[發明專利]一種直耦式水導激光耦合系統及方法

在審

• 申請號: 202110025015.3
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112775540A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 龍芋宏;周遼;黃宇星;焦輝;黃平;梁恩;張光輝;張振杰;何麗華
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: B23K26/046
• 分類號: B23K26/046;B23K26/14;B23K26/142
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 黃瑋

1.一種直耦式水導激光耦合系統，從上至下依次同軸固接的光傳輸腔(1)、透鏡固定腔(2)、噴嘴托體(3)，所述光傳輸腔(1)、透鏡固定腔(2)、噴嘴托體(3)中部開設縱向對應可供激光穿過的光路通孔，其特征在于：

所述光傳輸腔(1)光路通孔的頂端通過三軸光學移動平臺(4)固定有激光準直系統(5)，激光準直系統(5)的輸出光路向下；所述透鏡固定腔(2)與光傳輸腔(1)中部對接面開設可供球透鏡(6)或半球透鏡(7)置入定位的弧形透鏡槽；

所述噴嘴托體(3)中部設置具有外螺紋的凸臺(31)，噴嘴(8)通過螺紋連接于凸臺(31)的噴嘴蓋(9)鎖定于凸臺(31)上對應光路通孔位置，噴嘴(8)頂端露出且涂覆可在激光照射下變色的光致變色材料；

系統內部透鏡固定腔(2)與噴嘴蓋(9)、噴嘴托體(3)之間具有一定間隙構成薄水層(10)，高壓水由透鏡固定腔(2)側壁的進水口(21)進入薄水層(10)于噴嘴孔中心與激光耦合。

2.根據權利要求1所述的一種直耦式水導激光耦合系統，其特征在于：所述噴嘴(8)采用階梯圓臺型結構，噴嘴蓋(9)底面中部開設與階梯圓臺匹配的階梯定位孔。

3.根據權利要求1所述的一種直耦式水導激光耦合系統，其特征在于：所述激光準直系統(5)包括縱向固接于三軸光學移動平臺(4)的光纖(51)，以及設置于光纖(51)底部輸出端的準直裝置(52)。

4.根據權利要求1所述的一種直耦式水導激光耦合系統，其特征在于：所述噴嘴蓋(9)與噴嘴(8)頂端平齊，噴嘴蓋(9)和噴嘴(8)頂端均涂覆光致變色材料，噴嘴蓋(9)與噴嘴(8)的間隙可填充納米防水材料或進行研磨密封。

5.根據權利要求4所述的一種直耦式水導激光耦合系統，其特征在于：所述光致變色材料可采用螺毗喃類、二芳基乙烯類或偶氮苯類化合物。

6.根據權利要求1所述的一種直耦式水導激光耦合系統，其特征在于：所述噴嘴蓋(9)與噴嘴托體(3)之間、噴嘴蓋(9)與噴嘴(8)之間設置O型密封圈(11)。

7.根據權利要求1所述的一種直耦式水導激光耦合系統，其特征在于：所述球透鏡(6)和半球透鏡(7)的球面向下，且端部穿過透鏡固定腔(2)，穿過距離小于球形半徑。

8.根據權利要求1所述的一種直耦式水導激光耦合系統，其特征在于：所述球透鏡(6)與透鏡槽相互接觸部分填充納米防水材料或進行研磨密封。

9.根據權利要求1所述的一種直耦式水導激光耦合系統，其特征在于：所述透鏡固定腔(2)側壁的進水口(21)至少一對，每對的兩進水口(21)對稱設置于透鏡固定腔(2)兩側。

10.根據權利要求1～9任何一項所述耦合系統實現一種直耦式水導激光耦合方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：打開激光準直系統(5)向下發射激光，觀測噴嘴(8)和噴嘴蓋(9)上方光致變色材料構成的變色涂層(12)，通過變色涂層(12)的變色反應判斷激光光斑位置；

S2：當噴嘴(8)和噴嘴蓋(9)表面的變色涂層(12)無變色反應，表示激光全部通過噴嘴孔中心，滿足耦合對準要求；

S3：當噴嘴(8)或噴嘴蓋(9)表面的變色涂層(12)產生變色反應，表示耦合對準有偏心，調節三軸光學移動平臺(4)調整激光準直系統(5)的光路，直至噴嘴(8)和噴嘴蓋(9)表面變色涂層(12)無變色，表示激光全部通過噴嘴孔中心；

S4：打開進水管路的閥門，使高壓水經由透鏡固定腔(2)側壁的進水口進入薄水層(10)，高壓水束于噴嘴孔中心與激光直耦形成激光水束，激光水束通過噴嘴(8)射出對工件表面進行加工。