一种水层辅助脉冲激光加工系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水层辅助脉冲激光加工系统及方法。所述加工装置包括激光传输单元、激光防护聚焦单元和工作箱单元，所述激光传输单元产生激光光束直接传输到激光防护聚焦单元，工作箱单元位于激光防护聚焦单元下方。激光传输单元发出的激光通过激光防护聚焦单元在水介质中传输并聚焦到工作箱单元中工件的加工位置，对工件进行加工。本发明专利技术为了解决现有的水辅助脉冲激光加工中加工效率、加工精度低的问题。低的问题。低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种水层辅助脉冲激光加工系统及方法


[0001]本专利技术属于激光加工
，具体涉及一种水层辅助脉冲激光加工系统及方法。

技术介绍

[0002]传统激光加工是通过热效应以及其他作用使材料熔化、汽化或化学分解，实现材料去除。但除超短脉冲激光基本无热效应外，其余激光加工时易产生大范围的热影响区，严重影响脉冲激光的加工效率和加工质量。与之相比，水辅助激光加工是在激光加工的基础上，让工件浸入水，激光束穿过水层对材料进行加工，水介质的冷却缓冲作用能够有效减少或消除热影响区、热裂纹等加工缺陷，水介质隔绝空气也可以减弱氧化反应。
[0003]虽然水辅助激光加工方法有上述优点，但是现有的加工装置有明显的缺陷。受水介质的厚度影响，加工过程中激光会严重受到水介质的吸收、反射和折射作用等的影响，严重干扰激光加工的稳定性，并大幅降低激光的光束质量和能量密度。已有通过喷雾射流撞壁的方式形成超薄水膜的方法来减少水介质对激光的影响，但过度追求减小水膜厚度，以至于水介质的冷却作用大幅降低。且在激光加工过程中不易获得稳定的水膜形状和分布范围，水射流冲击工件表面产生的液体溅射、雾化等，也严重阻碍了光束能量传输利用率及其传输中的稳定性。
[0004]所以既要保证水下激光的水层厚度尽量小，以降低水层对激光光束的干扰程度，还要求水层具有一定的厚度和流动速率以足以将产生的热量以及碎屑带走。两个要素相互矛盾，需要提出一种技术来很好地解决激光加工过程中的热效应及诱导效应等带来的诸多问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种水层辅助脉冲激光加工系统及方法，在提升水介质的冲刷和冷却作用的同时，极大的减小水介质对激光光束传播的影响，解决现有水辅助激光加工中加工效率、加工精度低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种水层辅助脉冲激光加工系统，其技术方案包括激光传输单元、激光防护聚焦单元和工作箱单元，所述激光传输单元产生激光光束直接传输到激光防护聚焦单元，工作箱单元位于激光防护聚焦单元下方。激光传输单元发出的激光通过激光防护聚焦单元传输并聚焦到工作箱单元中工件的加工位置，对工件进行加工。
[0007]进一步的，所述激光传输单元包括控制器、激光发射器和反光镜，所述激光发射器由控制器操控，所述激光发射器的左前方设置45
°
倾斜的反光镜，反光镜的镜面朝向激光发射器，脉冲激光经反光镜反射后变向射出。
[0008]进一步的，所述激光防护聚焦单元包括聚焦透镜、保护套筒和透光玻璃，所述保护套筒的下部筒内设置聚焦透镜，所述保护套筒的下部筒孔出口处密封设置透光玻璃，脉冲
激光从保护套筒的上部筒孔射入，在套筒内传输经聚焦透镜聚焦后，通过透光玻璃射出。
[0009]进一步的，所述工作箱单元包括XYZ三轴联动调节工作台、水箱、工件夹具、进水管和排水管，所述三轴联动调节工作台置于水箱内，所述水箱低于工作台面安装有进水管和排水管，工件通过工件夹具装夹于工作台上并于聚焦透镜相对而使激光聚焦的焦点位于工件表面。
[0010]进一步的，所述排水管通过回流管和回收罐相接。
[0011]进一步的，所述水箱内的水介质的高度可高于保护套筒的下部筒孔出口，且所述保护套筒通过透光玻璃密封防止水介质进入内腔。
[0012]采用上述水层辅助脉冲激光加工系统对工件进行加工的方案步骤为：
[0013]S1：工件通过工件夹具与XYZ三轴联动调节工作台固连，三轴联动调节工作台带动工件三维移动调节位置，转入步骤二。
[0014]S2：三轴联动调节工作台带动工件进入水箱中，先打开进水管将水注入到水箱内，待水箱内的水没过工件加工表面并形成一定厚度时，打开排水管，调节进水管和排水管的流水流速，在工件加工表面上形成具有一定厚度和稳定流速的流水层，待流水层稳定后打开激光发射器，转入步骤三。
