[发明专利]多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床

说明书

本发明公开了一种多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，其特征为水导激光切割头为多聚焦点透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，激光器发出的激光经过多聚焦点透镜后沿微细高压水射流水柱的轴心线形成多个聚焦点，经发散、射向微细高压水射流水柱的内表面，再经全反射沿微细高压水射流水柱传输到达被加工工件表面。机床由数控系统控制实现被加工工件的三坐标移动和水导激光切割加工。多聚焦点透镜的应用避免了激光在微细高压水射流水柱中气爆的产生，显著提高了激光加工功率和效率，适用于碳纤维复合材料、半导体、陶瓷、金属等材料的高效精密加工。

技术领域

本发明属于水导激光加工技术领域，特别涉及一种多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床。

背景技术

水导激光切割与传统激光切割相比具有以下优势：

(1)不会产生热损伤，这是因为喷射的水流可以在激光脉冲间隙冷却材料，极大地降低材料的热变形和热损伤，使材料保持其原来结构和性能；

(2)水射流工作距离大，不需要聚焦；

(3)喷射水流会在切割过程中带走熔融的材料，减少污染物；

(4)基本无锥角，加工精度高，特别适用于薄壁件的高精度加工。

水导激光除用于切割外，还可用于工件打孔、开槽、表面清洗等。正是由于水导激光加工的这些特性，其在金属材料、半导体、玻璃、陶瓷、碳纤维复合材料等加工领域有重要的推广应用前景。

传统的水导激光加工机床存在两大问题，严重制约了水导激光加工技术的应用推广：(1)采用单聚焦点球面透镜，由于激光功率集中于一个聚焦点，在激光功率大时，聚焦点处的水射流发生气爆、喷嘴破坏现象，水导激光加工无法继续，因而只适应于激光功率很小的场合，加工效率低下；(2)对准精度低，难以快速精准实现多聚焦点与微细高压水射流水柱的轴心线对准，导致激光与喷嘴表面发生干涉、水射流喷嘴破坏、水导激光加工无法继续进行。为解决以上两大问题，在大激光功率情况下实现无气爆发生、在聚焦点由一个变为无数多个情况下实现多聚焦点与微细高压水射流水柱轴心线的快速精准对准，发明人发明了多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床。

发明内容

本发明的目的是提供一种多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床，主要解决传统的水导激光加工机床在使用大功率激光时，聚焦点处的水射流发生气爆、喷嘴破坏的关键技术难题。为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床包括多聚焦点透镜水导激光切割头(001)、激光器(002)、数控系统(004)、L形连接架(005)、机床工作台(006)、回水滤网(007)、Y轴电动机(008)、过滤水水箱(009)、二次过滤水水箱(010)、回水管(011)、高压去离子净水装置(012)、高压气源(014)、机床底座(015)、X轴电动机(016)、回字型水槽(017)、机床立柱(019)、切割头连接板(020)、Z轴挂板架(021)、Z轴电动机(022)等组成；

所述的多聚焦点透镜水导激光切割头(001)是一种多聚焦点透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，包括激光光纤连接头(301)、扩束准直透镜组部件(302)、分光镜部件(303)、多聚焦点透镜部件(304)、CCD摄像机调节旋钮(305)、全反射镜部件(306)、衰减片部件(307)、滤光片部件(308)、CCD摄像机(309)、水光对准三坐标调节部件(310)、水光耦合腔部件(311)组成；其光路中，包括激光器(002)、光纤激光束(201)、扩束准直透镜组(202)、分光镜(203)、全反射镜(205)、衰减片(206)、滤光片(207)、CCD摄像机(309)、多聚焦点透镜(204)、水光耦合腔(210)、多聚焦点(208)、微细高压水射流水柱(211)、被加工工件(212)等；