[发明专利]一种多光束水导激光加工装置与加工系统

说明书

本发明公开了一种多光束水导激光加工装置与加工系统，属于激光加工技术领域，本发明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；多路激光束依次经过聚焦扩束模块、光束旋转调节模块及聚焦透镜进行处理，实现多路激光束的空间位置、角度调控及旋转，从而提高聚合后的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。

技术领域

本发明涉及一种多光束水导激光加工装置与加工系统，属于激光加工技术领域。

背景技术

目前，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。

GE全球研发中心发明了液核光纤激光加工技术，该技术使用特殊的微管通水传光，管壁材料的光导系数低于纯净水，可以实现光的全反射传输。可以在空气中射出层流水柱，等效于SYNOVA技术；但同时，其固定管壁允许光纤弯曲，可以深入狭窄空间或在水下进行加工。由于端部去除物对光的散射效应以及光纤头部过于接近加工区域的光纤易损性，介入式加工至今没有实现，最好记录是钻入材料约3毫米。

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。

现有的水导激光加工过程中，大功率耦合与水柱能量分布及其均匀性直接影响水导激光加工效率与深度能力。

发明内容

本发明提供了一种多光束水导激光加工装置与加工系统，能够解决大功率耦合与水柱能量分布及其均匀性影响水导激光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水导激光加工装置，包括光束旋转调节模块、液体腔室及多个聚焦扩束模块；

每个所述聚焦扩束模块用于对其对应输入的激光束进行聚焦；

所述光束旋转调节模块及所述液体腔室沿所述激光束传输的方向同轴设置；

所述光束旋转调节模块用于对经过聚焦后的多路所述激光束进行偏心处理，并将经过偏心处理的所述激光束入射至所述液体腔室内；

所述液体腔室，用于将经过偏心处理的所述激光束沿所述液体腔室出射的水柱传输，利用水柱中的激光对工件进行切割；

经偏心处理后的所述激光束中一路聚焦耦合在所述水柱中心轴处，其余一路或多路聚焦耦合在所述水柱内且位于所述中心轴外围。

可选的，所述光束旋转调节模块包括沿所述激光束传输方向设置的上透镜及下透镜；

通过调整所述上透镜与所述下透镜之间的距离及角度来调整所述激光束的偏心距离。