[发明专利]变曲率聚焦光柱透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头

权利要求书

1.变曲率聚焦光柱透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其特征在于：包括变曲率聚焦光柱透镜部件（1040）、激光光纤连接头（101）、扩束准直透镜组部件（1020）、分光镜部件（1030）、CCD摄像机调节旋钮（105）、全反射镜部件（1060）、衰减片部件（1070）、滤光片部件（1080）、CCD摄像机（109）、水光耦合腔三坐标移动调节部件（5）、水光耦合腔部件（6）等；激光透过变曲率聚焦光柱透镜部件（1040）中的变曲率聚焦光柱透镜（104）形成若干个聚焦点，这些聚焦点沿着变曲率聚焦光柱透镜（104）的轴心线均匀分布，首先形成一条聚焦光柱（111）；由水光耦合腔三坐标移动调节部件调整变曲率聚焦光柱透镜（104）与水光耦合腔部件（6）的相对位置，使得激光通过变曲率聚焦光柱透镜（104）形成的聚焦光柱（111）与水光耦合腔部件（6）中的水射流宝石喷嘴保持架（606）中心线同轴、并保证激光与水射流宝石喷嘴（605）上表面不发生干涉，激光通过聚焦光柱（111）上相应的聚焦点后再发散、射向导光水射流水柱（8）的内表面，再经全反射沿导光水射流水柱（8）的内部传导。

2.根据权利要求1所述的变曲率聚焦光柱透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其特征在于：变曲率聚焦光柱透镜（104）的球面曲率半径从球面的顶部到边缘呈由大到小变化，最大曲率半径的球面位于透镜轴心线与球面相交的交点位置，即球面的顶部位置，距离轴心线越远，球面的曲率半径越小，最小曲率半径的球面位于透镜球面的边缘位置；在透镜边缘位置的球面曲率半径最小，激光穿过变曲率聚焦光柱透镜（104）边缘形成的聚焦点距离透镜的底面最近；在透镜顶部的球面曲率半径最大，激光穿过变曲率聚焦光柱透镜（104）顶部形成的聚焦点距离透镜的底面最远。

3.根据权利要求1所述的变曲率聚焦光柱透镜大功率无气爆水导激光水光耦合对准切割头，其特征在于：激光光纤连接头（101）是一个环形柱体，激光光纤连接头（101）内有用于激光传输的导光孔，激光光纤连接头（101）上端接入光纤，下方连接扩束准直透镜组部件（1020）；扩束准直透镜组部件（1020）内有激光传的输导光孔和上下分布的凹透镜、凸透镜；扩束准直透镜组部件（1020）下方安装有分光镜部件（1030），分光镜部件（1030）中安装有分光镜（103）；变曲率聚焦光柱透镜部件（1040）中安装有变曲率聚焦光柱透镜（104），变曲率聚焦光柱透镜部件（1040）安装在分光镜部件（1030）下方；变曲率聚焦光柱透镜部件（1040）下方通过螺栓连接水光耦合腔三坐标移动调节部件（5），水光耦合腔部件（6）通过卡扣结构与上方的水光耦合腔三坐标移动调节部件（5）连接；分光镜（103）与变曲率聚焦光柱透镜（104）轴线成45°夹角安装；分光镜部件（1030）的左侧安装有全反射镜部件（1060），全反射镜部件（1060）中安装有全反射镜（106），全反射镜（106）与分光镜（103）平行安装；CCD摄像机调节旋钮（105）安装在全反射镜部件（1060）的左下方，全反射镜部件（1060）正上方安装有滤光片部件（1070），滤光片部件（1070）中安装有滤光片（107）；滤光片部件（1070）的上方安装有衰减片部件（1080），衰减片部件（1080）中安装有衰减片（108）；CCD摄像机（109）安装在衰减片部件（1080）上方，CCD摄像机（109）呈正方体形状，上壁开有连接口；CCD摄像机（109）、衰减片部件（1080）、滤光片部件（1070）和全反射镜部件（1060）依次从上到下安装在同一垂直线上；激光光纤连接头（101）、扩束准直透镜组部件（1020）、分光镜部件（1030）、变曲率聚焦光柱透镜部件（1040）、水光耦合腔三坐标移动调节部件（5），水光耦合腔部件（6）依次从上到下安装在同一垂直线上。

水光耦合腔三坐标移动调节部件（5）包括连接内筒（501）、传动滑筒（502）、X方向调节旋钮（503）、X方向圆柱形传动导轨（504）、外滑套（505）、内滑套（506）、Y方向调节旋钮（507）、Y方向圆柱形传动导轨（508）、Z轴调节套筒（509）、511-X方向压缩弹簧，512-Y方向压缩弹簧，513-键等；

连接内筒（501）下部圆筒、传动滑筒（502）上部圆筒、Z轴调节套筒（509）为圆筒形空心结构，传动滑筒（502）上部圆筒的外径比连接内筒（501）下部圆筒的内径小，两者属于间隙配合，Z轴调节套筒（509）上部分连接内筒（501）外部圆筒、下部分连接传动滑筒（502）的外部圆筒；

连接内筒（501）通过其上部螺钉与上方的变曲率聚焦光柱透镜部件（1040）连接，连接内筒（501）和传动滑筒（502）的外壁开有键槽，键槽内放有键（513），键槽与键（513）使得连接内筒（501）和传动滑筒（502）不能产生相对转动；连接内筒（501）外壁开有正向外螺纹，传动滑筒（502）外壁开有反向外螺纹，在连接内筒（501）和传动滑筒（502）的外侧安装有Z轴调节套筒（509）；Z轴调节套筒（509）的内壁上部开有正向内螺纹，下部开有反向内螺纹；通过Z轴调节套筒（509）的转动实现连接内筒（501）和传动滑筒（502）相对移动，进而实现水光耦合腔部件（6）的Z轴调节，调节变曲率聚焦光柱透镜（104）与水光耦合腔部件（6）的直线距离；