[0015]S3：三轴联动调节工作台调节工件位置，使激光光斑透过水层落在工件表面上，在加工过程中，工作台按加工程序带动工件进行移动，水箱中生成的水流层对加工产生的碎屑进行冲刷并对工件进行冷却，转入步骤四。
[0016]S4：水箱内的水带动加工产生的杂质排水管排出，并通过回流管过滤回到回收罐，直至工件加工过程结束。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]1.本专利技术通过设置激光防护聚焦单元，在保护套筒的下部筒孔出口处密封设置透光玻璃，对保护套筒内腔进行保护，阻止水介质进入保护套筒内部，激光发射器产生的激光在保护套筒内腔内通过聚焦透镜进行传输聚焦，有效减少了水介质对激光的吸收、反射和折射干扰，从而提升了激光束的能量利用率。
[0019]2.本专利技术形成的水流层厚度较大不易受待加工工件的结构和表面形貌的扰动，且相较于较薄的水膜，较厚的水层可以消除水的表面张力的影响，从而提高激光加工的稳定性。
[0020]3.本专利技术所述加工装置结构简单，便于控制，通过控制进水管和排水管的调节阀即可调节流水流速和水层厚度。且加工产生的碎屑等杂质通过回流管过滤收集，水介质循环使用，不污染环境、绿色节能。
附图说明
[0021]图1是本专利技术一种水层辅助脉冲激光加工系统的结构示意图。
[0022]图中标识：激光传输单元1、激光防护聚焦单元2，工作箱单元3，回流管4，回收罐5，控制器6，激光发射器7，反光镜8，保护套筒9，聚焦透镜10，透光玻璃11，排水管12，进水管13，XYZ三轴联动调节工作台14，工件夹具15，水箱16，工件17。
具体实施方式
[0023]下面结合附图所示实施方式对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0024]除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0025]结合图1，本专利技术所述的一种水层辅助脉冲激光加工系统，包括激光传输单元1、激光防护聚焦单元2和工作箱单元3。
[0026]所述激光传输单元1由控制器6、激光发射器7和反光镜8组成，所述激光发射器7受控制器6操控发射脉冲激光，所述反光镜8呈45
°
倾斜角放置于激光发射器7发射端前方。
[0027]所述激光防护聚焦单元2由聚焦透镜10、保护套筒9和透光玻璃11组成，所述激光防护聚焦单元2可侵入流水层，所述透光玻璃11密封安装在保护套筒9下部筒孔出口，阻止水介质进入套筒腔内，所述聚焦透镜10安装在保护套筒9筒腔内部，激光平行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水层辅助脉冲激光加工系统及方法，其特征在于：所述加工系统，包括激光传输单元(1)、激光防护聚焦单元(2)和工作箱单元(3)，所述激光传输单元(1)发出脉冲激光用于加工，所述激光防护聚焦单元(2)保护并传输聚焦激光束，所述工作箱单元(3)位于激光防护聚焦单元下方作为工件(17)的加工容器。2.根据权利要求1所述的水层辅助脉冲激光加工系统，其特征在于：所述激光传输单元(1)由控制器(6)、激光发射器(7)和反光镜(8)组成，所述激光发射器(7)受控制器(6)操控发射脉冲激光，所述反光镜(8)呈45
°
倾斜角放置于激光发射器(7)发射端前方。3.根据权利要求1所述的水层辅助脉冲激光加工系统，其特征在于：所述激光防护聚焦单元(2)由聚焦透镜(10)、保护套筒(9)和透光玻璃(11)组成，所述激光防护聚焦单元(2)可侵入流水层，所述透光玻璃(11)密封安装在保护套筒(9)下部筒孔出口，阻止水介质进入套筒腔内，所述聚焦透镜(10)安装在保护套筒(9)筒腔内部，激光平行光穿过时可将焦点聚焦于工件(17)表面。4.根据权利要求1所述的水层辅助脉冲激光加工系统，其特征在于：所述工作箱单元(3)由XYZ三轴联动调节工作台(14)、水箱(16)，工件夹具(15)、进水管(13)和排水管(12)组成，所述XYZ三轴联动调节工作台(14)安装在水箱(16)内，所述工件夹具(15)将工...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁松梅，黎萧琪，危家勇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：