CN103537795A - 高功率半导体激光器加工*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高功率半导体激光器加工***。该高功率半导体激光器加工***的光束聚焦模块的夹持机构通过散热块安装固定于壳体的内底面；在光束聚焦模块的镜片夹持接触位置设置有导热缓冲垫层；在壳体内部设置有密封的水冷通道，该水冷通道自进水口至出水口在壳体底部形成环形水路，主要分为进水段、弯折部A、弯折部B以及出水段，其中进水段和出水段分别位于壳体内部两侧平行设置，在散热块与对应位置的壳体的内底面之间，设置有沿光束聚焦模块径向弯折的通道作为所述弯折部A，用于对光束聚焦模块散热；弯折部B位于壳体的前端头部环绕保护窗口，用于对保护窗口散热。本发明的高功率半导体激光加工***体积小，质量轻，散热效果好。

Description

高功率半导体激光器加工***
技术领域
本发明涉及一种半导体激光器加工***（设备）。
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，已广泛用于激光加工、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。
激光加工主要用于切割、表面处理、焊接、打标和打孔等。激光表面处理包括激光相***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；
（2）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；
（3）激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换，极易与数控***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；
（4）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；
（5）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。
应用于激光加工的激光器主要有CO2激光器、固体激光器，对于CO2激光器、固体激光器做为制成的激光加工设备，其体积大，质量重，不能实现便携式，同时用CO2激光器作为光源的激光加工设备不能实现全自动，导致了加工效率不高。
发明内容
本发明提供一种高功率半导体激光器加工***。
本发明的技术方案如下：
一种高功率半导体激光器加工***，包括壳体、半导体激光器光源***和保护窗口，其中，半导体激光器光源***固定设置在壳体内，保护窗口固定嵌于壳体的前端头部，保护窗口的中心处于半导体激光器光源***出光光路的光轴上；所述半导体激光器光源***包括半导体激光器光源和光束聚焦模块，光束聚焦模块的夹持机构通过散热块安装固定于壳体的内底面，在光束聚焦模块的镜片夹持接触位置设置有导热缓冲垫层；在壳体内部设置有密封的水冷通道，该水冷通道自进水口至出水口在壳体底部形成环形水路，主要分为进水段、弯折部A、弯折部B以及出水段，其中进水段和出水段分别位于壳体内部两侧平行设置，在散热块与对应位置的壳体的内底面之间，设置有沿光束聚焦模块径向弯折的通道作为所述弯折部A，用于对光束聚焦模块散热；所述弯折部B位于壳体的前端头部环绕保护窗口，用于对保护窗口散热。
基于上述基本方案，本发明还做如下优化限定和改进：
上述导热缓冲垫层采用铟膜材料。
在壳体上还设置有进气口和排气口，使得干燥气体由进气口进入壳体内腔扫过半导体激光器光源和光束聚焦模块后由排气口自然排出。
在壳体的前端头部外侧设置有喷气装置，喷气装置的喷气管口斜向设置。
上述保护窗口的主体为双层平板结构，材质为石英玻璃，两层之间填充真空。
上述保护窗口与半导体激光器光源***出光端保持3-5mm的间隙。
本发明具有以下优点：
本发明的高功率半导体激光加工***体积小，质量轻；
本发明在光束聚焦模块下方的壳体部分设置蓄水槽，可以将光束聚焦模块的热量很好的导出，同时本发明设置吹起保护，防止高功率半导体激光加工***内部产生多余水分后冷凝，使得半导体激光器***的可靠性更好。
在光束聚焦模块的镜片夹持接触位置设置有导热缓冲垫层，增大散热面积同时对镜片的柔性夹持，也提高了加装的可靠性。
保护窗口的主体为双层平板结构，两层之间填充真空，使得半导体激光加工***内部的半导体激光器光源及光束聚焦模块不易受外界环境干扰；加工过程中飞溅物不易进入内部污染内部环境；同时保护窗口的主体为双层平板结构，两层之间填充真空，若外层保护窗损坏，可及时更换而不影响半导体激光加工***内部。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图（俯视方向）。
图2为保护窗口处的剖视示意图。
图3为一种吹气干燥的示意图。
图4为另一种吹气干燥的示意图。
图5为镜片夹持位置的示意图。
图6为本发明的一个实物样件剖视图。
附图标号说明：
1-半导体激光器光源***；2-壳体；3-保护窗口；4-进水段；5-出水段；6-光束聚焦模块；7-蓄水部A（光束聚焦模块处的水路）；8-弯折部B（保护窗口处的水路）；9-导热缓冲垫层。
具体实施方式
如图1所示，本发明的高功率半导体激光器加工***，包括壳体，半导体激光器光源***1，保护窗口3以及散热***。
半导体激光器光源***固定设置在罩壳***内，保护窗口固定安装于壳体的前端，与半导体激光器光源***出光部保持适当的间隙。保护窗口的主体为双层平板结构，两层之间填充真空。平板材料可以选用与保护窗口安装边框热膨胀系数较匹配的材料。通常安装边框为高导热金属材质，因此可选择双层平板选用石英玻璃材质。
半导体激光器光源***包括半导体激光器光源、光束聚焦模块。除传统方案对半导体激光器光源本身散热外，本发明还对光束聚焦模块进行散热。在壳体内部设置有水冷通道，水冷通道包括进水段、出水段及弯折部A、B。弯折部A、B分别用于对光束聚焦模块、保护窗口进行冷却。
弯折部A具体可以为“几”字形尽可能使水流覆盖光束聚焦模块的底部。另外，弯折部A既可以首尾分别接进水段、弯折部B；也可以如图1所示，分为位置相对的（不直接连通的）两部分，即一部分首尾分别接进水段、弯折部B，另一部分首尾分别接弯折部B、出水段。
吹气干燥的目的是采用通入干燥的压缩空气或者惰性气体，如氮气、氦气等，将壳体内的水气排出,从而避免壳体内冷凝水的产生,提高叠阵的使用环境和寿命。为了提高排湿的效果，进气口的终端和排气口的终端在壳体的两个方向,干燥的气体分别扫略过叠阵、透镜等内部部件，达到最佳排湿效果,并使得壳体内的所有湿气均被排出。
在壳体的前端头部外侧设置有喷气装置，喷气装置的喷气管口斜向设置。这样能够避免工作台面上产生的碎屑飞溅损伤保护窗口。
在光束聚焦模块的镜片夹持接触位置设置有导热缓冲垫层，导热缓冲垫层的热膨胀系数介于光束聚焦模块的热膨胀系数和夹持器件的热膨胀系数之间，降低了光束聚焦模块和夹持器件之间的应力。例如导热缓冲垫层选用铟膜材料等，既能够增大散热面积同时对镜片的柔性夹持，也提高了加装的可靠性。

