高功率水导激光加工装置及系统制造方法及图纸

技术编号:20663224 阅读:15 留言:0更新日期:2019-03-27 14:09
本申请公开了一种高功率水导激光加工装置及系统,属于激光加工技术领域,本申请提供的高功率水导激光加工装置包括:框架结构、激光传输管道;框架结构的上段形成含有聚焦透镜的聚焦腔室,框架结构的中段形成层流腔室,框架结构的下段形成气体腔室;激光传输管道的上端固定在聚焦腔室的底壁上,激光传输管道的下端穿过层流腔室进入气体腔室中;位于层流腔室中的激光传输管道的管壁上开设有导流口;层流腔室中设置有层流组件;气体腔室的下端开设有水导激光出口,水导激光出口位于激光传输管道的下方。该装置提高了激光的全反射效率以及激光与液体之间的耦合功率,从而得到了大功率耦合激光,提高了该激光的加工深度,使加工深度达到10mm以上。

【技术实现步骤摘要】
高功率水导激光加工装置及系统
本申请涉及一种高功率水导激光加工装置及系统,属于激光加工

技术介绍
水导激光加工技术是一种微细水射流引导激光进行加工的技术,由于激光在水中与空气中的折射率不同,使水中传播的激光在水束与空气的界面上发生全反射而被限制在水束内,水束起导光纤维的作用。现阶段,专利CN108262556A中公开了一种大功率耦合水导激光加工装置,该装置包括液体腔室,窗口透镜,液体腔室包括聚焦透镜、支撑结构及液体缩流传导装置,液体缩流传导装置的内壁涂有全反射图层,利用全反射涂层及旋转水导激光的方法,提高了激光耦合功率,并且进一步拓展了激光加工的深度能力。专利CN108581224A中公开了一种旋转式激光加工装置及其应用、激光加工系统及方法,该装置包括:支撑部和缩流传导装置,支撑部内通有与激光耦合的液体;缩流传导装置设置于支撑部的下方并与支撑部相连通;其中,缩流传导装置内设有液体腔室和封装气体层;封装气体层设置于液体腔室外;液体腔室的横截面直径沿激光的传输方向逐渐减小,并形成传导端,传导端的主轴与激光主光轴成锐角倾斜;缩流传导装置绕激光主光轴自转,该专利中旋转激光加工的方式改善加工深度。然而,现有技术中的水导激光加工装置,由于液体和激光进行耦合时,耦合功率还是比较低且激光的全反射效率也比较低,使得激光的输出功率较低,因此激光的加工深度还是不能满足一些场合的需求。
技术实现思路
根据本申请的一个方面,提供了一种高功率水导激光加工装置,该装置提高了激光的全反射效率以及激光与液体之间的耦合功率,从而得到了大功率耦合激光,提高了该激光的加工深度,使加工深度达到10mm以上。根据本申请的一方面提供的高功率水导激光加工装置,包括框架结构、激光传输管道;所述框架结构自上而下依次包括聚焦腔室、层流腔室和气体腔室;所述激光传输管道的上端固定在所述聚焦腔室的底壁上,所述激光传输管道的下端穿过所述层流腔室进入所述气体腔室中;位于所述层流腔室中的所述激光传输管道的管壁上开设有导流口;在所述层流腔室中所述激光传输管道外套设有层流组件,所述层流组件沿所述层流腔室的径向分布;所述气体腔室的下端开设有水导激光出口,所述水导激光出口位于所述激光传输管道的下方。可选地,所述层流组件包括至少一个环状过滤网,所述环状过滤网套设在所述激光传输管道外,且所述环状过滤网的顶端抵顶在所述层流腔室的顶壁上,所述环状过滤网的底端抵顶在所述层流腔室的底壁上。可选地,所述层流组件包括海绵体以及多个所述环状过滤网,多个所述环状过滤网沿层流腔室的径向分布,所述海绵体填充在相邻的所述环状过滤网所形成的环形空间中。可选地,所述聚焦透镜可沿激光传播方向在所述聚焦腔室内滑动。可选地,所述激光传输管道内固定有窗口透镜,所述窗口透镜位于所述导流口的上方。可选地,所述聚焦腔室和层流腔室之间设有导光腔室,所述激光传输管道依次穿过所述导光腔室、层流腔室进入所述气体腔室中。可选地,所述气体腔室中设有气体过滤装置,所述气体过滤装置套设在所述激光传输管道的管壁上。可选地,所述激光传输管道的下端形成第一缩径口,所述第一缩径口的直径沿激光的传播方向逐渐减小。可选地,所述水导激光出口为第二缩径口,所述第二缩径口的直径沿激光的传播方向逐渐减小。根据本申请的另一方面提供的水导激光加工系统,包括:电控系统、激光器、光学元件、液体传输单元、气体传输单元以及上述任一项所述的高功率水导激光加工装置;所述电控系统分别于所述激光器、气体传输单元和液体传输单元电连接用于控制所述激光器、气体传输单元和液体传输单元;所述光学元件位于所述激光器与高功率水导激光加工装置之间用于将所述激光器产生的激光导入所述高功率水导激光加工装置中;所述液体传输单元与所述高功率水导激光加工装置中的层流腔室连接用于将液体导入层流腔室中;所述气体传输单元与所述高功率水导激光加工装置中的气体腔室连接用于将气体导入气体腔室中。本申请能产生的有益效果包括:1)本申请所提供的高功率水导激光加工装置,包括激光传输管道以及聚焦腔室、层流腔室和气体腔室,激光传输管道的上端固定在聚焦腔室的底壁上,其下端穿过层流腔室进入气体腔室内,在层流腔室内设有层流组件,该组件可以使得层流腔室内的流体形成稳定的层流,该层流液体包裹在激光束周围,提高了激光束的全反射效率。2)本申请所提供的高功率水导激光加工装置,由于液体具有稳定的层流特性,因此改善了系统的稳定性,减少了光散射带来的破坏与损伤,提高了光液耦合功率。3)本申请所提供的高功率水导激光加工装置,由于具有较高的全反射效率和光液耦合功率,因此可以输出大功率耦合激光,即该激光在微米尺度下可达到千瓦级功率,加工深度达到10mm以上。4)本申请所提供的高功率水导激光加工装置,生产成本低。附图说明图1为本申请实施例1中的高功率水导激光加工装置示意图;图2为本申请实施例2中的高功率水导激光加工装置示意图;图3为本申请实施例2中的高功率水导激光加工装置的横向截面示意图;图4为本申请提供的高功率水导激光加工装置中的水导激光传导示意图;图5为本申请实施例3提供的高功率水导激光加工系统的结构框图。部件和附图标记列表:100框架结构;101聚焦腔室;1011聚焦透镜;102层流腔室;1021液体入口;103气体腔室;1031水导激光出口;1032气体入口;1033第二缩径口;1034气体过滤装置;104导光腔室;200激光传输管道;201导流口;202第一缩径口;203窗口透镜;300层流组件;301环状过滤网;302海绵体;11电控系统;12激光器;13光学元件;14液体传输单元;15气体传输单元;16高功率水导激光加工装置;17工件。具体实施方式下面结合实施例详述本申请,但本申请并不局限于这些实施例。实施例1图1为本实施例提供的高功率水导激光加工装置示意图,下面结合图1对本实施例进行说明。如图1所示,本实施例提供的高功率水导激光加工装置,包括框架结构100、激光传输管道200;框架结构100自上而下依次包括聚焦腔室101、层流腔室102和气体腔室103;激光传输管道200的上端固定在聚焦腔室101的底壁上,激光传输管道200的下端穿过层流腔室102进入气体腔室103中;位于层流腔室102中的激光传输管道200的管壁上开设有导流口201;在层流腔室102中激光传输管道200外套设有层流组件300,层流组件300沿层流腔室102的径向分布,层流组件300使得层流腔室102中的液体从导流口201流入激光传输管道200时形成稳定的层流;气体腔室103的下端开设有水导激光出口1031,水导激光出口1031位于激光传输管道200的下方。本实施例中高功率水导激光加工装置,通过在层流腔室102中设置层流组件300,层流组件300中的各个组件沿层流腔室102的径向分布,使得层流腔室102内的液体沿径向方向经层流组件300处理,也就是说液体沿径向方向被层流化,层流化的液体再由导流口201进入激光传输管道200中以对激光束形成包覆,该液体经层流组件300处理后具有稳定的层流效应,因此能够提高激光在液气层流界面的全反射效率。具体地,激光传输管道200的上端固定在聚焦腔室101的底壁上,激光传输管道200可以与聚焦腔室101连通,以使进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率水导激光加工装置,其特征在于,包括框架结构、激光传输管道;所述框架结构自上而下依次包括聚焦腔室、层流腔室和气体腔室;所述激光传输管道的上端固定在所述聚焦腔室的底壁上,所述激光传输管道的下端穿过所述层流腔室进入所述气体腔室中;位于所述层流腔室中的所述激光传输管道的管壁上开设有导流口;在所述层流腔室中所述激光传输管道外套设有层流组件,所述层流组件沿所述层流腔室的径向分布;所述气体腔室的下端开设有水导激光出口,所述水导激光出口位于所述激光传输管道的下方。

