专利名称：一种高功率激光器的机械光闸的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光器，具体为一种高功率激光器的机械光闸。 技术背景机械光闸是对从谐振腔轴出射的激光进行关闭和开放控制，并对激光输出进行导向的一种装置，是轴快流气体激光器的重要部件。机械光间主要由能够控制其运动到激光光路上并改变激光光路的全反射镜、用于吸收全反射镜所反射激光的带冷却功能的吸收体装置、模拟激光输出时激光方向的导向装置、以及机械光闸的外壳组成。光闸的性能评价主要涉及进给机构的动作灵敏性，能量吸收机构吸收及处理能量的能力，以及导向机构的导向稳定性等方面。其中进给机构的动作灵敏性主要取决于其运动部分的质量以及驱动部分的性能；能量吸收机构吸收及处理能量的能力则取决于吸收能量面积及热交换的效率；而导向机构的导向稳定性则取决与其自身的稳定性设计以及外界环境的影响因素，尤其是自身的进给机构的刚性冲击对它的影响，这些因素会直接影响激光加工的性能。现有的机械光间普遍存在导向不稳定、运动位移偏差大、能量吸收面积小一级热交换的效率低的缺点。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有的机械光闸存在的缺陷，而提供一种导向稳定、 运动位移控制精确、能量吸收面积大、一级热交换的效率高的高功率激光器的机械光闸。为实现此目的，本实用新型所设计的高功率激光器的机械光闸，包括上下依次设置的导向机构、进给机构和能量吸收机构，所述的导向机构包括光闸盒，光闸盒上面安装有半导体红光发生器，光间盒下方设置有光间镜，光间镜位于半导体红光发生器中心正下方， 其上设有与水平面成45°角的红光反射镜；所述的进给机构包括直线气缸和直线导轨，所述直线气缸驱动光闸镜沿直线导轨运动；所述的能量吸收机构位于光闸镜下方，包括防反射板、吸收壳体以及吸收壳体内的吸收体芯，所述防反射板设有与半导体红光发生器中心对应的长圆形开孔。在上述技术方案中，所述的光闸盒的外壳和光闸连接块上分别安装有橡胶缓冲头，所述的直线气缸的气缸杆端部安装有缓冲0型圈。 进一步地，所述的导向机构将半导体红光发生器固定在半导体激光器夹上，半导体激光器安装板与光间盒固定，半半导体激光器安装板和半导体激光器夹的连接处设有定位环初步定位两者之间的相对位置关系，所述半导体激光器夹上安装有分别调整红光发生器在X、Y、Z方向上位移的红光调整螺丝。更进一步地，所述的半导体激光器安装板和半导体激光器夹的一侧设置有弹簧拉紧装置，该弹簧拉紧装置包括弹簧、固定销和固定垫片，所述的固定销与半导体激光安装板固定连接，所述的固定垫片安装在半导体激光器夹上设置的坑槽内，弹簧的一端固定连接于固定垫片上，另一端固定在固定销上。[0009]在上述技术方案中，所述的直线气缸和直线导轨安装在气缸座上，所述直线气缸上安装有定位接近开关，所述光闸镜运动路线的上方安装有定位接近开关。进一步地，所述进给机构中设置有PLC控制器，PLC控制器的输入端连接定位接近开关，输出端连接直线气缸，所述的直线气缸上安装有两个调节驱动力的大小的节流阀。 进一步地，所述的光闸镜镜面为抛物面。进一步地，所述吸收体芯为中空的紫铜制体，其外壁为螺旋状，其内壁底部为锥形。上述防反射板和吸收体芯的外表面经过发黑化学处理。上述吸收体芯的外壁和吸收壳体的内壁构成冷却水通道，吸收壳体的下部设有冷却水通道的进水口，吸收壳体的上部设有冷却水通道的出水口，所述的进水口出还设有用于监测冷却水流量的水轮流量计。