一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备的制作方法

本发明涉及数控设备，特别是一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备。

背景技术：

高温金属封接大功率脉冲氙灯是继过渡玻璃熔封大功率气体放电灯发展起来的新型气体放电灯(引用专利：高温金属封接大功率脉冲氙灯及其制备方法)，是大功率激光装置的关键元器件。

随着激光事业的不断发展，迫切需求大批量高质量、高可靠的大功率脉冲氙灯。由于高温金属封接的大功率脉冲氙灯管径大尺寸长(>2000mm)，且主要由石英玻璃制作，因此这种灯所需的熔封温度很高。采用金属封接技术后，由于金属封接组合体一端带有金属封接部位(见附图2)，且氙灯制备过程中金属封接部位与熔封位置距离很近(小于40mm)，熔封火焰的辐射热及传导热极易导致金属封接部位爆裂。

石英灯管与金属封接组合体进行人工熔接的技术难度极大，在熔接过程中要不断地对金属封接组合体进行冷却，很难控制灯的同轴度及尺寸精度，而且人员劳动强度大、作业时间长，不利于高温金属封接大功率脉冲氙灯的批量化生产。尽管已有专用的玻璃车床来进行石英管熔接，但此类设备不具备冷却功能，无法直接将石英灯管和金属封接组合体有效熔封。本发明的一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备不仅适用于高温金属封接大功率脉冲氙灯，也可以经过适当改动来熔封其它种类的气体放电灯。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备，能高精度、高质量地将带有金属封接部位的石英管与石英灯管熔接，通过控制系统监控火焰温度、调节充气流量，保证灯管接头的同心度、机械尺寸，确保成型工件的一致性，大大降低人工劳动强度，提高生产功效，为批量生产高温金属封接大功率脉冲氙灯提供设备保障。

本发明的技术解决方案如下：

一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备，包括石英灯管夹持旋转组件，金属封接组合体夹持组件，石英灯管定位运动组件，金属封接组合体运动组件，石英喷灯夹持组件，玻璃温度监测组件，人机交互界面，排风系统，控制系统。

所述的金属封接组合体夹持组件包括：火焰高温隔离板、组件固定板、水雾喷嘴、夹头、浸润冷却介质、定位板、气流控制器、集水排放器、卡盘、和夹头一体的楔形结构、转轴法兰、传动机构、法兰、组件支撑座、传动皮带、气缸和电动机。

所述的石英灯管夹持旋转组件安装于控制系统上表面中心偏右侧位置，控制系统上表面右侧设置金属封接组合体运动组件，所述的金属封接组合体夹持组件安装于金属封接组合体运动组件上，且石英灯管夹持旋转组件和金属封接组合体夹持组件的卡盘在同一条水平线上、保持一定的同轴度，所述的石英灯管夹持旋转组件和金属封接组合体夹持组件之间，设置有石英喷灯夹持组件和玻璃温度监测组件，所述的石英灯管定位运动组件位于控制系统上表面、石英灯管夹持旋转组件左侧，所述的人机交互界面与控制系统相连，置于石英灯管夹持旋转组件上方，所述的排风系统位于石英喷灯夹持组件和玻璃温度监测组件的上方，安装于控制系统上。

所述的夹头及卡盘固定于转轴法兰上，且卡盘嵌套于楔形结构外侧，所述传动机构的一端连接转轴法兰，另一端穿过组件支撑座连接气缸，并通过法兰固定在组件支撑座上，夹头内置浸润冷却介质和定位板，所述气流控制器安装在金属封接组合体的金属封接端，置于夹头内部，集水排放器和火焰高温隔离板置于夹头外侧，在所述的浸润冷却介质的上方、夹头外设置有水雾喷嘴，该水雾喷嘴和火焰高温隔离板安装于组件固定板上，该组件固定板安装于组件支撑座上，所述气缸安装于传动机构右侧，电动机置于传动机构下方、位于组件支撑座右侧，通过传动皮带与传动机构相连。

所述的一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备，其特征在于所述的数控设备，可以用来熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯、过渡玻璃封接的大功率脉冲氙灯和其它种类的气体放电灯。

所述的一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备，其特征在于所述的火焰高温隔离板是采用耐高温材料制作，该耐高温材料是石墨或氧化铝耐高温隔热材料，在石英灯管的轴线上开一个稍大于金属封接组合体外径的圆孔，将金属封接组合体的金属封接端通过该圆孔放置在夹头内，隔离火焰高温对金属封接部位的直接损害。

所述的一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备，其特征在于所述的夹头是固定在转轴法兰上的一个带槽孔的圆筒爪，通过卡盘、楔形结构和传动机构夹紧金属封接组合体的石英管壁部分，并与石英灯管夹持旋转组件保持同步旋转。