传动滑筒（502）下部、外滑套（505）、内滑套（506）都是圆筒形空心结构，两条X方向圆柱形传动导轨（504）在X方向同一水平面穿过传动滑筒（502）、外滑套（505）和内滑套（506），用作传动滑筒（502）、内滑套（506）之间相对移动的导轨；X方向圆柱形传动导轨（504）与传动滑筒（502）、内滑套（506）的配合孔一个为过盈配合、一个为间隙配合；X方向调节旋钮（503）的螺杆与两条X方向圆柱形传动导轨（504）、内滑套（506）另一侧的X方向压缩弹簧（511）处于同一水平面；X方向压缩弹簧（511）安装于传动滑筒（502）和内滑套（506）之间；传动滑筒（502）上开有螺纹孔，内滑套（506）外壁开有盲孔，用于安装X方向压缩弹簧（511）；内滑套（506）的一侧与X方向调节旋钮（503）的螺杆前端接触，另一侧压向X方向压缩弹簧（511）；

X方向调节旋钮（503）通过螺杆与传动滑筒（502）连接；旋转X方向调节旋钮（503），控制螺杆的前端伸缩；顺时针旋转X方向调节旋钮（503）时，内滑套（506）沿X轴负方向的移动；逆时针旋转X方向调节旋钮（503）时，在X方向压缩弹簧（511）的反作用力的推动下内滑套（506）沿X轴正方向移动，从而控制水光耦合腔部件（6）沿X轴正负方向的移动；

四条Y方向圆柱形传动导轨（508）在Y方向同一水平面两两平行、前后对称穿过传动滑筒（502）、外滑套（505），用作传动滑筒（502）、外滑套（505）之间相对移动的导轨；Y方向圆柱形传动导轨（508）与外滑套（505）的配合孔为过盈配合、与传动滑筒（502）的配合孔为间隙配合；Y方向调节旋钮（507）的螺杆与四条Y方向圆柱形传动导轨（508）、传动滑筒（502）另一侧的Y方向压缩弹簧（512）处于同一水平面，Y方向压缩弹簧（512）安装于传动滑筒（502）和外滑套（505）之间；传动滑筒（502）外壁上开有盲孔，外滑套（505）开有螺纹孔，用于安装Y方向压缩弹簧（512）；传动滑筒（502）的一侧外壁与Y方向调节旋钮（507）的螺杆前端接触，另一侧外壁压向Y方向压缩弹簧（512）；

Y方向调节旋钮（507）通过螺杆与外滑套（505）连接；Y方向调节旋钮（507）控制螺杆的前端伸缩，控制传动滑筒（502）沿Y轴正与负方向的移动，从而控制水光耦合腔部件（6）沿Y轴正与负方向的移动；顺时针旋转Y方向调节旋钮（507）时传动滑筒（502）沿Y轴正方向的移动；逆时针旋转Y方向调节旋钮（507）时，在Y方向压缩弹簧（512）的反作用力的推动下传动滑筒（502）沿Y轴负方向移动；内滑套（506）下部分内壁开有环形母扣，用于连接水光耦合腔部件（6）；

四条Y方向圆柱形传动导轨（508）、两条X方向圆柱形传动导轨（504）、X方向调节旋钮（503）、Y方向调节旋钮（507）、X方向压缩弹簧（511）、Y方向压缩弹簧（512）在同一个平面内；水光耦合腔部件（6）的X轴和Y轴位移调节控制，在X轴和Y轴所在的同一个平面内实现；

水光耦合腔部件（6）包括定位滚珠（601）、高压水连接头（602）、高压气连接头（603）、水腔密封镜支撑架（604）、水射流宝石喷嘴（605）、水射流宝石喷嘴保持架（606）、进气环孔（607）、气体环形缓冲区（608）、水光耦合腔壳体（609）、水腔密封镜片（610）、密封圈一（612）、环形柱状喷气口（613）、气流喷嘴安装拆卸孔（615）、617-密封圈二（617）、密封圈三（618）等；水腔密封镜支撑架（604）上部外侧有旋转三叶形结构卡扣，通过该卡扣和内滑套（506）上的环形母扣连接，同时通过定位滚珠（601）实现与水光耦合腔三坐标移动调节部件（5）的位置定位；水腔密封镜支撑架（604）下方开设有水腔密封镜槽，用于安装水腔密封镜片（610）；水腔密封镜支撑架（604）上部外侧通过螺纹与水光耦合腔壳体（609）连接，水光耦合腔壳体（609）左侧平面部位安装有高压水连接头（602）和高压气连接头（603）；水射流宝石喷嘴保持架（606）位于水光耦合腔壳体（609）下部，通过螺纹固定于水光耦合腔壳体（609）中；水射流宝石喷嘴保持架（606）内开设有喷嘴保持架导流孔（616），喷嘴保持架导流孔（616）的顶部安装有水射流宝石喷嘴（605），在水射流宝石喷嘴（605）中部开设有圆柱形喷口；

水射流宝石喷嘴保持架（606）的中部外壁有进气环孔（607），高压气连接头（603）通过进气通道与进气环孔（607）连接，进气环孔（607）通过4个进气孔（614）与气体环形缓冲区（608）相连接，气体环形缓冲区（608）下方连接环形柱状喷气口（613）。