CN106825921A - 激光加工材料时保持工件表面没有液体积聚的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种当使用液体喷射引导激光束时能保持工作表面干燥的方法和系统。包括用于发射激光束的激光器；液体喷嘴组件；喷嘴组件被配置成连接到液体供给线以形成液体射流；用于将激光束与液体射流耦合的光学元件；空气喷射模块；所述空气喷射模块联接到所述液体喷嘴组件；提供一个气流用于包围所述喷液，并与喷液相同的方向运行。气流可以清除积累的液体，从而可以提高喷液引导激光加工的效率。气流和液体射流可在两个分隔开的喷嘴射出，可以独立控制气体流动特性，例如压力或流速。

Description

激光加工材料时保持工件表面没有液体积聚的系统及方法

技术领域

本发明涉及液体喷射引导激光加工技术领域，尤其涉及使用液体喷射引导激光加工材料时保持工件表面没有液体积聚的方法和系统。

背景技术

激光技术适用于各种类型的材料加工，如切割，钻孔，焊接，标记，雕刻和烧蚀材料。几乎所有的材料都可以加工，例如金属，金属合金，陶瓷，金刚石，人造钻石，碳纤维，蓝宝石，石英，玻璃，塑料等。在几乎所有情况下，使用聚焦透镜将激光聚焦成一个非常小的点上作用在工件上面，以产生足够的能量进行加工。因此在整个加工过程中工件必须被精确地对准激光聚焦点。

液体喷射引导的激光技术，例如在专利EP 1940579B1和美国8859988B1，通过一个聚焦透镜将聚焦的激光耦合进入一个细的液体射束。这种耦合可以在耦合单元中进行。耦合单元可以包括金属盒，聚焦透镜安置在金属盒的一侧并且用激光防护窗封闭。在盒相反的另一侧安置喷嘴。在窗口和喷嘴之间向耦合单元提供液体，液体从喷嘴口喷出形成液体射束。在聚焦平面激光点的能量进入液体射束内并通过内反射引导到工件上。此时因为加工所需要的能量在整个液体射束的任何长度层面上都是相同的，因此该方法免除了精确控制工件距离的操作。具有合适光导能力的任何液体可用于形成液体射束。

为了增加液体射束的长度和喷嘴与工作距离，辅助气体可以如专利EP 1940579B1或专利EP 1833636B1中描述的那样被结合到液体喷射。辅助气体以喷流的形式作为液体射束的边界层可以减少液体和周围空气之间的阻力，从而提高液体射流的层流长度。因此，液体喷射是由辅助气体包围通过相同的出口喷离出耦合单元。在耦合单元的内部，所述辅助气体的流向是垂直于液体射流方向。例如，所述辅助气体是在水平面方向撞击液体射束，而液体射束是在垂直平面的方向喷射。之后液体射束由辅助气体围绕着从同一个出口喷出。

图1示出了具有辅助气体构成的液体喷射引导激光束的现有技术。一种液体喷射引导的激光束系统100可以包括一个具有喷嘴135的耦合单元130，液体，诸如水120，可以提供到喷嘴135，并通过耦合单元的孔在空腔160中形成液体射流140。激光束110可以被聚焦进入喷液140中，例如，由透镜115。内反射可以限制激光束保持喷液内。液体喷射引导的激光束能够射向物体表面190，该激光束可以通过一次或多次材料的切除以完成加工。

辅助气体150可被输送到耦合单元130的空腔160中。辅助气体150可在垂直于液体射流140的方向运行，但是不与喷液相交。辅助气体155可以包围喷液，降低了喷液与外界空气摩擦，并有可能扩大液体射流的层流长度。辅助气体的性质可选择能够优化液体射流的层流长度的气体，例如中等压力时呈现低粘度的气体。

由于辅助气体150和液体射流140在同一个腔室160中混合，辅助气体和液体喷射相互之间可能产生影响。例如，辅助气体的压力和流动特性可以被选择以优化液体射流的层流。辅助气体的其他操作条件可能对喷液产生不利影响。例如，辅助气体的高压可以缩短液体射流的层流长度，如果辅助气体是更高的压力，可能会破坏液体射束。

有需要改进液体喷射激光技术，例如，在使用液体喷射引导激光材料加工过程中，保持工件表面没有液体积聚。

发明内容

本发明的目的在于；针对现有技术的上述缺陷，提供一种使用液体喷射引导激光加工材料时保持工件表面没有液体积聚的方法和系统。

提供一种液体喷射引导激光系统，包括：用于发射激光束的激光器；液体喷嘴组件；其特征在于：喷嘴组件被配置成连接到液体供给线以形成液体射流；用于将激光束与液体射流耦合的光学元件；空气喷射模块；所述空气喷射模块联接到所述液体喷嘴组件；所述空气喷射模块包括内壁和外​​壁；所述内​​壁形成第一导管，用于接接收液体射流通过；所述外壁与其它零件的内壁形成环绕第一管道的第二管道；所述外壁包括一个气体入口以连接到气体供应管路以形成流通第二管道的气体喷射；通过空气喷射模块的气流围绕着液体射流；空气喷射和液体射流被配置以朝向工件；所述空气喷射模块内​​壁被构造使得气流基本上与液体射流平行；所述内​​壁被构造成使得所述气流从所述液体射流发散。

在上述液体喷射引导激光系统，所述发散角小于30度，所述内壁包括至少一个孔，以形成在第一管道和第二导管之间的流体连通以进行真空补偿；所述其它零件内壁的一端向外逐渐变细。

在上述液体喷射引导激光系统中，所述空气喷射模块外壁的一端向外逐渐变细；所述内壁比外壁长。

在上述液体喷射引导激光系统中，所述内壁包括一个用于接收辅助气流的入口；，所述气体供给管路包含不超过10帕压力的压缩气体，所述气体供给线路包括一压缩气体用10巴的最大压力。

在上述液体喷射引导激光系统中，所述气体流动基本上与液体射流平行，气体流从喷液发散；其中内壁包括至少一个孔，以提供第一管道和第二导管之间的流体连通。用于真空补偿。

提供一种液体喷射引导激光系统，包括：

一种用于发射激光束的激光器；

一种用于从液体供应形成喷液的喷嘴；

用于将激光束耦合到液体喷射的光学元件；

空气喷射支撑件；

所述空气喷射支撑件连接到所述喷嘴；其中空气喷射支撑件包括用于连接气体供应管路以形成气流的气体入口；空气喷射喷嘴；所述中空气喷嘴被构造成使液体射流穿过；所述空气喷嘴被构造成从物理结构上隔离液体喷射和气流；所述空气喷射喷嘴包括气体流和液体喷射之间的流体连接通路，所述空气喷嘴与所述气流基本上与液体射流平行。

在上述液体喷射引导激光系统中，所述空气喷嘴被构造成使得所述气体流从所述液体射流发散；所述空气喷射喷嘴包括至少一个孔，以提供第一导管和第二导管之间的流体连通用于真空补偿；所述气体供应管路包含不超过10帕的压缩气体。

