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专利号: 2021111161581
申请人: 山东理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.水导激光水光耦合变曲率聚焦光柱透镜,其特征在于:水导激光水光耦合变曲率聚

焦光柱透镜(1)其球面的曲率半径从球面的顶部到边缘由大到小变化,最大曲率半径R1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Rn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,激光透过变曲率聚焦光柱透镜顶部形成的聚焦点距离透镜的底面最远;激光透过变曲率聚焦光柱透镜后在导光水射流水柱内形成无数个聚焦点,聚焦点沿着透镜的轴心线均匀分布,形成一条聚焦光柱,激光能量均匀分布于这些聚焦点;相比只有一个聚焦点的传统球面透镜,该变曲率聚焦光柱透镜使得每一个聚焦点的能量密度显著降低,从而避免了传统单一聚焦点透镜由于聚焦点能量密度过大导致的导光水射流水柱气爆产生、水光耦合中断现象的发生,使得激光的功率能够显著提高、水导激光加工系统的加工效率也显著提高。

2.根据权利要求1所述的水导激光水光耦合变曲率聚焦光柱透镜,其特征在于:该水导激光水光耦合变曲率聚焦光柱透镜应用于大功率水导激光水光耦合装置;该水光耦合装置由变曲率聚焦光柱透镜(1)、水光耦合腔体(2)、玻璃窗口(3)、高压纯净水(4)、水射流喷嘴(5)、聚焦光柱(6)、导光水射流水柱(7)、圆柱状平行激光光束(8)组成;其中变曲率聚焦光柱透镜(1)位于水光耦合腔体(2)的正上方;水光耦合腔体(2)呈圆柱形结构,内部是一个圆柱状的腔体,在腔体的上壁中心位置开有一圆形孔(12),用于激光束的射入,紧贴着上壁的下表面固定一片圆形平板玻璃,形成水光耦合腔体的玻璃窗口(3);在腔体的下壁中心位置,固定有水射流喷嘴(5);在水光耦合腔体的圆柱面上,设有进水孔(13),高压水从该进水孔进入,从水射流喷嘴(5)喷出形成圆柱状的导光水射流水柱(7);激光通过聚焦光柱上相应的聚焦点后再发散、射向导光水射流水柱(7)的内表面,再经全反射在导光水射流水柱(7)内部传输;经变曲率聚焦光柱透镜(1)与水射流喷嘴(5)的对准调整,使得聚焦光柱(6)位于导光水射流水柱(7)的轴心线上,并保证入射激光于与水射流喷嘴上表面不发生干涉。

3.根据权利要求2所述的水导激光水光耦合变曲率聚焦光柱透镜,其特征在于:由于变曲率聚焦光柱透镜大功率水导激光水光耦合装置在水导激光加工系统的使用,使得传统的水导激光加工系统成为无气爆的水导激光加工系统;该加工系统由激光器(21)、光纤激光束(22)、扩束准直透镜组(23)、分光镜(24)、变曲率聚焦光柱透镜一(25)、水光耦合腔体一(26)、导光水射流水柱一(27)、被加工工件(28)、CCD摄像机(29)、衰减片(30)、滤光片(31)、全反射镜(32)组成;激光器(21)发出的激光进入光纤形成光纤激光束(22),再经过扩束准直透镜组(23)和分光镜(24),到达变曲率聚焦光柱透镜一(25),穿过变曲率聚焦光柱透镜一(25)的激光束,射入水光耦合腔体一(26)后沿导光水射流水柱一(27)内部从上到下聚焦为若干个聚焦点,这些聚焦点形成聚焦光柱,激光通过聚焦光柱上相应的聚焦点后射向导光水射流水柱一(27)的内表面,再经全反射沿导光水射流水柱一(27)传输到达被加工工件(28)表面,从而对被加工工件(28)进行加工;从水光耦合腔体一(26)经变曲率聚焦光柱透镜一(25)反射回来的光线,经分光镜(24)和全反射镜(32)的反射,再经滤光片(31)、衰减片(30),到达CCD摄像机(29),由摄像机显示激光由变曲率聚焦光柱透镜一(25)射入水光耦合腔体一(26)的激光光束与导光水射流水柱一(27)的对准情况,并通过机械传动装置调整水光耦合腔体一(26)中水射流喷嘴与变曲率聚焦光柱透镜一(25)的相对位置,使得聚焦光柱位于导光水射流水柱一(27)的内部。