CN113634921A - 多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头 - Google Patents

多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头 Download PDF

Info

Publication number
CN113634921A
CN113634921A CN202111116163.2A CN202111116163A CN113634921A CN 113634921 A CN113634921 A CN 113634921A CN 202111116163 A CN202111116163 A CN 202111116163A CN 113634921 A CN113634921 A CN 113634921A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
component
laser
optical coupling
coupling cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111116163.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113634921B (zh
Inventor
赵玉刚
刘谦
郑志龙
王珂
赵国勇
李丽
张桂香
孟建兵
周海安
曹辰
邓曰明
高跃武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University of Technology
Original Assignee
Shandong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University of Technology filed Critical Shandong University of Technology
Priority to CN202111116163.2A priority Critical patent/CN113634921B/zh
Publication of CN113634921A publication Critical patent/CN113634921A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113634921B publication Critical patent/CN113634921B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0626—Energy control of the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其特征为：光学聚焦透镜为多焦点聚焦透镜，激光束经过多焦点聚焦透镜射入水射流宝石喷嘴后，沿着水射流的轴心线形成沿直线分布的多个聚焦点再发散，通过全反射沿水射流传导。传统水导激光水光耦合对准切割头激光通过聚焦透镜后只有一个聚焦点，能量密度高、易产生气爆，因而适用的激光功率小、切割效率低，而该切割头有多个激光聚焦点，激光功率在每个聚焦点的激光能量密度显著降低，有效避免了气爆和水射流宝石喷嘴破坏现象的产生，显著提高水导激光的加工效率。

Description

多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头
技术领域
本发明属于水导激光加工技术领域，特别涉及一种多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头。
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)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。
传统的水导激光切割头存在两大问题：(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)水光耦合对准精度低，难以快速精准实现聚焦点与导光水射流水柱的对中，导致激光与喷嘴表面发生干涉、水射流宝石喷嘴保持架破坏、水导激光加工无法继续进行。上述问题的存在，严重制约了水导激光加工技术的应用推广。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多个情况下实现多个聚焦点与导光水射流水柱对中，发明人发明了多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头。
发明内容
本发明的目的是提供一种多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，主要解决传统的水导激光切割头在使用大功率激光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：
多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，包括多焦点聚焦透镜部件(1040)、激光光纤连接头(101)、扩束准直透镜组部件(1020)、分光镜部件(1030)、CCD摄像机调节旋钮(105)、全反射镜部件(1060)、衰减片部件(1070)、滤光片部件(1080)、CCD摄像机(109)、水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)、水光耦合腔部件(6)等；激光透过多焦点聚焦透镜部件(1040)中的多焦点聚焦透镜(104)形成多个聚焦点，这些聚焦点沿着多焦点聚焦透镜(104)的轴心线均匀分布；由水光耦合腔三坐标移动调节部件调整多焦点聚焦透镜(104)与水光耦合腔部件(6)的相对位置，使得激光通过多焦点聚焦透镜(104)形成的多个聚焦点(111)与水光耦合腔部件(6)中的水射流宝石喷嘴保持架(606)中心线同轴、并保证激光与水射流宝石喷嘴(605)上表面不发生干涉，激光通过多个聚焦点(111)上相应的聚焦点后再发散、射向导光水射流水柱(8)的内表面，再经全反射沿导光水射流水柱(8)的内部传导。
所述的多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其多焦点聚焦透镜(104)其曲面由多个轴心线相同、半径不同的球面相交而成，位于最顶部球面其半径R1最大，距离轴心线越远的环形球面其半径越小，距离轴心线最远也即最边缘位置环形球面其半径Rn最小；多聚焦点透镜(104)边缘位置环形球面半径Rn最小，激光透过该环形球面形成的聚焦点距离多聚焦点透镜(104)的底面最近；在多聚焦点透镜(104)顶部球面其半径R1最大，激光透过该环形球面形成的聚焦点距离多聚焦点透镜(104)的底面最远；激光透过多聚焦点透镜(104)形成多个聚焦点(111)，聚焦点(111)沿着多聚焦点透镜(104)的轴心线均匀分布；为使得每个聚焦点(111)的激光能量分布相等，多聚焦点透镜(104)其同轴的顶部球面和每一个环形球面沿轴心线的投影面积相等，设多聚焦点透镜(104)顶部球面和环形球面的总数为n个，顶部球面沿轴心线在水平面投影的平面圆半径为r1，最外边环形球面(114)沿轴心线在水平面投影的平面圆环外圆半径为rn，在已知rn的情况下，第i(取值范围：1至n-1)个平面圆(i＝1时)和平面圆环外圆半径计算公式为：