采用上述技术方案的本实用新型具有以下有益技术效果1、本实用新型的导向机构将半导体红光发生器固定在半导体激光器夹上，半导体激光器安装板与壳体固定，通过定位环初步定位两者间的位置关系，再通过红光调整螺丝微调，使红光通过光间镜上45度的红光反射镜反射后的光路方向与高功率激光器的出光方向一致，保证了高导向机构的精确性；并且利用弹簧拉紧装置，保证半导体激光器夹与半导体激光器安装板的位置，提高了导向机构的稳定性；2、本实用新型的进给机构过双定位接近开关所采集的光闸镜位置状态，用PLC控制器(可编程控制器)控制进给机构，即控制直线气缸运动带动光间镜运动，直线气缸的气压通过节流阀手动调节，这样用气缸带动轻质的运动部件，可以获得很好的动作灵敏性，并且滚珠滑块及直线导轨确保运动稳定性，橡胶缓冲头减小光间镜和光间镜连接块相对运动停止时的刚性冲击，利用直线气缸杆端部设置的缓冲0型圈可达到缓慢近勻速启动，减小了直线气缸运动开始时的刚性冲击；3、本实用新型的能量吸收机构，利用光闸镜的全反射抛物面镜改变激光光路，并将圆形光斑聚焦成一条线段，并使其焦点正位于防反射板上的长圆形开孔处，激光通过防反射板上的长圆形开孔后，成发散状入射到吸收体芯内进行吸收，可以有效地进行吸收，即使有反射，反射光也只有极少能够溢出吸收壳体，确保了能量吸收的高效性；同时，吸收壳体的外壁加工成螺旋结构，能够保证吸收壳体与冷却水间热交换的高效性；且光间镜上设有的冷却装置，提升光闸镜的稳定性与耐用性。引入的水轮流量计、光闸镜温度开关、吸收壳体温度开关以及冷却水水温传感器，连接PLC控制器进行数据监测，保证能量吸收机构更加稳定高效运行。
图1为本实用新型整体结构示意图；图2为图1的C-C向向剖视图；图3为图2的B-B向剖视图；图4为本实用新型中的导向机构结构示意图；图5为图4中弹簧拉紧装置的局部剖视图；图6为本实用新型中的进给机构结构示意图[0025]图7为本实用新型的能量吸收机构结构示意图；图8为图7的纵向剖视结构示意图；图9为能量吸收机构中吸收体芯结构示意图；图中，1为光闸盒、2为光闸镜、3为光闸镜连接块、4为直线气缸、5为直线导轨、6 为半导体激光器安装板、7为半导体激光器夹、8为半导体红光发生器、9为定位接近开关、 10为弹簧拉紧装置、11为节流阀、12为定位接近开关、13为吸收壳体温度开关、14为温度传感器、15为防反射板、16为吸收体芯、17为吸收壳体、18为水轮流量计、19为定位环、20为橡胶缓冲头、21为光闸镜温度开关、22为红光反射镜、23为红光调整螺丝、M为弹簧、25为红光弹簧固定垫片、26为红光弹簧固定销、27为气缸杆、观为缓冲0型圈、四为接近开关探测块。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明如图1-9所示的高功率激光器的机械光闸，包括上下依次设置的导向机构、进给机构和能量吸收机构，所述的导向机构包括光闸盒1，光闸盒1上面安装有半导体红光发生器8，光间盒1下方设置有光间镜2，光间镜观位于半导体红光发生器中心正下方，其上设有与水平面成45°角的红光反射镜22;所述的进给机构包括直线气缸4和直线导轨5，所述直线气缸4驱动光闸镜2沿直线导轨5运动；所述的能量吸收机构位于光闸镜2下方，包括防反射板15、吸收壳体17以及吸收壳体17内的吸收体芯16，所述防反射板15设有与半导体红光发生器8中心对应的长圆形开孔。直线气缸4的气缸杆27端部安装有缓冲0型圈，一左一右夹持住气缸杆27，将气缸杆27固定在光闸镜2与光闸镜连接块3之间，以减小运动开始时的刚性冲击当光闸从到开到位状态开始运动的瞬间，气缸杆27与光间镜2连接块对右侧气缸杆27连接缓冲0型圈进行压缩，对运动部件进行缓冲；当光间从到关到位状态开始运动的瞬间，气缸杆27与光闸镜2对左侧气缸杆27连接缓冲0型圈观进行压缩，对运动部件进行缓冲，提高了进给机构的稳定性。所述的光闸盒1的外壳和光闸连接块3上分别安装有橡胶缓冲头20，当光闸运动到开到位状态停止的瞬间，随运动部件一起运动的右部光闸镜连接块3上的橡胶缓冲头22与光间盒1接触并压缩，对运动部件进行缓冲；当光间运动到关到位状态停止的瞬间，运动部件与左部光光间盒1上的橡胶缓冲头22接触并压缩，运动部件获得缓冲，进一步提高了进给机构的稳定性。