激光加工材料时保持工件表面没有液体积聚的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种当使用液体喷射引导激光束时能保持工作表面干燥的方法和系统。包括用于发射激光束的激光器；液体喷嘴组件；喷嘴组件被配置成连接到液体供给线以形成液体射流；用于将激光束与液体射流耦合的光学元件；空气喷射模块；所述空气喷射模块联接到所述液体喷嘴组件；提供一个气流用于包围所述喷液，并与喷液相同的方向运行。气流可以清除积累的液体，从而可以提高喷液引导激光加工的效率。气流和液体射流可在两个分隔开的喷嘴射出，可以独立控制气体流动特性，例如压力或流速。

System and method for maintaining liquid accumulation on workpiece surface during laser processing of material

A method and system for maintaining a dry working surface when a laser beam is guided by a liquid jet is disclosed. Including the laser for emitting a laser beam; liquid nozzle assembly; the nozzle assembly is configured to connect to the liquid supply line to form a liquid jet; for optical element laser beam and liquid jet coupling; air injection module; the air injection module is coupled to the liquid nozzle assembly; provide an airflow for surrounded the spray liquid, and the same operation with the injection direction. The air stream can clear the accumulated liquid, thereby improving the efficiency of the liquid jet guided laser processing. Airflow and liquid jets can be ejected at two separate nozzles, allowing for independent control of gas flow characteristics, such as pressure or flow velocity.

