一種二氧化碳熔接機及其進行熔接的方法技術(shù)

一種二氧化碳熔接機及其進行熔接的方法，它屬于光纖熔接及激光焊接技術(shù)領(lǐng)域。解決現(xiàn)有熔接裝置使用壽命短，熔接過程中光照射不均勻，光學(xué)材料受熱不一致，難以精確控制焊接點大小的問題。裝置包括二氧化碳激光器、三個45°反射鏡、光學(xué)斬波器、激光聚焦裝置、兩個夾具裝置、三維電動平移臺及操作臺。方法：調(diào)節(jié)待熔接的部件相貼合處位于第二全反射光罩的焦點處，發(fā)射的激光束反射至斬波器，然后反射至激光聚焦裝置，得到外部激光束，外部激光束直射在全反射光錐前端，并將散射激光束反射至第一全反射光罩內(nèi)環(huán)表面，將散射激光束匯聚成平行激光束，平行激光束匯聚至第二全反射光罩的焦點處。

A Carbon Dioxide Welding Machine and Its Welding Method

The invention relates to a carbon dioxide welding machine and a welding method thereof, which belongs to the technical field of optical fiber welding and laser welding. To solve the problems of short service life of existing welding devices, uneven illumination and inconsistent heating of optical materials during welding process, and difficulty in accurately controlling the size of welding joints. The device consists of a carbon dioxide laser, three 45 degree mirrors, an optical chopper, a laser focusing device, two fixture devices, a three-dimensional electric translation table and a manipulator. Method: Adjust the joint of the parts to be welded at the focal point of the second total reflection mask, and reflect the laser beam to the chopper, and then reflect it to the laser focusing device. The external laser beam is obtained. The external laser beam is directed at the front end of the total reflection cone, and the scattered laser beam is reflected to the inner ring surface of the first total reflection mask. The scattered laser beam is converged into parallel laser beam. The line laser beam converges to the focal point of the second total reflection mask.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種二氧化碳熔接機及其進行熔接的方法
本專利技術(shù)屬于光纖熔接及激光焊接

技術(shù)介紹
隨著高功率固體激光、光纖激光的發(fā)展，以及高功率半導(dǎo)體激光光束質(zhì)量的不斷改善，高功率傳能光纖的需求將會日益增加。高功率傳能裸光纖在直接應(yīng)用過程中存在以下問題需要解決：1、光纖芯徑很細(xì)，高功率激光通過透鏡聚焦進入光纖，光纖端面的功率密度極高，光纖很容易損壞，所以要求光纖端面無任何損傷及污染，要求極為苛刻；2、光纖端面面積很小，不容易進行鍍膜處理，激光進入無鍍膜光纖端面存在較大的損耗，會產(chǎn)生更多損壞光纖的熱量；3、裸光纖兩端在安裝、拆卸過程中強度低，夾持很不方便。通過光纖兩端熔接大直徑石英端帽，并在端帽兩端進行鍍膜處理可完全解決光纖端面功率密度高、損耗大以及夾持不方便的問題。但現(xiàn)有光纖與光纖熔接以及光纖與端帽熔接裝置使用壽命短，在熔接過程中光照射不均勻，光學(xué)材料受熱不一致，難以控制熔接點大小。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的是要解決現(xiàn)有光纖與光纖熔接以及光纖與端帽熔接裝置使用壽命短，在熔接過程中光照射不均勻，光學(xué)材料受熱不一致，難以精確控制熔接點大小的問題，而提供一種二氧化碳熔接機及其進行熔接的方法。一種二氧化碳熔接機包括二氧化碳激光器、第一45°反射鏡、第二45°反射鏡、第三45°反射鏡、光學(xué)斬波器、激光聚焦裝置、第一夾具裝置、第二夾具裝置、三維電動平移臺及操作臺；所述的操作臺包括上層工作臺面和底層工作臺面；所述的二氧化碳激光器及第一45°反射鏡設(shè)置于底層工作臺面上；所述的第二45°反射鏡、第三45°反射鏡、光學(xué)斬波器、激光聚焦裝置、第一夾具裝置、第二夾具裝置及三維電動平移臺設(shè)置于上層工作臺面上；且與光學(xué)斬波器位置對應(yīng)的上層工作臺面上設(shè)置通孔；二氧化碳激光器的前端設(shè)置第一45°反射鏡，二氧化碳激光器發(fā)射的激光束通過第一45°反射鏡向上穿出上層工作臺面上設(shè)置的通孔，反射至光學(xué)斬波器；所述的光學(xué)斬波器上方設(shè)置有第二45°反射鏡，與第二45°反射鏡相對的位置設(shè)置有第三45°反射鏡，光學(xué)斬波器斬波后得到的低功率且穩(wěn)定的激光束依次通過第二45°反射鏡及第三45°反射鏡反射至激光聚焦裝置；所述的激光聚焦裝置包括全反射光錐、第一全反射光罩、第二全反射光罩、支撐裝置及環(huán)形支架；環(huán)形支架包括第一圓形側(cè)壁、連接片及第二圓形側(cè)壁，所述的第二圓形側(cè)壁通過連接片同心固定于第一圓形側(cè)壁內(nèi)部；支撐裝置包括底座、第一支撐部及第二支撐部，第一支撐部及第二支撐部分別位于底座左右兩側(cè)；所述的第一支撐部上設(shè)有第一安裝孔，第二支撐部上設(shè)有第二安裝孔，第一安裝孔內(nèi)部延激光束傳播方向依次設(shè)置第一全反射光罩及環(huán)形支架，且所述的全反射光錐設(shè)置于第二圓形側(cè)壁內(nèi)部；所述的第二安裝孔內(nèi)部設(shè)置第二全反射光罩；所述的全反射光錐的前端為錐角為90°的全反射圓錐鏡；所述的第一全反射光罩的內(nèi)環(huán)表面為45°反射環(huán)形鏡；所述的第二全反射光罩的內(nèi)環(huán)表面為空心聚焦環(huán)形鏡；所述的全反射光錐與第一全反射光罩及第二全反射光罩同軸；且所述的全反射光錐的前端設(shè)置于第一全反射光罩的激光入口與第一全反射光罩的激光出口之間的中心軸線上；延激光束傳播方向依次設(shè)置第一夾具裝置及第二夾具裝置，且第一夾具裝置及第二夾具裝置相對設(shè)置于第二全反射光罩兩側(cè)，所述的第一夾具裝置及第二夾具裝置分別設(shè)置于三維電動平移臺上。一種二氧化碳熔接機進行熔接的方法是按以下步驟進行的：一、將待熔接的第一部件夾至第一夾具裝置上，將待熔接的第二部件夾至第二夾具裝置上，調(diào)節(jié)三維電動平移臺使得待熔接的第一部件及待熔接的第二部件相貼合，且相貼合處位于第二全反射光罩的焦點處；二、打開二氧化碳激光器，二氧化碳激光器發(fā)射的激光束通過第一45°反射鏡向上穿出上層工作臺面上設(shè)置的通孔，反射至光學(xué)斬波器，得到低功率且穩(wěn)定的激光束，低功率且穩(wěn)定的激光束通過第二45°反射鏡反射至第三45°反射鏡，通過第三45°反射鏡反射至激光聚焦裝置，得到外部激光束；三、外部激光束通過第一全反射光罩的激光入口射入，直射在全反射光錐的前端，且外部激光束中心軸線與全反射光錐的前端中心軸線相重合；四、通過全反射光錐將外部激光束均勻反射成散射激光束，并將散射激光束均勻散射至與外部激光束傳播方向相垂直的平面上，并反射至第一全反射光罩內(nèi)環(huán)表面；五、通過第一全反射光罩內(nèi)環(huán)表面的45°反射環(huán)形鏡，將散射激光束匯聚成平行環(huán)形激光束，平行環(huán)形激光束穿出第一全反射光罩的激光出口；六、平行環(huán)形激光束通過第二全反射光罩的激光入口射入，直射在第二全反射光罩內(nèi)表面，通過第二全反射光罩內(nèi)表面的空心聚焦環(huán)形鏡，將平行環(huán)形激光束匯聚成聚焦光束均勻聚焦至第二全反射光罩的焦點處，將待熔接的第一部件與待熔接的第二部件進行熔接，即完成二氧化碳熔接機進行熔接的方法。本專利技術(shù)優(yōu)點：1、本專利技術(shù)采用二氧化碳激光器激光環(huán)形熱源，環(huán)形熱源是通過全反射光錐、第一全反射光罩內(nèi)環(huán)表面的45°反射環(huán)形鏡及第二全反射光罩內(nèi)環(huán)表面的空心聚焦環(huán)形鏡反射得到的，在加熱處會形成均勻且功率穩(wěn)定的環(huán)形熱源。加熱出的端帽更加便于光纖熔接，且光纖和端帽之間的間隙封閉性較好，熔接的成功率大大提高；2、本專利技術(shù)所采用的加熱裝置是光學(xué)組件，并非是傳統(tǒng)的電極，從而能夠延長裝置的使用壽命；3、由于熔接端帽必須得在激光功率穩(wěn)定下進行，而二氧化碳激光器在高功率下才能得以穩(wěn)定，但高功率直接熔接溫度過高，因此，為得到低功率又穩(wěn)定的激光，進而使用了光學(xué)斬波器；4、由于聚焦是以一定的聚焦角度聚焦，并且是在整個空間均勻的向焦點聚焦，因此能夠保證在焦點上的待熔接光纖在均勻受熱的前提下實現(xiàn)熔接，適用于石英光纖及石英端帽的對接熔接，聚焦角α可以避開大直徑材料對光束的遮擋。附圖說明圖1為本專利技術(shù)二氧化碳熔接機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)光學(xué)斬波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本專利技術(shù)第一夾具裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本專利技術(shù)第二夾具裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本專利技術(shù)三維電動平移臺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本專利技術(shù)激光聚焦裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本專利技術(shù)激光聚焦裝置的剖視圖；圖8為具體實施方式四垂直攝像頭成像校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為具體實施方式四水平攝像頭成像校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本專利技術(shù)外部激光束在激光聚焦裝置內(nèi)部傳播的光路圖。具體實施方式具體實施方式一：結(jié)合圖1至7具體說明本實施方式，本實施方式一種二氧化碳熔接機包括二氧化碳激光器5、第一45°反射鏡7、第二45°反射鏡8、第三45°反射鏡9、光學(xué)斬波器10、激光聚焦裝置11、第一夾具裝置12、第二夾具裝置13、三維電動平移臺16及操作臺17；所述的操作臺17包括上層工作臺面和底層工作臺面；所述的二氧化碳激光器5及第一45°反射鏡7設(shè)置于底層工作臺面上；所述的第二45°反射鏡8、第三45°反射鏡9、光學(xué)斬波器10、激光聚焦裝置11、第一夾具裝置12、第二夾具裝置13及三維電動平移臺16設(shè)置于上層工作臺面上；且與光學(xué)斬波器10位置對應(yīng)的上層工作臺面上設(shè)置通孔；二氧化碳激光器5的前端設(shè)置第一45°反射鏡7，二氧化碳激光器5發(fā)射的激光束通過第一45°反射鏡7向上穿出上層工作臺面上設(shè)置的通孔，反射至光學(xué)斬波器10；所述的光學(xué)斬波器10上方設(shè)置有第二45°反射鏡8，與第二45°反射鏡8相對的位置設(shè)置有第三45°反射鏡9，光學(xué)斬波器10斬波后得到的低功率且穩(wěn)定的激光束依次通過本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種二氧化碳熔接機，其特征在于一種二氧化碳熔接機包括二氧化碳激光器(5)、第一45°反射鏡(7)、第二45°反射鏡(8)、第三45°反射鏡(9)、光學(xué)斬波器(10)、激光聚焦裝置(11)、第一夾具裝置(12)、第二夾具裝置(13)、三維電動平移臺(16)及操作臺(17)；所述的操作臺(17)包括上層工作臺面和底層工作臺面；所述的二氧化碳激光器(5)及第一45°反射鏡(7)設(shè)置于底層工作臺面上；所述的第二45°反射鏡(8)、第三45°反射鏡(9)、光學(xué)斬波器(10)、激光聚焦裝置(11)、第一夾具裝置(12)、第二夾具裝置(13)及三維電動平移臺(16)設(shè)置于上層工作臺面上；且與光學(xué)斬波器(10)位置對應(yīng)的上層工作臺面上設(shè)置通孔；二氧化碳激光器(5)的前端設(shè)置第一45°反射鏡(7)，二氧化碳激光器(5)發(fā)射的激光束通過第一45°反射鏡(7)向上穿出上層工作臺面上設(shè)置的通孔，反射至光學(xué)斬波器(10)；所述的光學(xué)斬波器(10)上方設(shè)置有第二45°反射鏡(8)，與第二45°反射鏡(8)相對的位置設(shè)置有第三45°反射鏡(9)，光學(xué)斬波器(10)斬波后得到的低功率且穩(wěn)定的激光束依次通過第二45°反射鏡(8)及第三45°反射鏡(9)反射至激光聚焦裝置(11)；所述的激光聚焦裝置(11)包括全反射光錐(1)、第一全反射光罩(2?1)、第二全反射光罩(2?2)、支撐裝置(3)及環(huán)形支架；環(huán)形支架包括第一圓形側(cè)壁(4?1)、連接片(4?2)及第二圓形側(cè)壁(4?3)，所述的第二圓形側(cè)壁(4?3)通過連接片(4?2)同心固定于第一圓形側(cè)壁(4?1)內(nèi)部；支撐裝置(3)包括底座(3?1)、第一支撐部(