提供一种保持工件表面没有液体积聚的方法，包括：

供给液体到液体喷嘴组件以形成液体射流，所述液体射流被构造成从第一管道射出并且朝向物体表面；

聚焦的激光束到至少一部分液体射流上以形成内部反射；

供给的气体流到空气喷射模块的第二管道，其中所述气流被配置成环绕着第一导管中的喷液，其中所述环绕气流被配置成与所述液体被物理结构隔离。

本发明提供的系统，使用液体喷射引导激光束加工材料，同时保持所述工件表面没有液体积聚的方法和系统。与激光束一起施加一个气流。气流可以是空气射流，它用来清理液体喷射引导激光束加工物体的表面。它可以吹向激光束的工作区域，从而减少由于液体喷射在工件表面上所积聚的液体。空气射流离开气体喷嘴时可被设置成为具有一定气体压力和流动速度以清除物体表面的液体，例如吹离液体以露出工件表面。此外，空气射流可被构造成与液体射流互相不干扰，从而可以最大限度地减少对液体射流的任何影响。

在以下的说明中，术语空气射流可以包括气体流，例如空气流或任何其它气体如氮气，氩气或氧气的流。因此，“空气喷射”一词在本发明的描述中不限定于空气的射流，还包括气体或流体的射流，如氮气流，或气溶胶的流。

空气射流可以被用于有或没有辅助气体的喷液引导激光束。空气射流可以提供辅助气体无法达到的功能。例如，所述辅助气体不能清除的凹面，如积聚液体的空腔。空气射流，由于压力可以独立调节，可以在各种工作表面上吹离液体，例如，凹面或凸面上。由于辅助气体是为了增加液体射流的层流长度，辅助气体只能在有限的范围内调节工作压力和流量，因此不能清除工件表面的液体。由于辅助气流与液体射流发生关系，它们互相之间形成90度角，这种高压并且大入射角的辅助气体能够破坏液体射流。

本发明的空气射流可被配置成包围液体射流和在同一方向上运行，如与液体射流平行或大致平行。在下面的描述中，平行喷气的详细描述被作为典型空气喷射方向的例子。但本发明并不局限与此，空气射流方向可以与液体射流方向相同,例如平行，或者也可以形成-90到+90度之间的角度，例如 - 15度（朝向喷液15度）至+45度（分离开液体喷射45度），其中包括-10，-5，0，5，10，15，20，25，和35度。空气射流可以与液体射流各自分别产生，例如，空气射流可平行同时围绕该喷液再通过耦合单元的固体分离器将它们相互分离。因此，空气射流可独立控制而对于喷液操作没有影响或者影响最小。空气射流和液体射流离开系统时，例如耦合单元，可以在两个分开的出口，例如一个是中间出口，用于喷液、一个是周围出口，用于喷气。在一些实施方案中，可以包括辅助气体，例如，液体射流由辅助气体包裹，辅助气体和液体射流可在系统中合并，例如耦合单元，再从同一个出口喷出。

本发明中的空气射流可允许所述激光束直接处理材料，因为在工作区已经没有任何液体会产生潜在干扰。空气射流可在工件表面上减少液体，如保持表面干燥，以优化液体喷射引导激光束的工作效率。例如，通过减少在表面液体的量，可以将加工头出口方向的背反射最小化或消除。此外，可以增加液体射束在接触点表面上液体的量，而不用担心液体会在表面累积而产生不利的影响。

本发明中的空气射流可通过移除因为液体射流而产生的液体雾气，或由液体雾气积累的液滴，从而提高液体喷射引导激光束的操作效果。例如，工件的加工过程中，液雾可以出现在激光切割头联接部的出口部位。液体雾可以累积并以液滴的形式掉落。由于液体的表面张力，这个液滴可以被拉向，例如接近液体射束。在这种情况下液体射流会瞬间中断，导致激光加工不能正常进行。耦合单元的出口侧可以采用机械方法使得重力将液体滴与液体射束分开，但是一些液滴仍然能够被拉向液体射束，例如，对于表面张力强的液体。

本发明中的空气射流可提高在三维工件腔里面的液体喷射引导激光加工。在加工期间，这样的腔可以迅速充满来自液体射束的液体。实际的喷液在到达工件的表面之前需要穿过液体渗透膜。这种液体膜可以是几毫米至几个厘米厚。这种液体膜可以破坏液体射束与外界环境的屏障，而激光在液体射束中的内反射需要这个屏障。液体射流的动能不足以保持这种液体与环境的屏障。空气射流可以被优化以清除空腔中的液体膜，至少在喷液的工作区域。使得喷液激光可以加工三维结构的工件，而不受影响。为了达到这个目的，液体射流的压力和空气射流的压力需要独立地控制。

附图说明

图1所示具有辅助气体构成的现有技术的液体喷射引导激光束系统。

图2A - 图2B是本发明实施例示出的空气喷射的效果。

图3A - 3C是本发明实施例示出的空气喷射的效果。

图4A - 4C是本发明实施例示出的具有空气喷射的液体喷射引导激光束的操作。

图5A - 5C是本发明实施例示出了空气喷射的不同配置。

图6A - 图6C是本发明实施例示出的空气喷射的不同流动方向。

图7A - 7B是本发明实施例示出了使用液体喷射引导激光束的流程图。

图8是本发明实施例示出了操作液体喷射引导激光系统的流程图。

图9A - 9C是本发明实施例示出了不同的空气射流示意图。

图10是本发明实施例示出了液体喷射引导激光系统，包括具有空气喷射喷嘴的耦合单元。

图11A - 11D是本发明实施例示出的用于液体喷射引导激光加工的耦合单元示意图。

图12是本发明实施例示出了操作液体喷射引导激光系统的流程图。

图13是本发明实施例示出了操作液体喷射引导激光系统的流程图。

图14A - 14B是本发明实施例示出了用于一种液体喷射引导激光系统的耦合单元。

图15是本发明实施例示出了用于液体喷射引导激光加工的耦合单元示意图。

图16A - 16B是本发明实施例示出了使用具有空气喷射的液体射流引导激光束的流程图。

图17A - 17B是本发明实施例示出了用于液体喷射引导激光加工的另一个耦合单元示意图。

图18是本发明实施例示出了用于液体喷射引导激光加工的另一个耦合单元示意图。

图19A - 19B是本发明实施例示出了操作液体喷射引导激光系统的流程图。

具体实施方式

图2A - 图2B是是本发明实施例示出的空气喷射的效果。在图2A中，液体290可以在工件294的一个腔292中积聚。激光束270可以在液体射束240中内反射。由于液体的积聚290，破坏了形成内反射所必须的空气 - 液体界面，激光束被发散277到积聚液体290中。发散的激光束可以降低激光朝向工件表面用于加工的能量。例如切割。