Figure BDA0003275399290000021
所述的多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其激光光纤连接头(101)是一个环形柱体，激光光纤连接头(101)内有用于激光传输的导光孔，激光光纤连接头(101)上端接入光纤，下方连接扩束准直透镜组部件(1020)；扩束准直透镜组部件(1020)内有激光传的输导光孔和上下分布的凹透镜、凸透镜；扩束准直透镜组部件(1020)下方安装有分光镜部件(1030)，分光镜部件(1030)中安装有分光镜(103)；多焦点聚焦透镜部件(1040)中安装有多焦点聚焦透镜(104)，多焦点聚焦透镜部件(1040)安装在分光镜部件(1030)下方；多焦点聚焦透镜部件(1040)下方通过螺栓连接水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)，水光耦合腔部件(6)通过卡扣结构与上方的水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)连接；分光镜(103)与多焦点聚焦透镜(104)轴线成45°夹角安装；分光镜部件(1030)的左侧安装有全反射镜部件(1060)，全反射镜部件(1060)中安装有全反射镜(106)，全反射镜(106)与分光镜(103)平行安装；CCD摄像机调节旋钮(105)安装在全反射镜部件(1060)的左下方，全反射镜部件(1060)正上方安装有滤光片部件(1070)，滤光片部件(1070)中安装有滤光片(107)；滤光片部件(1070)的上方安装有衰减片部件(1080)，衰减片部件(1080)中安装有衰减片(108)；CCD摄像机(109)安装在衰减片部件(1080)上方，CCD摄像机(109)呈正方体形状，上壁开有连接口；CCD摄像机(109)、衰减片部件(1080)、滤光片部件(1070)和全反射镜部件(1060)依次从上到下安装在同一垂直线上；激光光纤连接头(101)、扩束准直透镜组部件(1020)、分光镜部件(1030)、多焦点聚焦透镜部件(1040)、水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)，水光耦合腔部件(6)依次从上到下安装在同一垂直线上。
水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)包括连接内筒(501)、传动滑筒(502)、X方向调节旋钮(503)、X方向圆柱形传动导轨(504)、外滑套(505)、内滑套(506)、Y方向调节旋钮(507)、Y方向圆柱形传动导轨(508)、Z轴调节套筒(509)、511-X方向压缩弹簧，512-Y方向压缩弹簧，513-键等；
连接内筒(501)下部圆筒、传动滑筒(502)上部圆筒、Z轴调节套筒(509)为圆筒形空心结构，传动滑筒(502)上部圆筒的外径比连接内筒(501)下部圆筒的内径小，两者属于间隙配合，Z轴调节套筒(509)上部分连接内筒(501)外部圆筒、下部分连接传动滑筒(502)的外部圆筒；
连接内筒(501)通过其上部螺钉与上方的多焦点聚焦透镜部件(1040)连接，连接内筒(501)和传动滑筒(502)的外壁开有键槽，键槽内放有键(513)，键槽与键(513)使得连接内筒(501)和传动滑筒(502)不能产生相对转动；连接内筒(501)外壁开有正向外螺纹，传动滑筒(502)外壁开有反向外螺纹，在连接内筒(501)和传动滑筒(502)的外侧安装有Z轴调节套筒(509)；Z轴调节套筒(509)的内壁上部开有正向内螺纹，下部开有反向内螺纹；通过Z轴调节套筒(509)的转动实现连接内筒(501)和传动滑筒(502)相对移动，进而实现水光耦合腔部件(6)的Z轴调节，调节多焦点聚焦透镜(104)与水光耦合腔部件(6)的直线距离；
传动滑筒(502)下部、外滑套(505)、内滑套(506)都是圆筒形空心结构，两条X方向圆柱形传动导轨(504)在X方向同一水平面穿过传动滑筒(502)、外滑套(505)和内滑套(506)，用作传动滑筒(502)、内滑套(506)之间相对移动的导轨；X方向圆柱形传动导轨(504)与传动滑筒(502)、内滑套(506)的配合孔一个为过盈配合、一个为间隙配合；X方向调节旋钮(503)的螺杆与两条X方向圆柱形传动导轨(504)、内滑套(506)另一侧的X方向压缩弹簧(511)处于同一水平面；X方向压缩弹簧(511)安装于传动滑筒(502)和内滑套(506)之间；传动滑筒(502)上开有螺纹孔，内滑套(506)外壁开有盲孔，用于安装X方向压缩弹簧(511)；内滑套(506)的一侧与X方向调节旋钮(503)的螺杆前端接触，另一侧压向X方向压缩弹簧(511)；
X方向调节旋钮(503)通过螺杆与传动滑筒(502)连接；旋转X方向调节旋钮(503)，控制螺杆的前端伸缩；顺时针旋转X方向调节旋钮(503)时，内滑套(506)沿X轴负方向的移动；逆时针旋转X方向调节旋钮(503)时，在X方向压缩弹簧(511)的反作用力的推动下内滑套(506)沿X轴正方向移动，从而控制水光耦合腔部件(6)沿X轴正负方向的移动；
四条Y方向圆柱形传动导轨(508)在Y方向同一水平面两两平行、前后对称穿过传动滑筒(502)、外滑套(505)，用作传动滑筒(502)、外滑套(505)之间相对移动的导轨；Y方向圆柱形传动导轨(508)与外滑套(505)的配合孔为过盈配合、与传动滑筒(502)的配合孔为间隙配合；Y方向调节旋钮(507)的螺杆与四条Y方向圆柱形传动导轨(508)、传动滑筒(502)另一侧的Y方向压缩弹簧(512)处于同一水平面，Y方向压缩弹簧(512)安装于传动滑筒(502)和外滑套(505)之间；传动滑筒(502)外壁上开有盲孔，外滑套(505)开有螺纹孔，用于安装Y方向压缩弹簧(512)；传动滑筒(502)的一侧外壁与Y方向调节旋钮(507)的螺杆前端接触，另一侧外壁压向Y方向压缩弹簧(512)；
Y方向调节旋钮(507)通过螺杆与外滑套(505)连接；Y方向调节旋钮(507)控制螺杆的前端伸缩，控制传动滑筒(502)沿Y轴正与负方向的移动，从而控制水光耦合腔部件(6)沿Y轴正与负方向的移动；顺时针旋转Y方向调节旋钮(507)时传动滑筒(502)沿Y轴正方向的移动；逆时针旋转Y方向调节旋钮(507)时，在Y方向压缩弹簧(512)的反作用力的推动下传动滑筒(502)沿Y轴负方向移动；内滑套(506)下部分内壁开有环形母扣，用于连接水光耦合腔部件(6)；
四条Y方向圆柱形传动导轨(508)、两条X方向圆柱形传动导轨(504)、X方向调节旋钮(503)、Y方向调节旋钮(507)、X方向压缩弹簧(511)、Y方向压缩弹簧(512)在同一个平面内；水光耦合腔部件(6)的X轴和Y轴位移调节控制，在X轴和Y轴所在的同一个平面内实现；
