本发明专利技术提供了一种使水导激光光路耦合的方法及其装置。具体地，使水导激光光路耦合的方法包括步骤：（i）提供一水导激光，其中所述水导激光的水柱和激光路径基本吻合；（ii）将（i）中的水导激光通过透射元件投射至透射元件远端的成像元件，从而形成激光光斑；（iii）调整（i）中所述水柱和激光之间的角度，从而使所述激光光斑成为独立的环状光斑从而完成耦合；和任选的（iv）对所述独立环形光斑进行光功率读数，并再次调整所述入射激光元件或出水元件，从而使所述激光光斑保持独立环状光斑且光功率读数为最大并完成耦合。本发明专利技术中喷头的结构设计简单，仅靠目测即能实现光路耦合，操作简便、稳定。
Water guide laser light path coupling method and device
The invention provides a method and a device for coupling a water guide laser light path. Specifically, the method of water guide laser optical coupling comprises the steps of: (I) providing a water guide laser, which consistent with the column of water guide laser and laser path; (II) to (I) in the water guide laser imaging element by the transmission element projecting to the distal transmission element, thus forming laser spot; (III) adjustment (I) between the water column and the laser angle, so that the laser spot becomes independent of the ring spot so as to complete the coupling; and optionally (IV) optical power of the independent reading of circular spot, and once again adjust the laser element or the water element. In order to make the laser beam spot and optical power ring to remain independent and complete the readings for the maximum coupling. In the invention, the structure of the spray head is simple, the optical path coupling can be realized only by visual inspection, and the operation is simple and stable.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种不借助辅助观察光路以及图像传感器就能够简单实现激光光束与水射流耦合调整方法及装置。
技术介绍
水导激光加工技术利用光在水和空气两相介质中发生全反射的原理，将激光束耦合到水射流中对材料进行加工。由于脉冲激光加工的瞬态性以及水射流对材料表面的冷却冲洗作用，使得水导激光加工技术在脆性、热敏感材料微加工领域具有独特的优势而受到国内外研究者的关注。而水导激光加工技术中的一个关键问题就是要使光耦合入水射流中，可调范围不是很大，稍微偏移就会使出射能量损耗，达不到加工强度，严重还会使喷头报废。目前国际上仅有一家辛诺瓦公司能生产成套水导加工设备。根据其中文专利“采用并入液体射流中的激光束的材料加工装置”(CN1134322C)里的描述，通过观察光斑在喷水口的相对位置进行调整的，由于喷口一般很小，最小可达80um，必须增加额外的显微光路、照明光路以及CCD图像采集系统，造成喷头结构复杂体积庞大。之后的相关专利和文献都是借鉴了这一方法，只是细节稍有不同，如专利“利用引入射流柱中的激光束的激光加工装置”、“一种微水导激光耦合对准装置”、哈尔滨工业大学李灵博士论文《水导激光微细加工技术研究》、厦门大学叶瑞芳博士论文《新型水射流导引激光加工系统光学特性与关键技术研究等在光路耦合调整方法上都离不开这个范畴。事实上，这种方法还存在一些问题，由于以喷口所在平面为基准进行观察，当光斑位于喷口内时，是观察不到反射光斑的，只能通过调整光路使其达到喷口边缘才能观察到反射光，以此作为调整依据。而为了最大限度将光耦合入水射流中，必须使光斑聚焦与这个平面内，这样观察到的光斑最小，位置最准确。但是将喷口面作为聚焦面，在加工作业时如果出现光路瞬间扰动，就能使高能聚焦光斑射在喷口边缘造成永久损坏。这点在专利“混合激光加工装置”、“一种水射流与光纤激光直接耦合装置”中都被指出，但是两个专利作者只是针对装置提出改进方案，但是对于耦合调整方法上存在的矛盾都进行了回避。因此，本领域迫切需要开发一种能够将激光准确耦合入水流且操作方便、对喷头无损伤的方法及装置。
技术实现思路
