[发明专利]一种直耦式水导激光耦合系统及方法

说明书

本发明提供一种直耦式水导激光耦合系统及方法，包括从上至下依次同轴固接的光传输腔、透镜固定腔、喷嘴托体，所述光传输腔光路通孔的顶端通过三轴光学移动平台固定有激光准直系统，透镜固定腔与光传输腔中部对接面开设可供球透镜或半球透镜置入定位的弧形透镜槽；喷嘴通过喷嘴盖锁定于喷嘴托体中部的凸台上，喷嘴顶端露出且涂覆可在激光照射下变色的光致变色材料。本发明提出一种直耦式水导激光耦合系统及方法，可简化激光光束与喷嘴中心的对准操作，准确判断激光光束与喷嘴的耦合情况，并具有喷嘴可装拆、密封性能好的优点。

技术领域

本发明涉及水导激光耦合技术领域，具体涉及一种直耦式水导激光耦合系统及方法。

背景技术

激光加工是利用高能激光束与物质相互作用的特性，通过光热效应使加工件迅速熔化、汽化或化学降解的加工技术。激光加工具有无接触、无切削力、热影响小、加工精度高的特点，在加工熔点高、硬度大、脆性大等材料方面有很好的应用价值，目前广泛应用于汽车、电子、航空、机械制造等行业。

水导激光加工是利用微细水射流将激光束引导至待加工件表面进行加工的先进加工技术，根据激光在水射流微束中发生类似于在光纤中的全反射原理，通过微水束将激光引导至待加工件表面进行加工。水束可快速冷却加工表面并冲刷加工残渣，提高加工面的加工质量。

由于腔体结构和精密度的要求，现有水导激光加工装置的耦合腔喷嘴体积十分小，一般采用嵌入式或胶黏式装配，嵌入式密封性难以得到保证，胶黏式不易拆卸和更换。

现有水导激光耦合装置中，激光与喷嘴的耦合一般采用人工判断或者CCD成像判断。人工判断误差大，对操作人员要求高。CCD技术成本高，且激光光斑与红光同轴度会出现偏差。

常规水导激光耦合装置中，光学窗口多采用圆柱形透镜，圆柱形透镜不利于激光与水光纤中心的对焦，且圆柱形透镜体积大，不利于减小装置的体积和重量。

发明内容

本发明提出一种直耦式水导激光耦合系统及方法，可简化激光光束与喷嘴中心的对准操作，准确判断激光光束与喷嘴的耦合情况，并具有喷嘴可装拆的优点。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种直耦式水导激光耦合系统，包括从上至下依次同轴固接的光传输腔、透镜固定腔、喷嘴托体，所述光传输腔、透镜固定腔、喷嘴托体中部开设纵向对应可供激光穿过的光路通孔，所述光传输腔光路通孔的顶端通过三轴光学移动平台固定有激光准直系统，激光准直系统的输出光路向下；所述透镜固定腔与光传输腔中部对接面开设可供球透镜或半球透镜置入定位的弧形透镜槽；

所述喷嘴托体中部设置具有外螺纹的凸台，喷嘴通过螺纹连接于凸台的喷嘴盖锁定于凸台上对应光路通孔位置，喷嘴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与喷嘴盖、喷嘴托体之间具有一定间隙构成薄水层，高压水由透镜固定腔侧壁的进水口进入薄水层于喷嘴处与激光耦合。

上述方案中，将传统圆柱形光学窗口替换为球透镜或半球透镜，在透镜固定腔与光传输腔中部对接面，设置与透镜形状对应的定位弧形透镜槽，弧形透镜槽可固定透镜并实现高精度定位。激光准直系统通过三轴光学移动平台调节光路位置和与透镜之间的距离。球型透镜可对激光有效聚焦，当准直后的激光光斑中心与透镜中心重合时，球型透镜可将光路聚焦并保证激光通过喷嘴，实现激光与水束的耦合。球型透镜聚焦效果好，能降低传统水导激光与喷嘴中心对准的难度，且球型透镜可缩短焦距距离，有助于缩小装置体积。

喷嘴顶端涂覆可在激光照射下变色的光致变色材料，当激光光斑照射在光致变色材料时会发生变色反应，通过变色反应可直观清晰的判断激光耦合对准情况，可简化激光对准操作，提高对准精度。

螺纹连接较传统胶粘结构稳定，但喷嘴属于精密零件不易加工螺纹，装置中喷嘴通过喷嘴盖装配于喷嘴托体上，结构稳定且拆装方便，可简化喷嘴更换步骤，并有效降低工艺成本。