一种半导体激光器系统的制作方法
【专利摘要】一种半导体激光器系统，包括激光器，由多个分系统构成的水冷系统和用于控制多个所述分系统和所述激光器运行的一个控制系统；所述水冷系统和所述激光器分别与所述控制系统电连接。本发明将水冷系统的各个分系统，以及半导体激光器的激光器集成到一个电控系统中，节省了使用空间，使系统更加可控。
【专利说明】一种半导体激光器系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光器【技术领域】，具体涉及一种半导体激光器系统。
【背景技术】
[0002]现有的半导体激光器系统，包括激光器、冷却设备等，其中冷却设备包括多个分系统，每个分系统以及激光器的运行通常由多个独立的控制系统控制，集成度差。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种半导体激光器系统，以解决上述现有系统结构集成度差的问题。
[0004]技术方案如下:
[0005]一种半导体激光器系统，包括激光器；
[0006]由多个分系统构成的水冷系统；
[0007]用于控制多个所述分系统和所述激光器运行的一个控制系统；所述水冷系统和所述激光器分别与所述控制系统电连接。
[0008]进一步:所述控制系统包括控制器和激光电源；所述激光电源分别与所述激光器和所述控制器电连接，所述水冷系统和所述激光器分别与所述控制器电连接；
[0009]所述控制器控制所述激光电源为所述激光器提供电能，还根据所述激光器工作过程中温度、湿度的信号数据控制所述水冷系统对所述激光器进行冷却。
[0010]进一步:所述控制系统还包括对所述控制器发送指令的I/O设备，所述I/O设备与所述控制器电连接。
[0011]进一步:所述I/O设备为触摸屏，所述控制器为机器人控制模块RCU控制器，所述激光电源为激光功率单元LPU激光电源。
[0012]进一步:所述水冷系统包括:主路冷却系统和去离子系统；
[0013]所述主路冷却系统包括:水箱、主水泵、用于冷却循环水的散热组件和用于冷却被冷却件的冷却设备；所述主水泵的两端分别与所述水箱和所述冷却设备的一端连接，所述冷却设备的另一端与所述水箱连接；所述水箱与所述散热组件连接；所述控制器分别与所述主水泵和所述散热组件电连接；
[0014]所述去离子系统包括至少一个装有离子交换树脂的离子罐，所述主水泵和所述冷却设备之间的第二个三通接头与所述离子罐的一端连接，所述离子罐的另一端和所述水箱连接。
[0015]进一步:所述水冷系统还包括:用于对所述水冷系统内部空气制冷的空调冷却系统，所述空调冷却系统包括辅水泵和冷凝器，所述水箱和所述主水泵之间的第一个三通接头与所述辅水泵的一端连接，所述冷凝器的两端分别与所述辅水泵的另一端和所述水箱连接，所述辅水泵与所述控制器电连接；所述冷凝器利用其内部低温的循环水对周围空气进行冷却。
[0016]进一步:所述去离子系统还包括:限流调节阀、离子度仪和树脂粗滤芯，所述第二个三通接头与所述限流调节阀连接，所述限流调节阀和所述离子罐之间设有所述离子度仪，所述树脂粗滤芯设置在所述水箱和所述离子罐之间；所述限流调节阀和所述离子度仪分别与所述控制器电连接。
[0017]进一步:所述主路冷却系统还包括:主路调节阀和主路粗滤芯，所述主路调节阀和所述主路粗滤芯沿水流方向依次设置在所述水箱和所述第一个三通接头之间的出水管路上；所述主路调节阀与所述控制器电连接，所述主路粗滤芯用于过滤粒径> 5微米的颗粒；所述主水泵和所述冷却设备之间还设有精滤芯，所述精滤芯用于过滤粒径> 2微米的颗粒。
[0018]进一步:所述精滤芯和所述冷却设备之间的出水管路上沿水流方向依次还设有出水压力开关、用于测量出水的温度和流量的出水温度流量计、用于防止循环水倒流的出水单向阀、出水阀和出水口，所述出水压力开关、所述出水单向阀、所述出水温度流量计和所述出水阀分别与所述控制器电连接。