所述的一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备，其特征在于所述的卡盘锁紧方式为：气缸内输入的压缩空气为动力源，推动传动机构和卡盘(做轴向运动，通过楔形结构使卡盘(的轴向运动转变为夹头的径向运动，用于工件的锁紧。

所述的一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备，其特征在于所述的卡盘是可以气动卡盘，或液压卡盘。

所述的熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备，其特征在于所述的水雾喷嘴安置在夹头的外侧，金属封接组合体旋转时冷却水直接喷射到夹头上，并穿过夹头的槽孔对金属封接组合体的金属封接部位进行冷却，水雾喷嘴喷射冷却水的温度和流量可调控，冷却水及其产生的水蒸气通过集水排放器出水口流出。通过对冷却水流量和温度的调控，避免了在石英熔封过程中由于温度过高引起的金属封接组合体质量下降或炸裂问题。冷却方式可以采用直接水冷方式，或浸润方式水冷。

所述的一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备，其特征在于熔接过程中在金属封接组合体的金属封接端放置一个中间开孔的气流控制器，对气流进行控制。在石英灯管与金属封接组合体对接熔封过程中，该控制器能够配合石英灯管另一端尾管安装的充气接头，使石英灯管的内部保持微正压，保证熔封口的质量和均匀性。

所述的一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备，其特征在于所述的石英灯管夹持旋转组件和金属封接组合体运动组件能够在熔封过程中，控制石英灯管和金属封接组合体保持同步旋转，实现石英灯管和金属封接组合体的高质量熔封。

本发明的优点是：

1、带冷却装置的金属封接组合体夹持组件，能够对金属封接组合体进行水冷保护，通过对冷却水流量和温度的调控，避免了在熔封过程中由于温度过高引起的金属封接组合体质量下降或炸裂问题。

2、可在石英熔融状态下，通过气流控制器控制气体流量，并结合石英灯管另一端尾管处连接的充气接头保证熔封口的质量和均匀性。

3、可通过数控系统监控火焰温度、调节充气流量，保证灯管接头的同心度、机械尺寸，确保成型工件的一致性，大大降低了人工强度，提高了生产效率，为批量生产高温金属封接大功率脉冲氙灯提供了设备保障。

附图说明

图1为一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备结构示意图。

图1中：石英灯管夹持旋转组件(1)，金属封接组合体夹持组件(2)，石英灯管定位运动组件(3)，金属封接组合体运动组件(4)，石英喷灯夹持组件(5)，玻璃温度监测组件(6)，人机交互界面(7)，排风系统(8)，控制系统(9)。

图2为金属封接组合体结构示意图。

图3为带冷却装置的金属封接组合体夹持组件的结构示意图。

图3中：金属封接组合体(2-1)，火焰高温隔离板(2-2)，组件固定板(2-3)，水雾喷嘴(2-4)，夹头(2-5)，浸润冷却介质(2-6)，定位板(2-7)，气流控制器(2-8)、集水排放器(2-9)，卡盘(2-10)，和夹头(2-5)一体的楔形结构(2-11)，转轴法兰(2-12)、传动机构(2-13)、法兰(2-14)、组件支撑座(2-15)、传动皮带(2-16)、气缸(2-17)和电动机(2-18)。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的变换范围。

请先参阅图1，图1为一种熔封高温金属封接大功率脉冲氙灯的数控设备。由图可见，本发明一种熔封气体放电灯的数控设备，包括石英灯管夹持旋转组件1，金属封接组合体夹持组件2，石英灯管定位运动组件3，金属封接组合体运动组件4，石英喷灯夹持组件5，玻璃温度监测组件6，人机交互界面7，排风系统8，控制系统9。所述的石英灯管夹持旋转组件1安装于控制系统9上表面中心偏右侧位置，控制系统9上表面右侧设置金属封接组合体运动组件4，所述的金属封接组合体夹持组件2安装于金属封接组合体运动组件4上，且石英灯管夹持旋转组件1和金属封接组合体夹持组件2的卡盘在同一条水平线上、保持一定的同轴度，所述的石英灯管夹持旋转组件1和金属封接组合体夹持组件2之间，设置有石英喷灯夹持组件5和玻璃温度监测组件6，所述的石英灯管定位运动组件3位于控制系统上表面、石英灯管夹持旋转组件1左侧，所述的人机交互界面7与控制系统9相连，置于石英灯管夹持旋转组件1上方，所述的排风系统8位于石英喷灯夹持组件5和玻璃温度监测组件6的上方，安装于控制系统9上。