如图2B所示，可以连同液体喷射240一起喷射空气射流230。空气射流可以是气体或气体/液体混合物的流。空气射流可以清除积聚液体，例如将液体295吹离喷液以使得喷液的加工表面没有液体积聚。激光功率可以通过内反射到达工件上，从而保持最小或没有激光功率的损耗。空气射流可以独立于液体射流，压力或流量调节范围很大，而不会影响液体射流的操作。

在一些实施方案中，空气喷射可被配置成包围液体射流。包围的空气喷射可以清除液体射流以及激光束工作区中的液体，嵌入在液体射流中的激光束需要接触到工件的表面才能产生作用。空气射流也可以用于深切割时吹离液体，这种情况液体很容易蓄积。

图3A - 3C是本发明实施例示出了空气喷射的影响。图3A示出了工件394的空腔392中切口310的短边垂直截面图。图3B示出了切口310相应的顶视图。图3C示出了沿着切口310的相应的横截面视图，示出了切口310，喷液340可到达空腔392的底侧，通过切割工件394的材料以形成切口310。包围喷液340的空气射流320沿喷液340运行，将液体喷射和激光束工作区域345的液体吹离。空气射流甚至可以清除切口310中的液体，以露出工作区345，使得激光束能够到达工件表面，而不会在积液中发散。

在一些实施方案中，空气射流可连同辅助气体使用。辅助气体被配置可以优化液体射流的层流长度，而喷气被配置可以优化工件的表面清理。因为很难用辅助气体阻止空腔被液体所淹没，因为最佳状态的辅助气体压力也不足以从空腔中去除液体。辅助气体的状况，如增加辅助气体压力超出最佳工作范围，会破坏或强烈降低液体喷射层流的长度。

在一些实施方案中，本发明公开了系统和方法，在使用液体喷射引导激光进行材料加工时，保持工件表面没有液体积聚从而使得液体喷射直接到达工件表面。利用一个可以控制压力和流量的空气射束冲击液体射束附近的工件表面，以减少或清除累积在表面上的任何液体。空气射流可被构造以减少或消除任何液体喷射中断或飞溅，这个喷射中断或飞溅是由于表面张力而拉向液体射束的液雾液滴引起的。例如，与所述液体射束相同方向并且包围该液体射束的空气射束可以将所述液雾液滴吸引到空气射束中。此外，围绕并且平行的空气射束也可以协助改善喷液的层流长度。

图4A - 4C是本发明实施例示出了具有空气喷射的液体喷射引导激光束的操作示意图。在图4A，液体源400，诸如水流源，被配置成产生一个喷液440。激光束可以进入液体射流440中，其可以照射物体表面490进行加工处理，如切割物体。气体源410，诸如压缩空气，气体或流体源，被配置以产生一个气体射束420。如以上所讨论的，空气喷射也可被称为一个气体喷射或流体喷射，包括气体流或气体/流体混合物流。利用分离器460将液体射流440和空气喷射420分离，至​​少在喷液和空气喷射的开始部分将它们分离。隔板可以使得喷液和空气射流各自独立控制，例如，高压力和高流量的空气喷射可以没有或最小影响喷液的操作。

如图4B所示、一个液体源402及气体源412可以是两个独立的和分开的单元。例如，液体源402通过一个耦合单元以产生液体喷射442，激光源用于聚焦激光束到所述液体射流中和通过液体射流被引导到物体表面492。辅助气源可选择使用，在同一个出口包围液体射束并一起发射出去。辅助气体的参数可以被选择以优化液体射流的层流长度。气体源可以提供一个空气射束422，可在喷液的附近冲击物体表面。

如图4C所示，气体源414可以被嵌入液体源但是可以独立操作，空气喷射424可以与液体射流444在同方向运行。因此可以在一个接近液体射束的区域冲击物体表面。

在一些实施例中，选择空气喷射器424的参数可以清除物体表面积聚的液体。例如，具有3维尺寸494的物体有时会有一个容纳液体的腔·。因此液体喷射束中的液体很容易积聚在这个腔中，形成了能阻碍或干扰液体射流的液体膜，例如，破坏携带有激光束的液柱。空气射流424可以清除液体膜，将液体450吹离工作区455。空气喷射424由此可以清除任何累积的液体，为液体引导激光束提供一个合适的表面414。

图 5A- 5C是本发明实施例示出了空气喷射的不同配置。系统500可以产生液体射束以引导激光束540朝向物体表面590。系统500可以选择性产生辅助气体流包围液体喷射引导激光束540。.辅助气体的配置可以优化改善液体喷射的层流，并且可以与液体喷射在同一个出口离开系统500。

图5A，气体源520可以集成到系统500中以产生空气射束530。空气喷射530可以在相同的方向，例如与液体射流540平行运行，并且可以包围液体射流540，形成与喷液540同心的园环。空气喷射530和喷液540可以从各自的出口喷离系统500，例如，使用液体射流和喷气两个单独的喷嘴，空气喷嘴环绕着液体喷射喷嘴。喷液和空气射流的同心特征可以提供径向对称配置，从而可以有效地改善了液体喷射引导激光束的操作。同心壁可以被用来将空气射流530和液体喷射540隔离开，至少在空气射流530和液体喷射540离开系统500之前。

图5B和5C显示喷气的其他选项。空气射流可以被配置在相同的方向如平行于液体喷射。如图5B所示，单独的空气喷射源522可以用来为液体射束540产生一个空气射流532。如图5C所示，空气喷射源524可以集成到系统500中，它可以产生一个平行的空气射流534.。不同的导管可用于将喷气532/534与喷液540分开，至少在空气射流和液体喷射离开系统500之前是这样。

在一些实施方案中，空气射流可与液体喷射形成一个角度以优化液体喷射引导激光的操作。在一般情况下，空气喷射可以构造使得空气射流撞击工件表面的位置处于或靠近所述液体喷射的表面。由于空气喷射和液体喷射在离开各自的喷嘴之后会有潜在干扰，空气射流可以选择从液体射流发散。

图6A - 图6C是本发明实施例的空气喷射的不同的流动方向。图6A，由于工件691可以靠近放置，例如、一个短距离651（小于2厘米，小于1厘米，或小于0.5厘米）到液体喷射引导激光系统601，空气喷射631可以朝向液体喷射束641的角度在0到-20度之间，或介于0和-10度之间。在激光系统到工件的方向上如果空气射流朝向液体射束如图6A所示，那么空气射流和液体射流之间的角度可以被定义为负角度。如果工件是凸出或平的，激光系统可以不受限制的在整个工件上面移动，可以使用短距离651，此时空气喷嘴可以具有低压和低流量，气体源的操作参数（诸如压力和流量）可调节以产生低压力和低流量的空气喷射。

