一种功率可调的激光电源系统和激光淬火设备技术方案

本发明专利技术实施例中提供的功率可调的激光电源系统，采用多个大功率光纤耦合输出半导体激光器模块，通过光纤合束器实现单光纤输出，输出功率可调，可满足大型风电主轴轴承淬火所需功率，为大功率光纤耦合输出半导体激光光源设计提供方案，激光器与激光电源均模块化，维修性强，控制简单，满足大型风电主轴轴承淬火应用。本发明专利技术实施例中还提供一种激光淬火设备，具有同样效果。具有同样效果。具有同样效果。

【技术实现步骤摘要】
一种功率可调的激光电源系统和激光淬火设备


[0001]本专利技术涉及激光加工领域，特别涉及一种功率可调的激光电源系统和激光淬火设备。

技术介绍

[0002]激光淬火技术即激光相变硬化技术，是一种在金属工件表面处理过程中通过具有高能量密度特点的激光束进行扫描，使得被照金属表层温度以较快的温升速度在极短的时间内达到大于材料的相变温度而小于熔点温度的一种先进热处理工艺。
[0003]随着风电设备装机容量的增大，作为风力发电设备的核心部件——主轴轴承的尺寸也越来越大，而且性能要求也越来越高，这对大型风电轴承的生产制造产生较大的挑战。近些年，大功率激光器已经在起重机主轴承和蜗杆轴等工件加工中得到应用，激光淬火工艺可在这些工件表面形成厚达3mm的淬硬层，工件性能得到很大程度的改善。同样，采用大功率半导体激光器作为淬火光源，有望解决目前大型风电轴承表面强化的问题。我国现有并已投入使用的风力发电设备中，仍以中小型功率发电设备居多，大型风电轴承的制造技术是制约风电发展的主要方面，风电轴承作为风力发电设备关键部位之一，需求量在近几年呈直线上升趋势。
[0004]众所周知，材料加工用大功率激光器在经历了CO2激光器、固体YAG激光器之后，目前正在向以半导体激光器为基础的直接半导体激光器和光纤耦合半导体激光器的方向发展。半导体激光器不仅重量轻、体积小、电光转换效率高，用于加工领域更是彰显其波长较短、金属材料吸收效率高、加工质量好的优点。通常大功率半导体激光器输出波长主要为800nm至1000nm，而光纤激光器输出波长为1060nm，CO2激光器输出波长为10.6μm，从金属对各种激光光源的吸收曲线可以看出各种金属材料在大功率半导体激光波段的吸收率明显增加，铝的吸收率为13.5％，铁的吸收率为33％，分别是CO2激光器10.6μm波段吸收率的9倍和5倍。
[0005]目前，国内尚无可为大型风电主轴轴承进行表面淬火的大功率激光光源。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种功率可调的激光电源系统和激光淬火设备，采用多个大功率光纤耦合输出半导体激光器模块，通过光纤合束器实现单光纤输出，输出功率可调，可满足大型风电主轴轴承淬火所需功率，为大功率光纤耦合输出半导体激光光源设计提供方案，激光器与激光电源均模块化，维修性强，控制简单，满足大型风电主轴轴承淬火应用。
[0007]本专利技术的第一方面，提供一种功率可调的激光电源系统，包括：
[0008]工控机，用于进行电气控制；
[0009]交换机，与所述工控机电连接，用于实现所述工控机和激光电源通信连接；
[0010]至少两台所述激光电源；
[0011]与所述激光电源数量对应的光纤耦合输出激光器模块，所述激光光源与所述光纤
耦合输出激光器模块电连接；
[0012]与所述光纤耦合输出激光器模块连接的光纤合束器，用于对所述光纤耦合输出激光器模块输出的输出光纤进行合束形成单光束；
[0013]与所述光纤合束器连接的激光加工头，用于对所述单光束进行光斑整形后作为淬火使用；
[0014]所述工控机基于功率需求值确定待启动的所述激光光源数量，基于数量通过交换机启动相应数量的激光光源，以使得所述激光加工头获得符合所述功率需求值的加工功率。
[0015]作为一种可选的方案，所述激光光源采用半导体激光光源。
[0016]作为一种可选的方案，所述激光光源具有以太网接口，所述交换机通过所述以太网接口与所述激光光源连接。
