CN102259237A - 激光光束与水射流耦合调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够实现激光光束与水射流的耦合并能够方便地进行调节的激光光束与水射流耦合调节装置。本发明激光光束与水射流耦合调节装置包括外支架，底托，喷嘴托，喷嘴支架，基体支架，镜片垫圈，压套，窗口镜片），压母，喷嘴组件。本发明其能够进行激光光束与水射流进行耦合，实现水射流对激光的导引；通过特殊设计的喷嘴组件，可以产生微细水射流；还可以方便地调节水射流与激光光束的相对位置。

Description

激光光束与水射流耦合调节装置

技术领域

本发明涉及一种能够实现激光光束与水射流的耦合并能够方便地进行调节的激光光束与水射流耦合调节装置。

背景技术

传统激光还是以热熔的方式进行材料加工，在半导体领域，多种芯片对热量较为敏感，热量堆积会影响芯片的性能。用激光光束导引水射流对材料加工很好的解决了这一问题。水束既可以起到冷却的作用，又可以冲走激光加工产生的熔渣，使芯片加工质量有了很大提高。激光束与水射流耦合装置为该方式的关键部分，耦合装置不仅要产生压力、流速稳定的微细水射流，同时利用光在水和空气两相介质中发生全反射的原理，把激光光束耦合到水射流，由水射流导引激光至材料加工表面，进行加工。目前该技术在国内还处于空白。

发明内容

本发明的目的就在于提供和一种激光光束与水射流耦合调节装置，其能够进行激光光束与水射流进行耦合，实现水射流对激光的导引；通过特殊设计的喷嘴组件，可以产生微细水射流；还可以方便地调节水射流与激光光束的相对位置。

本发明的技术方案为：

本发明激光光束与水射流耦合调节装置包括外支架，底托，喷嘴托，喷嘴支架，基体支架，镜片垫圈，压套，窗口镜片，压母，喷嘴组件；所述外支架套在基体支架外，外支架和基体支架间通过锁紧调节旋钮连接，环状底托固定在外支架底部托着基体支架的下端外沿部位，基体支架中央设有通孔，在通孔上下两端分别设有上阶梯槽孔和下阶梯槽孔，在外支架和基体支架的侧壁上设置有横向且对应的联通入下阶梯槽孔的入水口；

所述压套、镜片垫圈、窗口镜片由上向下依次设置在上阶梯槽孔的台阶上，窗口镜片与上阶梯槽孔的台阶间设有密封结构；所述喷嘴支架、喷嘴组件由下向上依次设置在下阶梯槽孔的阶梯上，喷嘴组件通过压母装配在喷嘴支架上端，喷嘴托固定在基体支架底部，喷嘴托向上压紧喷嘴支架和整体固定连接在喷嘴支架上的喷嘴组件，喷嘴支架与下阶梯槽孔的台阶间设有密封结构；

所述喷嘴组件包括喷嘴支座、喷嘴压套、喷嘴以及喷嘴垫圈，在喷嘴支座中央设有阶梯槽孔，喷嘴压套和喷嘴垫圈设在喷嘴支座的阶梯槽孔的台阶上，喷嘴压套和喷嘴垫圈间设有喷嘴，喷嘴中央开设有喷嘴孔，孔径在20μm至300μm之间，喷嘴的底面具有可使水射流保持稳定的圆弧开口结构；

所述述喷嘴托、喷嘴支架、喷嘴组件、窗口镜片、压母、镜片垫圈和压套的中心对正且位于中心轴线上。

本发明所述外支架和基体支架间的锁紧定位调节结构为：在基体支架外壁上沿一周线开设有均匀分布的至少三个具有斜面的凹槽，在外支架对应各具有斜面的凹槽开设有螺孔，在螺孔内配设调节锁紧旋钮，调节锁紧旋钮顶在凹槽的斜面上。本发明中所述喷嘴采用对光吸收率很小且可以抵抗1兆帕到50兆帕之间水射流压力的宝石或金刚石材质。

本发明的有益效果为：

传统激光加工技术存在热残留的问题，用激光光束导引水射流对材料加工很好的解决了这一问题。其中，激光光束与水射流耦合装置为关键部分，该装置不仅要产生压力、流速稳定的水射流，同时利用光在水和空气两相介质中发生全反射的原理，把激光光束耦合到水射流，由水射流导引激光至材料加工表面，进行加工。该装置的特别之处在于具有斜面结构的基体支架，可以方便地进行激光束与水射流的同轴调整，并锁紧。具有底面圆弧开口结构的喷嘴组件可以使产生的水射流更加稳定。宝石或金刚石材质的喷嘴材料对激光的吸收很小，且能够承受较高的水压。 

