CN219004922U - 一种水导激光加工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水导激光加工系统，包括高压水流模块、激光模块、激光射流耦合模块，所述激光射流耦合模块包括进水口、耦合水腔、喷嘴和基座，高压水流模块提供的高压水从所述进水口流入耦合水腔，再从喷嘴喷出形成射流；激光模块发出的激光位于喷嘴的中心线上，所述激光模块发射的激光依次照射通过耦合水腔和喷嘴与射流进行耦合。本实用新型的一种水导激光加工系统，高压水流、耦合水腔和喷嘴的设置，可以形成稳定的射流水柱，保证激光的全反射条件，提高了水导激光的加工能力。

Description

一种水导激光加工系统

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种水导激光加工系统。

背景技术

水导激光加工是一种将激光耦合进入水射流进行材料加工的技术。相较于传统激光加工，水导激光加工具有工作距离大、热影响区小、加工精度高等优势，因此，在金属、半导体材料和复合材料的精密加工具有重要的应用前景。

由于激光在射流中的传输是由激光在水与空气界面的全反射所决定，若射流表面出现波浪或者射流发散为液滴，则激光的全反射条件被破坏，激光会部分乃至全部泄露到空气中，导致到达工件的激光能量大大减小，这也就严重制约了水导激光的加工能力。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种水导激光加工系统，提供稳定的射流以保证激光的全反射。

为实现上述目的，本实用新型提供一种水导激光加工系统，包括高压水流模块、激光模块、激光射流耦合模块，所述激光射流耦合模块包括进水口、耦合水腔、喷嘴和基座，高压水流模块提供的高压水从所述进水口流入耦合水腔，再从喷嘴喷出，形成射流；所述激光模块发出的激光位于透光孔和喷嘴的中心线上，激光模块发射的激光依次照射通过耦合水腔和喷嘴与射流进行耦合，所述喷嘴的材质为蓝宝石或金刚石。

其中一个实施例中，所述喷嘴进水位置为直角。

其中一个实施例中，所述耦合水腔设置于基座的顶部或者位于基座的中心。

其中一个实施例中，还包括入水腔，所述入水腔包覆于基座的外周，所述入水腔一侧连通进水口，另一侧连通耦合水腔。

其中一个实施例中，所述入水腔与所述耦合水腔通过水流孔连通，所述水流孔径向分布于耦合水腔周围。

其中一个实施例中，还包括吹气模块，所述吹气模块包括气源、入气口和喷气口，所述喷气口设置于喷嘴的周围。

其中一个实施例中，所述喷气口设置向下出气或远离喷嘴向外周吹气。

其中一个实施例中，还包括移动模块，所述移动模块包括第一直线电机、第二直线电机、第三直线电机和第四直线电机，所述第一直线电机与第二直线电机平行排布，第三直线电机横跨第一直线电机与第二直线电机，呈龙门结构，第四直线电机安装在第三直线电机上，激光射流耦合模块安装在第四直线电机上。第一直线电机与第二直线电机同步运行，带动第三直线电机在y方向移动；第三直线电机带动第四直线电机在x方向上移动；第四直线电机带动激光射流耦合模块在z方向移动，用于移动激光射流耦合模块。

其中一个实施例中，所述高压水流模块包括液体源、增压泵、过滤器、蓄能器。

其中一个实施例中，激光模块包括激光发射装置和透镜组，所述透镜组包括准直透镜、聚焦透镜和保护镜。

有益效果

本实用新型提供的一种激光加工系统与现有技术相比，本实用新型的高压水流、耦合水腔和喷嘴的设置，可以形成稳定的射流水柱，保证激光的全反射条件，提高了水导激光的加工能力。

