一种同轴聚焦超声复合激光加工装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于激光加工技术领域，具体提供了一种同轴聚焦超声复合激光加工装置及方法。一种同轴聚焦超声复合激光加工装置包括腔盖、超声换能器和激光发生组件。腔盖开设有出水口；超声换能器具有上下贯通的引导通道，引导通道的上端形成入光口，下端形成出光口。本发明专利技术通过出水口在工件表面形成液膜，通过超声换能器产生超声波，超声波通过液膜传输，以高效同轴共焦的方式引入激光加工过程中，液膜和超声波共同作用，使得激光加工过程产生的烧蚀产物在液膜作用下被快速冷却，并在超声振动作用下被振碎并快速排出，从而有效地改善加工表面质量，同时也有助于提高加工精度，以满足工件表面特征结构的高精度加工需求。面特征结构的高精度加工需求。面特征结构的高精度加工需求。

【技术实现步骤摘要】
一种同轴聚焦超声复合激光加工装置及方法


[0001]本专利技术属于激光加工
，具体涉及一种同轴聚焦超声复合激光加工装置及方法。

技术介绍

[0002]激光加工属于一种非接触式加工，并且高能量激光束的能量及移动速度均可调，因此可以实现多种加工目的。激光加工适用于多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。
[0003]激光加工作为一种新兴的加工方式，在精密加工、表面加工、复杂结构加工以及批量自动化生产等领域均具备明显优势。但现有技术中的激光加工方式仍具有一定的局限性，尤其是在针对工件表面特征加工时，传统激光加工方法存在加工重铸层、热影响区大、加工表面质量差等问题，会产生较为严重的烧蚀作用，上述问题使得激光加工的加工精度和加工能力范围受到了限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种同轴聚焦超声复合激光加工装置及方法，旨在解决现有技术中激光加工存在加工重铸层、热影响区大、加工表面质量差的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]在第一方面，本专利技术提供一种同轴聚焦超声复合激光加工装置，包括：
[0007]腔盖，具有容纳腔，所述容纳腔的底部开设有出水口，所述容纳腔的一侧开设有进水口；
[0008]超声换能器，至少部分容置于所述容纳腔，所述超声换能器的下端延伸至所述出水口，所述超声换能器具有上下贯通的引导通道，所述引导通道的上端形成入光口，所述引导通道的下端形成出光口，所述超声换能器用于产生超声波；以及
[0009]激光发生组件，包括激光发生器和聚焦场镜，所述聚焦场镜设于所述超声换能器的上方，所述激光发生器用于发射激光束，所述激光束向下贯穿所述引导通道。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述超声换能器包括：
[0011]下端头，至少部分容置于所述容纳腔，所述下端头的下端延伸至所述出水口，所述下端头形成所述引导通道；
[0012]压电陶瓷单元，呈环形，并环绕设于所述引导通道的外周；以及
[0013]上端头，与所述下端头连接，并与所述下端头共同形成夹持空间，所述压电陶瓷单元设于所述夹持空间，所述上端头的下端抵接于所述压电陶瓷单元的上表面。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述容纳腔的顶部开设有安装孔，所述下端头与所述安装孔螺纹配合。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述上端头与所述下端头螺纹配合。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述压电陶瓷单元包括压电陶瓷本体和电极片，所述
压电陶瓷本体呈环形，并环绕设于所述引导通道的外周，所述电极片与所述压电陶瓷本体电性连接。
[0017]在一种可能的实现方式中，所述下端头的下部形成变幅杆结构。
[0018]在一种可能的实现方式中，所述一种同轴聚焦超声复合激光加工装置还包括移动平台，所述腔盖、所述超声换能器和所述激光发生组件分别设于所述移动平台。
[0019]与现有技术相比，本专利技术提供的一种同轴聚焦超声复合激光加工装置的有益效果是：
[0020]本专利技术提供的一种同轴聚焦超声复合激光加工装置包括腔盖、超声换能器和激光发生组件，腔盖具有用于容纳去离子水(即纯水)的容纳腔，容纳腔的底部开设有出水口，用于供水流出，流出的水能够在工件表面形成液膜。超声换能器的下端容置于容纳腔内，并形成出光口，超声换能器能够产生超声波，激光发生组件包括激光发生器和聚焦场镜，激光发生器用于发射激光束，激光束经过聚焦场镜后穿过引导通道，从出光口射出，最终激光焦点汇集在工件的表面，能够对工件表面进行加工。
