本发明专利技术公开了一种双光束耦合水导加工头装置及加工方法，属于水导激光加工技术领域，能够解决现有耦合激光功率低、输出光斑能量不均匀及不能可视化加工的问题。加工头装置包括光束调制模块、视觉模块及控制模块；加工方法包括合束穿孔：控制模块控制两台离散的激光器发射激光A及激光B，通过合束室将激光A及激光B调制成合束激光，通过耦合室将合束激光聚焦耦合入射到水柱中，对工件进行合束穿孔；耦合切割：控制模块接收用户输入的平移量，并发送控制指令给运动模组，控制第一平移台及第二平移台根据平移量完成平移，经合束室及耦合室后将耦合后的光束聚焦耦合进水柱中。本发明专利技术用于对厚板工件进行穿孔加工。厚板工件进行穿孔加工。厚板工件进行穿孔加工。
【技术实现步骤摘要】
一种双光束耦合水导加工头装置及加工方法
[0001]本专利技术涉及一种双光束耦合水导加工头装置及加工方法，属于水导激光加工
技术介绍
[0002]水导激光加工是利用水柱形成光波导，使得激光在水柱中发生全反射，可用于激光切割、打孔。然而，对于低锥度的快速切割，现有水导激光加工技术仍不具备此能力。原因主要有以下两点：其一，耦合激光功率不高，切割起始穿孔时难以将厚板直接穿透，必须长时间或者多次激光祛除才能穿透工件，大大影响切割速度的提升，由于目前本领域均采用单光束耦合进水柱的方式，从源头上导致激光功率受限；其二，能量均匀性问题，单束激光的能量在水柱光波导的横向截面内呈高斯曲线分布，水柱光波导中心处能量密度远高于周边，既增加了中心处水分子被击穿的风险，又导致加工锥度的产生，不利于对厚板的深度加工。
技术实现思路
[0003]本专利技术提供了一种双光束耦合水导加工头装置及加工方法，能够解决现有耦合激光功率低、输出光斑能量不均匀及不能可视化加工的问题。
[0004]本专利技术提供了一种双光束耦合水导加工头装置，包括光束调制模块、视觉模块、控制模块；
[0005]所述光束调制模块包括合束室及耦合室，所述耦合室固定设置于所述合束室下方，工件位于所述耦合室下方，所述合束室用于将激光A及激光B调制成一束在空间上能量重合或对称的合束激光，所述耦合室用于将从所述合束室射出的合束激光聚焦为耦合光束，所述耦合光束用于加工所述工件；
[0006]所述视觉模块位于所述合束室内，用于实时在线监测工件表面；
[0007]所述控制模块与所述光束调制模块、所述视觉模块及所述激光器电连接，用于控制所述光束调制模块、所述激光器及所述视觉模块工作；
[0008]优选的，所述视觉模块包括CCD模组及光源，所述光源发射波长与所述激光A及所述激光B波长不同；
[0009]可选的，所述合束室包括壳体、第一进光口、第二进光口、反射镜组、合束镜及运动模组；
[0010]所述第一进光口及所述第二进光口连通设置在所述壳体的左、右、前及后任意一侧壁上或任意相对的两侧壁上，所述反射镜组、所述合束镜及所述运动模组均设置在所述壳体内；
[0011]所述第一进光口及所述第二进光口分别用于供所述激光A及所述激光B进入所述壳体内，所述反射镜组用于对进入所述壳体内的所述激光A及所述激光B进行全反射，所述合束镜用于将所述激光A及所述激光B成为一束合束激光；
[0012]所述运动模组用于控制所述反射镜组调制所述合束激光的能量分布，所述运动模组与所述控制模块电连接，通过所述控制模块控制所述运动模组工作。
[0013]可选的，所述耦合室内设聚焦镜，所述聚焦镜用于将从所述合束室射出的所述合束激光聚焦成耦合光束，所述聚焦镜、所述视觉模块及所述耦合室的中心轴重合。
[0014]可选的，所述第一进光口及所述第二进光口同时设置于所述合束室的左、右、前及后任意一侧壁上；
[0015]所述反射镜组包括第一反射镜及第二反射镜，所述合束镜包括S1面及S2面，所述第一反射镜中心与所述第一进光口同轴，所述第二反射镜、所述合束镜与所述第二进光口同轴，且所述合束镜位于所述第二进光口与所述第二反射镜之间，所述合束镜的S1面用于将经过所述第一反射镜反射的激光A反射给所述第二反射镜，所述合束镜的S2面用于将激光B透射到所述第二反射镜；
[0016]所述运动模组包括第一平移台及第二平移台，所述第一平移台及所述第二平移台水平移动，所述第一反射镜及所述第二反射镜分别设置于所述第一平移台及所述第二平移台上，所述视觉模块位于所述第二平移台上方。
[0017]可选的，所述第一平移台及第二平移台相向移动。
[0018]可选的，所述第一进光口及所述第二进光口分别设置在所述合束室的左右两侧壁上或前后两侧壁上；
[0019]所述反射镜组包括第三反射镜、第四反射镜及第五反射镜，所述第三反射镜与所述第一进光口的中心同轴，所述第四反射镜位于所述第三反射镜下方，所述第五反射镜与所述第二进光口的中心同轴，所述合束镜位于所述第五反射镜的下方，所述合束镜包括用于反射激光A的S2面及用于透射激光B的S1面，所述合束镜的S2面的中心与所述聚焦镜同轴；
[0020]所述运动模组包括第一平移台及第二平移台，所述第一平移台及第二平移台水平移动，所述第四反射镜及所述第五反射镜分别置于所述第一平移台及所述第二平移台上，所述视觉模块位于所述第二平移台上方。
[0021]可选的，所述第一平移台及第二平移台同向移动。
[0022]可选的，所述第一进光口及所述第二进光口内均设置有光闸；
