一种适用于低温环境的冰样二氧化碳激光切割系统的制作方法

本实用新型属于冰物理及冰样制备技术领域，具体涉及一种适用于低温环境的冰样二氧化碳激光切割系统。

背景技术：

对极地冰物理的研究可以帮助人们更深入地了解极地冰盖运动与演化过程。在冰物理研究过程中，冰样的制备与切割是关键环节。传统的机械切割方式对冰样造成较大的扰动，切割效率较低，极易造成样品破碎和损失，同时机械切割方式为接触式切割，会造成样品污染，无法保证纯净度，这对于冰样的研究与分析带来诸多不利。

技术实现要素：

针对传统冰样切割方式的不足，本实用新型的目的是提供了一种可在低温环境下利用高能二氧化碳激光对冰样进行高效快速、非接触、无污染式切割的系统。

本实用新型为实现上述目的采用的技术方案是：一种适用于低温环境的冰样二氧化碳激光切割系统，其特征在于，包括：切割系统台架、激光器支架、二氧化碳激光器、激光器加热套管、第一反射镜、第二反射镜、第一纵向同步直线电机、第二纵向同步直线电机、横向直线电机、纵向直线电机滑轨、横向直线电机滑轨、激光切割头、控制器及融水排水孔，二氧化碳激光器通过激光器支架安装在切割系统台架上，二氧化碳激光器的外部设置有激光器加热套管；激光器加热套管由至少三个沿二氧化碳激光器周向等间隔设置的电加热管组成，至少三个电加热管以相互平行的方式布置；第一反射镜固定在激光器支架上，并位于二氧化碳激光器的二氧化碳激光出射光路上；第二反射镜固定在第一纵向同步直线电机上；纵向直线电机滑轨数量为两个，两个纵向直线电机滑轨对称设置在切割系统台架上；第一纵向同步直线电机和第二纵向同步直线电机分别设置在两个纵向直线电机滑轨上，第一纵向同步直线电机和第二纵向同步直线电机能够沿纵向直线电机滑轨前行、止步或回位；第一纵向同步直线电机和第二纵向同步直线电机均与控制器电连接；横向直线电机滑轨与纵向直线电机滑轨垂直布置，横向直线电机滑轨的一端与第一纵向同步直线电机连接，横向直线电机滑轨的另一端与第二纵向同步直线电机连接；横向直线电机设置在横向直线电机滑轨上，横向直线电机与控制器电连接，横向直线电机能够沿横向直线电机滑轨前行、止步或回位；激光切割头设置在横向直线电机上，并位于第二反射镜的反射光路上；融水排水孔开设在切割系统台架上，呈均匀分布。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述纵向直线电机滑轨上沿其长度方向设置有齿形带。所述第一纵向同步直线电机和第二纵向同步直线电机内部均具有与纵向直线电机滑轨上的齿形带啮合连接的齿轮。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述横向直线电机滑轨上沿其长度方向设置有齿形带。所述横向直线电机内部具有与横向直线电机滑轨上的齿形带啮合连接的齿轮。

进一步，上述适用于低温环境的冰样二氧化碳激光切割系统还包括冷却液循环机，冷却液循环机与二氧化碳激光器连接，冷却液循环机用于对二氧化碳激光器进行冷却。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：本实用新型提出了一种适用于低温环境的冰样二氧化碳激光切割系统，将二氧化碳激光切割技术引入冰物理研究的冰样制备过程中，用高能二氧化碳激光束进行冰样切割，可解决传统机械式冰样切割的所带来的冰样破碎、损失、污染等一系列问题，同时激光器加热套管，可使整套设备用于极地现场、冰川等低温环境下，可以满足二氧化碳激光器在低温环境下正常工作，为现场进行冰样制备与试验提供条件。

进一步的有意效果为，融水排水孔的存在减小融水对冰样融化的影响，为冰物理与冰化学研究提供纯净、高效的切割装置。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型示意性实施例及其说明用于理解本实用新型，并不构成本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为本实用新型提出的适用于低温环境的冰样二氧化碳激光切割系统的结构示意图。

图2为二氧化碳激光冰样切割光路原理图。

图中各标记如下：1-切割系统台架；2-激光器支架；3-二氧化碳激光器；4-激光器加热套管；5-第一反射镜；6-第二反射镜；7-第一纵向同步直线电机；8-第二纵向同步直线电机；9-横向直线电机；10-纵向直线电机滑轨；11-横向直线电机滑轨；12-激光切割头；13-冰样；14-控制器；15-冷却液循环机；16-冷却液进水管；17-冷却液回水管；18-融水排水孔。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，限定有“第一”、“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。