半导体激光器安装板6和半导体激光器夹7的连接处设有定位环19初步定位两者之间的相对位置关系，半导体激光器夹7上安装有分别调整红光发生器在X、Y、Z方向上位移微调的红光调整螺丝23，所述调整X方向上位移的红光调整螺丝23下端穿过半导体激光器夹7，顶端球头顶入半导体激光器安装板6上对应位置Y方向上设置的剖面呈三角形的长槽中，这就限制了半导体红光发生器8进行了 Z方向的转动，并使X方向的转动可调；所述调整Y方向上位移的红光调整螺丝23下端穿过半导体激光器夹7，顶端球头顶在半导体激光器安装板6的平面上，这就使半导体红光发生器8在Y方向上的转动可调；所述调整Z 方向上位移的红光调整螺丝23下端穿过半导体激光器夹7，顶端球头顶入半导体激光器安装板6上对应位置设置的圆孔中，这就限制了半导体红光发生器8进行了 X方向、Y方向的移动，并使Z方向的移动可调；调节3处的红光调整螺丝23，就可最终使半导体红光发生器8射出的红光能够竖直射在与水平面成45度角的红光反射镜22上，并成水平方向反射出去，即与水平方向的激光的出光方向一致，这种结构有效保证了导向机构的精确性。半导体激光器安装板6和半导体激光器夹7的一侧设置有弹簧拉紧装置10，它包括弹簧24、固定垫片25和固定销沈，所述的固定销沈与半导体激光安装板6固定连接，所述的固定垫片25安装在半导体激光器夹7上设置的坑槽内，弹簧M的一端固定连接于固定垫片25上，另一端固定在固定销沈上，利用弹簧M的拉力将红光弹簧固定垫片25压在半导体激光器夹7的对应坑槽内。这样的拉紧结构，可以阻止红光方向调解完成后，红光的方向产生变动，并且即使产生变动，也可使其快速回复原位，进一步提高了导向机构的稳定性。直线气缸4和直线导轨5安装在光闸盒1的下方的气缸座上，直线气缸4的气缸杆通过光间镜连接块3连接光间镜，直线导轨5与光间镜连接块3之间安装有滚珠滑块，滚珠滑块与运动部件固定在一起运动，运动过程中利用直线导轨5的直线度保证运动部件在运动过程中的直线度，通过实验证明，这可以最大限度的降低运动过程中的跳动，提高运动的稳定性。直线气缸4上安装有定位接近开关12，所述光闸镜运动路线的上方安装有定位接近开关9。所述进给机构中设置有PLC控制器，PLC控制器的输入端连接定位接近开关9， 输出端连接直线气缸5，所述的直线气缸5上安装有两个节流阀11，通过定位接近开关9和定位接近开关12采集的光闸镜2的位置状态，用PLC控制器进行运动机构控制，即控制直线气缸4运动带动光间镜2及光间镜连接块3运动，气压通过节流阀11手动调节，这样用直线导轨5带动轻质的运动部件，可以获得很好的动作灵敏性，并利用滚珠滑块及直线导轨5确保运动稳定性。能量吸收机构的吸收壳体内设有吸收体芯16，吸收体芯16外壁为螺旋状，底部为锥形；吸收体芯16外壁与吸收壳体17的内壁构成所述的冷却水通道；所述的防反射板15 上的开孔为长圆形；吸收体芯16的外壁加工成螺旋结构，与吸收壳体17的内壁一起，形成了螺旋状的冷却水通道，增加了冷却水流动的距离，增加了冷却水在吸收壳体内部热交换的时间，使吸收壳体冷却更加充分。所述的吸收壳体17的下进水口出还设有用于监测冷却水流量的水轮流量计18。具体实施时，冷却水先经水轮流量计18由吸收壳体的下进水口进入，再通过螺旋状的冷却水通道，自下而上的由吸收壳体17的上出水口流出。由于能量吸收的分布性，吸收体芯16下部较上部温升的趋势更快。冷却水从下部进入冷却，可以更加有效的进行热交换，并保证水道内冷却水的充满无气泡。而水轮流量计18的引入则能够更好的对冷却水的流量进行监视，保证能量吸收机构的稳定运行。光闸镜2镜面为抛物面，激光经光闸镜2的全反射抛物面聚焦反射，圆形光斑聚焦成线型光斑，焦点位于防反射板15的长圆形开孔处。激光通过防反射板15的长圆形开孔， 成发散状的入射至吸收体芯16的内壁。由于吸收体芯16发散角度的限制，在不加大吸收体芯16长度的情况下，大部份的激光会到达吸收体芯16的底部，因此将吸收体芯16的底部加工成锥形，即加大了同等长度下吸收体芯16底部的吸收面积，也可以对未吸收的激光进行更大角度的发散反射，以便吸收体芯16内壁其他部位的再吸收。这种结构即保证了吸收面积利用的最大化，也保证了只有极少量的光能够重新通过防反射板15狭长的长圆形开孔溢出到吸收体芯部。同时防反射板15和吸收体芯16的外表面经过发黑化学处理，最大限度提高了对光的吸收率，降低了对光的反射率。确保了能量吸收的高效率。 光闸镜2和吸收壳体17上分别安装有光闸镜温度开关21和吸收壳体温度开关 13，所述的冷却水通道的进水口处设置有钼电阻型温度传感器14，该温度传感器14与所述的PLC控制器相连接监测温度数据。这种 设计能够更好的监视各部分的温度状况，从而保证能量吸收机构的稳定运行。