[0019]进一步:所述冷却设备和所述水箱之间的回水管路上沿水流方向依次还设有回水口、回水阀、用于防止回水倒流的回水单向阀和用于测量回水的温度的回水温度传感器，所述回水阀、所述回水单向阀和所述回水温度传感器分别与所述控制器电连接。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021]1、本发明将水冷系统的各个分系统，以及半导体激光器的激光器集成到一个电控系统中，节省了使用空间，使系统更加可控，而且节省了生产成本。
[0022]2、本发明可有效的监控激光器和水冷系统的工作状态，便于操作和设备调试。
[0023]3、本发明具备外控接口，可与机床或机器人联动进行激光加工。
[0024]4、本发明的水冷系统中，辅水路和与主水路完全分离，将辅水路的散热绕组缠绕到主水箱的冷凝器组件上，利用冷凝器组件对辅路循环水进行冷却，结构更加简单，成本低。
[0025]5、本发明具有以下功能:提供遥控控制盒；具备外控接口，可与机床或机器人联动进行激光加工；提供外接急停端子，可与其他设备组合完成联锁；通过面板进行功率调节；可配套PC机远程控制；高精度水冷机温控系统；三路冷却水通道；标准驱动线缆接口 ；可读取激光器内部传感器参数。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1实施例2中半导体激光器系统的结构示意图；
[0027]图2实施例3中半导体激光器系统的结构示意图；
[0028]图3实施例4中水冷系统的结构示意图；
[0029]图4实施例10中水冷系统的结构示意图；
[0030]图5实施例11中水冷系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
[0032]实施例1
[0033]一种半导体激光器系统，包括由多个分系统构成的水冷系统102、激光器103和用于控制多个分系统和激光器103运行的一个控制系统。水冷系统102和激光器103分别与控制系统电连接。
[0034]实施例2
[0035]如图1所示，一种半导体激光器系统，包括由多个分系统构成的水冷系统102、激光器103和用于控制多个分系统和激光器103运行的一个控制系统。其中:
[0036]控制系统包括控制器100和激光电源101，激光电源101分别与激光器103和控制器100电连接，水冷系统102和激光器103分别与控制器100电连接。控制器100控制激光电源101为激光器103提供电源，同时控制激光器103工作以及采集激光器103工作过程中温度、湿度等信号数据，并根据信号数据控制水冷系统102对激光器103进行冷却。
[0037]优选地,控制器100为机器人控制模块(robot control unit, RCU)控制器。
[0038]激光电源101为激光功率单元(laser power unit, LPU)激光电源，其性能如下:驱动电流0.0+A—100A ;驱动电压10.0+V—80V ;具备80V0100A的恒流驱动能力；LD驱动功率变化率自动抑制保护；LD驱动电压自适应；LD断电静电保护；无过冲的LD精密恒流源驱动；意外断电、上电状态下的LD抗冲击保护。
[0039]实施例3
[0040]如图2所述，在实施例2方案的基础上，控制系统还包括对控制器100发送指令的1/0设备104，1/0设备104与控制器100电连接。