如图6B所示，工件692可以放置远一点，例如，中距离652（约小于6厘米，小于2厘米，或小于1厘米）到液体喷射引导激光系统602，空气喷射632的方向基本上平行于液体射流642，或者偏离平行方向小于1或2度。如果工件是平的，使激光系统在整个工件上面行进而不受到限制，可以使用中距离652。对于中距离空气喷射可以具有中等压力和流量。例如，气体源的操作参数（诸如压力和流量）可调节以产生具有中等压力（例如低于6帕或小于2帕）和中等流量（例如低于6或小于2每分钟标准升）空气喷射。

如图6C所示，工件693需要远距离放置，例如、一个远距离653（约大于1厘米，大于6厘米，或大于10厘米）到液体喷射引导激光系统603，空气喷射633的方向可以离开喷液643的方向，例如，介于0和30度或者0至45度之间。在激光系统到工件的方向上如果空气射流从液体射流向外，这时空气射流和液体射流之间的角度可以被定义为正角度，如图6C所示。如果工件具有不规则立体表面时，比如工件表面有一个凹陷的空腔，应当使用远距离653。对于远距离653，空气喷射压力可能需要增加，因为喷射远距离653同时还要从一个腔中清除液体。例如，气体源的操作参数（诸如压力和流量）可调节以产生具有高压（如大于10帕或大于6帕的压力）和高流动性（例如大于10或大于6每分钟标准升）。高的压力和流量可以潜在干扰的喷液，例如当平行或朝向喷液时可以缩短液体射流的层流长度。

在一些实施方案中，本发明公开了一种操作液体喷射引导的激光系统，包括产生围绕喷液的独立气流的方法和系统。独立的气流可以是气流或含有气体和一种液体的混合物的流，如气雾流。独立的气流可以被配置与液体射流独立，例如，在宽范围的工作条件下不显著影响喷液的操作。例如，该独立可具有高的压力，例如能够在10帕或者更高压力下运行而不显著缩短液体射流的层流长度。独立流动结构可以配置一个壁或者气流和液体射流之间的隔离来实现，例如在耦合单元的内部，从而使气体射流和液体射流可以各自分开方向运行，如大致平行或形成小的角度（例如，小于30度）。

图7A - 7B是本发明实施例示出了操作喷液引导激光束的流程图。如图7A所示，操作700提供了嵌入在液体喷射内的激光束，例如通过一个系统将激光束聚焦到液体喷射。该系统可选择包括一个辅助气体用于优化喷液层流。液体喷射可以指向物体和接触到物体表面上。操作710提供气体流，例如空气射流到物体的表面上。气流被配置以吹离液体从物体表面。例如，气体流的压力和流速可以设置将液体射束与物体接触表面上的任何液体吹离。气流可以被配置不影响喷液，如不与喷液相交。气流可以被配置为独立于液体喷射，例如，调整操作参数可以不显著影响液体喷射。

如图7B所示，操作730发出指向物体表面的激光束。激光束由一个液体喷射引导。操作740提供气体流指向物体表面。气流被配置为在相同的方向上运行，如基本平行于液体喷射和不与液体喷射相交，并且可以包围该液体喷射。利用分离装置使得气体射流和液体射流平行运行的同时也保持相互分离，例如，气体流和液体流分别从两个独立的喷嘴离开系统。气流参数选择为能够将液体吹离物体表面。

在一些实施方案中，本发明公开了使用液体喷射引导的激光加工材料的系统和方法。该方法包括产生被同心地引导并且围绕喷液的空气喷射柱。该系统可以包括在耦合单元内部采用机械结构将空气射流的和喷液分离。空气射流通过提供少量空气以协助液体喷射克服喷嘴的出口侧的真空影响。

在一些实施方案中，本发明公开了一种操作液体喷射引导的激光系统和方法，包括改变空气喷射的操作条件，例如，方向，压力和流量。例如，对于平的或凹下去的工件，激光系统可以运行接近工件表面，以提高从激光器传递到工件表面的功率。喷气方向可与喷液平行，或者可以朝向喷液。气体压力可以较低，例如小于5帕，小于2帕，或小于1帕的压力。气体流也可以低，例如小于5 SLM（每分钟标准升），小于2 SLM，或小于1 SLM。

在一些实施方案中，不同的空气喷射喷嘴可以被用来提供不同的流动方向。例如，具有平行壁的空气喷射喷嘴，例如壁平行于液体射流流动方向，可以用于产生平行于液流的喷气。具有发散壁的空气喷嘴，例如壁朝着出口端口分开，可被用来产生发散的空气射流，例如离开液体喷射流。

图8是本发明实施例操作液体喷射引导的激光系统的流程图。在操作800，工件的坑槽深度是确定的。坑槽深度可以被确定为从一个腔体的底表面到达该工件最高表面顶部的最大距离。底表面可以是激光系统处理的腔的底表面。在一些实施方案中，设计的切削深度应该考虑到坑槽深度的尺寸。因此，底表面，既激光系统处理的最深空腔的底面，到工件的最高表面可以被作为计算的最大距离。操作810提供一个液体喷射引导的激光系统，设置它的液体喷射层流长度比坑槽深度大的喷液。例如，使用具有层流长度比坑槽深度大的喷液激光系统来加工工件。在一般情况下，该激光系统的设置要高于工件的最高表面，同时喷液可以从激光系统耦合单元的液体喷嘴朝向并到达工件的空腔底表面。

操作820调整气体源的压力，以形成一个空气喷射到达物体表面并且清除物体表面的液体。在一些实施方案中，最大压力可以是10帕或更高。气源的压力可基于工件的坑槽深度和/或者工件表面的液体保持能力进行调整。例如，如果坑槽深度小，例如小于1厘米，工件不会积累多的液体，例如、一个倾斜的平坦的工件，使得液体的表面容易排水、一个低压，例如，小于1帕，例如0.05到1帕之间，或0.5到1帕之间都可以使用。如果坑槽深度是大的，例如，大于0.5 cm或1厘米，由于深腔的存在工件可以累积液体，例如在空腔中。高压可以被用来清除液体表面的积液，例如，将喷液周围区域的液体吹离。喷气压力可以小于10帕，如在0.5到10帕之间，或在1至10帕。

操作830调节空气喷射到物体表面的方向，以减少与所述液体喷射干扰。空气射流的角度可以基于工件的坑槽深度和/或工件的液体保持能力进行调整。空气射流的角度可以通过更换适当的空气喷嘴，例如不同类型的空气喷嘴具有不同的气体方向，诸如平行气体方向，从液体喷射发散的气体方向，或朝向液体喷射会聚的气体方向。

图9A - 9C是本发明实施例示出了不同的空气射流示意图。耦合单元可被构造成允许液体喷射和空气喷射从不同的导管通过。例如，可以在物理结构上将引导喷液的导管和引导空气射流的导管分离。因此，空气喷射和液体射流可在耦合单元的出口合并而没有任何干扰。例如，空气喷射和液体射流可平行运行，或可以形成角度，使得空气喷射和液体射流在耦合单元到工件表面之间这段距离上不会相交。