Claims (6)

1.高功率半导体激光器加工***，包括壳体、半导体激光器光源***和保护窗口，其中，半导体激光器光源***固定设置在壳体内，保护窗口固定嵌于壳体的前端头部，保护窗口的中心处于半导体激光器光源***出光光路的光轴上；所述半导体激光器光源***包括半导体激光器光源和光束聚焦模块，光束聚焦模块的夹持机构通过散热块安装固定于壳体的内底面，在光束聚焦模块的镜片夹持接触位置设置有导热缓冲垫层；在壳体内部设置有密封的水冷通道，该水冷通道自进水口至出水口在壳体底部形成环形水路，主要分为进水段、弯折部A、弯折部B以及出水段，其中进水段和出水段分别位于壳体内部两侧平行设置，在散热块与对应位置的壳体的内底面之间，设置有沿光束聚焦模块径向弯折的通道作为所述弯折部A，用于对光束聚焦模块散热；所述弯折部B位于壳体的前端头部环绕保护窗口，用于对保护窗口散热。
2.根据权利要求1所述的高功率半导体激光器加工***，其特征在于：所述导热缓冲垫层采用铟膜材料。
3.根据权利要求1所述的高功率半导体激光器加工***，其特征在于：在壳体上还设置有进气口和排气口，使得干燥气体由进气口进入壳体内腔扫过半导体激光器光源和光束聚焦模块后由排气口自然排出。
4.根据权利要求1所述的高功率半导体激光器加工***，其特征在于：在壳体的前端头部外侧设置有喷气装置，喷气装置的喷气管口斜向设置。
5.根据权利要求1所述的高功率半导体激光器加工***，其特征在于：所述保护窗口的主体为双层平板结构，材质为石英玻璃，两层之间填充真空。
6.根据权利要求1所述的高功率半导体激光器加工***，其特征在于：保护窗口与半导体激光器光源***出光端保持3-5mm的间隙。
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