一种二氧化碳熔接机及其进行熔接的方法技术

一种二氧化碳熔接机及其进行熔接的方法，它属于光纤熔接及激光焊接技术领域。解决现有熔接装置使用寿命短，熔接过程中光照射不均匀，光学材料受热不一致，难以精确控制焊接点大小的问题。装置包括二氧化碳激光器、三个45°反射镜、光学斩波器、激光聚焦装置、两个夹具装置、三维电动平移台及操作台。方法：调节待熔接的部件相贴合处位于第二全反射光罩的焦点处，发射的激光束反射至斩波器，然后反射至激光聚焦装置，得到外部激光束，外部激光束直射在全反射光锥前端，并将散射激光束反射至第一全反射光罩内环表面，将散射激光束汇聚成平行激光束，平行激光束汇聚至第二全反射光罩的焦点处。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳熔接机及其进行熔接的方法
本专利技术属于光纤熔接及激光焊接

技术介绍
随着高功率固体激光、光纤激光的发展，以及高功率半导体激光光束质量的不断改善，高功率传能光纤的需求将会日益增加。高功率传能裸光纤在直接应用过程中存在以下问题需要解决：1、光纤芯径很细，高功率激光通过透镜聚焦进入光纤，光纤端面的功率密度极高，光纤很容易损坏，所以要求光纤端面无任何损伤及污染，要求极为苛刻；2、光纤端面面积很小，不容易进行镀膜处理，激光进入无镀膜光纤端面存在较大的损耗，会产生更多损坏光纤的热量；3、裸光纤两端在安装、拆卸过程中强度低，夹持很不方便。通过光纤两端熔接大直径石英端帽，并在端帽两端进行镀膜处理可完全解决光纤端面功率密度高、损耗大以及夹持不方便的问题。但现有光纤与光纤熔接以及光纤与端帽熔接装置使用寿命短，在熔接过程中光照射不均匀，光学材料受热不一致，难以控制熔接点大小。
技术实现思路
本专利技术目的是要解决现有光纤与光纤熔接以及光纤与端帽熔接装置使用寿命短，在熔接过程中光照射不均匀，光学材料受热不一致，难以精确控制熔接点大小的问题，而提供一种二氧化碳熔接机及其进行熔接的方法。一种二氧化碳熔接机包括二氧化碳激光器、第一45°反射镜、第二45°反射镜、第三45°反射镜、光学斩波器、激光聚焦装置、第一夹具装置、第二夹具装置、三维电动平移台及操作台；所述的操作台包括上层工作台面和底层工作台面；所述的二氧化碳激光器及第一45°反射镜设置于底层工作台面上；所述的第二45°反射镜、第三45°反射镜、光学斩波器、激光聚焦装置、第一夹具装置、第二夹具装置及三维电动平移台设置于上层工作台面上；且与光学斩波器位置对应的上层工作台面上设置通孔；二氧化碳激光器的前端设置第一45°反射镜，二氧化碳激光器发射的激光束通过第一45°反射镜向上穿出上层工作台面上设置的通孔，反射至光学斩波器；所述的光学斩波器上方设置有第二45°反射镜，与第二45°反射镜相对的位置设置有第三45°反射镜，光学斩波器斩波后得到的低功率且稳定的激光束依次通过第二45°反射镜及第三45°反射镜反射至激光聚焦装置；所述的激光聚焦装置包括全反射光锥、第一全反射光罩、第二全反射光罩、支撑装置及环形支架；环形支架包括第一圆形侧壁、连接片及第二圆形侧壁，所述的第二圆形侧壁通过连接片同心固定于第一圆形侧壁内部；支撑装置包括底座、第一支撑部及第二支撑部，第一支撑部及第二支撑部分别位于底座左右两侧；所述的第一支撑部上设有第一安装孔，第二支撑部上设有第二安装孔，第一安装孔内部延激光束传播方向依次设置第一全反射光罩及环形支架，且所述的全反射光锥设置于第二圆形侧壁内部；所述的第二安装孔内部设置第二全反射光罩；所述的全反射光锥的前端为锥角为90°的全反射圆锥镜；所述的第一全反射光罩的内环表面为45°反射环形镜；所述的第二全反射光罩的内环表面为空心聚焦环形镜；所述的全反射光锥与第一全反射光罩及第二全反射光罩同轴；且所述的全反射光锥的前端设置于第一全反射光罩的激光入口与第一全反射光罩的激光出口之间的中心轴线上；延激光束传播方向依次设置第一夹具装置及第二夹具装置，且第一夹具装置及第二夹具装置相对设置于第二全反射光罩两侧，所述的第一夹具装置及第二夹具装置分别设置于三维电动平移台上。