附图说明

图1为本实用新型一种水导激光加工系统的整体结构示意图。

图2是本实用新型一种水导激光加工系统的激光模块和激光射流耦合模块一个实施例中的结构示意图。

图3是本实用新型一种水导激光加工系统的激光模块和激光射流耦合模块另一个实施例中的结构示意图。

图4是本实用新型一种水导激光加工系统的水流孔分布示意图。

图5是本实用新型一种水导激光加工系统的一个实施例中的进水口分布示意图。

图6是本实用新型一种水导激光加工系统的一个实施例中入水腔截面呈半圆形的结构示意图。

图7是本实用新型一种水导激光加工系统的一个实施例中入水腔截面呈梯形形的结构示意图。

图8是本实用新型一种水导激光加工系统的一个实施例中喷气口分布图。

图9是本实用新型一种水导激光加工系统的一个实施例中移动模块结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1~图3所示，本实施例提供一种水导激光加工系统，包括高压水流模块1、激光模块2、激光射流耦合模块3，所述激光射流耦合模块3包括进水口301、耦合水腔304、喷嘴305和基座312，所述喷嘴305是位于基座312上的通孔，所述喷嘴305一端连通耦合水腔304，高压水流模块1提供的高压水从所述进水口301流入耦合水腔304，再从喷嘴305喷出形成射流；所述喷嘴305材质是蓝宝石，因为蓝宝石具有高透明度、高硬度、可承受高压力等优点，蓝宝石制成的喷嘴305对射出的流体起到稳流的作用，使得流体自喷嘴305底部射出后不会产生溅射等现象，保证切割的效果。金刚石也具有类似的优点，因此喷嘴305的材质也可以是金刚石。激光模块2发出的激光位于和喷嘴305的中心线位于同一直线上，所述激光模块2发射的激光依次照射通过耦合水腔304和喷嘴305与射流进行耦合。高压水流模块1用于产生高压液体，高压液体通过软管与激光射流耦合模块3相连接，激光模块2用于产生连续激光或脉冲激光，激光波长优选532 nm或355 nm激光，并将激光经激光传输光缆传导至激光射流耦合模块3，激光传输光缆与激光射流耦合模块3通过光缆插头连接；激光射流耦合模块3用于产生稳定的射流，并通过将激光聚焦至射流中形成稳定的激光射流水柱，保证激光的全反射条件，提高了水导激光的加工能力。

如图2所示，其中一个实施例中，所述耦合水腔304设置于基座312的中心。基座312的中心位置为中空水腔，高压水流模块1提供的高压水从所述进水口301直接流入位于基座312的中心中空区域的耦合水腔304，高压水流经过耦合水腔304从喷嘴305喷出，形成稳定的激光射流水柱。所述喷嘴305进水位置为直角，出水位置为锥形口，喷嘴305进水位置为直角，形成收缩形式的射流，提高射流稳定性。

如图3所示，其中一个实施例中，不同点在于，所述耦合水腔304设置于基座312的顶部，激光射流水柱的形成原理和前述实施例相同，此处不再赘述。

如图2~图3所示，其中一个实施例中，还包括入水腔302，所述入水腔302包覆于基座的外周，所述入水腔302一侧连通进水口301，另一侧连通耦合水腔304。所述入水腔302与所述耦合水腔304通过水流孔303连通，所述水流孔303径向分布于耦合水腔304周围。高压水首先由进水口301进入入水腔302，然后经过若干个水流孔303进入耦合水腔304，最后从喷嘴305喷出形成稳定的激光射流水柱。所述入水腔302为环形水腔，所述耦合水腔304为柱形水腔，如图4所示，所述水流孔303呈径向均匀地分布于耦合水腔304的周围，用于均匀的给耦合水腔304输入高压液体，水流孔303的数量可根据需要设置为2-40个不等，优选地水流孔303的数量可为2个、4个、8个、16个。

如图2所示，其中一个实施例中，本实用新型一种水导激光加工系统还包括吹气模块300，所述吹气模块300包括气源（图中未示出）、入气口306和喷气口308，如图8所示，所述喷气口308呈径向均匀地分布于喷嘴305的周围，用于均匀的向喷嘴305吹气，喷气口308的数量可根据需要设置为2-40个不等，优选地喷气口308的数量可为2个、4个、8个、16个。所述喷气口308设置于喷嘴305的周围，所述喷气口308围绕在喷嘴305的周围竖直向下吹气，即气体的吹出方向与喷嘴305的射流方向平行，用于稳定射流和/或驱散喷嘴305周围的水雾，保证水雾不向上逆流。所述气体为氦气。

其中一个实施例中，不同之处在于，所述喷气口308设置为竖直向下出气或远离喷嘴305向外周吹气，即气体的吹出方向偏离喷嘴305的射流方向向外周倾斜吹出，所述气流吹出方向与竖直方向的夹角为1°~10°，优选为1°、2°、3°、4°、5°或6°。其原理和作用与前述实施例相同，此处不再赘述。

