矩形水波导激光加工装置制造方法及图纸

矩形水波导激光加工装置，涉及一种激光加工装置。设有激光器、倒置望远镜、镜筒、反射镜、聚焦柱棱镜、喷嘴体、带套环支架、支架、待加工工件、带过滤器的水收集器、夹具、数控平台、摄像机、水循环系统、计算机数控装置、观测激光器、第2反射镜、管接头和水腔体，水腔体设有水腔体壳体、压片、平板玻璃和压环，加工效率高，对于脉冲激光加工而言，耦合加工精度高，系统易控制、可调性好，具有激光打孔、切割以及焊接等功能。在一定范围内解决了二维切割，突破了激光加工时受激光平台移动纵向移动的约束而无法进行边缘平整的切割的缺陷，解决了所述水波导激光加工范围局限于单点和效率低的缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光加工装置，尤其是涉及一种矩形水波导激光加工装置。
技术介绍
目前，作为激光技术的一个重要分支，激光加工技术已广泛应用于材料加工的各个领域。通过与计算机数控技术相结合，激光加工技术已成为工业生产自动化的关键技术， 拥有普通加工技术所不能比拟的优势，体现在加工速度快、精度高、可灵活加工复杂形状工件、无切削力、无刀具损耗、无需更换刀具、无加工噪声等，但也存在着切割厚度有限，焦点偏移，加工端面不太齐整的缺陷。在射流技术中，在一定的压力下，在封闭腔体内可以形成一段稳定的层流射流，并以之为做为传输加工激光的柔性光纤。1997年，基于水波导激光传输的原理，瑞士 Richerzhagen Bernold开发出一种基于激光技术与射流技术相结合的水波导激光微细加工技术，并申请成为一项国际专利技术 (W095/32834)。该技术在某些加工领域得到了应用和推广，传统的激光技术利用不同原理的激光发射设备和产生不同功率和波长的激光用于不同的工业应用领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的水波导激光加工存在激光加工时受激光平台移动纵向移动的约束而无法进行边缘平整的切割，水波导激光加工范围局限于单点和效率低等缺点，提供一种矩形水波导激光加工装置。本专利技术设有激光器、倒置望远镜、镜筒、反射镜、聚焦柱棱镜、喷嘴体、带套环支架、 支架、待加工工件、带过滤器的水收集器、夹具、数控平台、摄像机、水循环系统、计算机数控装置、观测激光器、第2反射镜、管接头和水腔体，所述水腔体设有水腔体壳体、压片、平板玻璃和压环；所述倒置望远镜安装于激光器发出的加工激光光束的正前方，所述倒置望远镜设于镜筒上，镜筒固定在水腔体上方；聚焦柱棱镜安装于镜筒上；带套环支架设在支架上，支架安装于数控平台的固定底座上方；带过滤器的水收集器安装在水循环回路上为水循环系统提供水波导激光加工装置的去离子水；用于固定待加工工件的夹具固定在数控平台上并与数控平台一起运动；数控平台带动待加工工件在垂直于加工激光轴的平面上运动；摄像机安装在观测激光器发出的观测激光前方；所述水循环系统固定于地基上；计算机数控装置与数控平台连接；观测激光器与激光器发出加工激光同轴耦合安装；第2反射镜安装于观测激光器与激光器之间；管接头与水腔体和镜筒连接，压片安装在镜筒上并与第1反射镜螺纹连接，以便将激光光束引入喷嘴体的喷嘴；平板玻璃安装于镜筒下方和水腔体上方， 所述水腔体固定在带套环支架上，压环设在水腔体壳体上部。所述倒置望远镜可通过螺纹联接于镜筒上。镜筒可通过螺纹固定在水腔体上方， 并可调节。所述聚焦柱棱镜可通过螺纹连接在镜筒上。所述水循环系统可采用高压低流量的柱塞泵。以下给出本专利技术的工作原理根据激光谐振时菲涅耳数越大则激光传输损耗越小的原理，以及稳定的矩形水射流形成是在装置上施加一定的水压，设计满足一定长宽比例关系的矩形喷嘴(刘萍，张东速，陈瑞.FLUENT软件在矩形喷嘴射流流场中的可视化研究与应用.矿山机械，2006， 34(5))，以保证在一定的距离上可以形成分布相似高斯流速矩形的水射流(赵欣.异形喷嘴射流特性的实验研究.天津科技大学.硕士论文2005:14)，从一定形状的喷嘴内产生截面形状为矩形的微细稳定层流水射流，即可在一定范围内实现从点到一定范围内的二维的有效激光加工，从而实现小范围的二维加工。同时，将加工激光耦合聚焦于喷嘴微孔出口， 在满足激光波导条件下，利用激光在水和空气两种介质的接触面内的全反射，从而引导激光束作用于被加工工件，该专利克服了传统激光加工中的诸如不易调焦、热区影响大、加工毛刺、以及易产生有害加工气体等缺点，首先，进行光束整形加工的激光可在一定范围实现在矩形水射流中的波导传输；其次，在一定的喷嘴形状(如本文设计的圆锥和矩形结合的形状)腔体耦合中，可以形成一定的稳定水射流提供给加工激光进行波导传输。加工激光通过相应的光学系统产生的扩束、准直的激光，通过该装置相耦合产生的波导水束光纤阵列。