【技术特征摘要】
1.一种高功率水导激光加工装置,其特征在于,包括框架结构、激光传输管道;所述框架结构自上而下依次包括聚焦腔室、层流腔室和气体腔室;所述激光传输管道的上端固定在所述聚焦腔室的底壁上,所述激光传输管道的下端穿过所述层流腔室进入所述气体腔室中;位于所述层流腔室中的所述激光传输管道的管壁上开设有导流口;在所述层流腔室中所述激光传输管道外套设有层流组件,所述层流组件沿所述层流腔室的径向分布;所述气体腔室的下端开设有水导激光出口,所述水导激光出口位于所述激光传输管道的下方。2.根据权利要求1所述的高功率水导激光加工装置,其特征在于,所述层流组件包括至少一个环状过滤网,所述环状过滤网套设在所述激光传输管道外,且所述环状过滤网的顶端抵顶在所述层流腔室的顶壁上,所述环状过滤网的底端抵顶在所述层流腔室的底壁上。3.根据权利要求2所述的高功率水导激光加工装置,其特征在于,所述层流组件包括海绵体以及多个所述环状过滤网,多个所述环状过滤网沿所述层流腔室的径向分布,所述海绵体填充在相邻的所述环状过滤网所形成的环形空间中。4.根据权利要求1所述的高功率水导激光加工装置,其特征在于,所述聚焦透镜可沿激光传播方向在所述聚焦腔室内滑动。5.根据权利要求1所述的高功率水导激光加工装置,其特征在于,所述激光传输管道内固定有窗口透镜,所述窗口透镜位于所述导流口的上方。6...

【专利技术属性】
技术研发人员:张广义张文武王玉峰王恒
申请(专利权)人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
类型:发明
国别省市:浙江,33

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