一種管道內(nèi)壁激光加工頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于激光加工領域，具體涉及一種管道內(nèi)壁激光加工頭。
【背景技術】
[0002]激光加工技術是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等的一門技術。激光加工作為先進制造技術已廣泛應用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等國民經(jīng)濟重要部門，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。
[0003]激光加工的基本原理是把具有足夠功率(或能量)的激光束聚焦后照射到材料適當?shù)牟课?，材料在接受激光照射能量后，?0的負11秒內(nèi)便開始將光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，被照部位迅速升溫。根?jù)不同的光照參量，材料可以發(fā)生氣化、熔化、金相組織變化以及產(chǎn)生相當大的熱應力，從而達到工件材料被去除、連接、改性和分離等加工目的。
[0004]錐透鏡包括平凸(PCX)錐透鏡和平凹(PCV)錐透鏡。平凸(PCX)錐透鏡具有一個凸錐面和一個平面；平凹(PCV)錐透鏡具有一個凹錐面和一個平面。它們用于產(chǎn)生可隨著距離增加直徑，但又保持一致環(huán)形厚度的非衍射環(huán)形光束。若與準直高斯光束配合使用，平凸(PCX)錐透鏡將可形成近似貝塞爾光束并適用于一系列醫(yī)療、研宄、測量和校準應用的環(huán)形光束。這些錐透鏡具有精確熔融的石英基片并備有無鍍膜以及各種增透膜選項。貝塞爾光束是一種由相等功耗的環(huán)形所形成的非衍射光束，平凸(PCX)錐透鏡和平凹(PCV)錐透鏡可沿著光軸形成環(huán)形成像，或形成近似貝塞爾光束的非衍射光束。
[0005]目前，激光加工已經(jīng)用于管道內(nèi)壁的激光熔覆、焊接、熱處理以及清洗等領域，但是他們都有個共同的特點，就是都是激光頭自旋(焦點沿圓周路徑在管壁上移動)或者管道自旋(效果跟前面一樣)。這些方法具有諸多缺點，比如:1)使加工頭旋轉(zhuǎn)則需要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動的機構并且要對應設計合理激光光路，從而加工頭機構復雜，若讓管道旋轉(zhuǎn)則工件變位機構復雜(管道太長則可能無法旋轉(zhuǎn))且難以保證管道與入射光束同軸(同樣要求對應設計合理激光光路)；2)上述焦點與管道之間相對移動的方式還導致激光加工效率不高、加工效果不均勻，并且激光焦點沿圓周方向順序移動存在圓周熱應力循環(huán)變化，導致管道可能變形等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供了一種管道內(nèi)壁激光加工頭；該管道內(nèi)壁激光加工頭利用多個錐透鏡、聚焦鏡和圓錐反射鏡的組合，構成了環(huán)形聚焦線光束，無須加工頭或管道自旋，即可高效率、高精度、高質(zhì)量的完成管道內(nèi)壁的激光加工，如熱處理、清洗等。
[0007]本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的:
[0008]一種管道內(nèi)壁激光加工頭，包括光路腔體、第一錐透鏡、第二錐透鏡、聚焦鏡、圓錐反射鏡、吹氣機構、兩個導軌滑塊機構和兩個鎖緊機構；
[0009]所述光路腔體呈圓柱筒形，一端設置有用于與外部機構連接的接口法蘭座，并設置有與光路腔體內(nèi)部相通的激光入射孔，另一端封閉；