水光耦合腔部件(6)包括定位滚珠(601)、高压水连接头(602)、高压气连接头(603)、水腔密封镜支撑架(604)、水射流宝石喷嘴(605)、水射流宝石喷嘴保持架(606)、进气环孔(607)，气体环形缓冲区(608)，水光耦合腔壳体(609)，水腔密封镜片(610)，环形缓冲区(611)，环形柱状喷气口(613)；水腔密封镜支撑架(604)上部外侧有旋转三叶形结构卡扣，通过该卡扣和内滑套(506)上的环形母扣连接，同时通过定位滚珠(601)实现与水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)的位置定位；水腔密封镜支撑架(604)下方开设有水腔密封镜槽，用于安装水腔密封镜片(610)；水腔密封镜支撑架(604)上部外侧通过螺纹与水光耦合腔壳体(609)连接，水光耦合腔壳体(609)左侧平面部位安装有高压水连接头(602)和高压气连接头(603)，高压水连接头(602)右侧通过进水通道与环形缓冲区(611)连接；水射流宝石喷嘴保持架(606)位于水光耦合腔壳体(609)下部，通过螺纹固定于水光耦合腔壳体(609)中；水射流宝石喷嘴保持架(606)内开设有喷嘴保持架导流孔(616)，喷嘴保持架导流孔(616)的顶部安装有水射流宝石喷嘴(605)，在水射流宝石喷嘴(605)中部开设有圆柱形喷口；
水射流宝石喷嘴保持架(606)的中部外壁有进气环孔(607)，高压气连接头(603)通过进气通道与进气环孔(607)连接，进气环孔(607)通过4个进气孔(614)与气体环形缓冲区(608)相连接，气体环形缓冲区(608)下方连接环形柱状喷气口(613)；
所述的水腔密封镜支撑架(604)下方开设有水腔密封镜槽，水腔密封镜槽中安装有密封圈和水腔密封镜片(610)；水光耦合腔壳体(609)开设有水射流宝石喷嘴保持架(606)安装孔；水射流宝石喷嘴保持架(606)开设有水射流宝石喷嘴(605)安装盲孔，水射流宝石喷嘴保持架(606)与圆柱状水射流宝石喷嘴(605)过盈配合安装；水射流宝石喷嘴(605)圆形喷口与其下的导流孔在同一轴心线上，水射流宝石喷嘴(605)圆形喷口内径小，其下的导流孔内径大；水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间通过密封圈二(617)密封，防止高压水通过水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间的间隙从水光耦合腔部件(6)下部泄露；水光耦合腔壳体(609)与水腔密封镜支撑架(604)通过密封圈三(618)密封，防止高压水通过水光耦合腔壳体(609)与水腔密封镜支撑架(604)之间的间隙从水光耦合腔部件(6)上部泄露。
所述水光耦合腔壳体(609)左侧开设有高压水连接头(602)，去离子水经进水通道进入环形缓冲区(611)，进入环形缓冲区(611)的去离子水，在压力作用下沿进入环形缓冲区(611)上部圆柱侧面与水光耦合腔壳体(609)孔内壁之间的流道进入水射流宝石喷嘴保持架(606)的上方空腔，之后去离子水从水射流宝石喷嘴(605)圆形喷口喷出形成微细高压水射流；
水光耦合腔壳体(609)左侧开设有高压气连接头(603)，高压气体经进气通道进入进气环孔(607)，再经4个进气孔(614)进入气体环形缓冲区(608)，在高压作用下从环形柱状喷气口(613)喷出，吹向被加工工件表面，将工件表面的积水吹走；水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间通过密封圈一(612)密封，防止高压气流通过水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间的间隙从水光耦合腔部件(6)下部泄露。
本发明的多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，具有以下优点和效果：
(1)本发明的多焦点聚焦透镜(104)，激光透过该透镜形成多个聚焦点，激光的能量分布于多个聚焦点(111)的每一个聚焦点中，每一个聚焦点的能量密度显著降低，从而避免由于单一聚焦点能量密度过大导致的导光水射流水柱(8)气爆产生、水光耦合中断现象的发生，使得激光的功率显著提高，水导激光的加工效率随之显著提高。
(2)本发明的CCD摄像机上能清晰的显示聚焦点的形状和位置，在CCD摄像机实时监控下控制系统微调水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)，使多个聚焦点(111)位于导光水射流水柱(8)的轴心线上，多个聚焦点(111)的最上部聚焦点与水射流宝石喷嘴(605)上表面基本平齐，从而实现了多焦点聚焦透镜(104)大功率无气爆水导激光的快速精准耦合，彻底消除了因耦合精度低导致水射流宝石喷嘴(605)损坏、水光耦合中断现象的发生，显著提高了水导激光加工系统的加工效率。
附图说明
图1是多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头的外观图；
图2是图1的正视示意图；
图3是图2沿A-A方向的剖视示意图；
图4是多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头激光光路的原理示意图；
图5是图3中圆圈内零部件安装结构放大示意图；
图6是图5中沿B-B方向的剖视结构示意图，也是水光耦合腔部件(6)在水平面内X轴与Y轴坐标移动调节部件的部分结构示意图；
图7是图1中水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)的结构示意图；
图8是图1中水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)的水平面X轴与Y轴坐标调节部件结构示意图；
图9是图1中水光耦合腔部件(6)的结构示意图；
图10是图2中水光耦合腔部件(6)的剖视示意图。
图11是激光功率在每个聚焦点等功率分布的多焦点聚焦透镜结构原理图。
其中：101-激光光纤连接头，1020-扩束准直透镜组部件，1030-分光镜部件，1040-多焦点聚焦透镜部件，105-CCD摄像机调节旋钮，1060-全反射镜部件，1070-衰减片部件，1080-滤光片部件，109-CCD摄像机，5-水光耦合腔三坐标移动调节部件，6-水光耦合腔部件，102-扩束准直透镜组，103-分光镜，104-多焦点聚焦透镜，106-全反射镜，107-衰减片，108-滤光片，1-激光器，2-光纤激光束，110-水光耦合腔，111-聚焦点，8-导光水射流水柱，9-被加工工件，501-连接内筒，502-传动滑筒，503-X方向调节旋钮，504-X方向圆柱形传动导轨，505-外滑套，506-内滑套，507-Y方向调节旋钮，508-Y方向圆柱形传动导轨，509-Z轴调节套筒，510-外滑套通孔，511-X方向压缩弹簧，512-Y方向压缩弹簧，513-键，601-定位滚珠，602-高压水连接头，603-高压气连接头，604-水腔密封镜支撑架，605-水射流宝石喷嘴，606-水射流宝石喷嘴保持架，607-进气环孔，608-气体环形缓冲区，609-水光耦合腔壳体，610-水腔密封镜片，611-环形缓冲区，612-密封圈一，613-环形柱状喷气口，614-进气孔，615-气流喷嘴安装拆卸孔，616-喷嘴保持架导流孔，617-密封圈二，618-密封圈三，Rn-最边缘位置环形球面半径，R1-顶部球面其半径，114-最外边环形球面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