一种二氧化碳熔接机进行熔接的方法是按以下步骤进行的：一、将待熔接的第一部件夹至第一夹具装置上，将待熔接的第二部件夹至第二夹具装置上，调节三维电动平移台使得待熔接的第一部件及待熔接的第二部件相贴合，且相贴合处位于第二全反射光罩的焦点处；二、打开二氧化碳激光器，二氧化碳激光器发射的激光束通过第一45°反射镜向上穿出上层工作台面上设置的通孔，反射至光学斩波器，得到低功率且稳定的激光束，低功率且稳定的激光束通过第二45°反射镜反射至第三45°反射镜，通过第三45°反射镜反射至激光聚焦装置，得到外部激光束；三、外部激光束通过第一全反射光罩的激光入口射入，直射在全反射光锥的前端，且外部激光束中心轴线与全反射光锥的前端中心轴线相重合；四、通过全反射光锥将外部激光束均匀反射成散射激光束，并将散射激光束均匀散射至与外部激光束传播方向相垂直的平面上，并反射至第一全反射光罩内环表面；五、通过第一全反射光罩内环表面的45°反射环形镜，将散射激光束汇聚成平行环形激光束，平行环形激光束穿出第一全反射光罩的激光出口；六、平行环形激光束通过第二全反射光罩的激光入口射入，直射在第二全反射光罩内表面，通过第二全反射光罩内表面的空心聚焦环形镜，将平行环形激光束汇聚成聚焦光束均匀聚焦至第二全反射光罩的焦点处，将待熔接的第一部件与待熔接的第二部件进行熔接，即完成二氧化碳熔接机进行熔接的方法。本专利技术优点：1、本专利技术采用二氧化碳激光器激光环形热源，环形热源是通过全反射光锥、第一全反射光罩内环表面的45°反射环形镜及第二全反射光罩内环表面的空心聚焦环形镜反射得到的，在加热处会形成均匀且功率稳定的环形热源。加热出的端帽更加便于光纤熔接，且光纤和端帽之间的间隙封闭性较好，熔接的成功率大大提高；2、本专利技术所采用的加热装置是光学组件，并非是传统的电极，从而能够延长装置的使用寿命；3、由于熔接端帽必须得在激光功率稳定下进行，而二氧化碳激光器在高功率下才能得以稳定，但高功率直接熔接温度过高，因此，为得到低功率又稳定的激光，进而使用了光学斩波器；4、由于聚焦是以一定的聚焦角度聚焦，并且是在整个空间均匀的向焦点聚焦，因此能够保证在焦点上的待熔接光纤在均匀受热的前提下实现熔接，适用于石英光纤及石英端帽的对接熔接，聚焦角α可以避开大直径材料对光束的遮挡。附图说明图1为本专利技术二氧化碳熔接机的结构示意图；图2为本专利技术光学斩波器的结构示意图；图3为本专利技术第一夹具装置的结构示意图；图4为本专利技术第二夹具装置的结构示意图；图5为本专利技术三维电动平移台的结构示意图；图6为本专利技术激光聚焦装置的结构示意图；图7为本专利技术激光聚焦装置的剖视图；图8为具体实施方式四垂直摄像头成像校准装置的结构示意图；图9为具体实施方式四水平摄像头成像校准装置的结构示意图；图10为本专利技术外部激光束在激光聚焦装置内部传播的光路图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1至7具体说明本实施方式，本实施方式一种二氧化碳熔接机包括二氧化碳激光器5、第一45°反射镜7、第二45°反射镜8、第三45°反射镜9、光学斩波器10、激光聚焦装置11、第一夹具装置12、第二夹具装置13、三维电动平移台16及操作台17；所述的操作台17包括上