如图1及图2所示，本实用新型提出的一种适用于低温环境的冰样二氧化碳激光切割系统包括切割系统台架1、激光器支架2、二氧化碳激光器3、激光器加热套管4、第一反射镜5、第二反射镜6、第一纵向同步直线电机7、第二纵向同步直线电机8、横向直线电机9、纵向直线电机滑轨10、横向直线电机滑轨11、激光切割头12、控制器14、冷却液循环机15及融水排水孔18，除冷却液循环机15外，其余部件均安装在切割系统台架1上，激光器支架2用于将二氧化碳激光器3固定安装在切割系统台架1上；二氧化碳激光器3的外部设置有激光器加热套管4，激光器加热套管4由至少三个沿二氧化碳激光器3周向等间隔设置的电加热管组成，至少三个电加热管以相互平行的方式布置，每个电加热管独立供电，优选地，电加热管数量为十二根；激光器加热套管4对二氧化碳激光器3进行加热，起到保护作用，以保证整个系统用于极地现场等低温环境使用，保证二氧化碳激光器3在工作温度范围内使用；第一反射镜5固定在激光器支架2上，并位于二氧化碳激光器3的二氧化碳激光出射光路上；第二反射镜6固定在第一纵向同步直线电机7上；纵向直线电机滑轨10数量为两个，两个纵向直线电机滑轨10对称设置在切割系统台架1上，纵向直线电机滑轨10上沿其长度方向设置有齿形带；第一纵向同步直线电机7和第二纵向同步直线电机8分别设置在两个纵向直线电机滑轨10上，第一纵向同步直线电机7和第二纵向同步直线电机8内部均具有与纵向直线电机滑轨10上的齿形带啮合连接的齿轮，第一纵向同步直线电机7和第二纵向同步直线电机8均与控制器14电连接，在控制器14控制下第一纵向同步直线电机7和第二纵向同步直线电机8同步移动，第一纵向同步直线电机7和第二纵向同步直线电机8为现有市面上能够购买到的同步直线电机；横向直线电机滑轨11与纵向直线电机滑轨10垂直布置，横向直线电机滑轨11的一端与第一纵向同步直线电机7连接，横向直线电机滑轨11的另一端与第二纵向同步直线电机8连接，横向直线电机滑轨11上沿其长度方向设置有齿形带；横向直线电机9设置在横向直线电机滑轨11上，横向直线电机9内部具有与横向直线电机滑轨11上的齿形带啮合连接的齿轮，横向直线电机9与控制器14电连接，横向直线电机9为现有市面上能够购买到的直线电机；激光切割头12设置在横向直线电机9上，并位于第二反射镜6的反射光路上；冷却液循环机15与二氧化碳激光器3连接，冷却液循环机15用于对二氧化碳激光器3进行冷却；融水排水孔18开设在切割系统台架1上，呈均匀分布。

二氧化碳激光器3发出的二氧化碳激光光束依次经第一反射镜5、第二反射镜6反射后入射至激光切割头12，经位于激光切割头12内部的反射镜片反射射向冰样13，进行冰样13切割，图2中，a代表二氧化碳激光的路径；第一反射镜5固定在激光器支架2上不动，第二反射镜6安装在第一纵向同步直线电机7上，第二反射镜6随着第一纵向同步直线电机7在纵向直线电机滑轨10上沿纵向直线电机滑轨10长度方向作纵向移动；在控制器14的控制下第一纵向同步直线电机7和第二纵向同步直线电机8同步移动，带动横向直线电机滑轨11移动；在控制器14的控制下横向直线电机9在横向直线电机滑轨11上直线运动，激光切割头12安装在横向直线电机9上，可保证激光切割头12在冰样13任意位置作直线切割；控制器14对激光切割头12的运动进行控制；冷却液循环机15将冷却液通过冷却液进水管16送入二氧化碳激光器3，对二氧化碳激光器3进行冷却，防止其过热，冷却液回水管17将冷却液从二氧化碳激光器3送回至冷却液循环机15；切割过程中，冰样13融水通过开设在切割系统台架1上的融水排水孔18排出。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所做的同等结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。