图1-图3所示，多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，右侧包括由上而下依次设置激光光纤连接头(101)、扩束准直透镜组部件(1020)、分光镜部件(1030)、多焦点聚焦透镜部件(1040)、水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)、水光耦合腔部件(6)，左侧包括由上而下依次设置CCD摄像机(109)、滤光片部件(1080)、衰减片部件(1070)、全反射镜部件(1060)；激光光纤连接头(101)是一个环形柱体，激光光纤连接头(101)内有激光传输的激光光纤连接头导光孔，激光光纤连接头(101)上端接入光纤，下方连接扩束准直透镜组部件(1020)，扩束准直透镜组部件(1020)内有激光传输的扩束准直透镜组导光孔，下方安装有分光镜部件(1030)；多焦点聚焦透镜部件(1040)中安装有多焦点聚焦透镜(104)，多焦点聚焦透镜部件(1040)安装在分光镜部件(1030)下方；分光镜部件(1030)中的分光镜(103)与多焦点聚焦透镜(104)轴线成45°夹角安装，分光镜(103)与全反射镜(106)平行安装，CCD摄像机调节旋钮(105)安装在全反射镜部件(1060)的左下方，全反射镜部件(1060)正上方安装有滤光片部件(1070)，滤光片部件(1070)中安装有滤光片(107)；滤光片部件(1070)的上方安装有衰减片部件(1080)，衰减片部件(1080)中安装有衰减片(108)；CCD摄像机(109)安装在衰减片部件(1080)上方；CCD摄像机(109)呈正方体形状，上壁开有连接口；，CCD摄像机(109)、衰减片部件(1080)、滤光片部件(1070)和全反射镜部件(1060)依次从上到下安装在同一垂直线上。
如图4所示，激光器(1)发出的激光进入光纤形成光纤激光束(2)，再经过扩束准直透镜组(102)和分光镜(103)，到达多焦点聚焦透镜(104)，穿过曲率多焦点聚焦透镜(104)的激光束，射入水光耦合腔部件(6)后沿导光水射流水柱(8)轴心线从上到下聚焦为沿透镜轴线分布的多个聚焦点(111)，再发散、射向导光水射流水柱(8)的内表面，再经全反射沿导光水射流水柱(8)传输到达被加工工件(9)表面，从而对被加工工件(8)进行加工；从水光耦合腔部件(6)经多焦点聚焦透镜(104)反射回来的光线，经分光镜(103)和全反射镜(106)的反射，再经滤光片(108)、衰减片(107)，到达CCD摄像机(109)，经CCD摄像机调节旋钮(105)进行微调，同时在CCD摄像机(109)显示屏上可以看到清晰的激光光斑圆心大致在中心十字交线上，在CCD摄像机(109)可以看到激光从多焦点聚焦透镜(104)射入水光耦合腔部件(6)的激光光束与导光水射流水柱(8)的对准情况。
图5-图8所示，水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)包括连接内筒(501)、传动滑筒(502)、X方向调节旋钮(503)、X方向圆柱形传动导轨(504)、外滑套(505)内滑套(506)、Y方向调节旋钮(507)、Y方向圆柱形传动导轨(508)、Z轴调节套筒(509)、511-X方向压缩弹簧，512-Y方向压缩弹簧，513-键等；连接内筒(501)下部圆筒、传动滑筒(502)上部圆筒、Z轴调节套筒(509)为圆筒形空心结构，传动滑筒(502)上部圆筒的外径比连接内筒(501)下部圆筒的内径小，两者属于间隙配合，Z轴调节套筒(509)上部分连接内筒(501)外部圆筒、下部分连接传动滑筒(502)的外部圆筒；连接内筒(501)通过其上部螺钉与上方的多焦点聚焦透镜部件(1040)连接，连接内筒(501)和传动滑筒(502)的外壁开有键槽，键槽内放有键(513)，键槽与键(513)使得连接内筒(501)和传动滑筒(502)不能产生相对转动；连接内筒(501)外壁开有正向外螺纹，传动滑筒(502)外壁开有反向外螺纹，在连接内筒(501)和传动滑筒(502)的外侧安装有Z轴调节套筒(509)；Z轴调节套筒(509)的内壁上部开有正向内螺纹，下部开有反向内螺纹；通过Z轴调节套筒(509)的转动实现连接内筒(501)和传动滑筒(502)相对移动，进而实现水光耦合腔部件(6)的Z轴调节，调节多焦点聚焦透镜(104)与水光耦合腔部件(6)的直线距离；传动滑筒(502)下部、外滑套(505)、内滑套(506)都是圆筒形空心结构，两条X方向圆柱形传动导轨(504)在X方向同一水平面穿过传动滑筒(502)、外滑套(505)和内滑套(506)，用作传动滑筒(502)、内滑套(506)之间相对移动的导轨；X方向圆柱形传动导轨(504)与传动滑筒(502)、内滑套(506)的配合孔一个为过盈配合、一个为间隙配合；X方向调节旋钮(503)的螺杆与两条X方向圆柱形传动导轨(504)、内滑套(506)另一侧的X方向压缩弹簧(511)处于同一水平面，X方向压缩弹簧(511)安装于传动滑筒(502)和内滑套(506)之间；传动滑筒(502)上开有螺纹孔，内滑套(506)外壁开有盲孔，用于安装X方向压缩弹簧(511)；内滑套(506)的一侧与X方向调节旋钮(503)的螺杆前端接触，另一侧压向X方向压缩弹簧(511)；X方向调节旋钮(503)通过螺杆与传动滑筒(502)连接；旋转X方向调节旋钮(503)，控制螺杆的前端伸缩；顺时针旋转X方向调节旋钮(503)时，内滑套(506)沿X轴负方向的移动；逆时针旋转X方向调节旋钮(503)时，在X方向压缩弹簧(511)的反作用力的推动下内滑套(506)沿X轴正方向移动，从而控制水光耦合腔部件(6)沿X轴正负方向的移动；四条Y方向圆柱形传动导轨(508)在Y方向同一水平面两两平行、前后对称穿过传动滑筒(502)、外滑套(505)，用作传动滑筒(502)、外滑套(505)之间相对移动的导轨；Y方向圆柱形传动导轨(508)与外滑套(505)的配合孔为过盈配合、与传动滑筒(502)的配合孔为间隙配合；Y方向调节旋钮(507)的螺杆与四条Y方向圆柱形传动导轨(508)、传动滑筒(502)另一侧的Y方向压缩弹簧(512)处于同一水平面，Y方向压缩弹簧(512)安装于传动滑筒(502)和外滑套(505)之间；传动滑筒(502)外壁上开有盲孔，外滑套(505)开有螺纹孔，用于安装Y方向压缩弹簧(512)；传动滑筒(502)的一侧外壁与Y方向调节旋钮(507)的螺杆前端接触，另一侧外壁压向Y方向压缩弹簧(512)；Y方向调节旋钮(507)通过螺杆与外滑套(505)连接；Y方向调节旋钮(507)控制螺杆的前端伸缩，控制传动滑筒(502)沿Y轴正与负方向的移动，从而控制水光耦合腔部件(6)沿Y轴正与负方向的移动；顺时针旋转Y方向调节旋钮(507)时传动滑筒(502)沿Y轴正方向的移动；逆时针旋转Y方向调节旋钮(507)时，在Y方向压缩弹簧(512)的反作用力的推动下传动滑筒(502)沿Y轴负方向移动；内滑套(506)下部分内壁开有环形母扣，用于连接水光耦合腔部件(6)；四条Y方向圆柱形传动导轨(508)、两条X方向圆柱形传动导轨(504)、X方向调节旋钮(503)、Y方向调节旋钮(507)、X方向压缩弹簧(511)、Y方向压缩弹簧(512)在同一个平面内；水光耦合腔部件(6)的X轴和Y轴位移调节控制，在X轴和Y轴所在的同一个平面内实现；外滑套通孔(510)平时用橡胶塞堵死，防止粉尘、水汽进入。