在一些实施方案中，本发明公开了一种用于处理工件的液体喷射引导激光系统。液体喷射引导激光系统可包括一个发射激光束的激光器，连同一个光学元件，诸如反射镜和/或透镜，用于将激光束与液体环境耦合。液体环境可包括一个组件，以产生液体射流。激光束可耦合进入所述液体射流并且在射流中进行内反射。可以将一个喷嘴模块连接到一个液体供应管路用于形成液体射流。液体供应管路可包括液体源，例如水源或醇源，这是一种压力液体可以进入到喷嘴模块。

液体喷射引导的激光系统可包括一个空气喷射模块，以产生气体流（其可以是气体流或气/液混合物的流动）。气流可以被配置以清除所述液体喷射引导激光系统工作表面上的液体，例如围绕液体射流的表面区域。由于液体射流携带液体，当液体射流接触工件表面时，有些液体可在工件表面积累。累积的液体可以干扰液体喷射引导的激光系统的操作，诸如消除或改变空气 - 液体界面的边界条件，这会改变激光束的方向。

图9A，耦合单元900可包括一个窗口（未示出），喷嘴组件910和空气喷射模块950。喷嘴组件可包括一个孔以形成液体射流940。窗口可以被配置以隔离来自喷嘴的液体射流940产生的液体环境与激光束的干燥环境。

空气喷射模块连接液体于喷嘴模块，例如，接受从液体喷嘴模块中产生的液体射流940，同时也能够形成围绕但是与液体喷射分离的气体流930。例如，空气喷射模块950可以包括一个双管结构，如一个内管952和外管954，内管可以形成第一导管922，用于接受喷液通过。例如，内管可具有中空圆筒形，该中空部的直径大于所通过的液体射束直径。中空圆筒顶部可以有一个较大开口用于连接液体喷嘴模块中的腔952。中空圆柱体可具有直管部用于引导液体喷射以形成层流。

空气喷射模块的内管和外管可以形成围绕所述第一导管的第二导管926。第二导管可以被配置为接受气体流，例如，外管可包括用于连接到一个气体供应管路的气体入口。来自供给管路的气体流通过第二管道产生气体射流。气体射流可以环绕液体喷射。气流930，例如可以是空气射流，可以与液体喷射940同一方向流动，例如，平行于液体射流940。例如，所述外管可以被配置使得所述气流基本上与液体射流平行。例如，外管可以构造使得气体基本上平行于液体射流，例如内管的外表面可以构造基本上平行于液体射流，从而当气流离开空气喷嘴时的方向也是基本上平行于液体喷射方向。空气射流930可以在物体表面990吹离液体995以使得液体射流940可直接作用在物体表面，而不会遇到任何液体膜。空气射流可以由气体供应管路产生，其可以包括一个压力小于或者等于10​​帕的压缩气体。气体供应管路的压力被构造成相对于所述液体喷射可以独立可调。

在一些实施方案中，内管可以包括至少一个孔923，以提供第一导管和第二导管之间的流体通路。例如，少量的气体可以进入喷嘴组件的空腔952，以补偿由于液体射流形成的真空。其它配置也可以使用一个单独的气流引入到空腔952进行真空补偿。

在一些实施方案中，内管952和/或外管954的末端可以暴露于外部环境中向外形成锥形。例如，内管952的末端965形成一个倾斜面或锥形向外表面，它可以引导液滴离开喷液940。外管954末端960也可以形成倾斜面或锥形向外表面，使得空气喷嘴930可以引导围绕着液体射束的液体雾气远离喷液，从而有助于防止液体滴被拉向液体射束。

在一些实施方案中，内管可以比外管长。例如，锥形表面965可突出于锥形表面960。替代地，外管也可以长于内管。例如，锥形表面960可突出超过锥形表面965。

在一些实施方案中，内管可被构造成使得所述气体流发散或会聚于液体喷射。例如，内管的外表面可以是从液体喷射向外远离的锥形，从而气流可以在离开空气喷嘴时形成与液体喷射一个发散角的方向。发散角可以小于45°，小于30度，小于25度，小于20度，小于15度，小于10度，或小于5度。在一些实施方案中，可以提供多个具有不同发​​散角度的喷嘴，便于选择适当发散角的空气喷嘴。

图9B中，空气喷射喷嘴的内管952A可具有向外的锥形，例如，锥形内管952A外表面可以被配置以使得外面的空气射流930A与里面的液体喷射流940呈现发散角度。内管952A可以有一个中间通路用于液体射流940，可以有一个环形通路用于喷气930A。喷气930A可以与液体喷射940在同一个方向上流动，例如，从液体喷流940发散出去，发散角也就是所述圆锥形表面与液体射流流动方向的角度可小于45度，例如小于10，20，30或40度。

如图9C所示，内管952B可具有一个向内的锥形形状，例如，圆锥形内管952B的外表面可以被构造成使得所述外面的空气射流930B会聚到里面的液体射流940。。内管952B可以有一个中间通路用于液体射流940，可以有一个环形通路用于喷气930B。喷气930B可以与液体喷射940在同一个方向上流动，例如，向液体射流940会聚，会聚角也就是所述圆锥形表面与液体射流流动方向的角度可小于45度，例如小于10，20，30或40度。

耦合单元可以采用不同的配置用于引导喷气。耦合单元和空气喷嘴的端部表面可以是平的或锥形的用于向外排出液滴（例如，离开喷液）。用于空气射流可以有不同形状的导管，如同心导管用于平行空气喷射，向外弯曲导管用于空气射流向外发散。

在一些实施方案中，本发明公开了一种用于加工工件的具有插入式空气喷嘴的液体喷射引导激光系统。空气喷嘴插件可被设置在一个耦合单元用于将液体喷射和空气射流分离。插入件有各种式样可以更换，可以产生不同的空气喷射结构。

图10是本发明实施例示出了液体喷射引导激光系统，该系统包括具有空气喷射喷嘴的耦合单元。液体喷射引导激光系统可包括一个激光器1010，和用于将激光束与液体喷射耦合在一起的耦合单元1000。耦合单元1000可以包括光学元件，例如一个窗口1050用于将液体1045与激光系统1010隔离开。激光系统1010包括激光束，它可以被聚焦到液体，例如部分液体或部分液体喷射，从而在喷液中形成内反射。

耦合单元1000可以包括一个喷嘴1060，其可以被配置用于产生朝向工件1090表面的液体射流，同时也能够将激光耦合到所述液体射流。例如、一个液体源可以提供一种液体1045到液体入口1046。该液体可以形成液体射流1040，例如，通过喷嘴或喷嘴组件1060。喷嘴组件1060可以包括一个腔室或空腔1052用于稳定喷液。

耦合单元可包括空气喷射喷嘴1021，它可以包括一个内导管1022用于液体喷射通过。空气喷嘴1021构造成将空气射流1020与喷液从物理上分开，例如屏蔽液体喷射1040不受外部影响，例如屏蔽液体喷射1040不受空气喷射1020影响。空气喷射喷嘴可以有一个空心圆柱的形状，中空部分的直径大于所述液体喷射直径以使得液体喷射通过。中空圆筒顶部可以有一个较大开口用于连接喷嘴模块中的腔1052。中空圆柱体可具有直管部分用于引导液体喷射形成层流。