[0041]优选地，1/0设备104为触摸屏，1/0设备04具备外控接口，可与机床或机器人联动进行激光加工。触摸屏分为控制页面、状态页面、水冷机页面、I/o页面四部分，可有效的回馈激光器103和水冷系统102的工作状态，便于操作和设备调试；可通过控制器100读取激光器103内部传感器参数，便于监控激光器103内部元器件，通过触摸屏进行功率调节便于调节出光功率。实施例4
[0042]在实施例2或3方案的基础上，如图3所示，水冷系统102包括主路冷却系统和去离子系统，其中:
[0043]主路冷却系统包括水箱1、主水泵2、用于冷却循环水的散热组件3和用于冷却被冷却件的冷却设备4 ;主水泵2的两端分别与水箱I和冷却设备4的一端连接，冷却设备4的另一端与水箱I连接。
[0044]水箱I与散热组件3连接，散热组件3包括但不限于:蒸发盘管、压缩机组件和冷凝器组件依次连接构成散热组件3，蒸发盘管位于水箱I内，压缩机组件和冷凝器组件位于水箱I外，蒸发盘管和冷凝器组件通过压缩机组件交换热量，从而使水箱I中的循环水降温，散热组件3的散热原理为氟利昂空调制冷原理。控制器100分别与主水泵2、散热组件电连接。
[0045]去离子系统包括至少一个离子罐21，本实施例中离子罐为3个，主水泵2和冷却设备4之间的出水管路设有第二个三通接头，离子罐21的两端分别与第二个三通接头和水箱I连接。当有多个离子罐21时，多个离子罐21并列设置在管路上，离子罐21中装有离子交换树脂，该离子交换树脂为本领域常用材料，用于调节回路电离度，满足循环水水质要求。
[0046]水箱I中注入去离子水，控制器100开启主水泵2，循环水在主水泵2的动力作用下由水箱I的出水口流出，流经主水泵2，再通过第二个三通接头一部分到达冷却设备4，将被冷却件的热量带走，此时循环水温度升高作为回水返回水箱1，通过水箱I中的蒸发盘管和外部的冷凝器组件交换热量，使水箱I中的循环水降温，完成主路冷却系统循环；经流第二个三通接头的另一部分循环水流入离子罐21，循环水经离子交换树脂去除一部分离子后，返回水箱1，完成去离子系统循环。
[0047]实施例5
[0048]在实施例4方案的基础上，水冷系统102还包括:用于对水冷系统102内部空气制冷的空调冷却系统，空调冷却系统包括辅水泵5和冷凝器6，水箱I和主水泵2之间的第一个三通接头与辅水泵5的一端连接，冷凝器6的两端分别与辅水泵5的另一端和水箱I连接，辅水泵5与控制器100电连接；冷凝器6利用其内部低温的循环水对周围空气进行冷却。
[0049]实施例6
[0050]在实施例4方案的基础上，去离子系统还包括:限流调节阀22、离子度仪23和树脂粗滤芯24，第二个三通接头与限流调节阀22连接，限流调节阀22和离子罐21之间设有离子度仪23，树脂粗滤芯24设置在水箱I和离子罐21之间；限流调节阀22和离子度仪23分别与控制器100电连接。
[0051]实施例7
[0052]在实施例4方案的基础上，主路冷却系统还包括:主路调节阀8和主路粗滤芯7，主路调节阀8和主路粗滤芯7沿水流方向依次设置在水箱I和第一个三通接头之间的出水管路上；主路调节阀8与控制器100电连接，主路粗滤芯7用于过滤粒径> 5微米的颗粒；主水泵2和冷却设备4之间还设有精滤芯19，精滤芯19用于过滤粒径彡2微米的颗粒。
[0053]实施例8
[0054]在实施例7方案的基础上，精滤芯19和冷却设备4之间的出水管路上沿水流方向依次还设有出水压力开关9、用于测量出水的温度和流量的出水温度流量计10、用于防止循环水倒流的出水单向阀11、出水阀12和出水口 13，出水压力开关9、出水单向阀11、出水温度流量计10和出水阀12分别与控制器100电连接。
[0055]实施例9
[0056]在实施例7方案的基础上，冷却设备4和水箱I之间的回水管路上沿水流方向依次还设有回水口 14、回水阀15、用于防止回水倒流的回水单向阀16和用于测量回水的温度的回水温度传感器17，回水阀15、回水单向阀16和回水温度传感器17分别与控制器100电连接。
