水导激光加工装置及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及系统，属于激光加工技术领域。水导激光加工装置包括：框架结构、激光传输管道以及层流组件；框架结构由上而下依次包括聚焦腔室、液体腔室和气体腔室；激光传输管道沿激光的传播方向固定在液体腔室内，激光传输管道的下端固定有窗口滤镜；液体腔室设置有液体入口；激光传输管道与液体腔室形成的第一环形空间内固定有层流组件，以使进入液体腔室中的液体沿激光的传播方向形成稳定的层流，从而对由激光传输管道射出的激光形成包覆。该装置提高了激光的全反射效率和激光与液体之间的耦合功率，从而得到了大功率耦合水导激光，提高了激光的加工深度。

【技术实现步骤摘要】
水导激光加工装置及系统
本申请涉及一种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，提供了一种水导激光加工装置，该装置提高了激光的全反射效率和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，可使加工深度达到10mm以上。所述水导激光加工装置，包括：框架结构、激光传输管道以及层流组件；所述框架结构由上至下依次包括聚焦腔室、液体腔室和气体腔室；所述激光传输管道沿激光的传播方向固定在所述液体腔室内，所述激光传输管道的下端固定有窗口滤镜；所述液体腔室设置有液体入口；所述激光传输管道与所述液体腔室形成的第一环形空间内固定有所述层流组件以使进入所述液体腔室中的液体沿激光的传播方向形成稳定的层流从而对由所述激光传输管道射出的激光形成包覆。可选地，所述层流组件包括至少一个环状过滤网，所述液体腔室的上部沿其周向设有多个液体入口，所述环状过滤网位于所述多个液体入口的下方。可选地，所述层流组件包括第一环状过滤网、第二环状过滤网以及蓄能构件，所述第二环状过滤网位于所述第一环状过滤网的下方，所述第一环状过滤网和第二环状过滤网之间夹设有所述蓄能构件；优选地，所述蓄能构件为海绵体。可选地，所述层流组件还包括第三环状过滤网以及导流构件，所述第三环状过滤网位于所述第二环状过滤网的下方，且所述第二环状过滤网和第三环状过滤网之间夹设有导流构件；优选地，所述导流构件为多根导流管。可选地，安装在所述聚焦腔室内的聚焦透镜可沿所述激光的传播方向滑动。可选地，所述液体腔室的底端形成第一缩口，所述第一缩口位于所述窗口透镜的下方；所述气体腔室的底端形成第二缩口，所述第二缩口位于所述第一缩口的下方。本领域技术人员可以根据实际生产需要选择合适的液体腔室内径与第一缩口内径的比值，本申请不做严格地限定。优选地，所述液体腔室的内径与第一缩口的内径的比值大于10：1。可选地，所述气体腔室与所述第一缩口形成的第二环形空间内固定有气体过滤装置，所述气体腔室的上部沿其周向设有多个气体入口，所述气体过滤装置位于所述多个气体入口的下方。可选地，所述液体腔室中的液体为水，所述气体腔室内的气体为氮气。根据本申请的另一方面，还提供了一种水导激光加工系统，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水导激光加工装置中；所述液体传输单元与所述水导激光加工装置中的液体腔室连接用于将液体导入液体腔室中；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)本申请所提供的水导激光加工装置，通过在激光传输管道与液体腔室形成的第一环形空间内固定层流组件，从而使得进入液体腔室中的液体形成稳定的层流，层流液体包裹在激光束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，技术成本低。附图说明图1为本实施例提供的水导激光加工装置的结构示意图；图2为本实施例提供的水导激光加工装置中的水导激光传导示意图；图3为本实施例提供的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液体腔室；1021第一缩口；1022液体入口；103气体腔室；1031第二缩口；1032气体入口；1033气体过滤装置；200激光传输管道；201窗口透镜；301环状过滤网；3011第一环状过滤网；3012第二环状过滤网；3013第三环状过滤网；302蓄能构件；303导流构件；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：框架结构100、激光传输管道200以及层流组件；框架结构100自上而下依次包括聚焦腔室101、液体腔室102和气体腔室103；激光传输管道200沿激光的传播方向固定在液体腔室102内，激光传输管道200的下端固定有窗口滤镜201；液体腔室102设置有液体入口1022；激光传输管道200与液体腔室102形成的第一环形空间内固定有层流组件以使进入液体腔室102中的液体形成稳定的层流从而对由激光传输管道200射出的激光形成包覆。具体的，框架结构100的上段形成聚焦腔室101，框架结构100的中段形成液体腔室102，框架结构100的下段形成气体腔室103。气体腔室103中的气体用于对由液体腔室102流出的液体形成包覆以使激光在该液体中传播。本申请提供的水导激光加工装置，通过在激光传输管道与液体腔室形成的第一环形空间内固定有层流组件，从而实现了进入液体腔室中的液体形成稳定的层流，层流液体包裹在激光束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和光液耦合功率，从而获得大功率的输出激光，提高了激光的加工深度。可选地，层流组件包括至少一个环状过滤网301，液体腔室102的上部沿其周向设有多个液体入口1022，环状过滤网301位于多个液体入口1022的下方。具体地，环状过滤网301的内周壁套设并抵顶在激光传输管道200的外壁上，环状过滤网301的外周壁抵顶在液体腔室102的内腔壁上，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：框架结构、激光传输管道以及层流组件；所述框架结构自上而下依次包括聚焦腔室、液体腔室和气体腔室；所述激光传输管道沿激光的传播方向固定在所述液体腔室内，所述激光传输管道的下端固定有窗口滤镜；所述液体腔室设置有液体入口；所述激光传输管道与所述液体腔室形成的第一环形空间内固定有所述层流组件以使进入所述液体腔室中的液体沿激光的传播方向形成稳定的层流，从而对由所述激光传输管道射出的激光形成包覆。

【技术特征摘要】
1.一种水导激光加工装置，其特征在于，包括：框架结构、激光传输管道以及层流组件；所述框架结构自上而下依次包括聚焦腔室、液体腔室和气体腔室；所述激光传输管道沿激光的传播方向固定在所述液体腔室内，所述激光传输管道的下端固定有窗口滤镜；所述液体腔室设置有液体入口；所述激光传输管道与所述液体腔室形成的第一环形空间内固定有所述层流组件以使进入所述液体腔室中的液体沿激光的传播方向形成稳定的层流，从而对由所述激光传输管道射出的激光形成包覆。2.根据权利要求1所述的水导激光加工装置，其特征在于，所述层流组件包括至少一个环状过滤网，所述液体腔室的上部沿其周向设有多个液体入口，所述环状过滤网位于所述多个液体入口的下方。3.根据权利要求2所述的水导激光加工装置，其特征在于，所述层流组件包括第一环状过滤网、第二环状过滤网以及蓄能构件，所述第二环状过滤网位于所述第一环状过滤网的下方，所述第一环状过滤网和第二环状过滤网之间夹设有所述蓄能构件；优选地，所述蓄能构件为海绵体。4.根据权利要求3所述的水导激光加工装置，其特征在于，所述层流组件还包括第三环状过滤网以及导流构件，所述第三环状过滤网位于所述第二环状过滤网的下方，且所述第二环状过滤网和第三环状过滤网之间夹设有所述导流构件；优选地，所述导流构件为多根导流管。5.根据权利要求1所述的水导激光加工装置，其特征在于，安装在所述聚焦腔室内...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广义，张文武，王玉峰，茹浩磊，郭春海，
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