如图9、图10所示，水光耦合腔部件(6)包括定位滚珠(601)、高压水连接头(602)、高压气连接头(603)、水腔密封镜支撑架(604)、水射流宝石喷嘴(605)、水射流宝石喷嘴保持架(606)、进气环孔(607)、气体环形缓冲区(608)、水光耦合腔壳体(609)、水腔密封镜片(610)、密封圈一(612)、环形柱状喷气口(613)、气流喷嘴安装拆卸孔(615)、617-密封圈二(617)、密封圈三(618)等；水腔密封镜支撑架(604)上部外侧有旋转三叶形结构卡扣，通过该卡扣和内滑套(506)上的环形母扣连接，同时通过定位滚珠(601)实现与水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)的位置定位；水腔密封镜支撑架(604)下方开设有水腔密封镜槽，用于安装水腔密封镜片(610)；水腔密封镜支撑架(604)上部外侧通过螺纹与水光耦合腔壳体(609)连接，水光耦合腔壳体(609)左侧平面部位安装有高压水连接头(602)和高压气连接头(603)；高压水连接头(602)右侧通过进水通道与环形缓冲区(611)连接；水射流宝石喷嘴保持架(606)位于水光耦合腔壳体(609)下部，通过螺纹固定于水光耦合腔壳体(609)中；水射流宝石喷嘴保持架(606)内开设有喷嘴保持架导流孔(616)，喷嘴保持架导流孔(616)的顶部安装有水射流宝石喷嘴(605)，在水射流宝石喷嘴(605)中部开设有圆柱形喷口；水射流宝石喷嘴保持架(606)的中部外壁有进气环孔(607)，高压气连接头(603)通过进气通道与进气环孔(607)连接，进气环孔(607)通过4个进气孔(614)与气体环形缓冲区(608)相连接，气体环形缓冲区(608)下方连接环形柱状喷气口(613)。
如图11所示，多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其多焦点聚焦透镜(104)其曲面由多个轴心线相同、半径不同的球面相交而成，位于最顶部球面其半径R1最大，距离轴心线越远的环形球面其半径越小，距离轴心线最远也即最边缘位置环形球面半径Rn最小，激光透过该环形球面形成的聚焦点距离多聚焦点透镜(104)的底面最近；多聚焦点透镜(104)顶部球面半径R1最大，激光透过该环形球面形成的聚焦点距离多聚焦点透镜(104)的底面最远；激光透过多聚焦点透镜(104)形成多个聚焦点(111)，聚焦点(111)沿着多聚焦点透镜(104)的轴心线均匀分布；为使得每个聚焦点(111)的激光能量分布相等，多聚焦点透镜(104)其同轴的顶部球面和每一个环形球面沿轴心线的投影面积相等，设多聚焦点透镜(104)顶部球面和环形球面的总数为n个，顶部球面沿轴心线在水平面投影的平面圆半径为r1，最外边环形球面(114)沿轴心线在水平面投影的平面圆环外圆半径为rn，在已知rn的情况下，第i(取值范围：1至n-1)个平面圆(i＝1时)和平面圆环外圆半径计算公式为：
Figure BDA0003275399290000111
多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，具体调节步骤如下：1.组装：水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)通过螺栓连接在多焦点聚焦透镜部件(1040)上；水光耦合腔部件(6)通过卡扣结构连接在水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)上，保证激光光纤连接头(101)导光孔、扩束准直透镜组部件(1020)导光孔、水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)光孔、水腔密封镜支撑架(606)导光孔、水射流宝石喷嘴(605)导光孔相互贯通，且都在同一竖直轴心线上。
2.对准：接通CCD摄像机显示器电源、激光器的电源，通过水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)控制X轴、Y轴的微调使多焦点聚焦透镜(104)和水光耦合腔部件(6)大致在同一轴心线上；打开水导激光对准程序，设置激光出红外光线，同时在CCD摄像机(109)显示屏上可以看到水射流宝石喷嘴(605)圆心大致在中心十字交线上，对CCD摄像机调节旋钮(105)进行微调直到CCD摄像机上水射流宝石喷嘴(605)圆心在中心十字交线上，完成CCD摄像机(109)视觉系统的调整；调节水压大小，使水射流宝石喷嘴(605)喷出稳定的水柱，打开水导激光对准程序，设置激光功率、激光频率、激光脉宽、激光发射时间，正常运行激光器，在CCD摄像机(109)显示器上可观察激光从多焦点聚焦透镜(104)射入水光耦合腔部件(6)的激光光束与导光水射流水柱(8)的对准情况，并通过调整水光耦合腔部件(6)中水射流宝石喷嘴保持架(606)与多焦点聚焦透镜(104)的相对位置，使得多个聚焦点(111)与水射流宝石喷嘴(605)同轴线，并保证激光与水射流宝石喷嘴(605)上表面不发生干涉，实现多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光的精准耦合对准。
3.加工：高压水调节到设定压力，喷出高压水射流；打开高压气，从环形柱状喷气口(613)喷出高压气流；打开激光器(1)，调节激光器功率到设定值；调整控制多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头与被加工工件表面的位置，沿着工件表面移动，实现对被加工工件的水导激光加工。
对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其特征在于：包括多焦点聚焦透镜部件(1040)、激光光纤连接头(101)、扩束准直透镜组部件(1020)、分光镜部件(1030)、CCD摄像机调节旋钮(105)、全反射镜部件(1060)、衰减片部件(1070)、滤光片部件(1080)、CCD摄像机(109)、水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)、水光耦合腔部件(6)等；激光透过多焦点聚焦透镜部件(1040)中的多焦点聚焦透镜(104)形成沿透镜轴线分布的多个聚焦点(111)；由水光耦合腔三坐标移动调节部件调整多焦点聚焦透镜(104)与水光耦合腔部件(6)的相对位置，使得激光通过多焦点聚焦透镜(104)形成的沿直线分布的多个聚焦点(111)与水光耦合腔部件(6)中的水射流宝石喷嘴保持架(606)中心线同轴、并保证激光与水射流宝石喷嘴(605)上表面不发生干涉，激光通过多个聚焦点(111)后再发散、射向导光水射流水柱(8)的内表面，再经全反射沿导光水射流水柱(8)的内部传导。