[0057]实施例10
[0058]在实施例2或3方案的基础上，如图4所示，水冷系统102包括:主路冷却系统、用于对系统内部的空气制冷的空调冷却系统和去离子系统。其中:
[0059]主路冷却系统包括水箱1、主水泵2、用于冷却循环水的散热组件3和用于冷却被冷却件的冷却设备4 ;水箱I的出水管路设有第一个三通接头，主水泵2的两端分别与第一个三通接头和冷却设备4的一端连接，冷却设备4的另一端与水箱I连接。
[0060]水箱I与散热组件3连接，散热组件3包括但不限于:蒸发盘管、压缩机组件和冷凝器组件依次连接构成散热组件3，蒸发盘管位于水箱I内，压缩机组件和冷凝器组件位于水箱I外，蒸发盘管和冷凝器组件通过压缩机组件交换热量，从而使水箱I中的循环水降温，散热组件3的散热原理为氟利昂空调制冷原理。控制器100分别与主水泵2和散热组件电连接。
[0061]空调冷却系统包括辅水泵5和冷凝器6，辅水泵5的两端分别与第一个三通接头和冷凝器6的一端连接，冷凝器6的另一端与水箱I连接。优选地，冷凝器6为双层并联不锈钢冷凝器阵列。控制器100与辅水泵5电连接。
[0062]去离子系统包括至少一个离子罐21，本实施例中离子罐为3个，主水泵2和冷却设备3之间的出水管路设有第二个三通接头，离子罐21的两端分别与第二个三通接头和水箱I连接。当有多个离子罐21时，多个离子罐21并列设置在管路上，离子罐21中装有离子交换树脂，该离子交换树脂为本领域常用材料，用于调节回路电离度，满足循环水水质要求。
[0063]水箱I中注入去离子水，控制器100开启主水泵2和辅水泵5，循环水在水泵的动力作用下由水箱I流出，通过第一个三通接头一部分流入主水泵2，另一部分流入辅水泵5 ；经流主水泵2的循环水通过第二个三通接头一部分到达冷却设备4，将被冷却件的热量带走，此时循环水温度升高作为回水返回水箱I，通过水箱中的蒸发盘管和外部的冷凝器组件交换热量，使水箱I中的循环水降温，完成主路冷却系统循环；经流第二个三通接头的另一部分循环水流入离子罐21，循环水经离子交换树脂去除一部分离子后，返回水箱1，完成去离子系统循环；流经辅水泵5的循环水到达冷凝器6内部，冷凝器6利用低温的循环水对周围空气进行冷却，最后流入水箱I，完成空调冷却系统循环。
[0064]实施例11
[0065]在实施例2或3方案的基础上，如图5所示，水冷系统102包括:主路冷却系统、用于对系统内部的空气制冷的空调冷却系统和去离子系统。其中:
[0066]主路冷却系统包括水箱1、主水泵2、用于冷却循环水的散热组件3和用于冷却被冷却件的冷却设备4 ;水箱I的出水管路设有第一个三通接头，主水泵2的两端分别与第一个三通接头和冷却设备4的一端连接，冷却设备4的另一端与水箱I连接。主水泵2负责整个回路循环水的抽运。
[0067]水箱I与散热组件3连接，散热组件3包括但不限于:蒸发盘管、压缩机组件和冷凝器组件依次连接构成散热组件3，蒸发盘管位于水箱I内，压缩机组件和冷凝器组件位于水箱I外，蒸发盘管和冷凝器组件通过压缩机组件交换热量，从而使水箱中的循环水降温，散热组件3的散热原理为氟利昂空调制冷原理。水箱I中还设有加热棒和水箱温度传感器101，加热棒用来在低温环境下运转初期对水进行加热。水箱I上还设有排水阀102和溢水口 103 ;当水箱I中注满水时，水从溢水口 103溢出，停止注水；主水泵2、散热组件3和水箱温度传感器101分别与控制器100电连接，水箱温度传感器101用于测量水箱I中循环水的温度。
[0068]水箱I和第一个三通接头之间的出水管路上设有主路粗滤芯7，防止意外异物进入回路，损坏泵体和后级回路组件，主路粗滤芯7为本领域常用滤芯，可以过滤粒径> 5微米的颗粒。
