[发明专利]一种微水柱导引激光微细加工装置

说明书

技术领域

本发明属于精密加工技术领域，具体涉及激光微细加工方法及装置。

背景技术

随着精密和超精密加工技术的不断发展，激光与其它加工技术的复合逐渐成为加工制造领域的主流技术。微水导激光加工技术将特定波长的聚焦激光束导入作为光纤的高速流动的水束，激光在水与空气界面发生多次全反射后形成高能量束流射到工件表面，实现对工件的微细加工。与传统激光微加工技术：ZL02138076.7摩擦副表面的激光复合处理方法；申请号200610039758.1一种激光表面微造型方法相比较，由于在加工过程中水束光纤射流对激光能量有均匀化作用、对工件有冷却、冲洗作用, 因而水导引激光微加工技术具有加工精度高、加工应力极小、热影响区小、无热熔渣、加工边缘整齐和加工效率高等优点，但该技术对于激光与水束光纤的精确耦合有着很高的要求。

激光与水束光纤的精确耦合是实现水导激光微细加工的关键技术，也是直接影响其技术应用效果的难点所在。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、工作可靠的微水柱导引激光微细加工方法及装置，以解决聚焦激光与水束光纤的耦合调整问题。

本发明为达到上述目的的技术方案是：

一种微水柱导引激光微细加工装置，其包括支撑套管、水箱、喷嘴和光学聚焦透镜；所述支撑套管中水平安装光学聚焦透镜，光学聚焦透镜与Z方向喷嘴孔中心调节机构连接；所述支撑套管下端口安装水箱，所述水箱通过进水管接头连接高压水系统；所述水箱的顶端正中为石英窗户，正对支撑套管下端口中心，水箱的底端正中设置喷嘴，光学聚焦透镜的聚焦点正好落在喷嘴的微孔中心；所述水箱还与水平X和Y方向喷嘴孔中心调节机构连接。

进一步，所述Z方向的喷嘴孔中心调节机构包括调节螺钉、调节螺母和锁紧螺母；在支撑套管的管壁上设置周向均匀分布三个调节窗，所述调节螺钉从调节窗伸进管内，连接在光学聚焦透镜的透镜座，调节螺钉外端装配在调节螺母的内环槽中，调节螺母螺纹装配在支撑套管上，并由锁紧螺母锁紧。随调节螺母的转动带动调节螺钉上下移动，从而可以调节透镜座的轴向位置。

所述水平X和Y方向喷嘴孔中心调节机构包括支撑块、微调螺钉和固定螺钉，所述支撑块竖向固定在支撑套管下端口的侧边，且位于水箱的外侧；所述微调螺钉水平连接在支撑块上，有四个，两两相对设置在水平X方向和Y方向，顶端抵触水箱侧壁；所述固定螺钉轴向连接并固定水箱和支撑套管。

本发明微水柱导引激光微细加工装置中，激光焦斑与喷嘴孔中心之间进行 X Y平面耦合对准的调节方法为（以X方向为例）:微微松开固定螺钉，调节微调螺钉来调整喷嘴孔中心和激光焦斑中心的 X方向相对位置，通过放置在水束光纤下的能量计检测耦合传导激光能量的效率,使得耦合传导激光能量的效率最高的 X向相对位置 ,即为耦合对准所需的 X向位置，然后调节耦合对准所需的 Y方向相对位置（调节方法同X方向）。X、Y方向均调整到位后，拧紧固定螺钉。

在 XY平面耦合位置调整好之后 ,激光焦斑与喷嘴孔中心之间Z方向耦合对准的调节方法为: 通过调整调节螺母的轴向位置，带动调节螺钉、透镜座和光学聚焦透镜一起上下移动，来调整激光焦斑中心和喷嘴孔中心的 Z向相对位置, 同时通过放置在水束光纤下的能量计检测耦合传导激光能量的效率, 使得耦合传导激光能量的效率最高的 Z向相对位置 ,即为耦合对准所需的 Z向相对位置。Z方向调整到位后，拧紧锁紧螺母。

可见，本装置由于设计了水平方向和高度方向的激光耦合对准的调节机构，即安装在支撑套管上的轴向调整机构及端面径向调整机构，实现激光焦斑与喷嘴孔中心的三维相对位置的精确调整，保证水导激光微细加工中聚焦激光与水束光纤的耦合效果。本发明具有结构简单、加工精度高、加工应力极小、热影响区小、无热熔渣重铸、工作可靠、成本低、易于制造和调整的特点，在微电子、航空制造、机械、医学等加工领域中具有很好推广应用前景。

附图说明

图1是微水柱导引激光微细加工装置的结构示意图。

其中：1—支撑套管，2—调节螺钉，3—调节螺母，4—锁紧螺母，5—支撑块，6—微调螺钉，7—水箱，8—水束光纤，9—喷嘴，10—密封垫，11—水腔，12—进水管接头，13—固定螺钉，14—石英窗户，15—透镜座，16—光学聚焦透镜。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的结构：