一种水导激光加工装置及加工系统制造方法及图纸

本申请公开了一种水导激光加工装置，属于激光加工技术领域。本申请的水导激光加工装置包括结构框架和激光传输管道；结构框架由上至下依次包括聚焦腔室、层流腔室和气体腔室；聚焦腔室内固定有聚焦透镜，激光传输管道的上端固定在聚焦腔室的底壁，激光传输管道的下端穿过层流腔室进入气体腔室中；在层流腔室内，沿激光传输管道的周向固定有多个层流筒，每个层流筒的轴向方向与激光的传播方向平行，层流筒上设有进液口和出液口，出液口与激光传输管道连通；气体腔室的下端开设有水导激光出口。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】
一种水导激光加工装置及加工系统
本申请涉及一种水导激光加工装置及加工系统，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，提供一种水导激光加工装置，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。本申请提供的水导激光加工装置，包括结构框架和激光传输管道；所述结构框架由上至下依次包括聚焦腔室、层流腔室和气体腔室；所述聚焦腔室内沿激光的传播方向固定有聚焦透镜，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；在所述层流腔室内，沿所述激光传输管道的周向固定有多个层流筒，每个所述层流筒的轴向与激光传输管道的轴向平行，所述层流筒上设有进液口和出液口，所述层流筒的出液口与所述激光传输管道连通；所述气体腔室的下端开设有水导激光出口。可选地，每个所述层流筒内固定至少一个过滤网，所述过滤网位于所述层流筒的进液口和出液口之间，所述过滤网的周边与所述层流筒的内周壁接触。可选地，所述层流筒内固定有两个过滤网，分别为第一过滤网和第二过滤网，所述第一过滤网和第二过滤网沿所述层流筒的轴向方向间隔排列，所述第一过滤网和第二过滤网之间设置有海绵体。可选地，所述层流筒内固定有第三过滤网，所述第三过滤网沿所述层流筒的轴向方向间隔设置在所述第二过滤网的下方，所述第二过滤网和第三过滤网之间设置有多根导流管。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激光传输管道与所述层流筒出液口的连通处的上方。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；优选地，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所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水导激光加工装置；所述电控系统分别与所述激光器、气体传输单元和液体传输单元电连接；所述光学元件位于所述激光器与所述水导激光加工装置之间；所述液体传输单元与所述水导激光加工装置中的层流筒连接；所述气体传输单元与所述水导激光加工装置中的气体腔室连接。本申请能产生的有益效果包括：1)本申请所提供的水导激光加工装置，通过在层流腔室内设置多个层流筒，液体由层流筒的进液口进入，在层流筒内形成层流，然后由层流筒的出液口进入激光传输管道中，层流液体包裹在激光束(激光束在激光传输管道中传播)的周围形成液束以使激光在该液束中传播，稳定的层流液束提高了激光的全反射效率。2)本申请所提供的水导激光加工装置，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)本申请所提供的水导激光加工装置，生产成本低。附图说明图1为本申请一种实施方式中水导激光加工装置的结构示意图；图2为本申请一种实施方式中水导激光加工装置的横向截面示意图；图3为本申请一种实施方式中水导激光加工装置中的水导激光传导示意图；图4为本申请一种实施方式中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导液管道103气体腔室；1031第二缩径口；1032气体过滤装置；1033气体入口；104导光腔室；200激光传输管道；202第一缩径口；203窗口透镜；300层流筒；301进液口；302出液口；303第一过滤网；304第二过滤网；305第三过滤网；306海绵体；307导流管；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。本申请提供了一种水导激光加工装置，包括结构框架100和激光传输管道200；结构框架100由上至下依次包括聚焦腔室101、层流腔室102和气体腔室103；聚焦腔室101内沿激光的传播方向固定有聚焦透镜1011，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；在层流腔室102内，沿激光传输管道200的周向固定有多个层流筒300，每个层流筒300的轴向与激光传输管道200的轴向平行，层流筒300上设有进液口301和出液口302，层流筒300的出液口302与激光传输管道200连通；气体腔室103的下端开设有水导激光出口。本实施例中水导激光加工装置，通过在层流腔室内设置多个层流筒，液体由层流筒的进液口进入，在层流筒内形成层流，然后由层流筒的出液口进入激光传输管道中，层流液体包裹在激光束(激光束在激光传输管道中传播)的周围形成液束以使激光在该液束中传播，稳定的层流液束提高了激光的全反射效率。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，以使进入聚焦腔室101中的激光经过聚焦透镜1011处理后直接进入激光传输管道200中。聚焦透镜1011用于使激光产生聚焦，从而调节激光进行全反射时的入射角。层流筒300可以为圆筒状，可以为方筒状。优选地，层流筒300为圆筒状结构，此时层流筒300可以为内径固定的筒状结构，当然也可以为变径的筒状结构，当然还可以为其他合适的结构。层流筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水导激光加工装置，其特征在于，包括结构框架和激光传输管道；所述结构框架由上至下依次包括聚焦腔室、层流腔室和气体腔室；所述聚焦腔室内沿激光的传播方向固定有聚焦透镜，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；在所述层流腔室内，沿所述激光传输管道的周向固定有多个层流筒，每个所述层流筒的轴向与激光传输管道的轴向平行，所述层流筒上设有进液口和出液口，所述层流筒的出液口与所述激光传输管道连通；所述气体腔室的下端开设有水导激光出口。

【技术特征摘要】
1.一种水导激光加工装置，其特征在于，包括结构框架和激光传输管道；所述结构框架由上至下依次包括聚焦腔室、层流腔室和气体腔室；所述聚焦腔室内沿激光的传播方向固定有聚焦透镜，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；在所述层流腔室内，沿所述激光传输管道的周向固定有多个层流筒，每个所述层流筒的轴向与激光传输管道的轴向平行，所述层流筒上设有进液口和出液口，所述层流筒的出液口与所述激光传输管道连通；所述气体腔室的下端开设有水导激光出口。2.根据权利要求1所述的水导激光加工装置，其特征在于，每个所述层流筒内固定至少一个过滤网，所述过滤网位于所述层流筒的进液口和出液口之间，所述过滤网的周边与所述层流筒的内周壁接触。3.根据权利要求2所述的水导激光加工装置，其特征在于，所述层流筒内固定有两个过滤网，分别为第一过滤网和第二过滤网，所述第一过滤网和第二过滤网沿所述层流筒的轴向方向间隔排列，所述第一过滤网和第二过滤网之间设置有海绵体。4.根据权利要求3所述的水导激光加工装置，其特征在于，所述层流筒内固定有第三过滤网，所述第三过滤网沿所述层流筒的轴向方向间隔设置在所述第二过滤网的下方，所述第二过滤网和第三过滤网之间设置有多根导流管。5.根据权利要求1所述的水导激光加工...

【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