[0069]水箱I和主路粗滤芯7之间设有主路调节阀8，主水泵2和冷却设备4之间设有精滤芯19，该精滤芯19为本领域常用滤芯，可以过滤粒径彡2微米的颗粒，以满足微通道结构对对循环水水质的要求；精滤芯19前后的出水管路上分别设有压力表20，分别用来实时检测精滤前后循环水的压力，所检测的参数用来对水路的监控；主路调节阀8和压力表20分别与控制器100电连接。
[0070]精滤芯19和冷却设备4之间的出水管路上沿水流方向依次设有出水压力开关9、出水温度流量计10、出水单向阀11、出水阀12、出水口 13。出水温度流量10计包括温度传感器和流量传感器，用于测量出水的温度和流量，出水单向阀11用于防止循环水倒流。出水压力开关9、出水单向阀11、出水温度流量计10和出水阀12分别与控制器100电连接。
[0071]冷却设备4和水箱I之间的回水管路上沿水流方向依次设有回水口 14、回水阀
15、回水单向阀16和回水温度传感器17，回水温度传感器17用于测量回水的温度，回水单向阀16用于防止回水倒流。回水阀15、回水单向阀16、回水温度传感器17分别与控制器100电连接。
[0072]空调冷却系统包括辅水泵5、冷凝器6和空调温度传感器18，辅水泵5的两端分别与第一个三通接头和冷凝器6连接，冷凝器6和水箱I之间设有空调温度传感器18。优选地，冷凝器6为双层并联不锈钢冷凝器阵列。冷凝器6的下面设有风扇，风扇将冷凝器附近冷空气吹入整个系统内进行冷却。控制器100分别与辅水泵5、风扇和与空调温度传感器18电连接。
[0073]去离子系统包括限流调节阀22、离子度仪23、至少一个离子罐21和树脂粗滤芯24，主水泵2和冷却设备4之间的出水管路设有第二个三通接头，第二个三通接头与限流调节阀22连接，沿循环水的流向，限流调节阀22与水箱I之间的管路上依次设有离子度仪23、离子罐21和树脂粗滤芯24。当有多个离子罐21时，多个离子罐21并列设置在管路上。离子度仪23用于测量水中的离子度，离子罐21中装有离子交换树脂，该离子交换树脂为本领域常用材料，用于调节回路电离度，满足循环水水质要求；树脂粗滤芯24为本领域常用滤芯，可以过滤粒径> 5微米的颗粒，用于防止离子罐21中的树脂颗粒进入水箱I。
[0074]控制器100分别与限流调节阀22、离子度仪23电连接。
[0075]控制器100开启主水泵2和辅水泵5，循环水在水泵的动力作用下由水箱I流出，循环水经过主路调节阀8，经主路粗滤芯7过滤后，通过第一个三通接头一部分流入主水泵2，另一部分流入辅水泵5 ;流经主水泵2的循环水一部分依次通过精滤芯19、出水压力开关9、出水温度流量计10、出水单向阀11、出水阀12和出水口 13，到达冷却设备4，将被冷却件的热量带走，此时循环水温度升高作为回水，再依次通过回水口 14、回水阀15、回水单向阀
16、回水温度传感器17返回水箱1，通过水箱I中的蒸发盘管和外部的冷凝器组件交换热量，使水箱I中的循环水降温，完成整个主路冷却系统循环；
[0076]经流主水泵2的循环水另一部分经限流调节阀22流入离子度仪23后进入离子罐21，循环水经离子交换树脂去除一部分离子，到达树脂粗滤芯24，过滤后返回水箱1，完成去离子系统循环；流经辅水泵5的循环水到达冷凝器6内部，冷凝器6利用低温的循环水对周围空气进行冷却，风扇将冷凝器6附近冷空气吹入整个系统内，对系统内的空气进行冷却，循环水经空调温度传感器18完成对空调回路水温的测量后返回水箱1，完成整个空调冷却系统循环。控制器100根据出水温度流量计10、回水温度传感器17、空调温度传感器18、压力表20以及离子度仪23测得的各参数对主路调节阀8、出水压力开关9、出水单向阀11、出水阀12、回水阀15、回水单向阀16、限流调节阀22等进行调节。
【权利要求】