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图（俯视图）。

图2为本发明实施例图1的A-A向剖视图。

图3为本发明实施例图1的B-B向剖视图。

图4为本发明实施例中喷嘴组件的结构示意图。

图5为本发明实施例中喷嘴的结构示意图。

具体实施方式

如附图1、2、3、4、5所示本发明实施例该激光光束与水射流耦合调节装置包括外支架2，底托3，喷嘴托5，喷嘴支架6，基体支架7，镜片垫圈8，压套9，窗口镜片10，压母19，喷嘴组件11；所述外支架2套在基体支架7外，外支架2和基体支架7间通过锁紧定位调节结构连接，所述的外支架2和基体支架7间通过锁紧定位调节结构为：在基体支架7外壁上沿一周线开设有均匀分布的至少三个具有斜面的凹槽，在外支架对应各具有斜面的凹槽20开设有螺孔，在螺孔内配设调节锁紧旋钮1，调节锁紧旋钮1顶在凹槽20的斜面上；环状底托3固定在外支架2底部托着基体支架7的下端外沿部位，基体支架7中央设有通孔21，在通孔21上下两端分别设有上阶梯槽孔和下阶梯槽孔，在外支架2和基体支架7的侧壁上设置有横向且对应的联通入下阶梯槽孔的入水口13；所述压套9、镜片垫圈8、窗口镜片10由上向下依次设置在上阶梯槽孔的台阶上，窗口镜片10与上阶梯槽孔的台阶间设有密封结构——在窗口镜片10与上阶梯槽孔的台阶间压有一个O型密封圈4；所述喷嘴支架6设置在下阶梯槽孔的阶梯上，喷嘴托5固定在基体支架7底部，喷嘴托5向上压紧喷嘴支架6和整体固定连接在喷嘴支架6上的喷嘴组件11，喷嘴组件11是通过一个与喷嘴支架6螺纹连接的压母19固定在喷嘴支架6上的，喷嘴支架6与下阶梯槽孔的台阶间设有密封结构——在喷嘴支架6与下阶梯槽孔的台阶间压有一O型密封圈4；所述喷嘴组件11包括喷嘴支座15、喷嘴压套16、喷嘴17以及喷嘴垫圈18，在喷嘴支座15中央设有阶梯槽孔，喷嘴压套16和喷嘴垫圈18设在喷嘴支座15的阶梯槽孔的台阶上，喷嘴压套16和喷嘴垫圈18间设有喷嘴17，喷嘴17中央开设有喷嘴孔，孔径在20μm至300μm之间，喷嘴17的底面具有可使水射流保持稳定的圆弧开口结构22；所述述喷嘴托5、喷嘴支架6、喷嘴组件11、窗口镜片10、镜片垫圈8、压母19和压套9的中心对正且位于中心轴线上。本发明本实施例中所述喷嘴17采用蓝宝石或金刚石。

本发明实施例所述激光光束与水射流耦合调节装置的动作过程为：具有一定压力的水束从入水口13进入耦合装置（如图3所示），沿箭头方向流动，并从喷嘴组件11的中心小孔射出；激光束12从装置上方入射，经过件窗口镜片10，聚焦到件喷嘴17的小孔内；具有一定压力的水射流与聚焦于此的激光实现耦合，稳定的水束像光纤一样让激光在内部传导。基体支架7侧壁具有斜面凹槽结构20，激光束12固定，通过四个具有螺纹结构的调节锁紧旋钮1的旋进旋出，实现件1、件4、件5、件6、件7、件8、件9、件10、件11在二维方向上一定范围内移动。实现件11的小孔与激光束12同轴度的调整。当四个件1同时顶到斜面上时，实现了件7及与之连接的件1、件4、件5、件6、件7、件8、件9、件10、件11、件19位置的固定。

Claims (2)

1.一种激光光束与水束耦合调节装置，其特征在于

该装置包括外支架（2），底托（3），喷嘴托（5），喷嘴支架（6），基体支架（7），镜片垫圈（8），压套（9），窗口镜片（10），喷嘴组件（11），压母（19）；所述外支架（2）套在基体支架（7）外，外支架（2）和基体支架（7）间通过锁紧定位调节结构连接，环状底托（3）固定在外支架（2）底部托着基体支架（7）的下端外沿部位，基体支架（7）中央设有通孔（21），在通孔（21）上下两端分别设有上阶梯槽孔和下阶梯槽孔，在外支架（2）和基体支架（7）的侧壁上设置有横向且对应的联通入下阶梯槽孔的入水口（13）；

所述压套（9）、镜片垫圈（8）、窗口镜片（10）由上向下依次设置在上阶梯槽孔的台阶上，窗口镜片（10）与上阶梯槽孔的台阶间设有密封结构；所述喷嘴支架（6）、喷嘴组件（11）由下向上依次设置在下阶梯槽孔的阶梯上，喷嘴托（5）固定在基体支架（7）底部，喷嘴托（5）向上压紧喷嘴支架（6）和整体固定连接在喷嘴支架（6）上的喷嘴组件（11），喷嘴支架（6）与下阶梯槽孔的台阶间设有密封结构；

所述喷嘴组件（11）包括喷嘴支座（15）、喷嘴压套（16）、喷嘴（17）以及喷嘴垫圈（18），在喷嘴支座（15）中央设有阶梯槽孔，喷嘴压套（16）和喷嘴垫圈（18）设在喷嘴支座（15）的阶梯槽孔的台阶上，喷嘴压套（16）和喷嘴垫圈（18）间设有喷嘴（17），喷嘴（17）中央开设有喷嘴孔，孔径在20μm至300μm之间，喷嘴（17）的底面具有可使水射流保持稳定的圆弧开口结构（22）；

所述述喷嘴托（5）、喷嘴支架（6）、喷嘴组件（11）、窗口镜片（10）、镜片垫圈（8）、压母（19）和压套（9）的中心对正且位于中心轴线上。

2.根据权利要求1所述的激光光束与水束耦合调节装置，其特征在于所述外支架（2）和基体支架（7）间的锁紧定位调节结构为：在基体支架（7）外壁上沿一周线开设有均匀分布的至少三个具有斜面的凹槽（19），在外支架（2）对应各具有斜面的凹槽（20）开设有螺孔，在螺孔内配设调节锁紧旋钮（1），调节锁紧旋钮（1）顶在凹槽（20）的斜面上。

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