[发明专利]短脉冲激光诱导超声水流等离子体超精细切割装置及方法

说明书

本发明涉及一种短脉冲激光诱导超声水流等离子体超精细切割装置及方法，该装置包括激光切割轨迹控制部、激光产生及聚焦部、切割材料、水循环控制部、微结构反馈部，激光切割轨迹控制部由图像识别系统、逻辑控制器、激光电流控制器、聚焦深度控制器、激光路径控制器、电控平移台组成，图像识别系统信号输入端连接微结构反馈部，输出端通过逻辑控制器分别连接激光电流控制器、聚焦深度控制器、激光路径控制器，聚焦深度控制器和激光路径控制器连接电控平移台，由激光路径控制器控制电控平移台，从而控制激光的移动路径，并通过微结构反馈部回传的结构信息，实时调整激光产生及聚焦部的激光能量与聚焦深度，从而实现任意形状的切割。

技术领域

本发明涉及一种激光切割装置，具体涉及一种等离子体超精细切割装置。

背景技术

激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，随着光束与工件相对位置的移动，实现切割工件的目的。其本质是一种热切割。由于精度高、切割快速、节省材料、切口平滑、加工成本低等诸多特点，激光切割在机械加工尤其精密加工领域得到广泛应用。

然而当今的激光切割技术仍存在一些问题与不足，譬如较难切割石英、云母等高损伤阈值材料。石英、云母等损伤阈值较高的材料因具有某些独特而优良的特性，在许多领域得到十分广泛的应用，然有关其切割，一直是行业的痛点。欲切割此类材料，往往需要更高功率输出的激光光源，而光源的成本占整个系统成本的60％以上，高功率不仅带来了更高的成本，还易引起系统的不稳定性。因此解决该问题将会是激光加工工艺的一大飞跃。

发明内容

本发明是针对上述传统激光切割技术的不足而提出的一种短脉冲激光诱导超声水流等离子体超精细切割装置及方法，该装置及方法可在快速无污染的前提下实现硬质材料的超精细切割，可将传统激光切割系统的光源功率降低一个数量级左右。预计系统成本降低至原有激光系统的三分之一以下。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种短脉冲激光诱导超声水流等离子体超精细切割装置，包括激光切割轨迹控制部、激光产生及聚焦部、切割材料、水循环控制部、微结构反馈部，

所述的激光切割轨迹控制部由图像识别系统、逻辑控制器、激光电流控制器、聚焦深度控制器、激光路径控制器、电控平移台组成，所述图像识别系统信号输入端连接微结构反馈部，输出端通过逻辑控制器分别连接激光电流控制器、聚焦深度控制器、激光路径控制器，聚焦深度控制器和激光路径控制器连接电控平移台，由激光路径控制器控制电控平移台，从而控制激光的移动路径，并通过微结构反馈部回传的结构信息，实时调整激光产生及聚焦部的激光能量与聚焦深度，从而实现任意形状的切割；

所述的激光产生及聚焦部包括激光光源装置、激光反射镜组、激光聚焦系统，所述激光光源装置出射的激光光束，经激光反射镜组入射到激光聚焦系统实现聚焦，使激光光束聚焦焦点在切割材料表面上方水膜内；其中，所述激光光源装置连接激光电流控制器，激光聚焦系统安装在电控平移台；

所述水循环控制部包括出水装置、水膜，液体从出水装置流出，经切割材料表面形成一层均匀的水膜，流过切割材料的液体回收至出水装置，构成水循环；

所述的微结构反馈部包括光学显微镜、显示器、升降台，所述光学显微镜将材料切割情况实时反映在显示器上，再反馈至激光切割轨迹控制部；

所述切割材料为固体或胶体材料，所述切割材料置于切割平台上。

进一步，所述的激光光源装置的输出波长为紫外200-400nm、可见400-700nm或者红外波段700-10000nm，输出的脉宽为0-500ps；所述激光光源装置输出激光能量收到来激光自切割轨迹控制部中激光电流控制器的电流反馈。

进一步，所述的激光反射镜组可以为45度反射镜对或除45度角度之外的任意角度反射镜组组成的光路调节系统。