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专利号: 202111116190X
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:2023-10-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.多聚焦点透镜大功率水导激光水光耦合装置,其特征在于:所述多聚焦点透镜大功率水导激光水光耦合装置由多聚焦点透镜、水光耦合腔体、玻璃窗口、高压纯净水、水射流喷嘴、聚焦光柱、导光水射流水柱、圆柱状平行激光光束组成;其光学透镜采用多聚焦点透镜,激光透过多聚焦点透镜形成多个激光聚焦点,所述多个激光聚焦点在导光水射流水柱中沿多聚焦点透镜轴心线直线分布,激光能量分布于多个激光聚焦点中,相比只有一个聚焦点的球面透镜,该多聚焦点透镜使得每一个聚焦点的能量密度显著降低,从而避免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;多聚焦点透镜位于水光耦合腔体的正上方;水光耦合腔体呈圆柱形结构,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,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;在腔体的下壁中心位置,固定有水射流喷嘴;在水光耦合腔体的圆柱面上,设有进水孔,高压水从该进水孔进入,从水射流喷嘴喷出形成圆柱状的导光水射流水柱;多聚焦点透镜的曲面由多个轴心线相同、半径不同的球面相交而成,位于最顶部的球面半径R1最大,距离轴心线越远的环形球面半径越小,距离轴心线最远也即最边缘的环形球面半径Rn最小;在透镜边缘位置的环形球面半径Rn最小,激光穿过该环形球面形成的聚焦点距离透镜的底面最近;透镜顶部的球面的半径R1最大,激光穿过该形球面形成的聚焦点距离透镜的底面最远;聚焦点沿着透镜的轴心线均匀分布,形成多个聚焦点;激光通过相应的聚焦点后再发散、射向导光水射流水柱的内表面,再经全反射在导光水射流水柱内部传输;经多聚焦点透镜与水射流喷嘴的对准调整,使得多个激光聚焦点位于导光水射流水柱的轴心线上,并保证入射激光与水射流喷嘴上表面不发生干涉。

2.根据权利要求1所述的多聚焦点透镜大功率水导激光水光耦合装置,其特征在于:多聚焦点透镜同轴的顶部球面和每一个环形球面沿轴心线的投影面积相等,使得在导光水射流水柱中每个聚焦点的激光能量密度相等;多聚焦点透镜顶部球面和环形球面的总数为n个,顶部球面沿轴心线在水平面投影的平面圆半径为r1,最外边环形球面沿轴心线在水平面投影的平面圆环外圆半径为rn,在已知rn的情况下,第i个平面圆或平面圆环外圆半径计算公式为 其中i的取值范围为:1至n‑1,当i=1时为平面圆,当i>1时为平面圆环。

3.根据权利要求1所述的多聚焦点透镜大功率水导激光水光耦合装置,其特征在于:由于多聚焦点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、光纤激光束、扩束准直透镜组、分光镜、多聚焦点透镜、水光耦合腔体、导光水射流水柱、被加工工件、CCD摄像机、衰减片、滤光片、全反射镜组成;激光器发出的激光进入光纤形成光纤激光束,再经过扩束准直透镜组和分光镜,到达多聚焦点透镜,穿过多聚焦点透镜的激光束射入水光耦合腔体后沿导光水射流水柱内部从上到下聚焦为多个聚焦点,再经发散射向导光水射流水柱的内表面,再经全反射沿导光水射流水柱传输到达被加工工件表面,从而对被加工工件进行加工;从水光耦合腔体经多聚焦点透镜反射回来的光线,经分光镜和全反射镜的反射,再经滤光片、衰减片,到达CCD摄像机,由CCD摄像机显示激光由多聚焦点透镜射入水光耦合腔体的激光光束与导光水射流水柱的对准情况,并通过机械传动装置调整水光耦合腔体中水射流喷嘴与多聚焦点透镜的相对位置,使得聚焦点位于导光水射流水柱的内部且激光束与水射流喷嘴上表面不发生干涉。