如图5所示，其中一个实施例中，进水口排布图，进水口301a与进水口301b呈180°排布，液体增压模块1输出的高压液体经分流模块101分成2路，分别输入进水口301a与进水口301b。进水口数量根据实际需求选择，位置在圆周上均布。

如图6所示，其中一个实施例中，所述环形耦合水腔的截面呈半圆形。

如图7所示，其中一个实施例中，所述环形耦合水腔的截面呈梯形。

如图9所示，其中一个实施例中，还包括移动模块，所述移动模块包括第一直线电机401、第二直线电机402和第三直线电机403，用于移动激光射流耦合模块。所述第一直线电机401与第二直线电机402平行排布，第三直线电机403横跨第一直线电机401与第二直线电机402，呈龙门结构，第四直线电机404安装在第三直线电机403上，激光射流耦合模块3安装在第四直线电机404上。第一直线电机401与第二直线电机402同步运行，带动第三直线电机403在y方向移动；第三直线电机403带动第四直线电机404在x方向上移动；第四直线电机404带动激光射流耦合模块3在z方向移动。最终实现水导激光束5在x，y，z三个方向上的移动，实现对工件6各个位置的加工。

其中一个实施例中，所述高压水流模块包括液体源、增压泵、过滤器、蓄能器。

如图1所示，其中一个实施例中，激光模块包括激光发射装置（图中未示出）和透镜组，所述透镜组包括准直透镜309、聚焦透镜310和保护镜311，保护镜311是透镜，激光穿过保护镜311进入耦合水腔304再穿过喷嘴305，与喷嘴305喷出的射流进行激光耦合。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种水导激光加工系统，其特征在于：包括高压水流模块、激光模块、激光射流耦合模块，

所述激光射流耦合模块包括进水口、耦合水腔、喷嘴和基座，高压水流模块提供的高压水从所述进水口流入耦合水腔，再从喷嘴喷出，形成射流；

所述激光模块发出的激光位于透光孔和喷嘴的中心线上，并依次照射通过耦合水腔和喷嘴与射流进行耦合，

所述喷嘴的材质为蓝宝石或金刚石。

2.根据权利要求1所述的一种水导激光加工系统，其特征在于：所述喷嘴进水位置为直角。

3.根据权利要求1所述的一种水导激光加工系统，其特征在于：所述耦合水腔设置于基座的顶部或者位于基座的中心。

4.根据权利要求1所述的一种水导激光加工系统，其特征在于：还包括入水腔，所述入水腔包覆于基座的外周，所述入水腔一侧连通进水口，另一侧连通耦合水腔。

5.根据权利要求4所述的一种水导激光加工系统，其特征在于：所述入水腔与所述耦合水腔通过水流孔连通，所述水流孔径向分布于耦合水腔周围。

6.根据权利要求1所述的一种水导激光加工系统，其特征在于：还包括吹气模块，所述吹气模块包括气源、入气口和喷气口，所述喷气口设置于喷嘴的周围。

7.根据权利要求6所述的一种水导激光加工系统，其特征在于：所述喷气口设置为竖直向下出气或远离喷嘴向外周吹气。

8.根据权利要求1所述的一种水导激光加工系统，其特征在于：还包括移动模块，所述移动模块包括第一直线电机、第二直线电机、第三直线电机和第四直线电机，所述第一直线电机与第二直线电机平行排布，第三直线电机横跨第一直线电机与第二直线电机，呈龙门结构，第四直线电机安装在第三直线电机上，激光射流耦合模块安装在第四直线电机上；第一直线电机与第二直线电机同步运行，带动第三直线电机在y方向移动；第三直线电机带动第四直线电机在x方向上移动；第四直线电机带动激光射流耦合模块在z方向移动，用于移动激光射流耦合模块。

9.根据权利要求1所述的一种水导激光加工系统，其特征在于：所述高压水流模块包括液体源、增压泵、过滤器、蓄能器。

10.根据权利要求1所述的一种水导激光加工系统，其特征在于：激光模块包括激光发射装置和透镜组，所述透镜组包括准直透镜、聚焦透镜和保护镜。

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