图2为金属封接组合体结构示意图，金属封接组合包括石英玻璃管和高温金属封接部位。

图3为金属封接组合体夹持组件的结构示意图，包括火焰高温隔离板2-2，组件固定板2-3，水雾喷嘴2-4，夹头2-5，浸润冷却介质2-6，定位板2-7，气流控制器2-8、集水排放器2-9，卡盘2-10，和夹头2-5一体的楔形结构2-11，转轴法兰2-12、传动机构2-13、法兰2-14、组件支撑座2-15、传动皮带2-16、气缸2-17和电动机2-18。

所述的夹头2-5及卡盘2-10固定于转轴法兰2-12上，且卡盘2-10嵌套于楔形结构2-11外侧，所述传动机构2-13的一端连接转轴法兰2-12，另一端穿过组件支撑座2-15连接气缸2-17，并通过法兰2-14固定在组件支撑座2-15上，夹头2-5内置浸润冷却介质2-6和定位板2-7，所述气流控制器2-8安装在金属封接组合体2-1的金属封接端，置于夹头2-5内部，集水排放器2-9和火焰高温隔离板2-2置于夹头2-5外侧，在所述的浸润冷却介质2-6的上方、夹头2-5外设置有水雾喷嘴2-4，该水雾喷嘴2-4和火焰高温隔离板2-2安装于组件固定板2-3上，该组件固定板2-3安装于组件支撑座2-15上，所述气缸2-17安装于传动机构2-13右侧，电动机2-18置于传动机构2-13下方，位于组件支撑座2-15右侧，通过传动皮带2-16与传动机构2-13相连。

夹持金属封接组合体的夹头2-5采用带槽孔的圆筒爪，与该圆筒爪一体的楔形结构2-11外侧嵌套卡盘2-10，卡盘2-10连接着传动机构2-13，气缸2-17内输入的压缩空气为动力源，推动传动机构2-13和卡盘2-10做轴向运动，通过楔形结构2-11使卡盘2-10的轴向运动转变为夹头2-5的径向运动，用于工件的锁紧(石英灯管的夹持、锁紧方式同上)。金属封接组合体运动组件4和石英灯管夹持旋转1组件通过控制系统9控制二者运动，保证金属封接组合体2-1和石英灯管的同步旋转。石英喷灯夹持组件5控制石英喷灯在一定距离内移动，对熔封火焰的位置进行微调。

熔封过程中，在熔封火焰和金属封接组合体2-1之间放置一块高温火焰隔离板2-2，作为带冷却装置的金属封接组合体夹持组件的一部分，用以保护金属封接组合体2-1高温金属封接部位。金属封接组合体2-1金属封接端口安装气流控制器2-8，石英灯管的另一端尾管安装充气接头对石英灯管内充气，通过气流控制器使熔封过程中石英灯管内部保持微正压状态，以保证熔封接头质量。金属封接组合体夹持组件2上方带有水雾喷嘴2-4，水雾喷嘴2-4外接恒温水槽，恒温水槽温度可调，夹头2-5位于水雾喷嘴2-4下方，夹头2-5内置浸润冷却介质2-6，以保证冷却水能够均匀地对整个金属封接部位进行冷却，水雾喷嘴2-5喷射出的冷却水流经浸润冷却介质2-6后，通过集水排放器2-9排出。夹头2-5内部，在浸润冷却介质2-6边缘设置定位板2-7，用以限定金属封接组合体2-1放置在夹头2-5内的长度，即保证整个金属封接部位完全处于浸润冷却介质2-6内。

石英灯管和金属封接组合体熔封步骤：

打开电源总开关，设置恒温水槽的加热温度为30℃，将恒温水槽加满水后开始加热，加热时间约为15min；将气流控制器套封在金属封接组合体的金属端口上，然后将金属封接组合体放入金属封接组合体夹持组件的夹头内，推入到位；用纱布和无水乙醇擦拭灯管，将石英灯管放到托架上，装上气体接口，点击“灯管定位”按钮，进行灯管定位；定位完成后点击“夹紧-点火”按钮，石英灯管和金属封接组合体自动夹紧并送入到位，至二者端口之间距离2～3mm，设置好氢氧气流量后，水冷功能自动开启，对金属封接组合体进行冷却，石英喷灯点火，氢氧火焰燃烧；点击“旋转熔封”按钮，石英灯管与金属封接组合体同步旋转，进行预热，预热完成开始熔封，并通过金属封接组合体运动组件对石英灯管与金属封接组合体端口的距离进行微调，熔封完成。

实验表明，本发明能高精度、高质量地将石英灯管与带金属封接部位的石英管对接，灯管接头的同心度好、机械尺寸可控，成型工件的一致性显著提高，同时大大降低了人工劳动强度，提高了生产效率，能够为批量生产气体放电灯提供可靠的设备保障。