[发明专利]一种多光束射流耦合水导激光加工装置及加工系统

说明书

本发明公开了一种多光束射流耦合水导激光加工装置及加工系统，属于激光加工技术领域，本发明的加工装置通过将多路激光束导入水柱，提高了激光束在水柱的耦合功率；通过光束耦合单元调控多路激光束的空间位置及角度，从而提高输出激光束的光斑均匀性，最终实现对工件的高功率、零锥度及大深度加工；本发明的加工系统具有系统可靠性高、加工深度大及维护成本低的优点。

技术领域

本发明涉及一种多光束射流耦合水导激光加工装置及加工系统，属于激光加工技术领域。

背景技术

常规激光加工的效率和质量随着深度增加而快速下降，原因在于聚焦式激光加工的加工锥度效应，使得此种方法存在深度极限；热量的不断积累使材料热影响严重。因此，实现低热影响、大深度介入式加工是激光加工界的重大问题。

公知的短脉冲干式激光加工为主，其在浅层材料的瞬时去除效率和热影响控制方面是有优势，但仍存在突出问题：孔加工有锥度，深度能力欠缺，大深度(5毫米)加工时丧失短脉冲优势。

为了解决激光加工过程中材料的热影响，拓展加工深度，SYNOVA公司展开了微射流型水助激光加工技术。以SYNOVA公司为代表的微射流型水助激光加工技术对多种材料的穿透性切割具有优异的加工性能，相对干式激光加工具有加工锥度明显减小、加工热影响小、表面清洁等一系列优势，但该技术很难保持大深度加工的高效率，深度能力在10毫米左右遇到极限；另外，该技术为了保证可靠性，激光传输强度不宜太高，限制了耦合功率的提高，影响加工速度。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所研发的“一种激光加工头及其应用、激光加工系统及方法”专利，解决了激光的高能量密度耦合与系统可靠性之间的矛盾问题；“一种旋转式水导激光加工系统及方法”专利，可以进行大深度激光加工；“一种大功率耦合激光加工装置和激光加工系统”专利，使用全反射涂层及旋转水导激光的方法，提高激光耦合功率，进一步拓展了激光加工的深度能力；“一种旋转式激光加工装置及其应用、激光加工系统及方法”专利，利用旋转激光加工的方式改善加工深度。

目前，水导激光加工过程中，大功率耦合与水柱能量分布的均匀性直接影响其加工效率与深度能力。

发明内容

本发明提供了一种多光束射流耦合水导激光加工装置及加工系统，能够解决大功率耦合与水柱能量分布的均匀性影响工件加工效率与深度能力的问题。

一方面，本发明提供了一种多光束射流耦合水导激光加工装置，包括光束耦合单元及液体腔室；

所述光束耦合单元与所述液体腔室沿激光束传输方向依次设置；

所述光束耦合单元包括至少两个扩束聚焦模块，每个所述扩束聚焦模块用于对与其对应输入的一路激光束进行聚焦处理；

所述扩束聚焦模块的空间位置及角度可调，用于调整所述激光束经所述扩束聚焦模块聚焦后的焦点的位置及姿态角度；

所述液体腔室用于将经过所述光束耦合单元聚焦的所述激光束沿所述液体腔室出射的水柱传输，利用所述水柱中的所述激光束切割工件。

可选的，每个所述扩束聚焦模块均包括沿所述激光束传输方向依次设置的扩束子模块及聚焦子模块；

每个所述扩束子模块用于调整所述激光束的光束直径及发散角；

每个所述聚焦子模块用于将经过所述扩束子模块处理的所述激光束进行聚焦。

可选的，每个所述扩束聚焦模块沿其所在轴线沿轴向作回转体运动或静止不动。

可选的，所述扩束聚焦模块为2-3个。

可选的，所述液体腔室包括腔体、窗口透镜及液体缩流口；

所述窗口透镜及所述液体缩流口分别设置在所述腔体的顶壁和底壁上；