[发明专利]同轴定位激光精密加工设备

说明书

技术领域

 本发明属于一种精密加工装置领域，具体的是涉及一种同轴定位激光精密加工设备。

背景技术

瑞士联邦工业大学的 Richerzhagen Bernold 研究了在水束中传导光的现象，并将其发展成一种微细加工技术，成为一项国际专利技术（ WO 95 / 32834 ) ，其装置如图 1 所示，采用低压产生微细水射流束 16 ，同时将激光束 n 用传统正透镜 12 聚焦于喷嘴微孔巧出口，利用激光束在水和空气两种介质的接触面的全反射作用，引导激光束作用于被加工工件，其效果类似于传统的玻璃光纤的方法。该技术可解决传统激光加工中对工件的有效加工厚度较小、加工面存在锥度及粗糙等问题，但由于采用了聚焦透镜，要求聚焦透镜焦点与喷嘴微孔中心严格耦合，此外，现有水导引激光系统存在无可见光同轴定位指示，系统装配与调节困难，加工定位不精确，无法实现随机检测等缺点。

无衍射光束具有中心光斑直径小且能量分布均匀，准直范围长的特性。利用无衍射光束对工件进行加工时，加工深度的动态范围大，在无衍射范围内对工件位置误差的敏感度为零，对工件表面的平整度适应性强，且沿光轴方向既不需要精密聚焦，也无需考虑齐焦的问题，可实现理想的激光精密切割、打孔等加工。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种同轴定位激光精密加工设备，可方便地实现无衍射光束与喷嘴微孔直接耦合，用于激光精密加工的微激光束精密加工光学装置。

本发明设有激光器、可见光光源、平面镜、扩束准直器、旋转三棱镜、光学窗口、压力流体腔和喷嘴微孔。

平面镜位于激光器及可见光光源前方，激光器发射的激光束与可见光光源的光束经平面镜藕合，扩束准直器位于平面镜前方，旋转三棱镜位于扩束准直器前方，压力流体腔位于旋转三棱镜前方，光学窗口设于压力流体腔顶部，喷嘴微孔设于压力流体腔底部，经平面镜耦合后的光束与扩束准直器、旋转三棱镜、光学窗口及喷嘴微孔同轴。

所述激光器采用功率范围在瓦级至百瓦级的激光器。如可采用 1.06 μm 波长的 Nd : YAG 固体激光器。

所述可见光光源可采用普通白光光源或低功率可见光波段激光。如可见光光源可采用 5W 卤素灯，或功率为 3mW 的 0.633 μm 波长的 He –Ne 激光器。

所述扩束准直器可采用倒置望远镜结构的扩束准直器，如伽里略或开普勒结构型式。

由于激光加工设备中所采用的激光器需具有高功率或高能量，有的甚至是非可见波段激光，因此无法直接用于设备装调、加工定位和跟踪检测，需要配有可见光定位指示装置，但因现有水导引激光加工设备中均无可见光定位指示装置，为此，本发明设有低功率可见光光源，作为同轴定位指示。可见光光源可以是普通的白光光源，也可以是单色可见光波段的激光。装有与高功率（或高能量）激光束同轴定位指示的可见光装置，可方便对加工设备光学系统进行装调、加工定位以及随机跟踪检测。平面镜用于定位指示的可见光透射和加工用激光全反射。耦合后的可见光光束和用于加工的高功率（或高能量）激光束经旋转三棱镜后，具有线性相关关系。根据它们之间的相关关系，通过对可见光光束实际光斑的测量，可以获得用于加工的激光束的光斑情况。扩束准直器可采用倒置望远镜结构，扩束准直器实现了对激光束的扩束准直，压缩激光束的发散角。假设 ?l 为进入扩束准直器前的激光束发散角， K 为扩束准直器的放大倍数，则经过扩束准直器后，激光束的发散角?2 为入射前的 1 / K 倍，即?2 = ?l /K，同时扩束后的激光束可进一步扩大无衍射光的无衍射区长度。旋转三棱镜用于产生无衍射光束。无衍射光束具有中心光斑直径小、能量分布均匀、准直区长等特性。光学窗口用于透光。无衍射激光束与定位指示的可见光光束经过光学窗口进入压力流体腔，并耦合到喷嘴微孔入口处。压力流体腔与喷嘴微孔一起产生微流束。高压流体从压力流体腔侧边进入，在压力流体腔内转化为低压流体，低压流体经喷嘴微孔向压力流体腔外出射，形成一定长度、束径不变的微流体波导稳定区。