[发明专利]水导激光加工装置和加工系统

说明书

本发明公开了一种水导激光加工装置和加工系统，装置包括光束调节装置、聚焦透镜和耦合水腔；光束调节装置，用于调节激光的位置和角度；聚焦透镜，用于将经过光束调节装置调节后的激光聚焦后射入耦合水腔；耦合水腔，用于将聚焦后的激光沿耦合水腔出水口处的出射水柱传输，从而利用出射水柱中的激光进行工件加工；出射水柱中的激光的焦点偏离出射水柱的轴心。本发明还公开了包括上述装置的水导激光加工系统。本发明利用光束调节装置实现出射水柱中激光的焦点位置偏离出射水柱的轴心固定设置或者沿出射水柱的边缘呈圆周运动，使出射水柱中的激光的功率分布均匀，改善了水导激光切割工件时的锥度效应，拓展了深度加工能力。

技术领域

本申请涉及一种水导激光加工装置和加工系统，属于激光加工技术领域。

背景技术

随着医疗、航空、航天、半导体领域的快速发展，对于关键零部件的性能要求越来越高，这促进了零件加工方法和设备的改进和提高。在零部件切割加工领域，传统的切割加工方法主要为机械切割加工和高压水切割加工。但是上述加工方式存在加工效率低、加工精度低的问题。为解决上述问题，本领域的技术人员研发了激光切割加工装置，其在加工效率、加工精度和环境保护方面均优于传统切割加工方法。但激光切割加工会使材料产生一定程度的热损伤，为解决对材料的热损伤问题，水导激光加工装置应运而生。

水导激光加工装置是以水射流引导激光束对待加工工件进行切割的复合加工技术。由于水和空气的折射率不同，在激光束以一定角度照射在水与空气交界面时，如果入射角小于全反射临界角，激光会发生全反射而不会透射出去，这就使激光能量始终被限制在水束中从而使激光沿水束的方向进行传播。

现有技术中的水导激光加工装置，可以实现5mm内薄板的高质量切割加工，但随着加工深度的增加，水导激光也存在一定的加工锥度效应。主要原因在于，光线在水柱径向截面内的分布符合高斯分布规律，即光线在水柱轴线附近功率密度较大，在靠近水柱表面位置功率密度较小。这使得靠近水柱轴线位置材料去除能量较强，而靠近水柱表面位置材料去除能量很弱，从而限制了水导激光切割工件的厚度。

发明内容

本申请的目的在于，提供一种水导激光加工装置和加工系统，以解决现有技术中，水柱内激光功率密度分布不均的技术问题。

本发明的水导激光加工装置，包括光束调节装置、聚焦透镜和耦合水腔；

所述光束调节装置，用于调节激光的位置和角度；

所述聚焦透镜，用于将经过所述光束调节装置调节后的激光聚焦后射入所述耦合水腔；

所述耦合水腔，用于将聚焦后的激光沿所述耦合水腔出水口处的出射水柱传输，从而利用出射水柱中的激光进行工件加工；所述出射水柱中的激光的焦点偏离所述出射水柱的轴心。

优选地，所述光束调节装置包括第一转动调节装置；

所述第一转动调节装置包括第一转动装置及第一调节板；

所述第一转动装置的转动轴与所述第一调节板连接；

所述第一调节板，用于将接收的激光以不同的位置和角度入射至所述聚焦透镜，从所述聚焦透镜出射的激光沿所述耦合水腔出水口处的出射水柱传输；所述出射水柱中的激光的焦点偏离所述出射水柱的轴心固定设置或者沿所述出射水柱的边缘呈圆周运动。

优选地，所述光束调节装置还包括第二转动调节装置；

所述第二转动调节装置包括第二转动装置及第二调节板；

所述第二转动装置的转动轴与所述第二调节板连接，所述第二转动装置的转动轴与所述第一转动装置的转动轴垂直；