[发明专利]一种直耦式水导激光耦合系统及方法

权利要求书

1.一种直耦式水导激光耦合系统，从上至下依次同轴固接的光传输腔(1)、透镜固定腔(2)、喷嘴托体(3)，所述光传输腔(1)、透镜固定腔(2)、喷嘴托体(3)中部开设纵向对应可供激光穿过的光路通孔，其特征在于：

所述光传输腔(1)光路通孔的顶端通过三轴光学移动平台(4)固定有激光准直系统(5)，激光准直系统(5)的输出光路向下；所述透镜固定腔(2)与光传输腔(1)中部对接面开设可供球透镜(6)或半球透镜(7)置入定位的弧形透镜槽；

所述喷嘴托体(3)中部设置具有外螺纹的凸台(31)，喷嘴(8)通过螺纹连接于凸台(31)的喷嘴盖(9)锁定于凸台(31)上对应光路通孔位置，喷嘴(8)顶端露出且涂覆可在激光照射下变色的光致变色材料；

系统内部透镜固定腔(2)与喷嘴盖(9)、喷嘴托体(3)之间具有一定间隙构成薄水层(10)，高压水由透镜固定腔(2)侧壁的进水口(21)进入薄水层(10)于喷嘴孔中心与激光耦合。

2.根据权利要求1所述的一种直耦式水导激光耦合系统，其特征在于：所述喷嘴(8)采用阶梯圆台型结构，喷嘴盖(9)底面中部开设与阶梯圆台匹配的阶梯定位孔。

3.根据权利要求1所述的一种直耦式水导激光耦合系统，其特征在于：所述激光准直系统(5)包括纵向固接于三轴光学移动平台(4)的光纤(51)，以及设置于光纤(51)底部输出端的准直装置(52)。

4.根据权利要求1所述的一种直耦式水导激光耦合系统，其特征在于：所述喷嘴盖(9)与喷嘴(8)顶端平齐，喷嘴盖(9)和喷嘴(8)顶端均涂覆光致变色材料，喷嘴盖(9)与喷嘴(8)的间隙可填充纳米防水材料或进行研磨密封。

5.根据权利要求4所述的一种直耦式水导激光耦合系统，其特征在于：所述光致变色材料可采用螺毗喃类、二芳基乙烯类或偶氮苯类化合物。

6.根据权利要求1所述的一种直耦式水导激光耦合系统，其特征在于：所述喷嘴盖(9)与喷嘴托体(3)之间、喷嘴盖(9)与喷嘴(8)之间设置O型密封圈(11)。

7.根据权利要求1所述的一种直耦式水导激光耦合系统，其特征在于：所述球透镜(6)和半球透镜(7)的球面向下，且端部穿过透镜固定腔(2)，穿过距离小于球形半径。

8.根据权利要求1所述的一种直耦式水导激光耦合系统，其特征在于：所述球透镜(6)与透镜槽相互接触部分填充纳米防水材料或进行研磨密封。

9.根据权利要求1所述的一种直耦式水导激光耦合系统，其特征在于：所述透镜固定腔(2)侧壁的进水口(21)至少一对，每对的两进水口(21)对称设置于透镜固定腔(2)两侧。

10.根据权利要求1～9任何一项所述耦合系统实现一种直耦式水导激光耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：打开激光准直系统(5)向下发射激光，观测喷嘴(8)和喷嘴盖(9)上方光致变色材料构成的变色涂层(12)，通过变色涂层(12)的变色反应判断激光光斑位置；

S2：当喷嘴(8)和喷嘴盖(9)表面的变色涂层(12)无变色反应，表示激光全部通过喷嘴孔中心，满足耦合对准要求；

S3：当喷嘴(8)或喷嘴盖(9)表面的变色涂层(12)产生变色反应，表示耦合对准有偏心，调节三轴光学移动平台(4)调整激光准直系统(5)的光路，直至喷嘴(8)和喷嘴盖(9)表面变色涂层(12)无变色，表示激光全部通过喷嘴孔中心；

S4：打开进水管路的阀门，使高压水经由透镜固定腔(2)侧壁的进水口进入薄水层(10)，高压水束于喷嘴孔中心与激光直耦形成激光水束，激光水束通过喷嘴(8)射出对工件表面进行加工。