[0023]优选的，所述光闸与所述控制模块电连接，通过所述控制模块控制所述第一进光口或所述第二进光口的打开和关闭。
[0024]可选的，所述耦合室下方设置有水单元，所述水单元用于形成所述水柱，所述耦合光束聚焦耦合在所述水柱靠近所述耦合室的表面，所述水柱用于将所述耦合光束传输作用到工件上。
[0025]本专利技术还提供了一种双光束耦合水导加工方法，包括S1：合束穿孔；S2：耦合切割；
[0026]所述合束穿孔包括：
[0027]S11：所述控制模块控制所述水单元形成水柱，控制所述视觉模块工作，控制所述合束室内的所述运动模组将所述第一平移台及所述第二平移台位置归为零点；
[0028]S12：所述控制模块控制两台离散的激光器发射激光A及激光B，通过所述合束室将所述激光A及所述激光B调制成合束激光，通过所述耦合室将所述合束激光聚焦耦合入射到所述水柱中，对工件进行合束穿孔；
[0029]S13：所述视觉模块识别所述穿孔进展，直至形成孔被穿透，发送反馈信号给所述控制模块，所述控制模块接收到所述反馈信号后发送指令控制所述光闸关闭，阻挡所述激光A及所述激光B进入所述合束室；
[0030]所述耦合切割包括：
[0031]S21：所述控制模块接收用户输入的平移量，并发送控制指令给所述运动模组，控制所述第一平移台及所述第二平移台根据所述平移量完成平移；
[0032]S22：所述控制模块发送指令控制所述光闸开启，所述激光A及激光B经所述合束室及所述耦合室后将得到的耦合光束耦合进所述水柱中；
[0033]S23：移动工件位置，对工件进行切割。
[0034]本专利技术能产生的有益效果包括：
[0035]本专利技术的双光束耦合水导加工头装置，通过合束室和耦合室，在水导加工技术中把耦合进水柱中的激光能量提升1倍，有效提高了耦合激光功率，有利于提高对厚板工件穿孔加工的能力；
[0036]本专利技术的双光束耦合水导加工头装置，通过运动模组结合双光路耦合技术，改善了单光束水柱能量分布均匀性差的现象，提高了水柱中能量分布均匀性，减小切割断面的锥度，提高切割质量，通过视觉模块实现可视化加工；
[0037]本专利技术的双光束耦合水导加工方法，结合视觉模块，通过同轴检测穿孔过程，减小误差，提高检测的准确率和智能化控制水平本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双光束耦合水导加工头装置，其特征在于，包括光束调制模块、视觉模块及控制模块；所述光束调制模块包括合束室及耦合室，所述耦合室固定设置于所述合束室下方，工件位于所述耦合室下方，所述合束室用于将激光A及激光B调制成一束在空间上能量重合或对称的合束激光，所述耦合室用于将从所述合束室射出的合束激光聚焦为耦合光束，所述耦合光束用于加工所述工件；所述视觉模块位于所述合束室内，用于实时在线监测工件表面；所述控制模块与所述光束调制模块、所述视觉模块及所述激光器电连接，用于控制所述光束调制模块、所述激光器及所述视觉模块工作；优选的，所述视觉模块包括CCD模组及光源，所述光源发射波长与所述激光A及所述激光B波长不同。2.根据权利要求1所述的双光束耦合水导加工头装置，其特征在于，所述合束室包括壳体、第一进光口、第二进光口、反射镜组、合束镜及运动模组；所述第一进光口及所述第二进光口连通设置在所述壳体的左、右、前及后任意一侧壁上或任意相对的两侧壁上，所述反射镜组、所述合束镜及所述运动模组均设置在所述壳体内；所述第一进光口及所述第二进光口分别用于供所述激光A及所述激光B进入所述壳体内，所述反射镜组用于对进入所述壳体内的所述激光A及所述激光B进行全反射，所述合束镜用于将所述激光A及所述激光B成为一束合束激光；所述运动模组用于控制所述反射镜组调制所述合束激光的能量分布，所述运动模组与所述控制模块电连接，通过所述控制模块控制所述运动模组工作。3.根据权利要求1所述的双光束耦合水导加工头装置，其特征在于，所述耦合室内设聚焦镜，所述聚焦镜用于将从所述合束室射出的所述合束激光聚焦成耦合光束，所述聚焦镜、所述视觉模块及所述耦合室的中心轴重合。4.根据权利要求2所述的双光束耦合水导加工头装置，其特征在于，所述第一进光口及所述第二进光口同时设置于所述合束室的左、右、前及后任意一侧壁上；所述反射镜组包括第一反射镜及第二反射镜，所述合束镜包括S1面及S2面，所述第一反射镜中心与所述第一进光口同轴，所述第二反射镜、所述合束镜与所述第二进光口同轴，且所述合束镜位于所述第二进光口与所述第二反射镜之间，所述合束镜的S1面用于将经过所述第一反射镜反射的激光A反射给所述第二反射镜，所述合束镜的S2面用于将激光B透射到所述第二反射镜；所述运动模组包括第一平移台及第二平移台，所述第一平移台及所述第二平移台水平移动，所述第一反射镜及所述第二反射镜分别设置于所述第一平移台及所述第二平移台上，所述视觉模块位于所述第二平移台上方。5.根据权利要求4所述的双光束耦合水导加工头装置，其特征在于，所述第一平移台及...
【专利技术属性】
技术研发人员：王吉，张文武，张广义，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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