1.一种半导体激光器系统，包括激光器，其特征在于，还包括: 由多个分系统构成的水冷系统； 用于控制多个所述分系统和所述激光器运行的一个控制系统；所述水冷系统和所述激光器分别与所述控制系统电连接。
2.如权利要求1所述的半导体激光器系统，其特征在于，所述控制系统包括控制器和激光电源；所述激光电源分别与所述激光器和所述控制器电连接，所述水冷系统和所述激光器分别与所述控制器电连接； 所述控制器控制所述激光电源为所述激光器提供电能，还根据所述激光器工作过程中温度、湿度的信号数据控制所述水冷系统对所述激光器进行冷却。
3.如权利要求2所述的半导体激光器系统，其特征在于，所述控制系统还包括对所述控制器发送指令的I/o设备，所述I/O设备与所述控制器电连接。
4.如权利要求3所述的半导体激光器系统，其特征在于，所述I/O设备为触摸屏，所述控制器为机器人控制模块RCU控制器，所述激光电源为激光功率单元LPU激光电源。
5.如权利要求2、3或4所述的半导体激光器系统，其特征在于，所述水冷系统包括:主路冷却系统和去尚子系统； 所述主路冷却系统包括:水箱、主水泵、用于冷却循环水的散热组件和用于冷却被冷却件的冷却设备；所述主水泵的两端分别与所述水箱和所述冷却设备的一端连接，所述冷却设备的另一端与所述水箱连接；所述水箱与所述散热组件连接；所述控制器分别与所述主水泵和所述散热组件电连接； 所述去离子系统包括至少一个装有离子交换树脂的离子罐，所述主水泵和所述冷却设备之间的第二个三通接头与所述离子罐的一端连接，所述离子罐的另一端和所述水箱连接。
6.如权利要求5所述的半导体激光器系统，其特征在于，所述水冷系统还包括:用于对所述水冷系统内部空气制冷的空调冷却系统，所述空调冷却系统包括辅水泵和冷凝器，所述水箱和所述主水泵之间的第一个三通接头与所述辅水泵的一端连接，所述冷凝器的两端分别与所述辅水泵的另一端和所述水箱连接，所述辅水泵与所述控制器电连接；所述冷凝器利用其内部低温的循环水对周围空气进行冷却。
7.如权利要求5所述的半导体激光器系统，其特征在于，所述去离子系统还包括:限流调节阀、离子度仪和树脂粗滤芯，所述第二个三通接头与所述限流调节阀连接，所述限流调节阀和所述离子罐之间设有所述离子度仪，所述树脂粗滤芯设置在所述水箱和所述离子罐之间； 所述限流调节阀和所述离子度仪分别与所述控制器电连接。
8.如权利要求5所述的半导体激光器系统，其特征在于，所述主路冷却系统还包括:主路调节阀和主路粗滤芯，所述主路调节阀和所述主路粗滤芯沿水流方向依次设置在所述水箱和所述第一个三通接头之间的出水管路上；所述主路调节阀与所述控制器电连接，所述主路粗滤芯用于过滤粒径> 5微米的颗粒；所述主水泵和所述冷却设备之间还设有精滤芯，所述精滤芯用于过滤粒径> 2微米的颗粒。
9.如权利要求8所述的半导体激光器系统，其特征在于，所述精滤芯和所述冷却设备之间的出水管路上沿水流方向依次还设有出水压力开关、用于测量出水的温度和流量的出水温度流量计、用于防止循环水倒流的出水单向阀、出水阀和出水口，所述出水压力开关、所述出水单向阀、所述出水温度流量计和所述出水阀分别与所述控制器电连接。
10.如权利要求8所述的半导体激光器系统，其特征在于，所述冷却设备和所述水箱之间的回水管路上沿水流方向依次还设有回水口、回水阀、用于防止回水倒流的回水单向阀和用于测量回水的温度的回水温度传感器，所述回水阀、所述回水单向阀和所述回水温度传感器分别与所述控制器电连接。
【文档编号】H01S5/024GK104466661SQ201310435750
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】周峰, 杨庆东, 张延亮, 苏伦昌, 董春春, 澹台凡亮, 康民强 申请人:山东能源机械集团大族再制造有限公司