[發(fā)明專利]液膜射流導(dǎo)引激光加工裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711379604.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN107876976A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉炎;肖向榮;魏美容
• 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): B23K26/146
• 分類號(hào): B23K26/146
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務(wù)所(普通合伙)11548
• 代理人: 李靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，尤其涉及到一種導(dǎo)引激光加工裝置。

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、表面處理。由于激光的高能高熱以及焦點(diǎn)跟蹤的影響，其加工過(guò)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，從而限制了激光加工的質(zhì)量與應(yīng)用范圍。

在美國(guó)專利US5902499中公布了一種采用水射流導(dǎo)引高能激光做加工的方法與裝置。從噴嘴射出的高壓水形成層流狀收縮射流。高能激光被導(dǎo)引并耦合入水射流。水與空氣間平滑的自由液面使激光在射流中形成全反射，并沿著射流傳導(dǎo)直達(dá)被加工表面。該發(fā)明有效的解決了激光高熱和焦點(diǎn)追蹤難帶來(lái)的加工質(zhì)量問(wèn)題。但是由于采用的匯聚透鏡組將所有激光能量匯入一束毛細(xì)管水射流，該發(fā)明在加工過(guò)程中，一次只能完成一個(gè)加工點(diǎn)的微細(xì)打孔或通過(guò)電機(jī)移動(dòng)耦合頭完成一道微細(xì)溝槽的切割，效率偏低。聚焦于加工表面的微點(diǎn)形光斑局限了水射流導(dǎo)引激光加工技術(shù)在面加工領(lǐng)域(如激光表面清洗)的應(yīng)用。

在中國(guó)專利CN104959349A中公布了一種激光清洗裝置，它包括出射激光束的激光器、用于對(duì)待清洗工件進(jìn)行掃描照射的光斑生成機(jī)構(gòu)，所述光斑生成機(jī)構(gòu)包括依次設(shè)置在所述激光束的出射光路中的準(zhǔn)直鏡及透鏡組。光斑生成機(jī)構(gòu)通過(guò)使用光學(xué)透鏡系統(tǒng)使點(diǎn)光源變成線光斑，把激光清洗由點(diǎn)掃描變成線掃描，在保證激光功率密度的前提下，能夠大幅度提高激光清洗效率。由于本清洗方法屬于激光“干”加工，激光的高能高熱不可避免會(huì)產(chǎn)生對(duì)被清洗基體的影響。同時(shí)燒灼的殘?jiān)z留在清洗表面，直接影響清洗效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新的液膜射流導(dǎo)引激光加工裝置，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種液膜射流導(dǎo)引激光加工裝置，包括聚焦透鏡，激光窗，高壓水腔，狹縫噴嘴，所述高壓水腔的頂部為所述激光窗，底部開有所述狹縫噴嘴，外部激光源發(fā)出激光束經(jīng)所述聚焦透鏡后，透過(guò)激光窗投射到所述狹縫噴嘴，所述高壓水腔內(nèi)的高壓水經(jīng)所述狹縫噴嘴噴出形成液膜射流，所述液膜射流對(duì)準(zhǔn)被加工的工件，所述激光束以所述液膜射流為傳輸介質(zhì)輸出到工件上。

進(jìn)一步改進(jìn)的，所述狹縫噴嘴位于所述聚焦透鏡的焦平面。

可選的，所述激光束為矩形光斑激光束，所述聚焦透鏡為柱面透鏡。

可選的，所述激光束為圓形光斑激光束，所述聚焦透鏡為球面透鏡。

優(yōu)選的，所述狹縫噴嘴以寶石體為載體。

優(yōu)選的，所述寶石體的截面為圓形、橢圓形或半圓拉伸形。

進(jìn)一步的，還包括光路器件殼體和噴嘴保持體，所述激光窗密封安裝在光路器件殼體內(nèi)，所述寶石體密封在所述噴嘴保持體內(nèi)，所述高壓水腔位于所述激光窗與噴嘴保持體之間。

優(yōu)選的，所述高壓水的壓力取值為5MPa～100MPa。

最佳的，所述激光窗在所述高壓水腔的那一面為平面，所述寶石體在所述高壓水腔的那一面為平面。

所述狹縫噴嘴的垂直截面為拋物線形、Y形、圓弧形、流線型、錐形或直角形。

本發(fā)明將圓形光斑或矩形光斑激光束經(jīng)由球面透鏡或柱面透鏡匯聚于狹縫噴嘴處，匯聚后的激光束經(jīng)由位于氣體環(huán)境中的液膜射流前后兩表面的全反射傳導(dǎo)至被加工工件表面，形成狹長(zhǎng)的線激光光斑。線光斑寬度受液膜射流厚度的影響。線光斑長(zhǎng)度則取決于入射光斑形狀、聚焦透鏡形式及液膜射流長(zhǎng)度。通過(guò)采用液膜導(dǎo)引激光束形成的線激光光斑加工可有效避免傳統(tǒng)“干”式線激光光斑加工過(guò)程中的高熱應(yīng)力、毛刺、表面污染等影響。同時(shí)亦可改善毛細(xì)管微水射流導(dǎo)引激光加工效率低和面加工處理難的缺點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的矩形光斑激光束耦合液膜射流加工示例圖。

圖2(a)為矩形光斑激光束聚焦于液膜射流并在其中傳導(dǎo)原理主視圖。

圖2(b)為矩形光斑激光束聚焦于液膜射流并在其中傳導(dǎo)原理側(cè)視圖。

圖3是本發(fā)明的圓形光斑激光束耦合液膜射流加工示例圖。

圖4(a)圓形光斑激光束聚焦于液膜射流并在其中傳導(dǎo)原理主視圖。

圖4(b)圓形光斑激光束聚焦于液膜射流并在其中傳導(dǎo)原理側(cè)視圖。

圖5是本發(fā)明的液膜射流導(dǎo)引激光加工裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖6(a)是本發(fā)明的與狹縫尺寸相適應(yīng)的寶石體圓形外形圖。

圖6(b)是本發(fā)明的與狹縫尺寸相適應(yīng)的寶石體橢圓形外形圖。