一种用于激光水下加工的气泡观测与消除装置、方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于激光水下加工的气泡观测与消除装置、方法，属于特种加工中激光水下加工技术领域，包括超短脉冲激光水下加工单元、三向观测单元、液流循环单元、射流辅助单元、干风吹扫单元、超声振动单元和多能场控制单元，所述多能场控制单元处理气泡图像，调节液流循环单元、射流辅助单元、干风吹扫单元、超声振动单元参数，以达到气泡消除的最优态，以适应各种材料、不同激光加工参数下的超快激光水下微细加工。本发明专利技术精准观测激光水下加工气泡，利用流场‑声场的多能场耦合作用高效消除气泡，实现超短脉冲激光诱导等离子体高精度低损伤的微细加工。

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光水下加工的气泡观测与消除装置、方法
本专利技术属于特种加工中激光水下加工
，更具体地，涉及一种用于激光水下加工的气泡观测与消除装置、方法。
技术介绍
在航空航天领域，超高温陶瓷复合材料是制造高超声速飞行器零部件的常用材料，其强度高、耐温高、热导率高，拥有广泛的应用前景，但超高温陶瓷符合材料硬脆性大，传统加工方法难以加工。超短脉冲激光水下加工通过皮秒或飞秒级激光聚焦至液体介质中，诱导产生高温等离子体，通过等离子体的热能和机械能作用在材料表面进行微细加工，由于其脉宽小，热累积现象不明显，工件热影响区小，这种工艺在液态环境下进行加工有两大优势：一是利用液体介质及时地冲刷加工区域，避免过热，进一步减轻热影响，防止产生大的内应力，提高表面质量，减少裂纹，有利于超高温陶瓷材料、玻璃等硬脆性材料加工；二是相比在空气中加工，可防止加工表面在高温条件下被迅速氧化，破坏已加工表面。超短脉冲激光水下加工可用于加工超高温陶瓷复合材料，然而由于高温等离子体会导致加工区域的液体介质或熔融材料迅速升温汽化，产生大量气泡。气泡沿着激光光路方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光水下加工的气泡观测与消除装置，其特征在于，该装置包括三向观测单元、多能场控制单元、液流循环单元、射流辅助单元和超声振动单元；/n所述液流循环单元设置于加工容器(3)的底部，其用于使液体介质以定常流速注入至所述加工容器(3)中并浸没工件表面，进而在所述工件表面形成流动层；所述超声振动单元设置于所述加工容器(3)内，其用于产生超声振动并作用于所述流动层以抑制工件加工时气泡的产生；/n所述射流辅助单元设置于所述加工容器(3)内并指向工件加工区域，所述射流辅助单元用于喷射出液层以清除加工区域的气泡；/n所述三向观测单元设置于所述加工容器(3)外部，通过设置于所述加工容器(3)底部的透明...

【技术特征摘要】
1.一种用于激光水下加工的气泡观测与消除装置，其特征在于，该装置包括三向观测单元、多能场控制单元、液流循环单元、射流辅助单元和超声振动单元；
所述液流循环单元设置于加工容器(3)的底部，其用于使液体介质以定常流速注入至所述加工容器(3)中并浸没工件表面，进而在所述工件表面形成流动层；所述超声振动单元设置于所述加工容器(3)内，其用于产生超声振动并作用于所述流动层以抑制工件加工时气泡的产生；
所述射流辅助单元设置于所述加工容器(3)内并指向工件加工区域，所述射流辅助单元用于喷射出液层以清除加工区域的气泡；
所述三向观测单元设置于所述加工容器(3)外部，通过设置于所述加工容器(3)底部的透明视窗(25)以观测水下工件加工区域气泡的动态行为；所述多能场控制单元用于根据所述三向观测单元所观测气泡的动态行为调节所述液流循环单元、超声振动单元、射流辅助单元的控制参数。


2.根据权利要求1所述的一种用于激光水下加工的气泡观测与消除装置，其特征在于，所述三向观测单元包括聚焦光源(4)、第一相机(5)、反射薄膜、一对旋转圆盘(8)和一对滑行机构(9)；
所述反射薄膜贴覆于所述加工容器(3)的内壁，用于反射所述聚焦光源(4)照射至所述加工容器(3)内的光线；所述滑行机构(9)设置于所述旋转圆盘(8)上，所述聚焦光源(4)和所述第一相机(5)分别安装于所述滑行机构(9)；所述滑行机构(9)用于使所述聚焦光源(4)和/或所述第一相机(5)沿靠近或远离所述加工容器(3)的方向水平移动，所述旋转圆盘(8)用于分别调节所述聚焦光源(4)和/或所述第一相机(5)的角度，从而改变所述聚焦光源(4)的照射方向和/或所述第一相机(5)的拍摄方向。


3.根据权利要求2所述的一种用于激光水下加工的气泡观测与消除装置，其特征在于，所述聚焦光源(4)包括激光头(26)，在所述激光头(26)的一侧设有第二相机(6)，所述第二相机(6)通过铰接头(7)与所述聚焦光源(4)连接，所述铰接头(7)用于改变所述第二相机(6)的拍摄角度；在所述第二相机(6)的头部设有环状强光源(28)，所述环状强光源(28)用于照射在加工工件表面以提高所述工件表面亮度，从而使所述第二相机(6)清晰拍摄气泡图像。


4.根据权利要求1所述的一种用于激光水下加工的气泡观测与消除装置，其特征在于，所述液流循环单元包括多孔板(10)，所述多孔板(10)设置于所述加工容器(3)内的壁面底部；
所述多孔板(10)上均匀分布用于使液体介质减缓液流速度的通孔，且相邻两列通孔之间设有转向叶片(11)，所述转向叶片(11)朝向所述加工容器(3)内部设置，其用于使所述液体介质按特定方向流入所述加工容器(3)内部。


5.根据权利要求1所述的一种用于激光水下加工的气泡观测与消除装置，其特征在于，所述超声振动单元包括多触点超声振动器(21)、环状振动板(22)和超声发生器(23)；所述超声发生器(23)分别与所述多触点超声振动器(21)和所述环状振动板(22)电连接，所述多触点超声振动器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张臻，张国军，张意，吴杰，薛涛，刘邓华，赵觅，罗康，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42