阵列式水波导激光加工装置制造方法及图纸

阵列式水波导激光加工装置，涉及一种激光加工装置。提供一种可解决背景技术部分中所述加工范围小和效率低的技术问题，以及加工柔性不足等缺点的阵列式水波导激光加工装置。设有激光器、倒置望远镜、镜筒、第1透射反射镜阵列、第2透射反射镜阵列、第1反射镜、聚焦透镜阵列、喷嘴体、带套环支架、支架、带过滤器的水收集器、夹具、数控平台、摄像机、水循环系统、计算机数控装置、观测激光器、第2反射镜、管接头、水腔体、平板玻璃和压环。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光加工装置，尤其是涉及一种具有激光雕刻、焊接、打孔、切割等功能的阵列式水波导激光加工装置。
技术介绍
20世纪后半期，激光技术在加工领域得到了广泛的应用和推广，传统的激光技术利用不同原理的激光发射设备和产生不同功率和波长的激光用于不同的工业应用领域。作为激光技术的一个重要分支，激光加工技术目前已广泛应用于材料加工的各个领域，包括汽车制造、航天航空、电子、化工、包装、医疗设备等。通过与计算机数控技术相结合，激光加工技术已成为工业生产自动化的关键技术，拥有普通加工技术所不能比拟的优势，体现在加工速度快、精度高、可灵活加工复杂形状工件，无机械接触、无切削力、无刀具损耗、无需更换刀具、无加工噪声等。高性能的激光设备已应用于微细加工。但是普通激光加工还是有缺陷的，存在加工热影响区、加工熔渣，加工面存在锥度等。为解决这些问题，产生了一些将激光与其它技术复合的加工方法。瑞士 Richerzhagen Bernold开发出一种基于激光技术与微射流技术相结合的水波导激光微细加工技术，并申请成为一项国际专利技术(W0 95/32834)，该专利核心是施加一定的水压产生微细水射流，同时将加工激光耦合聚焦于喷嘴微孔出口，利用激光在水和空气两种介质的接触面内的全反射，从而引导激光束作用于被加工工件，该专利克服了传统激光加工中的诸如不易调焦、热区影响大、加工毛刺、以及易产生有害加工气体等缺点(BernoId. Richerzhagen, Μ. Plankensteiner, N. U. Kling, K. Stay, Α. Brule. Saw LMJ :A hybrid Semiconductor Dicing Solution. Proc. of SPIE. 2008，6880 :1_6)，但该专利所阐述的方法只能产生单束波导激光水柱加工技术，而对于许多工业应用场合希望能够有一种可以进行并行的激光加工的方法来提高加工效率，为此，王磊等(王磊，张靖周，杨卫华.密集型阵列冲击射流换热特性实验航空动力学报，2009，24 (6))提出一种水波导激光阵列加工设备，在一定压力的该设备的腔体中，可以形成稳定的阵列式水射流，能够将水导引激光的激光加工区域由一个扩展到多个并行的范围从而能够很大程度上提高应用的领域禾口效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可解决
技术介绍
部分中所述加工范围小和效率低的技术问题，以及加工柔性不足等缺点的阵列式水波导激光加工装置。本专利技术设有激光器、倒置望远镜、镜筒、第1透射反射镜阵列、第2透射反射镜阵列、第1反射镜、聚焦透镜阵列、喷嘴体、带套环支架、支架、带过滤器的水收集器、夹具、数控平台、摄像机、水循环系统、计算机数控装置、观测激光器、第2反射镜、管接头、水腔体、 平板玻璃和压环；所述倒置望远镜安装于激光器发出的加工激光束的正前方，所述倒置望远镜设于镜筒3上，镜筒固定在水腔体上方；所述第1透射反射镜阵列为1行Xm列，所述第2透射反射镜阵列为η行Xm列，所述聚焦透镜阵列为η行Xm列，所述喷嘴体设有喷嘴阵列，所述喷嘴阵列为η行Xm列，其中n，m均为正整数，最好均为1 10的正整数；第1透射反射镜阵列和第1反射镜沿着激光器发出激光的轴向顺序安装于镜筒内，所述第1反射镜对应于轴向上的第1透射反射镜阵列的最后一列；第2反射镜设于第2透射反射镜阵列的最后一行；聚焦透镜阵列安装于镜筒内，聚焦透镜阵列位于第2透射反射镜阵列的下方；带套环支架设在用于调节高度的支架上，支架安装于数控平台的固定底座上方；用于为水循环系统提供去离子水的带过滤器的水收集器安装在水循环系统的回路上，所述水循环系统固定于地基上；用于固定待加工工件的夹具固定在数控平台上，数控平台带动待加工工件在垂直于加工激光轴的平面上运动；摄像机安装在观测激光器发出的观测激光束前方；计算机数控装置与数控平台连接；观测激光器与激光器发出的加工激光束同轴耦合安装；第2反射镜安装于观测激光器与激光器之间；管接头与水腔体和镜筒连接，平板玻璃安装于镜筒下方和水腔体上方，所述水腔体固定在带套环支架上，压环设在水腔体下方。所述水循环系统可采用高压低流量的柱塞泵，以实现稳定调压。以下给出本专利技术的工作原理加工激光通过相应的光学系统产生的扩束、准直的多束激光束，分别经过喷嘴阵列耦合通过装置所产生的相对应微水射流波导区，然后到达待加工工件。其原理是某种压力下的稳定工作的水射流形成激光可以定向传输加工激光的波导区以及激光在水波导区内部的全反射条件，使得相应的每束光在空气与稳定的水束的分界面上产生全反射，通过稳定的波导区水射流，进而将加工激光能量导引至待加工工件上，实现水波导激光并行加工的目的。其结果是待加工工件可以实现大尺度的并行加工操作，而无需频繁地移动待加工工件或平台。同时加工端面得到水冷却，使得效率和加工质量都能够得到很大的提高。本专利技术具有以下突出优点1) 一维或者二维阵列式水波导激光加工装置可实现多路激光加工，使得激光走刀一次的加工范围扩大。各加工激光能量呈平顶分布，在稳定水射流波导区内，光束大小均勻、无变化地进行变深加工。一维阵列式水波导激光加工装置可以实现二维加工；二维阵列式水波导激光加工装置则可实现三维加工。2) 一维或者二维阵列式水波导激光加工装置改变了激光能量分布，同时，对于热加工的激光加工，水波导的射流冷却可以使得激光加工的热效应区减少，同时流动的水射流可以带出加工区域内的由激光加工所产生的熔渣和残渣，消除了残渣的散射对激光加工的不利影响。如此，提高了切割和焊接等加工质量，加工区域和接触的加工断面更加干净， 该加工方式特别适合精细加工的薄片，本专利技术尤其适合易受热影响的带状薄片的加工。3)—维或者二维阵列式水波导激光加工装置可以使得激光加工效率高。不同于单束水波导引激光加工系统，本专利技术可以将激光分别会聚多个激光加工头中，从而能够将激光能量通过多束水波导导引至加工工件上，形成并行加工系统，进行高效率的加工。4) 一维或者二维阵列式激光加工装置加工精度高。传统的线、缝等的激光加工通过工作平台的动作，使得误差较大，阵列式水波导激光加工装置采用激光系统结合本专利技术中的光学系统，可以根据加工要求来提高加工的精度，在切割一些精细的狭缝和凹槽中具有更加高速的应用，特别是在板材切割上具有独特的优势，如此可以减少工作平台因移动而造成的误差，以及根据加工条件造成不同的误差。如此阵列式水波导激光加工装置一次走刀加工可减少或不影响加工精度。附图说明图1为本专利技术实施例的结构组成示意图。图2为本专利技术实施例的镜筒和水腔体的结构组成主视示意图。图3为本专利技术实施例的第1透射反射镜阵列和第2透射反射镜阵列的俯视结构组成示意图。图4为本专利技术实施例的阵列式激光光路示意图。 具体实施例方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术实施例采用Nd:YAG激光器为例，通过多个透镜以及多组透射反射镜将激光转换成多束激光并分别与多束水波导相耦合形成水波导激光并行加工系统。参见图1 4，本专利技术实施例设有激光器1，倒置望远镜2，镜筒3，第1透射反射镜阵列al、a2，第2透射反射镜阵列41 48，第1反射镜a3，聚焦透镜阵列51 58，喷嘴体 6，带套环支架7，支架8，待加工工件9，带过滤器的水收集本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．阵列式水波导激光加工装置，其特征在于设有激光器、倒置望远镜、镜筒、第１透射反射镜阵列、第２透射反射镜阵列、第１反射镜、聚焦透镜阵列、喷嘴体、带套环支架、支架、带过滤器的水收集器、夹具、数控平台、摄像机、水循环系统、计算机数控装置、观测激光器、第２反射镜、管接头、水腔体、平板玻璃和压环；所述倒置望远镜安装于激光器发出的加工激光束的正前方，所述倒置望远镜设于镜筒３上，镜筒固定在水腔体上方；所述第１透射反射镜阵列为１行×ｍ列，所述第２透射反射镜阵列为ｎ行×ｍ列，所述聚焦透镜阵列为ｎ行×ｍ列，所述喷嘴体设有喷嘴阵列，所述喷嘴阵列为ｎ行×ｍ列，其中ｎ，ｍ均为正整数；第１透射反射镜阵列和第１反射镜沿着激光器发出激光的轴向顺序安装于镜筒内，所述第１反射镜对应于轴向上的第１透射反射镜阵列的最后一列；第２反射镜设于第２透射反射镜阵列的最后一行；聚焦透镜阵列安装于镜筒内，聚焦透镜阵列位于第２透射反射镜阵列的下方；带套环支架设在用于调节高度的支架上，支架安装于数控平台的固定底座上方；用于为水循环系统提供去离子水的带过滤器的水收集器安装在水循环系统的回路上，所述水循环系统固定于地基上；用于固定待加工工件的夹具固定在数控平台上，数控平台带动待加工工件在垂直于加工激光轴的平面上运动；摄像机安装在观测激光器发出的观测激光束前方；计算机数控装置与数控平台连接；观测激光器与激光器发出的加工激光束同轴耦合安装；第２反射镜安装于观测激光器与激光器之间；管接头与水腔体和镜筒连接，平板玻璃安装于镜筒下方和水腔体上方，所述水腔体固定在带套环支架上，压环设在水腔体下方。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄元庆，卢希钊，林春，谢海鹤，沈阳，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92