2.根据权利要求1所述的多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其特征在于：多焦点聚焦透镜(104)其曲面由多个轴心线相同、半径不同的球面相交而成，位于最顶部的球面其半径R1最大，距离轴心线越远的环形球面其半径越小，距离轴心线最远也即最边缘的环形球面其半径Rn最小；在多聚焦点透镜(104)边缘位置的环形球面半径Rn最小，激光透过该环形球面形成的聚焦点距离多聚焦点透镜(104)的底面最近；在多聚焦点透镜(104)顶部的球面其半径R1最大，激光透过该环形球面形成的聚焦点距离多聚焦点透镜(104)的底面最远；激光透过多聚焦点透镜(104)形成多个聚焦点(111)，聚焦点(111)沿着多聚焦点透镜(104)的轴心线均匀分布。
3.根据权利要求1所述的多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其特征在于：为使得每个聚焦点(111)的激光能量分布相等，多聚焦点透镜(104)其同轴的顶部球面和每一个环形球面沿轴心线的投影面积相等，设多聚焦点透镜(104)顶部球面和环形球面的总数为n个，顶部球面沿轴心线在水平面投影的平面圆半径为r1，最外边环形球面(114)沿轴心线在水平面投影的平面圆环外圆半径为rn，在已知rn的情况下，第i(取值范围：1至n-1)个平面圆(i＝1时)和平面圆环外圆半径计算公式为：
Figure FDA0003275399280000011
4.根据权利要求1所述的多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其特征在于：激光光纤连接头(101)是一个环形柱体，激光光纤连接头(101)内有用于激光传输的导光孔，激光光纤连接头(101)上端接入光纤，下方连接扩束准直透镜组部件(1020)；扩束准直透镜组部件(1020)内有激光传的输导光孔和上下分布的凹透镜、凸透镜；扩束准直透镜组部件(1020)下方安装有分光镜部件(1030)，分光镜部件(1030)中安装有分光镜(103)；多焦点聚焦透镜部件(1040)中安装有多焦点聚焦透镜(104)，多焦点聚焦透镜部件(1040)安装在分光镜部件(1030)下方；多焦点聚焦透镜部件(1040)下方通过螺栓连接水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)，水光耦合腔部件(6)通过卡扣结构与上方的水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)连接；分光镜(103)与多焦点聚焦透镜(104)轴线成45°夹角安装；分光镜部件(1030)的左侧安装有全反射镜部件(1060)，全反射镜部件(1060)中安装有全反射镜(106)，全反射镜(106)与分光镜(103)平行安装；CCD摄像机调节旋钮(105)安装在全反射镜部件(1060)的左下方，全反射镜部件(1060)正上方安装有滤光片部件(1070)，滤光片部件(1070)中安装有滤光片(107)；滤光片部件(1070)的上方安装有衰减片部件(1080)，衰减片部件(1080)中安装有衰减片(108)；CCD摄像机(109)安装在衰减片部件(1080)上方，CCD摄像机(109)呈正方体形状，上壁开有连接口；CCD摄像机(109)、衰减片部件(1080)、滤光片部件(1070)和全反射镜部件(1060)依次从上到下安装在同一垂直线上；激光光纤连接头(101)、扩束准直透镜组部件(1020)、分光镜部件(1030)、多焦点聚焦透镜部件(1040)、水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)，水光耦合腔部件(6)依次从上到下安装在同一垂直线上；
水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)包括连接内筒(501)、传动滑筒(502)、X方向调节旋钮(503)、X方向圆柱形传动导轨(504)、外滑套(505)、内滑套(506)、Y方向调节旋钮(507)、Y方向圆柱形传动导轨(508)、Z轴调节套筒(509)、511-X方向压缩弹簧，512-Y方向压缩弹簧，513-键等；
连接内筒(501)下部圆筒、传动滑筒(502)上部圆筒、Z轴调节套筒(509)为圆筒形空心结构，传动滑筒(502)上部圆筒的外径比连接内筒(501)下部圆筒的内径小，两者属于间隙配合，Z轴调节套筒(509)上部分连接内筒(501)外部圆筒、下部分连接传动滑筒(502)的外部圆筒；
连接内筒(501)通过其上部螺钉与上方的多焦点聚焦透镜部件(1040)连接，连接内筒(501)和传动滑筒(502)的外壁开有键槽，键槽内放有键(513)，键槽与键(513)使得连接内筒(501)和传动滑筒(502)不能产生相对转动；连接内筒(501)外壁开有正向外螺纹，传动滑筒(502)外壁开有反向外螺纹，在连接内筒(501)和传动滑筒(502)的外侧安装有Z轴调节套筒(509)；Z轴调节套筒(509)的内壁上部开有正向内螺纹，下部开有反向内螺纹；通过Z轴调节套筒(509)的转动实现连接内筒(501)和传动滑筒(502)相对移动，进而实现水光耦合腔部件(6)的Z轴调节，调节多焦点聚焦透镜(104)与水光耦合腔部件(6)的直线距离；
传动滑筒(502)下部、外滑套(505)、内滑套(506)都是圆筒形空心结构，两条X方向圆柱形传动导轨(504)在X方向同一水平面穿过传动滑筒(502)、外滑套(505)和内滑套(506)，用作传动滑筒(502)、内滑套(506)之间相对移动的导轨；X方向圆柱形传动导轨(504)与传动滑筒(502)、内滑套(506)的配合孔一个为过盈配合、一个为间隙配合；X方向调节旋钮(503)的螺杆与两条X方向圆柱形传动导轨(504)、内滑套(506)另一侧的X方向压缩弹簧(511)处于同一水平面；X方向压缩弹簧(511)安装于传动滑筒(502)和内滑套(506)之间；传动滑筒(502)上开有螺纹孔，内滑套(506)外壁开有盲孔，用于安装X方向压缩弹簧(511)；内滑套(506)的一侧与X方向调节旋钮(503)的螺杆前端接触，另一侧压向X方向压缩弹簧(511)；
X方向调节旋钮(503)通过螺杆与传动滑筒(502)连接；旋转X方向调节旋钮(503)，控制螺杆的前端伸缩；顺时针旋转X方向调节旋钮(503)时，内滑套(506)沿X轴负方向的移动；逆时针旋转X方向调节旋钮(503)时，在X方向压缩弹簧(511)的反作用力的推动下内滑套(506)沿X轴正方向移动，从而控制水光耦合腔部件(6)沿X轴正负方向的移动；