耦合单元可包括空气喷嘴支撑件1025，它也可以用作耦合单元的主体或支撑件。空气喷嘴1021和空气喷嘴支撑件1025共同形成一个外导管1026，其可以围绕内导管1022。气体或气体/液体混合物1024可以被提供给外导管1026，例如通过气体入口1027，以形成空气射流1020。由于空气喷射和液体喷射由隔板形成物理结构上的分开，例如一个壁，例如空气喷嘴1021，空气喷射和液体射流可彼此独立，这意味着各自可以有一个宽范围的操作条件，包括空气喷射的压力和流量可以宽范围调节同时不至于或极少影响喷液的操作。另外，空气喷射的方向可以调整，诸如向外倾斜，使得空气射流从液体喷射发散，此时较高压力和流量的空气喷射可以不影响喷液。

在一些实施方案中，液体喷嘴1060可以在喷嘴的出口有一个腔1052，以优化液体射流，例如，可以稳定液体喷射。腔1052可以具有低的压力，例如低于外部环境压力。低压，例如在真空条件下，在液体射流形成时可以产生一些湍流。

在一些实施方案中，本发明公开了提供气体到所述液体喷嘴的腔，以补偿真空压力。该气体可以被提供来自气源，或来自空气射流。例如，在空气喷嘴的孔1023可以降低真空水平，例如，增加液体喷嘴空腔1052区域的压力。空气射流可以由气体供应管路产生，其可以包括一个压力小于或者等于10​​帕的压缩气体。气体供应管路的压力可被构造成相对于所述液体喷射独立可调。

在一些实施例中，空气喷射喷嘴的一端1070可以是向外锥形，形成一个向外倾斜的表面或锥形表面，它可以使得任何液滴从远离喷液1040的位置落下。空气喷嘴支撑件的一端1072也可以向外锥形，形成一个向外倾斜的表面或锥形表面，它可以使得任何液滴从远离喷液1040的位置落下。空气喷嘴可以比空气喷嘴支撑件更长一些，例如，在空气喷嘴的端部与空气喷嘴支撑件的端部之间可以有一个距离1075.。

图11A - 11D是本发明实施例示出了用于液体喷射引导激光加工的耦合单元原理示意图。图11A显示了耦合单元的横截面图。 11B - 11D显示了在耦合单元中不同空气喷嘴1170，1172，1174的透视图。透明窗口1120可以被用来将激光束1110和液体喷射1140的液体部分隔离开。透镜（未示出）可用于将激光束1110聚焦到喷液中。液体喷嘴1150可连接到窗口1120，并且留下一个小的间隙，用于接受液体，例如来自液体源1145的水。耦合单元中间有一个开口用于液体出口以产生液体射流1140。喷嘴在相对另一端扩张以形成一个腔1152，可以改善喷液1140的层流。

空气喷射喷嘴1170与液体喷嘴1150连接以形成一个封闭腔1152从而将喷液1140引导到出口。空气喷嘴1170可在外部形成气体流，气体源1135通过该空气喷嘴产生气体流1130。空气喷嘴可以环绕液体射流，并形成一个平行于液体射流方向的空气射流1130。因此空气喷嘴1170被配置以产生一个独立于喷液1140同时也平行和环绕该喷液的空气射流1130。空气喷嘴能够在空气射流1130和喷液1140之间形成隔离，例如，喷液和空气喷射在耦合单元的出口是各自分开的两个出口。空气喷嘴可以提供一种隔离从而使得空气射流可以单独控制，例如控制压力和流速，以达到最佳的表面清除效果，同时不影响液体射流的操作。

不同的空气喷嘴示于图11B - 11D。如图11B所示，空气喷射喷嘴1170可具有一垂直的外表面，例如表面平行于液体射流方向，使得外表面与喷液流动方向的角度大约为零。如图11C所示，空气喷射喷嘴1172可具有垂直向外的外表面，例如，表面与液体射流的方向形成发散角，使得外表面与液体射流流动方向的角度1192大于零。这样的角度方向使得当撞击物体表面时空气射流从喷液发散出去。在图11D、一个空气喷嘴1174可具有一个垂直向内的外表面，例如，表面与液体射流方向形成聚合角，使得外表面与液体射流流动方向的角度1194是小于零。这样的角度方向使得当撞击物体表面时空气射流会聚于液体喷射。当液体射流撞击物体表面时，会聚的空气射流可以接近喷液，但不会干扰喷液。

空气喷嘴的底部1157可以是外锥形，例如，引导任何液滴从液体喷射的远距离滴落从而最小干扰液体喷射。同样地，耦合单元1155的底部1159也可以向外锥形，例如远离喷液通过的中央部。

在一些实施方案中，空气射流1130可以构造以吸引或引导液体雾气离开液体喷射1140。例如，锥形表面1157和1159对大液滴有效果，但是对小的液滴不太有效，如出现在锥形表面的液雾。而空气射流可以引导液雾远离液体喷射，从而防止液体薄雾的累积和潜在破坏喷液操作。

图12是本发明实施例操作液体喷射引导的激光系统的流程图。操作1200供给液体到喷嘴模块以形成液体射流，所述喷液被配置以通过由空气喷射模块的内管形成的第一导管。操作1210聚焦激光束，至少在液体射流的一部分形成内部反射。操作1220供给气流到第二导管以形成空气射流，其中，所述空气喷射模块的内管和外管之间形成第二导管，其中所述空气射流被配置成包围液体射流，其中所述空气射流和液体射流被引导朝向工件。

图13是本发明实施例示出了操作液体喷射引导激光系统的流程图。操作1300供给液体到喷嘴形成液体射流，所述喷液被配置成通过空气喷嘴内的第一导管。操作1310聚焦激光束至少在液体射流的一部分形成内部反射。操作1320供给气流到第二导管以形成空气射流，其中，所述第二导管是由空气喷嘴的外侧和空气喷嘴支撑件的内侧之间形成。其中，所述空气喷射被配置成包围液体射流，其中，所述空气喷射喷嘴将空气喷射和液体喷射屏蔽开来，其中，所述空气喷射和液体喷射被引导朝向工件。

