| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202211514465.X | 申请日 | 2022-11-29 |
| 公开(公告)号 | CN118106609A | 公开(公告)日 | 2024-05-31 |
| 申请人 | 长沙中创海通智能科技有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 宋艳生; 袁越阳; 石雪蛟; 黄必进; | 第一发明人 | 宋艳生 |
| 权利人 | 长沙中创海通智能科技有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 长沙中创海通智能科技有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：湖南省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：湖南省长沙市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：湖南省长沙市雨花区金海路128号领智工业园第A3幢1102房 | 邮编 | 当前专利权人邮编：410000 |
| 主IPC国际分类 | B23K26/046 | 所有IPC国际分类 | B23K26/046 ; B23K26/14 ; B23K26/70 ; B23K26/146 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 4 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 长沙星耀专利事务所 | 专利代理人 | 李西宝; |
| 摘要 | 液导激光枪头及提高液导激光枪头 激光束 稳定性 的方法，包括调焦座（1），与所述调焦座（1） 螺纹 连接的调焦环（2），与所述调焦环（2）连接的聚焦透镜（3），与所述调焦环（2）连接的压紧环（4），与所述调焦座（1）连接的连接环（5），与所述连接环（5）连接的 耦合器 安装座（6），与所述耦合器安装座（6）连接的 喷嘴 （7）、耦合器（8）、保护镜片（9）、 锁 紧套（10）和气嘴环（11）。液导激光枪头的耦合器在作业时的进液使用1wt%～10wt%聚 氧 化乙烯 水 溶液。 | ||
| 权利要求 | 1.一种液导激光枪头，其特征在于，包括调焦座(1)，与所述调焦座(1)螺纹连接的调焦环(2)，与所述调焦环(2)连接的聚焦透镜(3)，与所述调焦环(2)连接、将所述聚焦透镜(3)固定的压紧环(4)，与所述调焦座(1)连接的连接环(5)，与所述连接环(5)连接的耦合器安装座(6)，与所述耦合器安装座(6)的轴向台阶通孔连接的喷嘴(7)，位于所述喷嘴(7)近调焦座(1)一端外侧且与所述耦合器安装座(6)连接的耦合器(8)，位于所述耦合器(8)近调焦座(1)一端外侧且与所述耦合器安装座(6)连接的保护镜片(9)，位于所述保护镜片(9)近调焦座(1)一端外侧且与所述耦合器安装座(6)连接的锁紧套(10)，与所述耦合器安装座(6)连接的气嘴环(11)。 |
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| 说明书全文 | 液导激光枪头及提高液导激光枪头激光束稳定性的方法技术领域[0001] 本发明涉及液导激光耦合技术领域，尤其涉及一种液导激光枪头，本发明还涉及一种提高液导激光枪头激光束稳定性的方法。 背景技术[0002] 激光加工技术是利用高功率密度激光束与物质相互作用引起物态变化形成热物理效应实现材料去除的加工方法。激光加工具有灵活性高、效率高、加工质量高以及易于实现自动化控制等优点，可以实现对高硬度、高脆性以及高熔点金属、非金属材料的加工。 [0003] 水导激光加工是将高能激光束耦合进入微水射流中，并由水射流将激光引导至材料表面，从而对工件进行加工。水导激光加工技术中水射流使激光在液束内形成全反射实现在水射流内的传播。