权利要求1.一种高功率激光器的机械光闸，包括上下依次设置的导向机构、进给机构和能量吸收机构，其特征在于所述的导向机构包括光间盒，光间盒上面安装有半导体红光发生器，光间盒下方设置有光间镜，光间镜位于半导体红光发生器中心正下方，其上设有与水平面成45°角的红光反射镜；所述的进给机构包括直线气缸和直线导轨，所述直线气缸驱动光闸镜沿直线导轨运动；所述的能量吸收机构位于光闸镜下方，包括防反射板、吸收壳体以及吸收壳体内的吸收体芯，所述防反射板设有与半导体红光发生器中心对应的长圆形开孔。
2.根据权利要求1所述的高功率激光器的机械光闸，其特征在于所述的光闸盒的外壳和光间连接块上分别安装有橡胶缓冲头，所述的直线气缸的气缸杆端部安装有缓冲0型圈。
3.根据权利要求1所述的高功率激光器的机械光闸，其特征在于所述的导向机构将半导体红光发生器固定在半导体激光器夹上，半导体激光器安装板与光间盒固定，半导体激光器安装板和半导体激光器夹的连接处设有定位环初步定位两者之间的相对位置关系， 所述半导体激光器夹上安装有分别调整红光发生器在X、Y、Z方向上位移的红光调整螺丝。
4.根据权利要求3所述的高功率激光器的机械光间，其特征在于所述的半导体激光器安装板和半导体激光器夹的一侧设置有弹簧拉紧装置，该弹簧拉紧装置包括弹簧、固定销和固定垫片，所述的固定销与半导体激光安装板固定连接，所述的固定垫片安装在半导体激光器夹上设置的坑槽内，弹簧的一端固定连接于固定垫片上，另一端固定在固定销上。
5.根据权利要求1所述的高功率激光器的机械光闸，其特征在于所述的直线气缸和直线导轨安装在气缸座上，所述直线气缸上安装有定位接近开关，所述光闸镜运动路线的上方安装有定位接近开关。
6.根据权利要求1或5所述的高功率激光器的机械光闸，其特征在于所述进给机构中设置有PLC控制器，PLC控制器的输入端连接定位接近开关，输出端连接直线气缸，所述的直线气缸上安装有两个调节驱动力的大小的节流阀。
7.根据权利要求1所述的高功率激光器的机械光间，其特征在于所述的光间镜镜面为抛物面。
8.根据权利要求1所述的高功率激光器的机械光闸，其特征在于所述吸收体芯为中空的紫铜制体，其外壁为螺旋状，其内壁底部为锥形。
9.根据权利要求1所述的高功率激光器的机械光闸，其特征在于所述防反射板和吸收体芯的外表面经过发黑化学处理。
10.根据权利要求1所述的高功率激光器的机械光闸，其特征在于所述吸收体芯的外壁和吸收壳体的内壁构成冷却水通道，吸收壳体的下部设有冷却水通道的进水口，吸收壳体的上部设有冷却水通道的出水口，所述的进水口出还设有用于监测冷却水流量的水轮流量计。
专利摘要本实用新型公开了一种高功率激光器的机械光闸，包括光闸盒，光闸盒上面安装有半导体红光发生器，光闸盒下方设置有光闸镜，光闸镜位于半导体红光发生器中心正下方，其上设有与水平面成45°角的红光反射镜；还包括直线气缸和直线导轨，所述直线气缸驱动光闸镜沿直线导轨运动；以及位于光闸镜下方设置的能量吸收机构，它包括防反射板、吸收壳体以及吸收壳体内的吸收体芯，所述防反射板设有与半导体红光发生器中心对应的长圆形开孔。本实用新型克服了现有光闸镜存在的导向不稳定、运动位移偏差大、能量吸收面积小、一级热交换的效率低的缺点，具有动作灵敏度高、红光导向稳定、能量吸收效率高的特点。
文档编号H01S3/121GK202111366SQ20112007143
公开日2012年1月11日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者李波, 杨扬, 王又青, 贺昌玉 申请人:华中科技大学