图14A - 14B是本发明实施例示出了用于一种液体喷射引导激光系统中的耦合单元。耦合单元1401可以是数控铣削制作的金属零件。在其顶部有用于接收激光束的锥形入口1402。它的下面是激光窗口1403。在激光窗口1403和液体喷嘴1404之间有钻孔，液体通过这个钻孔充满了激光窗口1403和液体喷嘴1404之间的间隙。液体喷嘴1404通过一个从耦合单元底部安装的反向螺纹零件1406支撑固定。在反向螺纹零件1406和液体喷嘴1404之间安装有一个流体导管状插入件1407，例如空气喷射喷嘴。在该插入件上面有一个同心钻出的中心孔1408，液体喷射1409流过该中心孔，并且与空气喷射1410被机械分离.。所述空气喷射1410是由耦合单元1401内的独立钻孔1415产生的。耦合单元1401内部的机械分离机构产生了一个围绕着液体喷射1409并且同心同方向的圆环柱状气体喷射1410，其中的液体喷射和气体喷射一个在里面一个在外面同时从耦合单元的下面喷出。另外，流体导管状插入件1407入口连接到一个钻孔1415用于产生耦合单元内的空气喷射，流体导管状插入件的形状被构造成使得所述空气喷射1410与液体喷射1409都是同样向下的方向。

反向螺纹零件1406和流体导管状插入件1407二者在出口处都是凸形或圆锥形。凸形或圆锥形可以用来引导累积的液雾从远离液体喷射1409的地方滴落。向下的空气喷射1410作为围绕着液体喷射1409的圆环柱形屏障，能够及时的将反向螺纹零件1406中心附近的液雾液滴吹离。流体导管状插入件1407上面的孔1411用于平衡在液体喷嘴1404腔中的压力。

在一些实施方案中，空气射流可与辅助气体一起使用。辅助气体可以优化喷液层流长度，例如增加液体射流的稳定性，从而使得液体射流更长和稳定。辅助气体可以环绕液体射流，在同一个腔里面产生，并且可以在同一个出口喷出。空气射流可以处理物体表面，例如从表面清除任何累积的液体。空气射流也可以环绕喷液（和辅助气体），并且可以在耦合单元中一个单独的区域产生并且从不同的出口射出以使得相互之间的干扰最小。

图15是本发明实施例用于液体喷射引导激光系统耦合单元的示意图。透明窗口1520可以被用来将激光束1510的干燥部分与液体射流1540的液体部分隔离开来。透镜（未示出）用于将激光束聚焦到液体射束中。液体喷嘴1550可以连接到窗口1520，并且留下一个小的间隙用于接受来自液体源的液体，例如水。液体喷嘴的中间有一个孔用于产生液体喷射。喷嘴的另一端形成一个腔1552，这个腔用于改善喷液1540的层流状况。

辅助气体流1580可被引入到腔体1552，例如，来自一个气源1585。辅助气流1580可以流向喷液射束，然后包围着液体射束一同朝向出口喷出。辅助气体可以调整，例如，具有较低的压力和/或流量，以及时进行所述腔中的真空补偿。真空是由于腔1552中的液体喷射压力所产生的，这可能会影响喷液操作，如造成不稳定的液体喷射。

空气喷嘴1570可连接到耦合单元，例如，形成一个腔1552和引导喷液1540到出口。空气喷嘴1570的外部被成形以能够接受来自气体源1535的喷气1530。空气喷嘴可以环绕液体射流，并接受在一个平行方向的空气射流1530。因此，空气喷嘴可以被配置为产生一个平行和环形柱状并且独立于喷液1540的空气射流1530。空气喷嘴可以在空气射流1530和喷液1540之间形成一个固体部分，从而使得液体射流和空气喷射在两个分开的喷嘴离开耦合单元。空气喷嘴可以形成一个固体分离，从而使得空气喷射，例如独立控制压力和流速，以达到最佳的表面净化效果，同时又不干扰液体射流的操作。

如图所示，空气喷嘴1570具有平行的外表面以提供平行的空气射流，例如空气射流与液体射流在平行的方向流动。其他配置可以使用，如发散或收敛的外表面，以提供发散或会聚的空气射流，空气喷射在同一方向上流动，但是不平行于液体喷射。

图16A - 16B是本发明实施例示出了使用空气喷射操作的液体喷射引导激光束的流程图。图16A，操作1600使液体流到一个耦合单元以形成液体射流。操作1610聚焦激光束到所述液体射流，从而形成一个液体喷射引导的激光束。操作1620形成同一方向上运行的，如平行于液体射流的气流。气流和液流被固体部分隔离。气流被配置以清除液体射流接触的表面。在一些实施例中，气流被配置成包围液体射流，并且与液体射流相同的方向流动。

图16B，操作1630在耦合单元上设置一个空气喷射喷嘴，其中所述耦合单元可操作用于形成液体射流。操作1640形成由液体喷射引导的激光束。操作1650形成一个与液体射流相同方向，例如平行的气流。该气流由空气喷嘴与喷液隔离。

在一些实施方案中，本发明公开了一种方法，当使用液体喷射引导激光系统进行材料加工时，保持工件表面没有液体积聚。该方法可以使用一个同心并且围绕着液体喷射​​的圆环柱形空气喷射。空气喷射由一个流体结构引导使得与液体射流同心并且方向相同，该流体结构从机械构造上将空气喷射与液体射流隔离开。液体射流和空气喷射分别通过各自的出口离开所述耦合单元。在喷射到工件的过程中，空气喷射和液体射流之间的隔离和流动方向在离开耦合单元之后（在耦合单元外部）也都是一直保持完好。空气喷射的压力可以独立控制和调节，例如，根据工件的形状。任何气体可被用作空气喷射，例如空气或洁净的干燥空气。空气喷射可以操作用于降低液体射流，例如水，和环境气体如空气之间的动摩擦。空气喷射可被配置以避免因为液体雾气积累而滴落进入液体射流。

在一些实施方案中，本发明公开了一种装置，当使用液体喷射引导的激光系进行材料加工时，保持工件表面没有液体积聚。该装置可以包括一个空气喷射机构，其可以包括可更换的空气喷嘴，其位于所述液体喷嘴的下方。可更换的空气喷嘴可以允许使用不同长度的流体结构，以适应每一个不同工件的加工要求。

机械流体结构可以被配置作为引导空气喷射，并把它与液体喷射隔离。机械流体结构可以包含一个或多个排气孔，从而将空气喷射连接到所述液体喷嘴腔，以利用空气喷射中的空气补偿液体喷嘴腔中的真空，该真空是由于耦合单元内液体喷射压力低于空气喷嘴压力所产生的。真空将空气拉向喷嘴腔。

在一些实施方案中，耦合单元中反向螺纹零件和空气喷射机构二者在出口处都是凸形或圆锥形，用来引导累积的液雾从远离中心钻孔和液体喷射的地方滴落。

在一些实施方案中，耦合单元的空腔可以形成一个低于出口处压力的真空，该出口用于液体流过并且形成液体射流。真空可以影响液体喷射的操作，如造成不稳定的液体喷射。为了避免在喷嘴下方真空的出现，所述腔可设置通路与外部环境联通以平衡压力。例如，在空气喷嘴顶部可以制作多个竖直定向的小钻孔，它们将空气喷射与喷嘴腔连接。小钻孔的方向相对于所述正常空气喷嘴的角度可以是- 45°到+45°之间。从而使空气射流不是强制性喷入到喷嘴腔，而仅仅是作为一个通道，通过该通道喷嘴腔可利用真空效应将空气吸入。