四条Y方向圆柱形传动导轨(508)在Y方向同一水平面两两平行、前后对称穿过传动滑筒(502)、外滑套(505)，用作传动滑筒(502)、外滑套(505)之间相对移动的导轨；Y方向圆柱形传动导轨(508)与外滑套(505)的配合孔为过盈配合、与传动滑筒(502)的配合孔为间隙配合；Y方向调节旋钮(507)的螺杆与四条Y方向圆柱形传动导轨(508)、传动滑筒(502)另一侧的Y方向压缩弹簧(512)处于同一水平面，Y方向压缩弹簧(512)安装于传动滑筒(502)和外滑套(505)之间；传动滑筒(502)外壁上开有盲孔，外滑套(505)开有螺纹孔，用于安装Y方向压缩弹簧(512)；传动滑筒(502)的一侧外壁与Y方向调节旋钮(507)的螺杆前端接触，另一侧外壁压向Y方向压缩弹簧(512)；
Y方向调节旋钮(507)通过螺杆与外滑套(505)连接；Y方向调节旋钮(507)控制螺杆的前端伸缩，控制传动滑筒(502)沿Y轴正与负方向的移动，从而控制水光耦合腔部件(6)沿Y轴正与负方向的移动；顺时针旋转Y方向调节旋钮(507)时传动滑筒(502)沿Y轴正方向的移动；逆时针旋转Y方向调节旋钮(507)时，在Y方向压缩弹簧(512)的反作用力的推动下传动滑筒(502)沿Y轴负方向移动；内滑套(506)下部分内壁开有环形母扣，用于连接水光耦合腔部件(6)；
四条Y方向圆柱形传动导轨(508)、两条X方向圆柱形传动导轨(504)、X方向调节旋钮(503)、Y方向调节旋钮(507)、X方向压缩弹簧(511)、Y方向压缩弹簧(512)在同一个平面内；水光耦合腔部件(6)的X轴和Y轴位移调节控制，在X轴和Y轴所在的同一个平面内实现；
水光耦合腔部件(6)包括定位滚珠(601)、高压水连接头(602)、高压气连接头(603)、水腔密封镜支撑架(604)、水射流宝石喷嘴(605)、水射流宝石喷嘴保持架(606)、进气环孔(607)、气体环形缓冲区(608)、水光耦合腔壳体(609)、水腔密封镜片(610)、密封圈一(612)、环形柱状喷气口(613)、气流喷嘴安装拆卸孔(615)、617-密封圈二(617)、密封圈三(618)等；水腔密封镜支撑架(604)上部外侧有旋转三叶形结构卡扣，通过该卡扣和内滑套(506)上的环形母扣连接，同时通过定位滚珠(601)实现与水光耦合腔三坐标移动调节部件(5)的位置定位；水腔密封镜支撑架(604)下方开设有水腔密封镜槽，用于安装水腔密封镜片(610)；水腔密封镜支撑架(604)上部外侧通过螺纹与水光耦合腔壳体(609)连接，水光耦合腔壳体(609)左侧平面部位安装有高压水连接头(602)和高压气连接头(603)；水射流宝石喷嘴保持架(606)位于水光耦合腔壳体(609)下部，通过螺纹固定于水光耦合腔壳体(609)中；水射流宝石喷嘴保持架(606)内开设有喷嘴保持架导流孔(616)，喷嘴保持架导流孔(616)的顶部安装有水射流宝石喷嘴(605)，在水射流宝石喷嘴(605)中部开设有圆柱形喷口；
水射流宝石喷嘴保持架(606)的中部外壁有进气环孔(607)，高压气连接头(603)通过进气通道与进气环孔(607)连接，进气环孔(607)通过4个进气孔(614)与气体环形缓冲区(608)相连接，气体环形缓冲区(608)下方连接环形柱状喷气口(613)。
5.根据权利要求1所述的多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其特征在于：所述的水腔密封镜支撑架(604)下方开设有水腔密封镜槽，水腔密封镜槽中安装有密封圈和水腔密封镜片(610)；水射流宝石喷嘴保持架(606)开设有水射流宝石喷嘴(605)安装盲孔，水射流宝石喷嘴保持架(606)与圆柱状水射流宝石喷嘴(605)过盈配合安装；水射流宝石喷嘴(605)圆形喷口与其下的导流孔在同一轴心线上，水射流宝石喷嘴(605)圆形喷口内径小，其下的导流孔内径大；水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间通过密封圈二(617)密封，防止高压水通过水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间的间隙从水光耦合腔部件(6)下部泄露；水光耦合腔壳体(609)与水腔密封镜支撑架(604)通过密封圈三(618)密封，防止高压水通过水光耦合腔壳体(609)与水腔密封镜支撑架(604)之间的间隙从水光耦合腔部件(6)上部泄露。
6.根据权利要求1所述的多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其特征在于：所述水光耦合腔壳体(609)左侧开设有高压水连接头(602)，去离子水经进水通道进入环形缓冲区(611)，进入环形缓冲区(611)的去离子水，在压力作用下沿进入环形缓冲区(611)上部圆柱侧面与水光耦合腔壳体(609)孔内壁之间的流道进入水射流宝石喷嘴保持架(606)的上方空腔，之后去离子水从水射流宝石喷嘴(605)圆形喷口喷出形成微细高压水射流；水光耦合腔壳体(609)左侧开设有高压气连接头(603)，高压气体经进气通道进入进气环孔(607)，再经4个进气孔(614)进入气体环形缓冲区(608)，在高压作用下从环形柱状喷气口(613)喷出，吹向被加工工件表面，将工件表面的积水吹走；水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间通过密封圈一(612)密封，防止高压气流通过水射流宝石喷嘴保持架(606)与水光耦合腔壳体(609)之间的间隙从水光耦合腔部件(6)下部泄露。
CN202111116163.2A 2021-09-23 2021-09-23 多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头 Active CN113634921B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111116163.2A CN113634921B (zh) 2021-09-23 2021-09-23 多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111116163.2A CN113634921B (zh) 2021-09-23 2021-09-23 多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113634921A true CN113634921A (zh) 2021-11-12
CN113634921B CN113634921B (zh) 2023-01-03

Family

ID=78426174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111116163.2A Active CN113634921B (zh) 2021-09-23 2021-09-23 多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113634921B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024016701A1 (zh) * 2022-07-18 2024-01-25 济南金威刻激光科技股份有限公司 一种水导激光精密切割头