【技术实现步骤摘要】
激光加工材料时保持工件表面没有液体积聚的系统及方法
本专利技术涉及液体喷射引导激光加工
，尤其涉及使用液体喷射引导激光加工材料时保持工件表面没有液体积聚的方法和系统。
技术介绍
激光技术适用于各种类型的材料加工，如切割，钻孔，焊接，标记，雕刻和烧蚀材料。几乎所有的材料都可以加工，例如金属，金属合金，陶瓷，金刚石，人造钻石，碳纤维，蓝宝石，石英，玻璃，塑料等。在几乎所有情况下，使用聚焦透镜将激光聚焦成一个非常小的点上作用在工件上面，以产生足够的能量进行加工。因此在整个加工过程中工件必须被精确地对准激光聚焦点。液体喷射引导的激光技术，例如在专利EP1940579B1和美国8859988B1，通过一个聚焦透镜将聚焦的激光耦合进入一个细的液体射束。这种耦合可以在耦合单元中进行。耦合单元可以包括金属盒，聚焦透镜安置在金属盒的一侧并且用激光防护窗封闭。在盒相反的另一侧安置喷嘴。在窗口和喷嘴之间向耦合单元提供液体，液体从喷嘴口喷出形成液体射束。在聚焦平面激光点的能量进入液体射束内并通过内反射引导到工件上。此时因为加工所需要的能量在整个液体射束的任何长度层面上都是相同的，因此该方法免除了精确控制工件距离的操作。具有合适光导能力的任何液体可用于形成液体射束。为了增加液体射束的长度和喷嘴与工作距离，辅助气体可以如专利EP1940579B1或专利EP1833636B1中描述的那样被结合到液体喷射。辅助气体以喷流的形式作为液体射束的边界层可以减少液体和周围空气之间的阻力，从而提高液体射流的层流长度。因此，液体喷射是由辅助气体包围通过相同的出口喷离出耦合单元。在耦合单元的内部，所述辅助气体的流向是垂直于液体射流方向。例如，所述辅助气体是在水平面方向撞击液体射束，而液体射束是在垂直平面的方向喷射。之后液体射束由辅助气体围绕着从同一个出口喷出。图1示出了具有辅助气体构成的液体喷射引导激光束的现有技术。一种液体喷射引导的激光束系统100可以包括一个具有喷嘴135的耦合单元130，液体，诸如水120，可以提供到喷嘴135，并通过耦合单元的孔在空腔160中形成液体射流140。激光束110可以被聚焦进入喷液140中，例如，由透镜115。内反射可以限制激光束保持喷液内。液体喷射引导的激光束能够射向物体表面190，该激光束可以通过一次或多次材料的切除以完成加工。辅助气体150可被输送到耦合单元130的空腔160中。辅助气体150可在垂直于液体射流140的方向运行，但是不与喷液相交。辅助气体155可以包围喷液，降低了喷液与外界空气摩擦，并有可能扩大液体射流的层流长度。辅助气体的性质可选择能够优化液体射流的层流长度的气体，例如中等压力时呈现低粘度的气体。由于辅助气体150和液体射流140在同一个腔室160中混合，辅助气体和液体喷射相互之间可能产生影响。例如，辅助气体的压力和流动特性可以被选择以优化液体射流的层流。辅助气体的其他操作条件可能对喷液产生不利影响。例如，辅助气体的高压可以缩短液体射流的层流长度，如果辅助气体是更高的压力，可能会破坏液体射束。有需要改进液体喷射激光技术，例如，在使用液体喷射引导激光材料加工过程中，保持工件表面没有液体积聚。
技术实现思路
本专利技术的目的在于；针对现有技术的上述缺陷，提供一种使用液体喷射引导激光加工材料时保持工件表面没有液体积聚的方法和系统。提供一种液体喷射引导激光系统，包括：用于发射激光束的激光器；液体喷嘴组件；其特征在于：喷嘴组件被配置成连接到液体供给线以形成液体射流；用于将激光束与液体射流耦合的光学元件；空气喷射模块；所述空气喷射模块联接到所述液体喷嘴组件；所述空气喷射模块包括内壁和外​​壁；所述内​​壁形成第一导管，用于接接收液体射流通过；所述外壁与其它零件的内壁形成环绕第一管道的第二管道；所述外壁包括一个气体入口以连接到气体供应管路以形成流通第二管道的气体喷射；通过空气喷射模块的气流围绕着液体射流；空气喷射和液体射流被配置以朝向工件；所述空气喷射模块内​​壁被构造使得气流基本上与液体射流平行；所述内​​壁被构造成使得所述气流从所述液体射流发散。在上述液体喷射引导激光系统，所述发散角小于30度，所述内壁包括至少一个孔，以形成在第一管道和第二导管之间的流体连通以进行真空补偿；所述其它零件内壁的一端向外逐渐变细。在上述液体喷射引导激光系统中，所述空气喷射模块外壁的一端向外逐渐变细；所述内壁比外壁长。在上述液体喷射引导激光系统中，所述内壁包括一个用于接收辅助气流的入口；，所述气体供给管路包含不超过10帕压力的压缩气体，所述气体供给线路包括一压缩气体用10巴的最大压力。在上述液体喷射引导激光系统中，所述气体流动基本上与液体射流平行，气体流从喷液发散；其中内壁包括至少一个孔，以提供第一管道和第二导管之间的流体连通。用于真空补偿。提供一种液体喷射引导激光系统，包括：一种用于发射激光束的激光器；一种用于从液体供应形成喷液的喷嘴；用于将激光束耦合到液体喷射的光学元件；空气喷射支撑件；所述空气喷射支撑件连接到所述喷嘴；其中空气喷射支撑件包括用于连接气体供应管路以形成气流的气体入口；空气喷射喷嘴；所述中空气喷嘴被构造成使液体射流穿过；所述空气喷嘴被构造成从物理结构上隔离液体喷射和气流；所述空气喷射喷嘴包括气体流和液体喷射之间的流体连接通路，所述空气喷嘴与所述气流基本上与液体射流平行。在上述液体喷射引导激光系统中，所述空气喷嘴被构造成使得所述气体流从所述液体射流发散；所述空气喷射喷嘴包括至少一个孔，以提供第一导管和第二导管之间的流体连通用于真空补偿；所述气体供应管路包含不超过10帕的压缩气体。提供一种保持工件表面没有液体积聚的方法，包括：供给液体到液体喷嘴组件以形成液体射流，所述液体射流被构造成从第一管道射出并且朝向物体表面；聚焦的激光束到至少一部分液体射流上以形成内部反射；供给的气体流到空气喷射模块的第二管道，其中所述气流被配置成环绕着第一导管中的喷液，其中所述环绕气流被配置成与所述液体被物理结构隔离。本专利技术提供的系统，使用液体喷射引导激光束加工材料，同时保持所述工件表面没有液体积聚的方法和系统。与激光束一起施加一个气流。气流可以是空气射流，它用来清理液体喷射引导激光束加工物体的表面。它可以吹向激光束的工作区域，从而减少由于液体喷射在工件表面上所积聚的液体。空气射流离开气体喷嘴时可被设置成为具有一定气体压力和流动速度以清除物体表面的液体，例如吹离液体以露出工件表面。此外，空气射流可被构造成与液体射流互相不干扰，从而可以最大限度地减少对液体射流的任何影响。在以下的说明中，术语空气射流可以包括气体流，例如空气流或任何其它气体如氮气，氩气或氧气的流。因此，“空气喷射”一词在本专利技术的描述中不限定于空气的射流，还包括气体或流体的射流，如氮气流，或气溶胶的流。空气射流可以被用于有或没有辅助气体的喷液引导激光束。空气射流可以提供辅助气体无法达到的功能。例如，所述辅助气体不能清除的凹面，如积聚液体的空腔。空气射流，由于压力可以独立调节，可以在各种工作表面上吹离液体，例如，凹面或凸面上。由于辅助气体是为了增加液体射流的层流长度，辅助气体只能在有限的范围内调节工作压力和流量，因此不能清除工件表面的液体。由于辅助气流与液体射流发生关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体喷射引导激光系统，包括：用于发射激光束的激光器；液体喷嘴组件；其特征在于：喷嘴组件被配置成连接到液体供给线以形成液体射流；用于将激光束与液体射流耦合的光学元件；空气喷射模块；所述空气喷射模块联接到所述液体喷嘴组件；所述空气喷射模块包括内壁和外​​壁；所述内​​壁形成第一导管，用于接接收液体射流通过；所述外壁与其它零件的内壁形成环绕第一管道的第二管道；所述外壁包括一个气体入口以连接到气体供应管路以形成流通第二管道的气体喷射；通过空气喷射模块的气流围绕着液体射流；空气喷射和液体射流被配置以朝向工件；所述空气喷射模块内​​壁被构造使得气流基本上与液体射流平行；所述内​​壁被构造成使得所述气流从所述液体射流发散。

【技术特征摘要】
1.一种液体喷射引导激光系统，包括：用于发射激光束的激光器；液体喷嘴组件；其特征在于：喷嘴组件被配置成连接到液体供给线以形成液体射流；用于将激光束与液体射流耦合的光学元件；空气喷射模块；所述空气喷射模块联接到所述液体喷嘴组件；所述空气喷射模块包括内壁和外​​壁；所述内​​壁形成第一导管，用于接接收液体射流通过；所述外壁与其它零件的内壁形成环绕第一管道的第二管道；所述外壁包括一个气体入口以连接到气体供应管路以形成流通第二管道的气体喷射；通过空气喷射模块的气流围绕着液体射流；空气喷射和液体射流被配置以朝向工件；所述空气喷射模块内​​壁被构造使得气流基本上与液体射流平行；所述内​​壁被构造成使得所述气流从所述液体射流发散。2.根据权利要求1所述的液体喷射引导激光系统，所述发散角小于30度，所述内壁包括至少一个孔，以形成在第一管道和第二导管之间的流体连通以进行真空补偿；所述其它零件内壁的一端向外逐渐变细。3.根据权利要求2所述的液体喷射引导激光系统，所述空气喷射模块外壁的一端向外逐渐变细；所述内壁比外壁长。4.根据权利要求3所述的液体喷射引导激光系统，所述内壁包括一个用于接收辅助气流的入口；，所述气体供给管路包含不超过10帕压力的压缩气体，所述气体供给线路包括一压缩气体用10巴的最大压力。5.根据权利要求4所述的液体喷射引导激光系统，所述气...

【专利技术属性】
技术研发人员：加布·延冈特，海霸·吉荣，
申请(专利权)人：雅芳股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH