[发明专利]用于产生液体射流的设备

说明书

本申请涉及用于生成沿着射流轴线（A）传播的液体射流的设备，所述液体射流引导激光束。所述设备包括带有用于所述液体的至少一个进口（10）和至少一个出口（11）的分布腔（5），所述分布腔（5）具有围绕所述射流轴线（A）的环形形状。所述分布腔（5）具有第一有效液体流动横截面面积S1。所述设备还包括加速腔（7），其具有用于所述液体的至少一个进口（12）和一个出口以及对所述激光束透明的窗（3），以通过所述窗（3）将所述激光束引入到所述加速腔（7）内。所述窗（3）被布置成与所述射流轴线（A）共线以使所述激光束的引入能与所述射流轴线（A）同轴。所述加速腔（7）具有入口横截面S3，所述入口横截面S3由布置成与所述射流轴线（A）同轴的几何圆柱形状的圆柱桶的表面面积定义，所述圆柱桶具有对应于所述射流轴线（A）和所述加速腔（7）的所述至少一个进口之间的最小距离的半径，其中所述圆柱桶的所述面积被定位在所述加速腔（7）内。用于生成所述液体射流的喷嘴被布置在所述加速腔（7）的所述出口内并且限定了所述射流轴线（A）的方向。至少一个连接通道（6）从所述分布腔（5）的所述至少一个出口（11）延伸到所述加速腔（7）的所述至少一个进口（12），所述至少一个连接通道（6）具有第二有效液体流动横截面面积S2。所述第二有效液体流动横截面面积S2小于所述第一有效液体流动横截面面积S1，优选地小一个数量级（S2/S11）并且所述第二有效液体流动横截面面积S2小于所述入口横截面S3（S2/S31）。所述设备包括具有中心开口的壁元件（2），其中包括所述喷嘴的喷嘴保持器（4）和包括所述窗（3）的窗元件在所述中心开口内被布置成一个位于另一个上方，所述喷嘴保持器（4）和所述窗元件沿着所述射流轴线彼此间隔开，其间隔限定了所述加速腔（7），其中所述连接通道和所述分布腔（5）形成在所述喷嘴保持器（4）内。

技术领域

本发明涉及用于产生沿着射流轴线传播的液体射流的设备，所述液体射流引导激光束。

背景技术

使用激光辐射的材料机加工被以各种方式广泛用于切割、钻孔、铣削、熔焊、做标记以及一般而言地用于移除材料。为了能够开始材料的移除，必须在要被机加工的材料表面上达到预定的辐射强度。过去常常通过将激光辐射聚焦到焦点上来实现这种高辐射强度。然而，这种技术的缺点是达到这种高强度的焦点的小轴向范围（束宽）。这个轴向范围与瑞利（Rayleigh）长度有关。如果要形成深度切割或孔，那么必须以高精度水平来调节焦点的定位，或者甚至要追踪该定位。激光束朝着焦点圆锥形地逐渐变细，意味着尤其是在深度切割的情况下，从表面上开始，总是必须移除足够量的材料以使圆锥形激光束能够到达机加工位置。然而，深度切割或孔总是不得不被制造成带有倾斜的侧壁。

为了避免不得不追踪焦点并且为了能够形成具有接近竖直的侧壁的窄切割和孔，在EP A 0 515 983、DE A 36 43 284和WO 95/32834已经提出了将激光辐射注射入作为光导体的 液体射流中，将该液体射流引导到要被机加工的工件上。

在DE A 36 43 284中，借助玻璃纤维供应激光辐射。这种玻璃纤维的末端具有被引导到要被机加工的工件上的水射流，水射流围绕着工件流动。这个已知的设备具有的缺点是水射流的直径从来都不能小于运输该激光辐射的玻璃纤维的直径。另一个缺点源自位于玻璃纤维的末端下方的死水区域，这尤其引起了水射流流动中的湍流并且最终导致了这种射流快速地破裂成水滴。

EP A 0 515 983试图通过设计具有喷嘴块的光学单元来避免这些缺点，该喷嘴块对水射流进行成形。在对水射流进行成形的喷嘴的上游是水保持腔，该腔具有水进口和聚焦透镜，该聚焦透镜将该腔与喷嘴入口隔离，用于聚焦激光辐射。聚焦透镜的位置和焦距被选择为使得激光辐射的焦点位于喷嘴通道内的轴向中心中。在机加工期间的操作中，已经发现喷嘴非常快地被激光辐射损坏，并且因此对激光辐射的成形不再完美。

在WO 95/32834做出了对将激光束注射入液体射流中的方式的改进，其中要被注射的激光辐射的焦点被放置在喷嘴开口的平面内并且取消了在喷嘴开口前面的水保持腔。即使利用这种布置，在用于机加工材料的操作中喷嘴还是被损坏。