层工作台面和底层工作台面；所述的二氧化碳激光器5及第一45°反射镜7设置于底层工作台面上；所述的第二45°反射镜8、第三45°反射镜9、光学斩波器10、激光聚焦装置11、第一夹具装置12、第二夹具装置13及三维电动平移台16设置于上层工作台面上；且与光学斩波器10位置对应的上层工作台面上设置通孔；二氧化碳激光器5的前端设置第一45°反射镜7，二氧化碳激光器5发射的激光束通过第一45°反射镜7向上穿出上层工作台面上设置的通孔，反射至光学斩波器10；所述的光学斩波器10上方设置有第二45°反射镜8，与第二45°反射镜8相对的位置设置有第三45°反射镜9，光学斩波器10斩波后得到的低功率且稳定的激光束依次通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化碳熔接机，其特征在于一种二氧化碳熔接机包括二氧化碳激光器(5)、第一45°反射镜(7)、第二45°反射镜(8)、第三45°反射镜(9)、光学斩波器(10)、激光聚焦装置(11)、第一夹具装置(12)、第二夹具装置(13)、三维电动平移台(16)及操作台(17)；所述的操作台(17)包括上层工作台面和底层工作台面；所述的二氧化碳激光器(5)及第一45°反射镜(7)设置于底层工作台面上；所述的第二45°反射镜(8)、第三45°反射镜(9)、光学斩波器(10)、激光聚焦装置(11)、第一夹具装置(12)、第二夹具装置(13)及三维电动平移台(16)设置于上层工作台面上；且与光学斩波器(10)位置对应的上层工作台面上设置通孔；二氧化碳激光器(5)的前端设置第一45°反射镜(7)，二氧化碳激光器(5)发射的激光束通过第一45°反射镜(7)向上穿出上层工作台面上设置的通孔，反射至光学斩波器(10)；所述的光学斩波器(10)上方设置有第二45°反射镜(8)，与第二45°反射镜(8)相对的位置设置有第三45°反射镜(9)，光学斩波器(10)斩波后得到的低功率且稳定的激光束依次通过第二45°反射镜(8)及第三45°反射镜(9)反射至激光聚焦装置(11)；所述的激光聚焦装置(11)包括全反射光锥(1)、第一全反射光罩(2‑1)、第二全反射光罩(2‑2)、支撑装置(3)及环形支架；环形支架包括第一圆形侧壁(4‑1)、连接片(4‑2)及第二圆形侧壁(4‑3)，所述的第二圆形侧壁(4‑3)通过连接片(4‑2)同心固定于第一圆形侧壁(4‑1)内部；支撑装置(3)包括底座(3‑1)、第一支撑部(3‑2)及第二支撑部(3‑3)，第一支撑部(3‑2)及第二支撑部(3‑3)分别位于底座(3‑1)左右两侧；所述的第一支撑部(3‑2)上设有第一安装孔，第二支撑部(3‑3)上设有第二安装孔，第一安装孔内部延激光束传播方向依次设置第一全反射光罩(2‑1)及环形支架，且所述的全反射光锥(1)设置于第二圆形侧壁(4‑3)内部；所述的第二安装孔内部设置第二全反射光罩(2‑2)；所述的全反射光锥(1)的前端为锥角为90°的全反射圆锥镜；所述的第一全反射光罩(2‑1)的内环表面为45°反射环形镜；所述的第二全反射光罩(2‑2)的内环表面为空心聚焦环形镜；所述的全反射光锥(1)与第一全反射光罩(2‑1)及第二全反射光罩(2‑2)同轴；且所述的全反射光锥(1)的前端设置于第一全反射光罩(2‑1)的激光入口与第一全反射光罩(2‑1)的激光出口之间的中心轴线上；延激光束传播方向依次设置第一夹具装置(12)及第二夹具装置(13)，且第一夹具装置(12)及第二夹具装置(13)相对设置于第二全反射光罩(2‑2)两侧，所述的第一夹具装置(12)及第二夹具装置(13)分别设置于三维电动平移台(16)上。...