[0021]本专利技术通过出水口在工件表面形成液膜，能够削弱激光加工对工件的热影响，降低烧蚀损伤，有助于提高激光加工的微结构表面质量。通过超声换能器产生超声波，超声波通过液膜传输，以高效同轴共焦的方式引入激光加工过程中，液膜和超声波共同作用，使得激光加工过程产生的熔融态、等离子态的各种产物在液膜作用下被快速冷却，并在超声振动作用下被振碎并快速排出，从而有效地改善加工表面质量，同时也有助于消除重铸层，提高加工精度，以满足工件表面特征结构的高精度加工需求。
[0022]本专利技术将腔盖、超声换能器和激光发生组件复合为一体，能够实现液膜、超声波随激光束一同移动，使得超声能量能够始终定点作用在激光加工域，能量利用更集中，使用效果更好。
[0023]在第二方面，本专利技术还提供一种同轴聚焦超声复合激光加工方法，采用如上述任一实现方式所述的一种同轴聚焦超声复合激光加工装置实现，包括以下步骤：
[0024]固定待加工的工件；
[0025]通过进水口向容纳腔内通入去离子水，使去离子水从出水口流出，并在工件表面形成液膜；
[0026]通过超声换能器产生超声波，超声波作用于工件表面；
[0027]通过所述激光发生器发射激光束，所述激光束经所述聚焦场镜聚焦于液膜下工件的表面，对工件的表面进行加工。
[0028]在一种可能的实现方式中，所述液膜厚度小于0.3mm。
[0029]与现有技术相比，本专利技术提供的同轴聚焦超声复合激光加工方法采用如上述任一实现方式所提供的一种同轴聚焦超声复合激光加工装置实现，具有与其相同的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
[0030]图1为本专利技术其中一个实施例提供的一种同轴聚焦超声复合激光加工装置的工作原理图；
[0031]图2为本专利技术其中一个实施例提供的一种同轴聚焦超声复合激光加工装置的结构
示意图；
[0032]图3为未加载超声波及液流时工件表面微结构的剖面图；
[0033]图4为图3中切口位置的局部放大图；
[0034]图5为加载超声波及液流时工件表面微结构的剖面图。
[0035]附图标记说明：
[0036]1、一种同轴聚焦超声复合激光加工装置；2、工件；
[0037]10、腔盖；11、容纳腔；12、出水口；13、进水口；
[0038]20、超声换能器；21、下端头；211、引导通道；212、变幅杆结构；213、入光口；214、出光口；22、上端头；23、压电陶瓷本体；24、电极片；
[0039]30、激光发生组件；31、激光束；32、聚焦场镜。
具体实施方式
[0040]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0041]需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“固定”、“固设”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元件。当一个元件被认为是“连接于”、“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。当元件被称为“设置于”、“设于”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元件。“多个”指两个及以上数量。“至少一个”指一个及以上数量。“若干”指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同轴聚焦超声复合激光加工装置，其特征在于，包括：腔盖，具有容纳腔，所述容纳腔的底部开设有出水口，所述容纳腔的一侧开设有进水口；超声换能器，至少部分容置于所述容纳腔，所述超声换能器的下端延伸至所述出水口，所述超声换能器具有上下贯通的引导通道，所述引导通道的上端形成入光口，所述引导通道的下端形成出光口，所述超声换能器用于产生超声波；以及激光发生组件，包括激光发生器和聚焦场镜，所述聚焦场镜设于所述超声换能器的上方，所述激光发生器用于发射激光束，所述激光束向下贯穿所述引导通道。2.根据权利要求1所述的一种同轴聚焦超声复合激光加工装置，其特征在于，所述超声换能器包括：下端头，至少部分容置于所述容纳腔，所述下端头的下端延伸至所述出水口，所述下端头形成所述引导通道；压电陶瓷单元，呈环形，并环绕设于所述引导通道的外周；以及上端头，与所述下端头连接，并与所述下端头共同形成夹持空间，所述压电陶瓷单元设于所述夹持空间，所述上端头的下端抵接于所述压电陶瓷单元的上表面。3.根据权利要求2所述的一种同轴聚焦超声复合激光加工装置，其特征在于，所述容纳腔的顶部开设有安装孔，所述下端头与所述安装孔螺纹配合。4.根据权利要求2所述的一种同轴聚焦超声复合激光加工装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟科，刘军山，方立德，王一帆，龙阳，李天阳，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：