[0010]所述兩個導軌滑塊機構均安裝在光路腔體的內(nèi)部；第一錐透鏡、第二錐透鏡、聚焦鏡和圓錐反射鏡均順序安裝在光路腔體內(nèi)部，并沿著光路腔體的軸線方向依次布置；第一錐透鏡固定安裝在光路腔體敞口端部的內(nèi)側(cè)，圓錐反射鏡固定安裝在光路腔體封閉端部的內(nèi)側(cè)，第二錐透鏡和聚焦鏡均通過導軌滑塊機構可滑移的安裝在光路腔體的側(cè)壁上；
[0011]光路腔體的側(cè)壁上設置有一長條形孔，長條形孔的位置與一個導軌滑塊機構的位置對應，兩個鎖緊機構分別穿過長條形孔與第二錐透鏡和聚焦鏡連接，用于調(diào)節(jié)和固定第二錐透鏡和聚焦鏡的位置；光路腔體的側(cè)壁上設置有用于輸出激光束的環(huán)形窗口鏡；
[0012]激光束經(jīng)光路腔體上的激光入射孔入射后，進入第一錐透鏡，第一錐透鏡輸出非衍射的環(huán)形光束并傳輸至第二錐透鏡，第二錐透鏡將入射的環(huán)形光束轉(zhuǎn)換成直徑不變的平行傳播的環(huán)形光束至聚焦鏡，聚焦鏡將入射環(huán)形光束聚焦后形成細環(huán)形光束輸出至圓錐反射鏡，圓錐反射鏡表面鍍有全反膜，將細環(huán)形光束全部經(jīng)環(huán)形窗口鏡反射至管道內(nèi)壁，在管道內(nèi)壁上形成環(huán)形激光焦點；
[0013]所述吹氣機構環(huán)繞光路腔體的外壁安裝，吹氣機構設置有兩個吹氣嘴，第一吹氣嘴吹出的一股氣流沿著環(huán)形窗口鏡的表面吹，第二吹氣嘴吹出的一股氣流吹向管道內(nèi)壁激光作用位置。
[0014]優(yōu)選的，所述長條形孔上設置有用于防止灰塵進入的滑蓋。
[0015]優(yōu)選的，所述環(huán)形窗口鏡上鍍有增透膜。
[0016]優(yōu)選的，所述光路腔體的壁內(nèi)設置有冷卻水循環(huán)流道。
[0017]本發(fā)明具體如下有益效果:
[0018]1、本發(fā)明利用多個錐透鏡、聚焦鏡和圓錐反射鏡的組合，構成了環(huán)形聚焦線光束，無須加工頭或管道自旋，就實現(xiàn)了管道內(nèi)壁的激光束加工，若要加工整根長管道內(nèi)壁，只需讓加工頭沿管道行進即可，因此本發(fā)明所述的管道內(nèi)壁激光加工頭結構簡單，與現(xiàn)有設備相比，無復雜的旋轉(zhuǎn)機構，成本顯著降低，可靠性顯著提高。
[0019]2、本發(fā)明中形成的環(huán)形聚焦線光束比傳統(tǒng)的聚集點光束，由于沒有焦點與管道之間相對移動，而是同時加工整個圓周，因此加工效率大大提高。
[0020]3、采用本發(fā)明所述的管道內(nèi)壁激光加工頭進行管道內(nèi)壁加工時，內(nèi)壁在圓周方向同時受到激光作用，沿圓周方向無熱應力梯度，大大減小熱變形，同時激光輻照均勻，有利于提尚激光加工質(zhì)量。
[0021 ] 4、本發(fā)明自帶完善的雙吹氣系統(tǒng)，一股氣流提供氣簾保護，另一股氣流吹向管道內(nèi)壁激光作用位置，起到吹走殘渣作用。同時吹氣嘴的角度可以調(diào)節(jié)，這樣能夠適應不同管徑的管道內(nèi)壁在激光加工時的吹氣保護需求，靈活性很好。
[0022]5、本發(fā)明可以自由調(diào)節(jié)兩個錐透鏡之間的距離，從而獲得不同外徑的環(huán)形光束后再入射聚焦鏡，從而可以有效控制聚焦光束的線寬尺寸，并且聚焦鏡與圓錐反射鏡的距離可調(diào)(從聚焦鏡出來的光束經(jīng)反射后到達管壁的光程固定等于聚焦焦距，所以調(diào)近則加工大管徑，調(diào)遠則加工小管徑)，滿足不同管徑的加工需求。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明所述管道內(nèi)壁激光加工頭的結構圖；
[0024]圖中各標號的含義如下:
[0025]光路腔體1、第一錐透鏡2、第二錐透鏡3、聚焦鏡4、圓錐反射鏡5、吹氣機構6、導軌滑塊機構7、鎖緊機構8、接口法蘭座9、長條形孔10、環(huán)形窗口鏡11、第一吹氣嘴12、第二吹氣嘴13、激光束14。
【具體實施方式】