其原理是根据激光的分束条件以及激光水束光纤内部的全反射条件，使得相应的每束光在空气与稳定的水束的分界面上产生全反射，通过稳定的水射流阵列，进而将加工激光能量导引至待加工工件上。实现水波导激光并行加工的目的。在一定范围内，工件可以实现大尺度的并行切割操作而无需移动工件或品台，效率和加工质量都能够得到很大地提高。与现有的水波导激光加工装置相比，本专利技术具有以下突出优点1)加工效率高。不同于单束水波导引激光加工系统，本专利技术可以将高功率激光耦合于线状水射流中和多个激光加工头中，从而能够将激光能量通过多束水波导导引至样品，形成并行加工系统，进行大范围的加工，提高了效率。2)对于脉冲激光加工而言，耦合加工精度高。本专利技术采用高功率激光系统结合专利技术中的光学系统，可以根据加工要求来提高加工的精度。3)系统易控制、可调性好。本专利技术的光路和工作台都可以进行实时的调整，而根据监视系统提供的数据还可以就加工的情况进行监控调整提高了加工的灵活性。4)本专利技术具有激光打孔、切割以及焊接等功能。5)本专利技术在一定范围内解决了二维切割，突破了激光加工时受激光平台移动纵向移动的约束而无法进行边缘平整的切割的缺陷，解决了
技术介绍
中所述水波导激光加工范围局限于单点和效率低的缺点。附图说明图1为本专利技术实施例(矩形水波导激光加工装置)的结构组成示意图。图2为本专利技术实施例(矩形水波导激光加工装置)的镜筒及水腔体的结构示意图。图3为图2的俯视结构示意图。图4为本专利技术实施例(矩形水波导激光加工装置)的喷嘴体的结构示意图。图5为图4的俯视结构示意图。具体实施例方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。参见图1 5，本专利技术实施例设有激光器1、倒置望远镜2、镜筒3、反射镜4、聚焦柱棱镜5、喷嘴体6、带套环支架7、支架8、待加工工件9、带过滤器的水收集器10、夹具11、数控平台12、摄像机13、水循环系统14、计算机数控装置15、观测激光器16、第2反射镜17、 管接头30和水腔体37、压片31、压片32、平板玻璃33和压环38。所述倒置望远镜2安装于激光器1发出的加工激光光束的正前方，所述倒置望远镜2设于镜筒3上，镜筒3固定在水腔体37上方；聚焦柱棱镜5安装于镜筒3上；带套环支架7设在支架8上，支架8安装于数控平台12的固定底座上方；带过滤器的水收集器10安装在水循环回路上为水循环系统 14提供水波导激光加工装置的去离子水；用于固定待加工工件的夹具11固定在数控平台 12上并与数控平台12 —起运动；数控平台12带动待加工工件9在垂直于加工激光轴的平面上运动；摄像机13安装在观测激光器17发出的观测激光前方；所述水循环系统14固定于地基上；计算机数控装置15与数控平台12连接；观测激光器17与激光器1发出加工激光同轴耦合安装；第2反射镜16安装于观测激光器17与激光器1之间；管接头30与水腔体37和镜筒3连接，压片31安装在镜筒3上并与第1反射镜4螺纹连接，以便将激光光束引入喷嘴体6的喷嘴；平板玻璃33安装于镜筒3下方和水腔体37上方，所述水腔体37固定在带套环支架7上，压环38设在水腔体37上部。观测激光器17，发射观测激光，用于观测加工激光同水喷嘴的耦合情况，同激光器 1发出加工激光同轴耦合安装；反射镜16，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．矩形水波导激光加工装置，其特征在于设有激光器、倒置望远镜、镜筒、反射镜、聚焦柱棱镜、喷嘴体、带套环支架、支架、待加工工件、带过滤器的水收集器、夹具、数控平台、摄像机、水循环系统、计算机数控装置、观测激光器、第２反射镜、管接头和水腔体，所述水腔体设有水腔体壳体、压片、平板玻璃和压环；所述倒置望远镜安装于激光器发出的加工激光光束的正前方，所述倒置望远镜设于镜筒上，镜筒固定在水腔体上方；聚焦柱棱镜安装于镜筒上；带套环支架设在支架上，支架安装于数控平台的固定底座上方；带过滤器的水收集器安装在水循环回路上为水循环系统提供水波导激光加工装置的去离子水；用于固定待加工工件的夹具固定在数控平台上并与数控平台一起运动；数控平台带动待加工工件在垂直于加工激光轴的平面上运动；摄像机安装在观测激光器发出的观测激光前方；所述水循环系统固定于地基上；计算机数控装置与数控平台连接；观测激光器与激光器发出加工激光同轴耦合安装；第２反射镜安装于观测激光器与激光器之间；管接头与水腔体和镜筒连接，压片安装在镜筒上并与第１反射镜螺纹连接，以便将激光光束引入喷嘴体的喷嘴；平板玻璃安装于镜筒下方和水腔体上方，所述水腔体固定在带套环支架上，压环设在水腔体壳体上部。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄元庆，卢希钊，林春，谢海鹤，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92