3?2)及第二支撐部(3?3)，第一支撐部(3?2)及第二支撐部(3?3)分別位于底座(3?1)左右兩側(cè)；所述的第一支撐部(3?2)上設(shè)有第一安裝孔，第二支撐部(3?3)上設(shè)有第二安裝孔，第一安裝孔內(nèi)部延激光束傳播方向依次設(shè)置第一全反射光罩(2?1)及環(huán)形支架，且所述的全反射光錐(1)設(shè)置于第二圓形側(cè)壁(4?3)內(nèi)部；所述的第二安裝孔內(nèi)部設(shè)置第二全反射光罩(2?2)；所述的全反射光錐(1)的前端為錐角為90°的全反射圓錐鏡；所述的第一全反射光罩(2?1)的內(nèi)環(huán)表面為45°反射環(huán)形鏡；所述的第二全反射光罩(2?2)的內(nèi)環(huán)表面為空心聚焦環(huán)形鏡；所述的全反射光錐(1)與第一全反射光罩(2?1)及第二全反射光罩(2?2)同軸；且所述的全反射光錐(1)的前端設(shè)置于第一全反射光罩(2?1)的激光入口與第一全反射光罩(2?1)的激光出口之間的中心軸線上；延激光束傳播方向依次設(shè)置第一夾具裝置(12)及第二夾具裝置(13)，且第一夾具裝置(12)及第二夾具裝置(13)相對設(shè)置于第二全反射光罩(2?2)兩側(cè)，所述的第一夾具裝置(12)及第二夾具裝置(13)分別設(shè)置于三維電動平移臺(16)上。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種二氧化碳熔接機，其特征在于一種二氧化碳熔接機包括二氧化碳激光器(5)、第一45°反射鏡(7)、第二45°反射鏡(8)、第三45°反射鏡(9)、光學(xué)斬波器(10)、激光聚焦裝置(11)、第一夾具裝置(12)、第二夾具裝置(13)、三維電動平移臺(16)及操作臺(17)；所述的操作臺(17)包括上層工作臺面和底層工作臺面；所述的二氧化碳激光器(5)及第一45°反射鏡(7)設(shè)置于底層工作臺面上；所述的第二45°反射鏡(8)、第三45°反射鏡(9)、光學(xué)斬波器(10)、激光聚焦裝置(11)、第一夾具裝置(12)、第二夾具裝置(13)及三維電動平移臺(16)設(shè)置于上層工作臺面上；且與光學(xué)斬波器(10)位置對應(yīng)的上層工作臺面上設(shè)置通孔；二氧化碳激光器(5)的前端設(shè)置第一45°反射鏡(7)，二氧化碳激光器(5)發(fā)射的激光束通過第一45°反射鏡(7)向上穿出上層工作臺面上設(shè)置的通孔，反射至光學(xué)斬波器(10)；所述的光學(xué)斬波器(10)上方設(shè)置有第二45°反射鏡(8)，與第二45°反射鏡(8)相對的位置設(shè)置有第三45°反射鏡(9)，光學(xué)斬波器(10)斬波后得到的低功率且穩(wěn)定的激光束依次通過第二45°反射鏡(8)及第三45°反射鏡(9)反射至激光聚焦裝置(11)；所述的激光聚焦裝置(11)包括全反射光錐(1)、第一全反射光罩(2-1)、第二全反射光罩(2-2)、支撐裝置(3)及環(huán)形支架；環(huán)形支架包括第一圓形側(cè)壁(4-1)、連接片(4-2)及第二圓形側(cè)壁(4-3)，所述的第二圓形側(cè)壁(4-3)通過連接片(4-2)同心固定于第一圓形側(cè)壁(4-1)內(nèi)部；支撐裝置(3)包括底座(3-1)、第一支撐部(3-2)及第二支撐部(3-3)，第一支撐部(3-2)及第二支撐部(3-3)分別位于底座(3-1)左右兩側(cè)；所述的第一支撐部(3-2)上設(shè)有第一安裝孔，第二支撐部(3-3)上設(shè)有第二安裝孔，第一安裝孔內(nèi)部延激光束傳播方向依次設(shè)置第一全反射光罩(2-1)及環(huán)形支架，且所述的全反射光錐(1)設(shè)置于第二圓形側(cè)壁(4-3)內(nèi)部；所述的第二安裝孔內(nèi)部設(shè)置第二全反射光罩(2-2)；所述的全反射光錐(1)的前端為錐角為90°的全反射圓錐鏡；所述的第一全反射光罩(2-1)的內(nèi)環(huán)表面為45°反射環(huán)形鏡；所述的第二全反射光罩(2-2)的內(nèi)環(huán)表面為空心聚焦環(huán)形鏡；所述的全反射光錐(1)與第一全反射光罩(2-1)及第二全反射光罩(2-2)同軸；且所述的全反射光錐(1)的前端設(shè)置于第一全反射光罩(2-1)的激光入口與第一全反射光罩(2-1)的激光出口之間的中心軸線上；延激光束傳播方向依次設(shè)置第一夾具裝置(12)及第二夾具裝置(13)，且第一夾具裝置(12)及第二夾具裝置(13)相對設(shè)置于第二全反射光罩(2-2)兩側(cè)，所述的第一夾具裝置(12)及第二夾具裝...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鞠有倫，吳雪松，姜曉帆，王冰，周大超，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江,23