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳熔接机，其特征在于一种二氧化碳熔接机包括二氧化碳激光器(5)、第一45°反射镜(7)、第二45°反射镜(8)、第三45°反射镜(9)、光学斩波器(10)、激光聚焦装置(11)、第一夹具装置(12)、第二夹具装置(13)、三维电动平移台(16)及操作台(17)；所述的操作台(17)包括上层工作台面和底层工作台面；所述的二氧化碳激光器(5)及第一45°反射镜(7)设置于底层工作台面上；所述的第二45°反射镜(8)、第三45°反射镜(9)、光学斩波器(10)、激光聚焦装置(11)、第一夹具装置(12)、第二夹具装置(13)及三维电动平移台(16)设置于上层工作台面上；且与光学斩波器(10)位置对应的上层工作台面上设置通孔；二氧化碳激光器(5)的前端设置第一45°反射镜(7)，二氧化碳激光器(5)发射的激光束通过第一45°反射镜(7)向上穿出上层工作台面上设置的通孔，反射至光学斩波器(10)；所述的光学斩波器(10)上方设置有第二45°反射镜(8)，与第二45°反射镜(8)相对的位置设置有第三45°反射镜(9)，光学斩波器(10)斩波后得到的低功率且稳定的激光束依次通过第二45°反射镜(8)及第三45°反射镜(9)反射至激光聚焦装置(11)；所述的激光聚焦装置(11)包括全反射光锥(1)、第一全反射光罩(2-1)、第二全反射光罩(2-2)、支撑装置(3)及环形支架；环形支架包括第一圆形侧壁(4-1)、连接片(4-2)及第二圆形侧壁(4-3)，所述的第二圆形侧壁(4-3)通过连接片(4-2)同心固定于第一圆形侧壁(4-1)内部；支撑装置(3)包括底座(3-1)、第一支撑部(3-2)及第二支撑部(3-3)，第一支撑部(3-2)及第二支撑部(3-3)分别位于底座(3-1)左右两侧；所述的第一支撑部(3-2)上设有第一安装孔，第二支撑部(3-3)上设有第二安装孔，第一安装孔内部延激光束传播方向依次设置第一全反射光罩(2-1)及环形支架，且所述的全反射光锥(1)设置于第二圆形侧壁(4-3)内部；所述的第二安装孔内部设置第二全反射光罩(2-2)；所述的全反射光锥(1)的前端为锥角为90°的全反射圆锥镜；所述的第一全反射光罩(2-1)的内环表面为45°反射环形镜；所述的第二全反射光罩(2-2)的内环表面为空心聚焦环形镜；所述的全反射光锥(1)与第一全反射光罩(2-1)及第二全反射光罩(2-2)同轴；且所述的全反射光锥(1)的前端设置于第一全反射光罩(2-1)的激光入口与第一全反射光罩(2-1)的激光出口之间的中心轴线上；延激光束传播方向依次设置第一夹具装置(12)及第二夹具装置(13)，且第一夹具装置(12)及第二夹具装置(13)相对设置于第二全反射光罩(2-2)两侧，所述的第一夹具装置(12)及第二夹具装...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠有伦，吴雪松，姜晓帆，王冰，周大超，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23