本专利技术提供了一种水导激光光路耦合的方法，本专利技术对喷头要求低、操作简单，且对喷头装置无损伤。本专利技术的第一方面，提供了一种使水导激光光路耦合的方法，包括步骤:( i )提供一水导激光，其中所述水导激光的水柱和激光路径基本吻合；(ii)将(i)中的水导激光通过透射元件投射至透射元件远端的成像元件，从而形成激光光斑；( iii )调整(i )中所述水柱和激光之间的角度，从而使所述激光光斑成为独立的环状光斑从而完成耦合；和任选的(iv)对所述独立环形光斑进行光功率读数，并再次调整所述入射激光元件或出水元件，从而使所述激光光斑保持独立环状光斑且光功率读数为最大并完成耦合。在另一优选例中，步骤(iii)还包括将所述激光光斑对准比较所述成像元件上的标识，从而调整激光光斑至独立的环状光斑；和/或对形成的独立环状光斑进行记录。在另一优选例中，在调整过程中细致比较光斑形状位置变化，包括圆心位置以及内外环半径。在另一优选例中，步骤(iv)完成后，记录最佳状态时光斑的尺寸与位置，从而在以后装置需要重新调整时可以省略步骤(iv)而直接在步骤(iii)根据以前记录直接调整至最佳稱合状态。在另一优选例中，所述的透射元件设于所述水柱出水口远端，且距离所述水柱出水口为5 100mm，较佳地，10 50臟，更佳地15_30臟。所述成像元件设于所述透射元件远端，且距离所述透射元件距离为10 200mm处，较佳地30 100mm,更佳地50_80mm。在另一优选例中，所述水柱由喷头提供，且所述的喷头不含显微光路或C⑶成像元件。在另一优选例中，所述的喷头包括靠近光路的近端聚焦透镜以及位于光路远端的透明、封闭的出水腔。在另一优选例中，所述的水导激光的方向为垂直或水平方向。在另一优选例中，所述步骤(iii)中调整所述水柱和激光之间的角度由角度调整元件完成。在另一优选例中，所述的角度调整元件包括相互正交的多维调整件，且用于调整所述入射光源及所述出水元件之间的相对角度。本专利技术的第二方面，提供了一种水导激光光路耦合调整装置，所述装置包括以下元件:(a)用于实施本专利技术第一方面所述方法的步骤(i)的元件；(b)用于实施本专利技术第一方面所述方法的步骤(ii)的元件；(C)用于实施本专利技术第一方面所述方法的步骤(iii)的元件；和任选的(d)用于实施本专利技术第一方面所述方法的步骤(iv)的元件。在另一优选例中，所述用于实施步骤(i)的元件包括入射光源和/或入射光源调整元件；所述用于实施步骤(ii)的元件包括透射元件和成像元件；所述用于实施步骤(iii)的元件包括角度调整元件；和/或所述用于实施步骤(iv)的元件包括光功率计。在另一优选例中，所述的角度调整元件包括相互正交的多维调整件，且用于调整所述入射光源及所述出水元件之间的相对角度。在另一优选例中，所述的角度调整元件还包括万向调整件，用于以任意角度调整所述入射光源及所述出水元件之间的相对角度。在另一优选例中，所述的透射元件为一透明介质；和/或所述成像元件包括用于漫反射激光的光屏或光幕。在另一优选例中，所述的透明介质包括玻璃或其他耐热透明材料。在另一优选例中，所述的透明介质厚度为0.5mm 3mm。在另一优选例中，所述的光屏或光幕为纸张、塑料、金属薄片等。在另一优选例中，所述的光屏或光幕的直径为50 300mm。在另一优选例中，所述光屏和光幕上还标有用于识别或对准所述独立的环状光斑的标识。在另一优选例中，所述的标识包括带刻度的等距同心圆环组加上过圆心的十字线。本专利技术第三方面，提供了一种水导激光光路耦合调整装置套件，所述的套件包括如本专利技术第二方面所述的水导激光光路耦合调整装置以及说明书。在另一优选例中，所述的说明书记录有如本专利技术第一方面所述的使水导激光光路耦合的方法。本专利技术第四方面，提供了一种水导激光加工系统，所述系统包括本专利技术第三方面所述的套件以及用于实施水导激光加工的其他部件。在另一优选例中，所述的用于实施水导激光加工的部件包括激光光源、增压供水源及其管路以及废水回收装置。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1为本方法第一实例装置示意图。图2为本方法第二实例装置示意图。图3为用zemax软件对耦合光路的一个仿真，左边为仿真光路，右边为出射光斑。图4为部分耦合光斑特征图。图5为实施例1中耦合后实际拍摄得到的环状光斑图。图6为实施例2中耦合后实际拍摄得到的环状光斑图。其中，10成像元件，12透射元件，14水柱，16喷头，20角度调整元件，22支撑件，24横向水平调整件，26纵向水平调整件，28垂直调整件。具体实施例方式本专利技术人经过广泛而深入的研究，首次意外地发现，在水导激光光路耦合调整时，通过调节入射光及喷头之间的角度，并在远端设置透射介质，屏蔽水柱并使激光透射后投影于成像元件，从而调整激光的成像形状至圆环形，并使光功率最大化，完成水导激光光路的奉禹合。在此基础上，完成了本专利技术。水导激光水导激光本质是将光引入水射流中，利用水/空气界面对光进行不断全本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种使水导激光光路耦合的方法，其特征在于，包括步骤：（i）提供一水导激光，其中所述水导激光的水柱和激光路径基本吻合；（ii）将（i）中的水导激光通过透射元件投射至透射元件远端的成像元件，从而形成激光光斑；（iii）调整（i）中所述水柱和激光之间的角度，从而使所述激光光斑成为独立的环状光斑从而完成耦合；和任选的（iv）对所述独立环形光斑进行光功率读数，并再次调整所述入射激光元件或出水元件，从而使所述激光光斑保持独立环状光斑且光功率读数为最大并完成耦合。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李萌，张文武，张希平，张天润，
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：
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