一种激光输出头和激光器的制作方法

1.本申请涉及激光加工技术领域，特别涉及一种激光输出头和激光器。


背景技术：

2.激光加工是一种将光的能量经过聚焦后在焦点上以达到极高的能量密度，进而通过光的光效应或者热效应来实现表面加工的技术。激光加工不需要与工件接触的刀具，且具有加工速度快、工件表面变形小、加工方式多样，以及可加工各种材料的工件的特点，已经被广泛应用于航空航天、汽车轮船、机械制造、电梯制造、广告制作、家用电器制造、医疗器械、五金、装饰、金属对外加工服务等各种制造行业。
3.激光加工领域中，用于将光纤中的高能激光聚焦在工件表面的激光输出头是必不可少的结构。而且，由于激光加工过程中需要用到高功率的激光器，激光输出头处需要设置相应的冷却结构，以避免激光输出头被激光产生的高温烧毁。现有技术中，无论是冷却液直接接触光纤的方案，还是冷却液接触封装光纤的玻璃管的方案，均存在光纤中的光容易溢出并导致激光输出头两端的零部件升温的问题，而激光输出头往往采用侧面冷却的方式，这就导致激光输出头两端的温度排除不及时，存在烧毁光纤或者玻璃管、损坏激光输出头甚至激光器的风险。


技术实现要素：

4.本申请的目的在于提供一种激光输出头，旨在解决传统的激光输出头容易因激光从光纤中溢出导致激光头两端升温的技术问题。
5.本申请是这样实现的，一种激光输出头，包括形成有冷却腔的外壳、设置于所述冷却腔内且形成有光纤腔的金属导热件，以及镜头；所述外壳开设有第一通孔和用于供光纤穿入的第二通孔；所述金属导热件开设有与所述第一通孔相对设置的第三通孔，以及用于供所述光纤穿入的第四通孔，所述金属导热件的内侧壁设置有消光纹；所述镜头与所述第三通孔相对设置，且所述镜头用于解耦合所述光纤中的激光。
6.在本申请的一个实施例中，所述消光纹覆盖所述金属导热件的内表面；或者，所述消光纹设置于所述金属导热件的轴向方向的两端。
7.在本申请的一个实施例中，所述消光纹绕所述金属导热件的轴向环设于所述金属导热件的内侧壁；或者，所述消光纹绕所述金属导热件的轴向螺旋环设于所述金属导热件的内侧壁。
8.在本申请的一个实施例中，所述激光输出头还包括贴合所述金属导热件的内表面设置的消光涂层，所述消光涂层覆盖所述消光纹。
9.在本申请的一个实施例中，所述外壳包括开设有所述第一通孔和所述第二通孔的外壳本体、连接所述外壳本体的第一封堵组件，以及连接所述外壳本体的第二封堵组件；所述第一封堵组件封堵所述第一通孔和所述第三通孔，且所述第一封堵组件形成有与所述第三通孔连通的第五通孔；所述第二封堵组件封堵所述第二通孔和所述第四通孔，且所述第
二封堵组件形成有用于供所述光纤穿过并伸入所述光纤腔的第六通孔。
10.在本申请的一个实施例中，所述第一封堵组件包括镜头安装管，以及嵌设于所述镜头安装管内的第一金属密封环件；所述镜头安装管的一端与所述镜头连接，所述镜头安装管的另一端与所述外壳本体的外侧壁密封连接；所述第一金属密封环件的内侧壁与所述金属导热件的外侧壁密封连接，所述第一金属密封环件的外侧壁与所述外壳本体的内侧壁密封连接。
11.在本申请的一个实施例中，所述第二封堵组件包括沿远离所述冷却腔的方向依次设置的第二金属密封环件和后盖，以及穿过所述后盖且与所述光纤腔连通的稳纤管；所述第二金属密封环件的内侧壁与所述金属导热件的外侧壁密封连接，所述第二金属密封环件的外侧壁与所述外壳本体的内侧壁密封连接。
12.在本申请的一个实施例中，所述第二封堵组件还包括连接所述外壳本体的内侧壁且连接所述稳纤管的外侧壁的填充件；和/或，所述后盖的与所述第二金属密封环件相对的一侧延伸形成稳定台。
13.在本申请的一个实施例中，所述第二金属密封环件的背对所述后盖的一侧沿所述金属导热件的外侧壁延伸形成第一柱状部和第二柱状部，所述第一柱状部的远离所述后盖的一端和所述第二柱状部的远离所述后盖的一端均形成有通过口；所述外壳本体开设有用于供冷却液流入的第七通孔，且所述外壳本体开设有用于供所述冷却液流出的第八通孔，所述第七通孔和所述第八通孔均与所述第一柱状部的远离所述第一封堵组件的一端设置；所述第二柱状部设置于所述金属导热件的远离所述第一柱状部的一侧，所述第七通孔和所述第八通孔开设于所述第一柱状部的两侧。
14.本申请的另一目的在于提供一种包含了如上所述的激光输出头的激光器。
15.实施本申请任一实施例提供的一种激光输出头，至少具有以下有益效果：
16.本申请各实施例提供的激光输出头，光纤穿过金属导热件形成的光纤腔并延伸至与镜头相对的位置，光纤中的激光在激光输出头中形成的散光会照射到金属导热件并转化为热能；金属导热件设置于冷却腔中，冷却腔内可以用于盛放冷却材料，以将激光产生的热能带走。通过采用金属制的金属导热件，可以使得激光在激光输出头中的散射光被均匀吸收，金属导热在工作过程中均匀升温，避免局部温度过高导致的温差烧毁激光输出头；同时，金属材料熔点高、热导率高，即使局部存在温差也能很快地将热量传导至整个金属导热件，进一步提高了激光输出头的耐热性能；消光纹能够有效避免从光纤中逃逸的光线沿金属导热件的内侧壁传播，减少甚至消除镜头和外壳的尾部收到的光照，降低镜头和外壳尾部的发热，使得激光输出头能够适配于更高功率的激光发生装置。
附图说明
17.为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本申请的一个实施例提供的激光输出头的结构示意图；
19.图2是本申请的一个实施例提供的金属导热件的剖面示意图；
20.图3是本申请的一个实施例提供的激光输出头的爆炸示意图；
21.图4是本申请的一个实施例提供的第二封堵组件的爆炸示意图；
22.图5是本申请的一个实施例提供的第一封堵组件的爆炸示意图；
23.图6是本申请的一个实施例提供的激光输出头的剖面示意图；
24.图7是本申请的一个实施例提供的激光输出头的另一剖面示意图。
25.上述附图所涉及的标号明细如下：
[0026]1‑
外壳；101
‑
冷却腔；102
‑
第一通孔；103
‑
第二通孔；11
‑
外壳本体；111
‑
第三密封槽；112
‑
第七通孔；113
‑
第八通孔；12
‑
第一封堵组件；120
‑
第五通孔；121
‑
镜头安装管；122
‑
第一金属密封环件；1221
‑
第一密封槽；1222
‑
第二密封槽；13
‑
第二封堵组件；130
‑
第六通孔；131
‑
第二金属密封环件；1311
‑
第四密封槽；1312
‑
第一柱状部；1313
‑
第二柱状部；132
‑
后盖；1321
‑
稳定台；133
‑
稳纤管；134
‑
填充件；2
‑
金属导热件；20
‑
光纤腔；21
‑
第三通孔；22
‑
第四通孔；23
‑
消光纹；3
‑
镜头；4
‑
光纤。
具体实施方式
[0027]
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0028]
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0029]
为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
[0030]
请参阅图1、图2、图6和图7，本申请的一个实施例提供了一种激光输出头，包括形成有冷却腔101的外壳1、设置于冷却腔101内且形成有光纤腔20的金属导热件2，以及镜头3；外壳1开设有第一通孔102和用于供光纤4穿入的第二通孔103；金属导热件2开设有与第一通孔102相对设置的第三通孔21，以及用于供光纤4穿入的第四通孔22，金属导热件2的内侧壁设置有消光纹23；镜头3与第三通孔21相对设置，且镜头3用于解耦合光纤4中的激光。更为具体的，外壳1和金属导热件2均呈管状，且外壳1在靠近第一通孔102的内侧壁的位置和金属导热件2之间形成密封，光纤4能够穿过第四通孔22并延伸至与镜头3相对的位置。
[0031]
具体而言，本实施例提供的激光输出头是这样工作的：
[0032]
外壳1形成有冷却腔101，外壳1内设置的金属导热件2形成有光纤腔20，光纤4能够穿入第二通孔103，并沿光纤腔20延伸至第三通孔21，最终延伸至和镜头3相对的位置；激光发生装置产生的激光，经过光纤4传递至镜头3处；在镜头3处，光纤4中的激光被解耦合，并在距离镜头3预设距离的位置上形成激光光斑。冷却腔101内设置有冷却材料，高功率、高亮度激光在激光输出头处产生的散光照射会在到金属导热件2后转化为热能，热能被金属导热件2吸收并传递至冷却材料；冷却材料吸收热能后，通过进一步的流动或者蒸发、挥发等，
能够将激光散光形成的热能带走，进而降低激光输出头的温度，延长激光输出头的持续使用时间。金属导热件2的内侧壁设置的消光纹23能够防止从光纤4中逃逸的光线沿金属导热件2的轴向传播，具体的，消光纹23具有凹凸不平的表面，从光纤4中逃逸的光线会在消光纹23的反射作用下，在金属导热件2的内侧壁经过多次反射，进而逐渐被金属导热件2吸收反射并转化为热能。
[0033]
实施本实施例提供的激光输出头，至少具有以下有益技术效果：
[0034]
本实施例提供的激光输出头，光纤4穿过金属导热件2形成的光纤腔20并延伸至与镜头3相对的位置，光纤4中的激光在激光输出头中形成的散光会照射到金属导热件2并转化为热能；金属导热件2设置于冷却腔101中，冷却腔101内可以用于盛放冷却材料，以将激光产生的热能带走。通过采用金属制的金属导热件2，可以使得激光在激光输出头中的散射光被均匀吸收，金属导热在工作过程中均匀升温，避免局部温度过高导致的温差烧毁激光输出头；同时，金属材料熔点高、热导率高，即使局部存在温差也能很快地将热量传导至整个金属导热件2，进一步提高了激光输出头的耐热性能；消光纹23能够有效避免从光纤4中逃逸的光线沿金属导热件2的内侧壁传播，减少甚至消除镜头3和外壳1的尾部收到的光照，降低镜头3和外壳3尾部的发热，使得激光输出头能够适配于更高功率的激光发生装置。
[0035]
作为本实施例的一个具体方案，金属导热件2采用铜导热件，冷却材料可以是冷却液，如水等；外壳1开设有相应的第七通孔112和第八通孔113，第七通孔112和第八通孔113分别用于供冷却液流入和流出。
[0036]
请参阅图2，在本申请的一个实施例中，消光纹23覆盖金属导热件2的内表面，以获得更优的消光效果，减少甚至消除从光纤4中逃逸并照射到镜头3或者外壳1尾部的光线；或者，当金属导热件2较长时，可以将消光纹23配置为仅设置于金属导热件2的轴向方向的两端，也即金属导热件2的长度方向的两端，以简化金属导热件2和激光输出头的加工工艺流程，提高良品率。
[0037]
请参阅图2，在本申请的一个实施例中，消光纹23绕金属导热件2的轴向环设于金属导热件2的内侧壁，此时，金属导热件2优选的采用铸模成型的方式制造。或者，消光纹23绕金属导热件2的轴向螺旋环设于金属导热件2的内侧壁，采用螺旋环状的消光纹23的好处在于，螺旋环状的消光纹23可以在管状的金属导热件2的内管壁使用车床攻牙，或者手动攻牙的方式加工形成，以避免开模等复杂工艺，简化金属导热件2的制造流程，节约物料成本。
[0038]
作为本实施例的一个具体方案，消光纹23应当尽可能的精细，也即，消光纹23的宽度与深度应当尽可能地小，且消光纹23应尽量密集布置，以提高金属导热件2对光线的吸收效率，尽可能减少从光纤4中逃逸并照射到镜头3或者外壳1尾部的光线。
[0039]
在本申请的一个实施例中，激光输出头还包括贴合金属导热件2的内表面设置的消光涂层(图中未示出)，消光涂层覆盖消光纹23。通估计在金属导热件2的内侧壁设置消光涂层，可以使得金属导热件2对于管线具有更好的直接吸收能力。
[0040]
作为本实施例的一个具体方案，金属导热件2的内表面喷砂以增加粗糙度，且经过阳极氧化并附着着黑色涂层，以进一步提高金属导热件2的吸光能力。
[0041]
请参阅图1、图3、图6和图7，在本申请的一个实施例中，外壳1包括开设有第一通孔102和第二通孔103的外壳本体11、连接外壳本体11的第一封堵组件12，以及连接外壳本体11的第二封堵组件13；第一封堵组件12封堵第一通孔102和第三通孔21，且第一封堵组件12
形成有与第三通孔21连通的第五通孔120；第二封堵组件13封堵第二通孔103和第四通孔22，且第二封堵组件13形成有用于供光纤4穿过并伸入光纤腔20的第六通孔130。
[0042]
具体而言，光纤4穿入第六通孔130并沿金属导热件2延伸至第五通孔120，透镜穿过第五通孔120并正对第三通孔21设置，进而将光纤4中的激光解耦合并聚焦在预设位置。第一封堵组件12和第二封堵组件13分别用于在管状的金属导热件2的两端形成密封，使得金属导热件2和外壳本体11之间形成用于供冷却液经过的腔体；激光的散射光产生的热能被金属导热件2吸收后，传导至冷却腔101内的冷却液中并被冷却液带走；同时良好的密封性可以确保冷却腔101内的冷却液不会流动至光纤腔20中，防止冷却液与光纤4接触，避免冷却液影响透镜对光纤4中的激光的解耦合。
[0043]
请参阅图3、图5至图7，在本申请的一个实施例中，第一封堵组件12包括镜头3安装管121，以及嵌设于镜头3安装管121内的第一金属密封环件122；镜头3安装管121的一端与镜头3连接，镜头3安装管121的另一端与外壳本体11的外侧壁密封连接；第一金属密封环件122的内侧壁与金属导热件2的外侧壁密封连接，第一金属密封环件122的外侧壁与外壳本体11的内侧壁密封连接。
[0044]
镜头3安装管121的其中一端连接镜头3，将镜头3固定在正对第三通孔21且正对光纤4末端的位置；镜头3安装管121的另一端与外壳本体11的外侧壁密封连接，第一金属密封环件122的内侧壁、外侧壁分别与金属导热件2的外侧壁、镜头3安装管121的内侧壁密封连接，这样，可以防止冷却液从金属导热件2的外侧流动至光纤腔20内，避免冷却液影响激光在光纤4中的正常传播。
[0045]
请参阅图3、图5至图7，作为本实施例的一个具体方案，第一金属密封环件122的外侧壁形成有第一密封槽1221，第一密封槽1221环绕第一金属密封环件122的外侧壁设置；第一金属密封环件122的内侧壁形成有第二密封槽1222，第二密封槽1222环绕金属导热件2设置，也即第二密封槽1222环绕第一金属密封环件122的内侧壁设置；外壳本体11的外侧壁开设有第三密封槽111，第三密封槽111环绕第一通孔102设置；各密封槽内均设置有密封圈。更为具体的，第一密封槽1221、第二密封槽1222和第三密封槽111的数量为两个或者多个，以进一步提高密封性能。
[0046]
请参阅图3、图4、图6和图7，在本申请的一个实施例中，第二封堵组件13包括沿远离冷却腔101的方向依次设置的第二金属密封环件131和后盖132，以及穿过后盖132且与光纤腔21连通的稳纤管133；第二金属密封环件131的内侧壁与金属导热件2的外侧壁密封连接，第二金属密封环件131的外侧壁与外壳本体11的内侧壁密封连接。
[0047]
第二金属密封环件131的内侧壁、外侧壁分别与金属导热件2的外侧壁、外壳本体11的内侧壁密封连接，这样，可以防止冷却液从金属导热件2的外侧流动至光纤腔20内，避免冷却液影响激光在光纤4中的正常传播；后盖132盖设于第四通孔22，稳纤管133采用柔韧性好的橡胶稳纤管133，避免光纤4在随着激光输出头移动的过程中过度弯折，防止光纤4折断，同时防止光纤4中的激光外泄造成危险。
[0048]
请参阅图3、图4、图6和图7，作为本实施例的一个具体方案，稳纤管133的一端伸出后盖132，另一端与第四通孔22相对设置；第二金属密封环件131的内侧壁与金属导热件2的外侧壁过盈配合；第二金属密封环件131的外侧壁形成有第四密封槽1311，第四密封槽1311环绕第二金属密封环件131的外侧壁设置。更为优选的，第四密封槽1311的数量为两个或者
多个，以进一步提高密封性能。
[0049]
请参阅图3、图4、图6和图7，在本申请的一个实施例中，第二封堵组件13还包括连接外壳本体11的内侧壁且连接稳纤管133的外侧壁的填充件134；或者，后盖132的与第二金属密封环件131相对的一侧延伸形成稳定台1321；或者，第二封堵组件13还包括连接外壳本体11的内侧壁且连接稳纤管133的外侧壁的填充件134，且后盖132的与第二金属密封环件131相对的一侧延伸形成稳定台1321。
[0050]
填充件134和稳定台1321均能够起到固定稳纤管133的作用，防止稳纤管133在激光输出头移动的过程中发生转动，光纤4在随着激光输出头移动的过程中不会过度弯折，进而避免了光纤4折断或者光纤4中的激光外泄造成的危险。
[0051]
请参阅图3、图4、图6和图7，在本申请的一个实施例中，第二金属密封环件131的背对后盖132的一侧沿金属导热件2的外侧壁延伸形成第一柱状部1312和第二柱状部1313，第一柱状部1312的远离后盖132的一端和第二柱状部1313的远离后盖132的一端均形成有通过口；外壳本体11开设有用于供冷却液流入的第七通孔112，且外壳本体11开设有用于供冷却液流出的第八通孔113，第七通孔112和第八通孔113均与第一柱状部1312的远离第一封堵组件12的一端设置；第二柱状部1313设置于金属导热件2的远离第一柱状部1312的一侧，第七通孔112和第八通孔113开设于第一柱状部1312的两侧。
[0052]
请参阅图3、图4、图6和图7，作为本实施例的一个具体方案，第一柱状部1312和第二柱状部1313均不与第一金属密封环件122接触。这样，第一柱状部1312、金属导热件2和第二柱状部1313共同对冷却液的流动起到限位作用，从第七通孔112流入的冷却液，由于受到第一柱状部1312和第二柱状部1313的阻挡，会向靠近第一金属密封环件122的方向流动，然后从第一柱状部1312和第一金属密封环件122之间的缝隙，以及第二柱状部1313和第一金属环件之间的缝隙流入金属导热件2的另一侧，并向靠近第二金属密封环件131的方向流动，最后从第八通孔113流出。这样做的好处在于，可以使得冷却液和金属导热件2的接触更加充分，提高了热能从金属导热件2传导至冷却液的效率。
[0053]
请参阅图3、图4、图6和图7，在本申请的一个实施例中，第一柱状部1312和第二柱状部1313均贴合金属导热件2的外侧壁设置，且第一柱状部1312和第二柱状部1313均贴合外壳本体11的内侧壁设置。这样，既可以避免冷却液沿第一柱状部1312、第二柱状部1313与金属导热件2或者外壳本体11之间的缝隙流动，又提高了金属导热件2和第一柱状部1312之间，以及金属导热件2和第二柱状部1313之间的热传导率，热能可以从金属导热件2穿导致第一柱状部1312和第二柱状部1313后，再传到至冷却液中，起到加速散热的技术效果。
[0054]
本申请的另一目的在于提供一种包含了如上所述的激光输出头的激光器。
[0055]
以上仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。