图17A - 17B是本发明实施例示出的用于液体喷射引导激光系统的另一个耦合单元示意图。图17A示出了耦合单元的截面图。图17B示出了耦合单元中空气喷嘴1770的透视图。透明窗口可用于将激光束的干燥部分和液体射流1740的液体部分隔离。液体喷嘴1750可连接到窗口1720，并且留下一个小的间隙，用于从液体源接受液体。该喷嘴的上面中间有一个开口用于液体流出并且形成液体射流1740，在下面的中间有一个张开形状以形成腔体1752，用于改善喷液1740的层流。

空气喷嘴1770可连接到液体喷嘴，并且形成封闭腔1752和将喷液1740引导到出口。空气喷嘴1770外表面的形状构造成可以接受来自气体源1735的喷气1730。空气喷嘴可以环绕液体射流，并产生一个平行方向的空气射流1730。空气喷嘴1770可以有一个或多个小孔1775，将空气射流1730连接到腔1752。可以平衡腔与外部的压力差，从而可以减少或消除腔中的真空。

如图所示，空气喷嘴1770具有平行的外表面以提供平行的空气射流，例如空气喷射在平行于液体喷射的方向流动。其他配置可以使用，如发散或会聚的外表面，以提供发散或会聚的空气射流，例如空气喷射在同一方向上运行，但是不平行于液体喷射。

图18是本发明实施例示出了用于液体喷射引导激光加工的另一种耦合单元示意图。透明窗口可用于将激光束的干燥部分和液体射流1840的液体部分隔离。喷嘴1850可连接到窗口1820，并且留下一个小的间隙，用于接收来自液体源的液体。该喷嘴的上面中间有一个开口用于液体流出并且形成液体射流1840，在下面的中间有一个张开形状以形成腔体1852，用于改善喷液1840的层流。

辅助气体流1880可被引入到腔体1852，例如，从一个气源。辅助气体流1880可以流向液体射流，然后包围液体射流并且一起朝向出口流动。辅助气体可以调整，例如，具有较低的压力和/或流量，使得在所述腔可以进行及时的真空补偿。真空是由于腔1852中的液体喷射压力所产生的，这可能会影响喷液操作，如造成不稳定的液体喷射。

空气喷射喷嘴1870可连接到液体喷嘴，并且形成一个封闭腔1852和引导喷液1840到出口。空气喷嘴可以环绕液体射流，并接收在相同方向流动的喷气1830，例如平行方向。因此，空气喷嘴可以被配置为产生一个平行和环绕的空气喷射1830，该空气喷射与液体喷射1840互相独立。空气喷嘴1870可以有一个或多个小孔1875，它连接空气射流1830与腔1852，该孔1875可均衡腔与外部的压力差，从而可以减少或消除在空腔区域中的真空。

如图所示，空气喷嘴1870具有平行的外表面以提供平行的空气射流，例如空气射流在平行于液体射流的方向流动。其他配置也可以使用，如发散或收敛的外表面，以提供发散或会聚的空气射流，例如空气喷射在同一方向上运行，但是不平行于液体射流。

图19A - 19B是本发明实施例示出了操作液体喷射引导激光系统的流程图。在图19A，操作1900使液体流入到空腔区域，再从空腔的出口以液体射流的形式喷出。喷液内部有激光束。操作1910利用腔和气流之间的流体通路均衡腔中的压力。

图19B中，操作1930提供一种空气喷射喷嘴到耦合单元。耦合单元可操作用于形成液体射流。操作1940形成一个液体喷射引导的激光束。操作1950形成例如平行于液体射流方向的气流。气流由空气喷嘴与喷液隔离。操作1960利用耦合单元和气流之间的流体通路均衡耦合单元中的压力。

Claims (9)

1.一种液体喷射引导激光系统，包括：用于发射激光束的激光器；液体喷嘴组件；其特征在于：喷嘴组件被配置成连接到液体供给线以形成液体射流；用于将激光束与液体射流耦合的光学元件；空气喷射模块；所述空气喷射模块联接到所述液体喷嘴组件；所述空气喷射模块包括内壁和外​​壁；所述内​​壁形成第一导管，用于接接收液体射流通过；所述外壁与其它零件的内壁形成环绕第一管道的第二管道；所述外壁包括一个气体入口以连接到气体供应管路以形成流通第二管道的气体喷射；通过空气喷射模块的气流围绕着液体射流；空气喷射和液体射流被配置以朝向工件；所述空气喷射模块内​​壁被构造使得气流基本上与液体射流平行；所述内​​壁被构造成使得所述气流从所述液体射流发散。

2.根据权利要求1所述的液体喷射引导激光系统，所述发散角小于30度，所述内壁包括至少一个孔，以形成在第一管道和第二导管之间的流体连通以进行真空补偿；所述其它零件内壁的一端向外逐渐变细。

3.根据权利要求2所述的液体喷射引导激光系统，所述空气喷射模块外壁的一端向外逐渐变细；所述内壁比外壁长。

4.根据权利要求3所述的液体喷射引导激光系统，所述内壁包括一个用于接收辅助气流的入口；，所述气体供给管路包含不超过10帕压力的压缩气体，所述气体供给线路包括一压缩气体用10巴的最大压力。

5.根据权利要求4所述的液体喷射引导激光系统，所述气体流动基本上与液体射流平行，气体流从喷液发散；其中内壁包括至少一个孔，以提供第一管道和第二导管之间的流体连通。

6.用于真空补偿。

7.一种液体喷射引导激光系统，包括：

一种用于发射激光束的激光器；

一种用于从液体供应形成喷液的喷嘴；

用于将激光束耦合到液体喷射的光学元件；

空气喷射支撑件；

其特征在于：所述空气喷射支撑件连接到所述喷嘴；其中空气喷射支撑件包括用于连接气体供应管路以形成气流的气体入口；空气喷射喷嘴；所述中空气喷嘴被构造成使液体射流穿过；所述空气喷嘴被构造成从物理结构上隔离液体喷射和气流；所述空气喷射喷嘴包括气体流和液体喷射之间的流体连接通路，所述空气喷嘴与所述气流基本上与液体射流平行。

8.根据权利要求6所述的液体喷射引导激光系统，其特征在于：所述空气喷嘴被构造成使得所述气体流从所述液体射流发散；所述空气喷射喷嘴包括至少一个孔，以提供第一导管和第二导管之间的流体连通用于真空补偿；所述气体供应管路包含不超过10帕的压缩气体。

9.一种保持工件表面没有液体积聚的方法，包括：

供给液体到液体喷嘴组件以形成液体射流，所述液体射流被构造成从第一管道射出并且朝向物体表面；

聚焦的激光束到至少一部分液体射流上以形成内部反射；

供给的气体流到空气喷射模块的第二管道，其中所述气流被配置成环绕着第一导管中的喷液，其中所述环绕气流被配置成与所述液体被物理结构隔离。