【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及激光加工技術，特別涉及一種誘導式水導激光產生裝置。
技術介紹
1、水導激光是一種將激光與“細如發絲”的微射流相結合，以類似于光纖方式通過微射流內脈沖全反射精確引導激光束到達加工位置的一種激光加工方法。水導激光微射流持續冷卻切割區域并有效去除加工碎屑。作為一種“冷卻、清潔、可控”的獨特激光加工技術，避免了常規干式激光加工存在的重大問題，如熱損傷、污染、加工速度、變形、碎屑沉積、氧化、微裂紋和錐度等方面的問題。
2、傳統激光由于是發散性光束，聚焦激光束的工作距離有限，只有幾毫米到幾分之一毫米，這不僅需要精確的聚焦和距離控制，而且還限制了切口寬度與深度的比率。水導激光采用在空氣-水界面完全反射的激光束，激光束可以在長達100mm的長度內引導，從而能實現平行切邊的高深徑比切口，無需在加工過程中對焦或進行距離控制。
3、水導激光由于微射流的冷卻能力，被加工材料幾乎沒有熱損傷（無熱影響區）和材料微觀結構變化，被燒蝕的材料碎屑隨著水流被沖刷去除，留下干凈的表面，既沒有沉積物也無底面毛刺。水導激光技術可以有效切割各種厚度的材料，它可以切割厚達30mm的鉆石或碳化硅，或在孔徑為800μm的情況下，對材料厚達15毫米的高溫合金進行鉆孔。水導激光束為柱形激光束，可以實現緊密、平行的切口(切口尺寸>25μm)，切口的切面平行沒有錐度，加工精度低至+/-1.5μm，可顯著節省材料耗損。采用高功率激光器可以在保證更好質量的同時實現相比較而言更高的切割速度，例如，對7mm厚硅的切割速度達45mm/min，而對4mm
4、20世紀九十年代瑞士洛桑聯邦理工學院的richerzhagen博士成功地將激光與如絲發般細的微射流相耦合，使激光束在微射流內以類似于光纖方式全內反射地被傳輸到加工點，成為歷史上第一個完成這項工作的人，并成立synova公司和開發了世界上第一臺激光微射流的加工系統，是激光微射流加工技術歷史上的一項里程碑。這種獨特加工技術的優勢非常顯著：實現了超精密、快速、清潔和高效的加工，實現了更窄的切口，幾乎沒有熱損傷、污染和光束發散帶來的錐度等問題。這種新的“濕”激光加工方法在許多方面都優于現有的常規加工技術，如傳統“干”激光、電火花(edm)、金剛石鋸片、化學加工、高壓水射流加工、銑削和研磨加工等。
5、眾所周知，把激光與細如發絲的微射流結合是一件非常困難的事情，微射流出口的直徑一般為25um～100um，而在工程中實際得到的激光在水光耦合器射流出口處的激光光斑的最小直徑一般為10um～20um，這就對激光和射流出口的對準提出了極高要求，再加上設備運行中的誤差和震動等各種因素，極易造成激光打在耦合器內壁造成耦合器的損壞。richerzhagen博士將激光與如絲發般細的微射流相耦合的基本原理是激光光斑的最小直徑必須小于微射流的直徑，這就意味著微射流出口的直徑受制于現有的工程實際得到的激光光斑最小直徑，不可能制作出比工程實際得到的激光光斑的最小直徑更小的激光微射流，這就極大限制了水導激光微射流直徑的進一步變小的可能性。
6、目前水導激光設備基本都是按照瑞士洛桑聯邦理工學院的richerzhagen博士的水光耦合模型設計，即如何把最小直徑的激光光斑對準到與其直徑非常接近的射流出口，這是一件非常困難的事情，工程實現的技術成本也很高。
7、公開號為cn107662046b的中國專利技術專利文獻公開了一種離軸光路的水導激光加工耦合裝置，包括ccd（charge?coupled?device，電荷耦合成像器件）、z軸透鏡、內置于耦合腔可與耦合腔一體x-y移動的噴嘴及聚焦透鏡，由ccd實現對激光和射流出口對準成像，然后閉環調節z軸透鏡來調節激光光斑焦平面的z軸位置，同時調節耦合腔的x-y位移實現耦合腔射流出口與激光光斑在x-y平面上的對準。這個方案和目前richerzhagen博士創立的synova公司系列產品所用的視覺對準方案基本類似，通過高昂的計算機視覺結合閉環機械運動調整工程技術實現了把最小直徑激光光斑對準到與其直徑非常接近射流出口，但是沒有從基本耦合原理上實現低成本、高魯棒性和高容錯性的水光耦合，并且無法突破如何實現比激光聚焦平面最小光斑還要小的水導激光微射流。
