【CN110227884A】基于无衍射光路设计的水导激光加工系统及方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910380752.8

(22)申请日 2019.05.08

(71)申请人 桂林电子科技大学

地址 541004 广西壮族自治区桂林市七星

区金鸡路1号

(72)发明人 龙芋宏　黄宇星　杨林帆　刘清原　

梁恩　周嘉　赵要武　

(74)专利代理机构 桂林市持衡专利商标事务所

有限公司 45107

代理人 黄玮

(51)Int.Cl.

B23K 26/06(2014.01)

B23K 26/14(2014.01)

B23K 26/00(2014.01)

(54)发明名称基于无衍射光路设计的水导激光加工系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于无衍射光路设计的水导激光加工系统及方法，其光束传输聚焦耦合单元包括激光发射器和光束传输变换装置，激光发射器的前方设置倾斜的反光镜，设于反光镜下方的光束传输变换装置包括同轴的激光扩束模块、生成无衍射光束模块、玻璃块和喷嘴，玻璃块和喷嘴分别设于耦合腔体的顶部和底部；其工作台单元设于喷嘴下方，包括三维移动的工作台，夹持台板设于工作台上的水槽内，工件装夹于夹持台板上；其供液单元的泵管连通耦合腔体的进水口，喷嘴处产生向下的水束光纤，无衍射光束与水束光纤耦合后作用在工件上。本发明可获得较小的聚焦中心光斑及更长的准直区，降低了聚焦激光束与水束光纤的耦合难度，提高了耦合效

率。权利要求书2页 说明书5页 附图9页CN 110227884 A 2019.09.13

C N 110227884

A

权　利　要　求　书1/2页CN 110227884 A

1.基于无衍射光路设计的水导激光加工系统，包括光束传输聚焦耦合单元、工作台单元和供液单元(1)，其特征在于：

所述光束传输聚焦耦合单元包括激光发射器(2)、反光镜(3)和光束传输变换装置，所述激光发射器(2)的前方设置45°倾斜的反光镜(3)，设于反光镜(3)下方的光束传输变换装置包括自上而下同轴设置的激光扩束模块(4)、生成无衍射光束模块(5)、玻璃块(6)和喷嘴(8)，所述玻璃块(6)设于耦合腔体(7)的顶部，所述喷嘴(8)设于耦合腔体(7)的底部；

所述工作台单元设于喷嘴(8)下方，包括能进行X/Y/Z向移动的工作台(9)，夹持台板(10)设于工作台(9)上的水槽(11)内，工件(12)装夹于夹持台板(10)上；

所述供液单元(1)的泵管连通耦合腔体(7)侧部均布的进水口(29)，所述耦合腔体(7)的底部出水口即喷嘴(8)处产生向下的水束光纤(13)，所述生成无衍射光束模块(5)产生的无衍射光束与水束光纤(13)耦合后作用在工件(12)上；

所述水槽(11)通过回流管连通供液单元(1)。

2.根据权利要求1所述的基于无衍射光路设计的水导激光加工系统，其特征在于：所述生成无衍射光束模块(5)为正负轴棱锥组合镜(14)。

3.根据权利要求1所述的基于无衍射光路设计的水导激光加工系统，其特征在于：所述生成无衍射光束模块(5)为球差透镜组合镜(15)。

4.根据权利要求1所述的基于无衍射光路设计的水导激光加工系统，其特征在于：所述生成无衍射光束模块(5)为线性径向梯度折射率透镜(18)。

5.根据权利要求1所述的基于无衍射光路设计的水导激光加工系统，其特征在于：所述生成无衍射光束模块(5)为非球面透镜(20)。

6.根据权利要求1所述的基于无衍射光路设计的水导激光加工系统，其特征在于：所述生成无衍射光束模块(5)为凹锥镜(21)。

7.根据权利要求1所述的基于无衍射光路设计的水导激光加工系统，其特征在于：所述生成无衍射光束模块(5)为衍射轴锥镜(22)。

8.根据权利要求1所述的基于无衍射光路设计的水导激光加工系统，其特征在于：所述生成无衍射光束模块(5)为圆柱和轴锥镜组合镜(23)。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的基于无衍射光路设计的水导激光加工系统，其特征在于：所述激光扩束模块(4)为倒置的单筒望远镜。

10.基于无衍射光路设计的水导激光加工方法，其特征在于采用了如权利要求1～4中任意一项所述的基于无衍射光路设计的水导激光加工系统，其加工的方案步骤为：

①、将工件(12)装夹于夹持台板(10)上，运行工作台(9)将工件(12)调节至合适的激光加工位置；

②、启动供液单元(1)，供液单元(1)输出的无极调压高压水通过进水口(29)进入耦合腔体(7)内形成稳流薄液层，稳流薄液层从喷嘴(8)射出形成稳定的水束光纤(13)；

③、开启激光发射器(2)发出激光束(16)，激光束(16)先经过激光扩束模块(4)进行光束质量优化，再通过生成无衍射光束模块(5)聚焦形成无衍射光束，无衍射光束在满足全反射条件下耦合水束光纤(13)并作用在工件(12)上；

④、工作台(9)在加工程序控制下带动工件(12)作平面二维运动或空间三维运动，配合激光束(16)的熔融、汽化材料的作用及水束光纤(13)传导光束及冲击、冷却作用完成对工

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