本發(fā)明涉及光學工程、巖土工程和機械工程的交叉領(lǐng)域，涉及一種激光切割頭及其裝配調(diào)整方法，尤其涉及一種基于傳統(tǒng)激光切割頭的可獲得分布式激光的切割頭安裝座及其裝配調(diào)整方法。

背景技術(shù)：

1、目前，激光破巖技術(shù)主要應(yīng)用于石油和天然氣等礦物能源開采領(lǐng)域。未來，優(yōu)化完善激光切割機，提升激光破巖技術(shù)的破巖效果，并將激光破巖技術(shù)進一步耦合應(yīng)用于tbm(全斷面巖石隧道掘進機)、掘錨機、鉆井掘進機、露天采礦機等大型切削巖層裝備(以下簡稱切削裝備)是一種必然的發(fā)展趨勢。

2、現(xiàn)有激光切割機通過其激光切割頭(以下引述為傳統(tǒng)激光切割頭)出射產(chǎn)生直圓形激光(以下簡稱傳統(tǒng)激光)。由于傳統(tǒng)激光的功率密度過于集中，導致大量巖石在短時間內(nèi)被熔化成熔巖，甚至被汽化；小部分熔巖會被及時吹掃出激光槽，而大部分則附著于激光槽壁上，其經(jīng)冷卻后固化成一層光滑的玻璃質(zhì)覆蓋層(以下引述為玻璃釉)。研究表明，由于玻璃釉的存在，導致傳統(tǒng)激光破巖尚存在如下局限性：1)隨著激光功率的提高，激光能效和破巖效果不再顯著增加，這是因為大量產(chǎn)生的玻璃釉不僅降低了激光宏觀破巖效果(如切槽的寬度和深度)，還會抑制激光能量向巖層深部傳遞；2)玻璃釉發(fā)產(chǎn)生類似粘接劑的作用，不斷粘接已產(chǎn)生的巖石裂紋，故不利于宏微觀裂紋的延伸擴展與交匯，降低了破巖效果。研究人員嘗試從激光照射模式、冷卻技術(shù)、表面預處理等方面入手去抑制玻璃釉的生成，但由于未從根本上改變傳統(tǒng)激光的波前形狀和高度聚焦的光學特性，故收效甚微。

3、針對現(xiàn)有激光切割機的不足，若從底層器件入手，重新研發(fā)一套新型激光切割機，則存在風險高、難度大、成本高、制作研發(fā)周期長等局限性。尤其是為了將激光破巖技術(shù)耦合應(yīng)用于大型切削巖層裝備時，由于該研究處于可行性驗證的初級階段，研發(fā)高功率且全尺寸的新型激光切割機，顯然存在巨大的研發(fā)風險。如何在傳統(tǒng)激光設(shè)備的基礎(chǔ)上，尤其是在不改變現(xiàn)有激光切割機的主機的前提條件下，如何基于傳統(tǒng)激光切割頭，快速且經(jīng)濟地制備出能夠有效抑制玻璃釉生成的新型激光，以便快速開展可行性驗證試驗是本領(lǐng)域研究人員亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)方案的不足，本發(fā)明一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座，其特征在于：

2、包括安裝支架、鏡架組件、光學鏡組，其中：

3、鏡架組件包括了鏡架；光學鏡組包括開孔凹透鏡；開孔凹透鏡中心開設(shè)有直徑為d2的通孔；開孔凹透鏡設(shè)置于鏡架內(nèi)；鏡架組件設(shè)置于安裝支架內(nèi)；安裝支架可拆卸地緊固設(shè)置于傳統(tǒng)激光切割頭上，使得開孔凹透鏡共軸地布置于傳統(tǒng)激光切割頭的出射口的一側(cè)；d2小于傳統(tǒng)激光切割頭出射的傳統(tǒng)激光的直徑d4。

4、作為優(yōu)選，開孔凹透鏡為球面凹透鏡；

5、作為優(yōu)選，安裝支架通過緊定螺釘固定設(shè)置于傳統(tǒng)激光切割頭上。

6、更為優(yōu)選，安裝支架為n型一體化框架結(jié)構(gòu)；其上部橫梁開設(shè)有切割頭安裝通過孔；切割頭安裝通過孔與傳統(tǒng)激光切割頭的外周間隙配合。

7、作為優(yōu)選，鏡架組件還包括了螺紋連接柱和緊定螺母；鏡架的左右兩側(cè)對稱地固設(shè)有一組螺紋連接柱；每組螺紋連接柱的根數(shù)不小于1根；每組螺紋連接柱活動地穿過與之相對的安裝支架；緊定螺母可將螺紋連接柱緊固于安裝支架上。

8、更為優(yōu)選，本發(fā)明一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座還包括位置微調(diào)組件；位置微調(diào)組件包括千分尺；千分尺設(shè)置于安裝支架上；千分尺的測量柱與螺紋連接柱的端面抵緊。

9、作為優(yōu)選，本發(fā)明一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座還包括了套筒和墊片；套筒套設(shè)于傳統(tǒng)激光切割頭上，且止動于傳統(tǒng)激光切割頭的上環(huán)體端面與安裝支架的上部橫梁的上端面之間；墊片同樣套設(shè)于傳統(tǒng)激光切割頭上，且止動于安裝支架的上部橫梁的下端面與傳統(tǒng)激光切割頭的下環(huán)體端面之間。

10、與本發(fā)明一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座配合使用的一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座裝配調(diào)整方法，其特征在于：包括如下步驟：

11、s1：完成所述可獲得分布式激光的切割頭安裝座的初步裝配；

12、s2：通過增/減套筒的長度，相應(yīng)地減/增墊片的數(shù)量，調(diào)節(jié)開孔凹透鏡相對凸透鏡的位置；

13、s3：利用千分尺調(diào)節(jié)開孔凹透鏡相對凸透鏡的位置，再利用緊定螺母固定該位置；

14、s4：通過調(diào)節(jié)位于安裝支架一側(cè)的緊定螺釘?shù)男肷疃?，調(diào)節(jié)開孔凹透鏡相對凸透鏡的位置；再旋緊位于另一側(cè)的緊定螺釘ben來固定該位置。

15、作為優(yōu)選，在s3步結(jié)束后，拆下千分尺，再執(zhí)行s4步。

16、本發(fā)明具有如下有益之處：

17、1)利用本發(fā)明所制備獲得的分布式激光光束，破巖效果好，且有效抑制了玻璃釉的生成；

18、2)本發(fā)明實施風險小，成本造價低；

19、3)本發(fā)明便于快速裝拆，大大縮短了試驗測試時間，提高了試驗效率；

20、4)本發(fā)明可三個方向調(diào)節(jié)開孔凹透鏡相對凸透鏡的位置，操作簡單，調(diào)節(jié)可靠。

技術(shù)特征：

1.一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座，其特征在于：開孔凹透鏡為球面凹透鏡。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座，其特征在于：安裝支架通過緊定螺釘固定設(shè)置于傳統(tǒng)激光切割頭上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座，其特征在于：安裝支架上關(guān)于其對稱中間平面對稱地設(shè)置有一對緊定螺釘。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座，其特征在于：安裝支架為n型一體化框架結(jié)構(gòu)；其上部橫梁開設(shè)有切割頭安裝通過孔；切割頭安裝通過孔與傳統(tǒng)激光切割頭的外周間隙配合。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座，其特征在于：鏡架組件還包括了螺紋連接柱和緊定螺母；鏡架的左右兩側(cè)對稱地固設(shè)有一組螺紋連接柱；每組螺紋連接柱的根數(shù)不小于1根；每組螺紋連接柱活動地穿過與之相對的安裝支架；緊定螺母可將螺紋連接柱緊固于安裝支架上。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座，其特征在于：還包括位置微調(diào)組件；位置微調(diào)組件包括千分尺；千分尺設(shè)置于安裝支架上；千分尺的測量柱與螺紋連接柱的端面抵緊。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座，其特征在于：還包括了套筒和墊片；套筒套設(shè)于傳統(tǒng)激光切割頭上，且止動于傳統(tǒng)激光切割頭的上環(huán)體端面與安裝支架的上部橫梁的上端面之間；墊片同樣套設(shè)于傳統(tǒng)激光切割頭上，且止動于安裝支架的上部橫梁的下端面與傳統(tǒng)激光切割頭的下環(huán)體端面之間。

9.與根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座配合使用的一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座裝配調(diào)整方法，其特征在于：包括如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座裝配調(diào)整方法，其特征在于：在s3步結(jié)束后，拆下千分尺，再執(zhí)行s4步。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明一種可獲得分布式激光的切割頭安裝座，其包括安裝支架、鏡架組件、光學鏡組；光學鏡組包括開孔凹透鏡；鏡架組件設(shè)置于安裝支架內(nèi)；安裝支架可拆卸地緊固設(shè)置于傳統(tǒng)激光切割頭上；本發(fā)明還提出一種與所述切割頭安裝座裝配合使用的配調(diào)整方法，可通過減/增墊片的數(shù)量沿Z方向調(diào)節(jié)開孔凹透鏡相對凸透鏡的位置；利用千分尺沿X方向調(diào)節(jié)開孔凹透鏡相對凸透鏡的位置；調(diào)節(jié)緊定螺釘?shù)男肷疃妊豗方向調(diào)節(jié)開孔凹透鏡相對凸透鏡的位置。利用本發(fā)明所制備的分布式激光可有效抑制了玻璃釉的生成，并具有裝拆快速、裝配調(diào)整便捷、實施成本低、風險難度小、研發(fā)周期短等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：張魁,肖上竣,程凱,張高峰,劉洋,周后明,汪鼎華,聶雄
受保護的技術(shù)使用者：湘潭大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6