[0017]作为一种可选的方案，所述至少两台所述激光电源包括13台激光光源。
[0018]作为一种可选的方案，所述交换机为16口交换机。
[0019]根据权利要求1或5所述的功率可调的激光电源系统，其特征在于，所述光纤合束器为13合1光纤合束器。
[0020]作为一种可选的方案，所述光纤耦合激光器模块的伏安特性为40V70A，额定功率大于1200W。
[0021]作为一种可选的方案，所述激光加工头包括用于保护光学镜片的透明保护罩以及设置在所述透明保护罩前端用于清除杂物的清洁组件。
[0022]作为一种可选的方案，所述清洁组件包括进气阀门、与所述进气阀门连通的进气管道、与所述进气管道连通的除尘喷嘴，所述除尘喷嘴安装在所述透明保护罩的侧面，所述除尘喷嘴的喷口朝向所述透明保护罩的外表面。
[0023]本专利技术的第二方面，提供一种激光淬火设备，包括如上述的功率可调的激光电源系统以及加工机床，所述加工机床用于放置加工工件。
[0024]本专利技术实施例中提供的功率可调的激光电源系统，采用多个大功率光纤耦合输出半导体激光器模块，通过光纤合束器实现单光纤输出，输出功率可调，可满足大型风电主轴轴承淬火所需功率，为大功率光纤耦合输出半导体激光光源设计提供方案，激光器与激光电源均模块化，维修性强，控制简单，满足大型风电主轴轴承淬火应用。本专利技术实施例中还提供一种激光淬火设备，具有同样效果。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例中提供的功率可调的激光电源系统的结构示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0027]本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0028]结合图1所示，本专利技术实施例中提供了一种功率可调的激光电源系统，包括：
[0029]工控机1，用于进行电气控制；
[0030]交换机2，与所述工控机1电连接，用于实现所述工控机1和激光电源3通信连接；
[0031]至少两台所述激光电源3；
[0032]与所述激光电源3数量对应的光纤耦合输出激光器模块4，所述激光光源3与所述光纤耦合输出激光器模块4电连接；
[0033]与所述光纤耦合输出激光器模块4连接的光纤合束器5，用于对所述光纤耦合输出激光器模块4输出的输出光纤进行合束形成单光束；
[0034]与所述光纤合束器5连接的激光加工头6，用于对所述单光束进行光斑整形后作为淬火使用；
[0035]所述工控机1基于功率需求值确定待启动的所述激光光源3数量，基于数量通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率可调的激光电源系统，其特征在于，包括：工控机，用于进行电气控制；交换机，与所述工控机电连接，用于实现所述工控机和激光电源通信连接；至少两台所述激光电源；与所述激光电源数量对应的光纤耦合输出激光器模块，所述激光光源与所述光纤耦合输出激光器模块电连接；与所述光纤耦合输出激光器模块连接的光纤合束器，用于对所述光纤耦合输出激光器模块输出的输出光纤进行合束形成单光束；与所述光纤合束器连接的激光加工头，用于对所述单光束进行光斑整形后作为淬火使用；所述工控机基于功率需求值确定待启动的所述激光光源数量，基于数量通过交换机启动相应数量的激光光源，以使得所述激光加工头获得符合所述功率需求值的加工功率。2.根据权利要求1所述的功率可调的激光电源系统，其特征在于，所述激光光源采用半导体激光光源。3.根据权利要求1或2所述的功率可调的激光电源系统，其特征在于，所述激光光源具有以太网接口，所述交换机通过所述以太网接口与所述激光光源连接。4.根据权利要求1或2所述的功率可调的激光电源系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹军胜，彭航宇，张俊，张继业，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：