[發(fā)明專利]一種陣列式光波導(dǎo)液體射流裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710823414.8
• 申請(qǐng)日: 2017-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN107457482A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉炎;肖向榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué);武漢松盛光電科技有限公司
• 主分類號(hào): B23K26/067
• 分類號(hào): B23K26/067;B23K26/146
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 張彩錦,曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種陣列式光波導(dǎo)液體射流裝置及方法。

背景技術(shù)

激光加工已廣泛應(yīng)用于工件切割、鉆孔、焊接、清洗及表面處理中，由于激光的高能高熱以及焦點(diǎn)跟蹤的影響，其加工過程往往伴隨著加工毛刺、微粒的沉積、加工孔道的不平行、熱應(yīng)力等等不利因素，由此限制了激光加工的質(zhì)量與應(yīng)用范圍。

專利US5902499公開了一種采用水射流導(dǎo)引高能激光做加工的方法與裝置，該方法及裝置是從噴嘴射出高壓水形成射流，高能激光與水射流匯合，然后經(jīng)單個(gè)噴嘴到達(dá)被加工表面。該發(fā)明有效解決了激光高熱和焦點(diǎn)追蹤難帶來的加工質(zhì)量問題，但是由于采用的匯聚透鏡組將所有激光能量匯入一束水射流，其在加工過程中，一次只能完成一個(gè)加工點(diǎn)的打孔或一道溝槽的切割，加工點(diǎn)與點(diǎn)或槽與槽之間的間距的控制也極大地受限于機(jī)床的精度。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種陣列式光波導(dǎo)液體射流裝置及方法，其中通過對(duì)關(guān)鍵組件激光束發(fā)生單元和射流噴射單元的結(jié)構(gòu)及其具體設(shè)置方式的研究和設(shè)計(jì)，使得激光束分束耦合入水射流陣列，以極大的提高水導(dǎo)激光加工的效率和精度，相應(yīng)的以有效解決水射流導(dǎo)引激光加工時(shí)加工效率低、精度難以控制的問題，同時(shí)還具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種陣列式光波導(dǎo)液體射流裝置，其包括激光束發(fā)生單元和射流噴射單元，其中：

所述激光束發(fā)生單元包括殼體以及從上至下依次設(shè)置在該殼體內(nèi)部的衍射光學(xué)元件和聚焦透鏡組，所述衍射光學(xué)元件的上方設(shè)置有激光發(fā)生組件，所述聚焦透鏡組的下方設(shè)置有透明激光窗口，該透明激光窗口與所述殼體密封，其中由所述激光發(fā)生組件產(chǎn)生的激光束經(jīng)所述衍射光學(xué)元件分為多束激光束子束，該多束激光束子束經(jīng)所述聚焦透鏡組以及透明激光窗口射出；

所述射流噴射單元設(shè)于所述透明激光窗口的下方，其包括呈陣列分布的多個(gè)噴嘴，所述多個(gè)噴嘴與所述多束激光束子束對(duì)應(yīng)；所述透明激光窗口和所述多個(gè)噴嘴之間設(shè)置有用于提供高壓水的液體供應(yīng)單元，供應(yīng)到所述透明激光窗口和所述多個(gè)噴嘴之間的高壓水從所述多個(gè)噴嘴噴出，以在所述多個(gè)噴嘴中形成水射流，該水射流與從所述透明激光窗口中射出的多束激光束子束耦合后經(jīng)對(duì)應(yīng)的噴嘴射出。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述激光發(fā)生組件與所述衍射光學(xué)元件之間設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡組。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述多個(gè)噴嘴直接開設(shè)在寶石體上，并呈陣列分布，每個(gè)所述噴嘴的噴射孔由直孔段和錐孔段組成，所述直孔段的一端對(duì)應(yīng)噴嘴的入口端，另一端與所述錐孔段的小端相接，該錐孔段的大端對(duì)應(yīng)噴嘴的出口端。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述多個(gè)噴嘴呈陣列安裝在金屬保持架上，每個(gè)所述噴嘴均為寶石噴嘴，并且其噴射孔由直孔段和錐孔段組成，所述直孔段的一端對(duì)應(yīng)噴嘴的入口端，另一端與所述錐孔段的小端相接，該錐孔段的大端對(duì)應(yīng)噴嘴的出口端。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述寶石體和/或?qū)毷瘒娮鞛榧t寶石、藍(lán)寶石或鉆石。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述高壓水的壓力為2兆帕以上，優(yōu)選為10兆帕到80兆帕。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種陣列式光波導(dǎo)液體射流方法，包括如下步驟：

(1)提供激光束，該激光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡組準(zhǔn)直后射入衍射光學(xué)元件中，并在該衍射光學(xué)元件作用下分為呈陣列分布的多束激光束子束，所述多束激光束子束經(jīng)聚焦透鏡組聚焦，并經(jīng)激光窗口射出；

(2)提供高壓水，該高壓水經(jīng)呈陣列分布的多個(gè)噴嘴形成呈陣列分布的水射流，該水射流與從所述透明激光窗口中射出的多束激光束子束耦合以形成水束光纖陣列，該水束光纖陣列經(jīng)呈陣列分布的多個(gè)噴嘴噴出。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明通過對(duì)激光束發(fā)生單元和射流噴射單元的具體結(jié)構(gòu)及其布置方式的研究與設(shè)計(jì)，獲得的陣列式光波導(dǎo)液體射流裝置可一次完成多個(gè)加工點(diǎn)的同時(shí)加工，例如多個(gè)加工點(diǎn)的同時(shí)并行打孔或多道溝槽的同時(shí)并行切割，并通過陣列式布置的噴嘴，實(shí)現(xiàn)加工點(diǎn)與點(diǎn)或槽與槽之間間距的精確控制，有效提高水導(dǎo)激光加工的效率和精度，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。