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1573364A (zh) * 2003-05-22 2005-02-02 液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司 用于激光切割的聚焦光学元件
JP2011056514A (ja) * 2009-09-07 2011-03-24 Kaneka Corp 光電変換素子の製造方法
CN203664924U (zh) * 2013-12-19 2014-06-25 江苏大学 一种微水导激光加工耦合装置
CN104526892A (zh) * 2014-12-23 2015-04-22 苏州凯锝微电子有限公司 晶圆切割装置
CN107662046A (zh) * 2017-09-19 2018-02-06 清华大学 一种离轴光路的水导激光加工耦合装置
KR20180070981A (ko) * 2016-12-19 2018-06-27 에이티아이 주식회사 레이저 가공 장치
CN108247201A (zh) * 2018-01-17 2018-07-06 哈尔滨工业大学 一种高压水束发生装置及具有该装置的水导激光系统
US20190217420A1 (en) * 2016-06-14 2019-07-18 Evana Technologies, Uab Laser processing method and a system for wafer dicing or cutting by use of a multi-segment focusing lens
CN110883424A (zh) * 2019-11-22 2020-03-17 桂林电子科技大学 水导激光柔性化微加工系统及方法
CN111375912A (zh) * 2020-05-07 2020-07-07 康普斯顿(江苏)技术有限公司 一种激光微孔水导切割头
CN212286359U (zh) * 2020-06-30 2021-01-05 中国科学院沈阳自动化研究所 一种气流体约束水射流发生装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1573364A (zh) * 2003-05-22 2005-02-02 液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司 用于激光切割的聚焦光学元件
JP2011056514A (ja) * 2009-09-07 2011-03-24 Kaneka Corp 光電変換素子の製造方法
CN203664924U (zh) * 2013-12-19 2014-06-25 江苏大学 一种微水导激光加工耦合装置
CN104526892A (zh) * 2014-12-23 2015-04-22 苏州凯锝微电子有限公司 晶圆切割装置
US20190217420A1 (en) * 2016-06-14 2019-07-18 Evana Technologies, Uab Laser processing method and a system for wafer dicing or cutting by use of a multi-segment focusing lens
KR20180070981A (ko) * 2016-12-19 2018-06-27 에이티아이 주식회사 레이저 가공 장치
CN107662046A (zh) * 2017-09-19 2018-02-06 清华大学 一种离轴光路的水导激光加工耦合装置
CN108247201A (zh) * 2018-01-17 2018-07-06 哈尔滨工业大学 一种高压水束发生装置及具有该装置的水导激光系统
CN110883424A (zh) * 2019-11-22 2020-03-17 桂林电子科技大学 水导激光柔性化微加工系统及方法
CN111375912A (zh) * 2020-05-07 2020-07-07 康普斯顿(江苏)技术有限公司 一种激光微孔水导切割头
CN212286359U (zh) * 2020-06-30 2021-01-05 中国科学院沈阳自动化研究所 一种气流体约束水射流发生装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024016701A1 (zh) * 2022-07-18 2024-01-25 济南金威刻激光科技股份有限公司 一种水导激光精密切割头

Also Published As

Publication number Publication date
CN113634921B (zh) 2023-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113787266A (zh) 多聚焦点透镜大功率水导激光加工机床
CN107662046B (zh) 一种离轴光路的水导激光加工耦合装置
CN205309586U (zh) 一种飞秒激光加工航空发动机叶片气膜孔的装置
CN102500928A (zh) 一种微水柱导引激光微细加工装置
CN113634874B (zh) 多聚焦点透镜大功率水导激光水光耦合装置
CN113634921B (zh) 多焦点聚焦透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头
CN110883424B (zh) 水导激光柔性化微加工系统及方法
CN102248293B (zh) 旋转可调水波导激光加工装置
CN210548826U (zh) 激光微孔加工的光束扫描系统
CN111098043A (zh) 水导激光加工装置和加工系统
CN113634922A (zh) 变曲率聚焦光柱透镜大功率水导激光加工机床
CN114043074A (zh) 一种具有柔性加工能力的小型水导激光加工系统及方法
CN102350591B (zh) 矩形水波导激光加工装置
CN113634920A (zh) 变曲率聚焦光柱透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头
CN113909675A (zh) 水导激光水光耦合多聚焦点球面透镜
CN113787268A (zh) 变曲率聚焦光柱透镜大功率水导激光水光耦合装置
CN112276346A (zh) 一种超高功率激光切割自动精准调焦加工头
CN115522197A (zh) 一种激光焦点可调的超高速激光熔覆加工头
CN107385436B (zh) 激光熔覆装置密封结构、激光熔覆装置喷头及激光熔覆装置
CN209886899U (zh) 基于无衍射光路设计的水导激光加工系统
CN113634930B (zh) 水导激光水光耦合变曲率聚焦光柱透镜
CN107627002B (zh) 激光熔覆装置
CN114077066B (zh) 扩束准直器
CN113634880B (zh) 一种多光束水导激光加工装置与加工系统
CN213945342U (zh) 一种新型水导激光耦合装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant