激光束能够分别射向反光镜50并经反光镜50反射后射向对应的出光口113并射到工件200表面。

换言之，壳体10可为环状结构，内部可形成为通道11，激光器发出的激光束能够射入通道11，准直镜20可设在通道11朝向激光束入射方向的一端，积分镜30与准直镜20沿通道11的轴向间隔开设置，激光器发出的锥形激光束可射入通道11，可先穿过准直镜20后变为平行的柱状激光束，再射向积分镜30，经过积分镜30后激光束的形状及方向可发生改变，可沿与原激光束垂直向下的方向射向通道11下方，分光镜40可设在积分镜30的下方，经过积分镜30改变方向的激光束能够射入分光镜40，穿过分光镜40的激光束可被分成呈一定角度的两个分激光束，分光镜40下方的两侧可各设有一个反光镜50，反光镜50下方的通道11的壁上可设有两个间隔开的出光口113，两个分激光束能够分别射向反光镜50并经反光镜50反射后射向对应的出光口113并射到工件200表面。

进一步地，如图3至图5所示，射到工件200表面的两个激光束正好分别落在呈一定角度的相邻两个待加工面上，能够对两个代加工面进行同时加工，避免了传统的先加工一个面再加工相邻面导致先加工的面的部分已淬火区域被激光束再次扫到时反生光反射以及产生热影响区，出现回火组织，降低硬度，不能满足工件200淬火的硬度要求的问题。

另外，如图4至图6所示，通过本结构的淬火头进行加工时，两个加工面进行同时加工，特别是在两个面相邻的尖角、滚道中间处区域，容易被两束激光束同时扫到，能进一步加强尖角、滚道中间处的淬火硬度，避免的传统的尖角、滚道中间处激光扫不到难以硬化的问题。

由此，根据本实用新型实施例的分光激光淬火头100，采用壳体10、准直镜20、积分镜30、分光镜40和反光镜50相连的结构，能够通过两束激光同时对工件200的两个相邻面淬火，避免了激光束二次扫到已淬火区域形成回火组织，导致降低尖角处的硬度的问题，从而在淬火工件200的齿面时，能够保证工件200的齿面及齿顶处都能有较高的淬火硬度。在淬火外角时可避开尖角处，调整好激光束照射角度，保证外角不熔化的前提下有较高的硬度。在淬火内角、深沟球轴承滚道时，可使两道激光束部分在内角中线、深沟球轴承滚道中间出叠加，在不熔化的前提下，从而提高内角中线、深沟球轴承滚道中间部位的硬度及淬硬层的深度。对于淬火模数较小的花键或齿轮时，不仅可使齿面有较高的硬度，齿顶也会产生齿面两侧的硬化带交会的有利形态。

根据本实用新型的一个实施例，如图1和图2所示，激光束可由光纤激光器发出，形成特有的锥状激光束，再可经QBH接口91后的准直镜20，将锥状光束可转化为平行的圆柱状光束，圆柱状光束可再经反射式积分镜30转化成垂直原有光路的特有光柱，该光柱经分光镜40后可一分为二，可分别由左右反射光镜反射，可通过调节手轮对反射镜的角度进行调整，两个激光束分别可以一定角度反射后射向出光口113落到加工件200的相邻两个面进行加工。

根据本实用新型的一个实施例，反光镜调节件51的数量可为两个，可分别套设在两个反光镜50上以调节反光镜50的反射方向，从而可以调节激光束落到工件200表面的位置和入射角度，保证加工质量，提供加工效率。

进一步的，反光镜调节件51可为调节手轮，方便操作。

优选的，如图3所示，壳体10可形成为截面为“凸”字形的环状结构，通道11可形成为横截面为“凸”字形的通道11，便于激光束的射入。

可选的，如图2所示，分光激光淬火头100还包括连接杆90和QBH接口91，连接杆90的一端与“凸”字形的通道11的上端相连通，连接杆90可呈水平设置，连接杆90的另一端通过QBH接口91与光纤激光器激光发出的光纤端相连通，便于光纤内的激光束水平传入壳体10的通道11内。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，分光激光淬火头100还可包括壳体盖60，壳体盖60为与壳体10可相配合的“凸”字形片状，壳体盖60能盖住通道11远离激光束入射方向的一端，可避免激光从通道11的另一端射出造成危险。

根据本实用新型的一个实施例，如图3所示，通道11可包括上通道111和下通道112，上通道111为位于“凸”字形通道11的上部分的“冂”字形通道11，下通道112为位于上通道111下方的通道11，上通道111与下通道112的连接处为连通面，该结构不仅便于准直镜20、积分镜30、分光镜40和反光镜50的安装，也便于获得所需要的激光束进行加工。

进一步的，准直镜20、积分镜30均可设在上通道111内，且沿上通道111的轴向间隔开设置，便于激光束的传导与激光束方向的改变。

在本实用新型的一些具体实施方式中，如图3所示，分光镜40可设在积分镜30的正下方，分光镜40可位于下通道112内，分光镜40可形成为两个斜坡组成的如倒置的“v”字形，落在分光镜40的左右两个斜坡面上的光可分别通过反射向两侧发出并射到对应的反射镜上。

优选的，分光镜40的顶端可位于上通道111与下通道112的连通面，便于将更多的光进行反射，可提高激光束的利用率，节省能源，降低成本。

可选的，两个反光镜50可对称分布在分光镜40正下方的左右两侧，便于接收经过分光镜40的两个斜坡面反射的激光束，两个出光口113可对称分布在反光镜50正下方的下通过的下方壁面上，便于激光束的射出。

根据本实用新型的一个实施例，分光激光淬火头100还可包括托板70和保护气罩80，托板70可形成为与下通道112的下方壁面相连的方形片状，托板70上可与出光口113对应的位置分别设有保护镜71，激光束可从保护镜71射出，保护镜71也可防止工件200加工过程中产生的粉末、气体等直接从出光口113进入到壳体10内对壳体10内的装置和激光束造成污染破坏，提高了加工质量，延长了设备的使用寿命。

进一步的，如图3所示，保护气罩80的数量可为两个，可分别设在保护镜71的下方，由于激光加工过程中会产生烟雾颗粒，保护气罩可有效产生从保护镜71下方垂直向下的气流，以及成一定角度倾斜向下的气帘子，从而有效的防止灰尘以及激光加工过程中产生的烟雾颗粒污染保护镜71。

总而言之，根据本实用新型实施例的方法，通过壳体10、准直镜20、积分镜30、分光镜40和反光镜50相结合的结构，能够通过两束激光同时对工件200的两个相邻面进行淬火，避免了激光束二次扫到已淬火区域形成回火组织，导致降低尖角、滚道中间处的硬度的问题，从而在淬火工件200的齿面时，能够保证工件200的齿面及齿顶都能有较高的淬火硬度。在淬火外角时可避开尖角处，调整好激光束照射角度，保证外角不熔化的前提下有较高的硬度。在淬火内角、深沟球轴承滚道时，可使两道激光束部分在内角中线、深沟球轴承滚道中间出叠加，在不熔化的前提下，从而提高内角中线、深沟球轴承滚道中间部位的硬度及淬硬层的深度。对于淬火模数较小的花键或齿轮时，不仅可使齿面有较高的硬度，齿顶也会产生齿面两侧的硬化带交会的有利形态，从而提高了加工质量和加工效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种分光激光淬火头，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体为环状结构，内部形成为通道，激光器发出的激光束能够射入所述通道；

准直镜，设在所述通道朝向激光束入射方向的一端；

积分镜，所述积分镜与所述准直镜沿所述通道的轴向间隔开设置，激光束射入所述通道，依次经过准直镜和积分镜，经过所述积分镜的激光束的方向发生改变，沿与原激光束垂直的方向射向所述通道下方；

分光镜，设在所述积分镜的下方，经过所述积分镜改变方向的激光束能够射入所述分光镜以将所述激光束分成呈一定角度的两个分激光束；

反光镜，所述反光镜下方的所述通道的壁上设有两个间隔开的出光口，所述反光镜的数量为两个，分别设在所述分光镜下方的两侧，两个分激光束能够分别射向所述反光镜并经反光镜反射后射向对应的出光口并射到工件表面。

2.根据权利要求1所述的分光激光淬火头，其特征在于，还包括：

反光镜调节件，所述反光镜调节件的数量为两个，分别套设在两个所述反光镜上以调节所述反光镜的反射方向。

3.根据权利要求2所述的分光激光淬火头，其特征在于，所述壳体形成为截面为“凸”字形的环状结构，所述通道形成为横截面为“凸”字形的通道。

4.根据权利要求3所述的分光激光淬火头，其特征在于，还包括：

壳体盖，所述壳体盖为与所述壳体相配合的“凸”字形片状，所述壳体盖能盖住所述通道远离所述激光束入射方向的一端。

5.根据权利要求4所述的分光激光淬火头，其特征在于，所述通道包括：

上通道，位于所述“凸”字形通道的上部分的“冂”字形通道；

下通道，位于所述上通道下方的通道，所述上通道与所述下通道的连接处为连通面。

6.根据权利要求5所述的分光激光淬火头，其特征在于，所述准直镜、所述积分镜均设在所述上通道内，且沿所述上通道的轴向间隔开设置。

7.根据权利要求6所述的分光激光淬火头，其特征在于，所述分光镜设在所述积分镜的正下方，所述分光镜位于所述下通道内，所述分光镜形成为两个斜坡组成的如倒置的“v”字形。

8.根据权利要求7所述的分光激光淬火头，其特征在于，所述分光镜的顶端位于所述上通道与所述下通道的连通面。

9.根据权利要求8所述的分光激光淬火头，其特征在于，两个所述反光镜对称分布在所述分光镜正下方的左右两侧，两个所述出光口对称分布在所述反光镜正下方的所述下通道的下方壁面上。

10.根据权利要求9所述的分光激光淬火头，其特征在于，还包括：

托板，所述托板形成为与所述下通道的下方壁面相连的方形片状，所述托板上与出光口对应的位置分别设有保护镜；

保护气罩，所述保护气罩的数量为两个，分别设在所述保护镜的下方。