8、公開號為cn216502987u的中國技術專利文獻公開了一種基于機器視覺的水導激光水射流標定裝置，該專利雖然也給出了一種基于視覺的激光水射流標定裝置，但是與公開號為cn107662046b的中國專利技術專利文獻有所不同，增加了激光照明燈，并通過分光棱鏡把激光照明光源合成到激光加工光學回路上，另外在耦合器旁的加工平臺上方以一定觀察角度增加了攝像頭來觀察加工光斑，此方案沒有采用公開號為cn107662046b的中國專利技術專利文獻的離軸光路，而是采用旁觀加工光斑的形狀來逆向評估激光水射流的耦合情況并予以標定。實際操作中，由于攝像頭有一定觀察角度會帶來光斑圖像畸變，另外由于激光在加工工件過程中，光斑形狀會呈隨機散射狀，造成此方案難以實時評估，難以在工件加工過程中實現激光水射流的耦合實時校準。這個方案和目前richerzhagen博士創立的synova公司系列產品所用的視覺對準方案基本類似，通過高昂的計算機視覺結合閉環機械運動調整實現了把最小直徑激光光斑對準到與其直徑非常接近射流出口，同樣沒有從基本耦合原理上實現低成本、高魯棒性和高容錯性的水光耦合，也無法突破如何實現比激光聚焦平面最小光斑還要小的水導激光微射流。
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題是提供一誘導式水導激光產生裝置，可以制作出外徑比激光光斑直徑更小的水導激光微射流，可極大降低激光光斑與射流通道的對準要求，可以提高水導激光耦合效率。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供的誘導式水導激光產生裝置，其包括水光耦合器；
3、所述水光耦合器的殼體內形成高壓水腔；
4、所述殼體的頂板中部形成有透光窗口，用于入射激光；
5、所述殼體的側壁形成有入水口，用于向高壓水腔內注水；
6、所述殼體的底板形成有與所述透光窗口同軸線的誘導通道；
7、所述誘導通道呈由上到下逐漸縮小的錐臺狀；
8、所述誘導通道的內壁鍍有鏡面反射膜；
9、所述高壓水腔內的高壓水從誘導通道下端噴射出形成微射流，微射流周側被氣體包圍形成水氣界面。
10、較佳的，所述殼體的底板還在所述誘導通道下形成有同軸線的射流孔；
11、所述射流孔的內徑大于所述誘導通道下端的內徑；
12、所述射流孔內注入高壓氣體形成高壓氣腔；
13、高壓水從誘導通道下端噴射到所述射流孔內的微射流本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，包括水光耦合器（1）；
2.根據權利要求1所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
3.根據權利要求2所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
5.根據權利要求1所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
6.根據權利要求1所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
7.根據權利要求1所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
8.根據權利要求1所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
9.根據權利要求2所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
10.根據權利要求2所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
【技術特征摘要】
1.一種誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，包括水光耦合器（1）；
2.根據權利要求1所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
3.根據權利要求2所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
5.根據權利要求1所述的誘導式水導激光產生裝置，其特征在于，
【專利技術屬性】
技術研發人員：王占斌，張海波，呂春峰，
申請(專利權)人：上海稀光智能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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