高速流动的水射流可对加工区域进行有效的冷却，降低加工产生的热影响；同时，在水射流的冲击下可将加工产生的残渣冲刷至远离加工区域，避免形成重铸层，有助于提高加工质量，加工面平整，加工精度高。 [0004] CN114833441A公开了一种基于自聚焦镜的水导激光耦合系统及方法，从上至下依次为光传输系统，水‑光耦合系统和气液复合系统；所述光传输系统包括光纤保护层、光纤、QBH光纤接头和自聚焦镜，保证了激光的传输效率，避免反射光对光源的干扰；自聚焦镜下端为有一定弧度的圆弧状且下端浸没在薄水层中，提高耦合效率；喷嘴为有一定弧度的圆弧状，与自聚焦镜相互配合，缩短自聚焦镜和喷嘴中心上表面距离且保证薄水层厚度不变，保证水光高效耦合。采用多级式溢流台阶有效的消除水流动的脉动，提高水束稳定性；采用环形气体束包裹在液束外围，避免积水；采用自聚焦镜减小耦合腔的体积和重量。 [0005] 有人认为当激光聚焦焦点位于喷嘴形成液束的入口处，液束的稳定越好，往往会有更好的耦合效率，然而现有技术仍存在某些不足，在技术上很难实现，或需要进行精密的调整。 发明内容[0006] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种液导激光枪头，能调整激光聚焦焦点位置，本发明的目的还在于提供一种提高液导激光枪头激光束稳定性的方法，避免耦合腔内紊流的产生，使层流稳定，使从喷嘴喷射出来的液流稳定，进而提高液导激光液束的稳定性。 [0007] 为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种液导激光枪头，它包括调焦座，与所述调焦座螺纹连接的调焦环，与所述调焦环连接的聚焦透镜，与所述调焦环连接、将所述聚焦透镜固定的压紧环，与所述调焦座连接的连接环，与所述连接环连接的耦合器安装座，与所述耦合器安装座的轴向台阶通孔连接的喷嘴，位于所述喷嘴近调焦座一端外侧且与所述耦合器安装座连接的耦合器，位于所述耦合器近调焦座一端外侧且与所述耦合器安装座连接的保护镜片，位于所述保护镜片近调焦座一端外侧且与所述耦合器安装座连接的锁紧套，与所述耦合器安装座连接的气嘴环。 [0009] 作为进一步的改进技术方案，本发明提供的提高液导激光枪头激光束稳定性的方法，所述液导激光枪头包括调焦座，与所述调焦座螺纹连接的调焦环，与所述调焦环连接的聚焦透镜，与所述调焦环连接、将所述聚焦透镜固定的压紧环，与所述调焦座连接的连接环，与所述连接环连接的耦合器安装座，与所述耦合器安装座的轴向台阶通孔连接的喷嘴，位于所述喷嘴近调焦座一端外侧且与所述耦合器安装座连接的耦合器，位于所述耦合器近调焦座一端外侧且与所述耦合器安装座连接的保护镜片，位于所述保护镜片近调焦座一端外侧且与所述耦合器安装座连接的锁紧套，与所述耦合器安装座连接的气嘴环。 [0010] 在上述改进方案的基础上，作为进一步的改进技术方案，本发明提供的提高液导激光枪头激光束稳定性的方法，使用1wt%～10wt%聚氧化乙烯水溶液时，通过旋转调焦环纵向调节聚焦透镜位置，使激光束的聚焦点位于喷嘴液束喷口的进口处，所述聚焦透镜中心到喷嘴液束喷口的进口处的纵向调节距离按下列公式计算：其中L0为聚焦透镜的调节距离 f为聚焦透镜3在空气中的焦距 n1为空气的折射率 n2为玻璃的折射率 n3为耦合液体的折射率 Ｌ1为保护镜片的厚度 Ｌ2为保护镜片到喷嘴液束喷口的进口处的距离 r0外部准直激光束入射到聚焦透镜上的光斑半径。 [0011] 在不冲突的情况下，前述改进技术方案可以单独或组合实施。 [0012] 本发明提供的技术方案，调焦环与调焦座螺纹连接，调焦环与喷嘴之间的距离可以调整，将激光聚焦焦点位置调整到喷嘴形成液束的入口处，从而获得更好的耦合效率。将聚焦透镜安装在调焦环上，突破平常的思维，把耦合系统和光学系统直接连成一个整体，不需要为了配合聚焦透镜的聚焦位置，去调节耦合器的位置，这样外部准直激光束直接经聚焦透镜汇聚在喷嘴口上与水进行耦合。聚焦透镜与喷嘴之间的距离能调整，从而保障聚焦透镜与喷嘴口之间距离的精度，提高耦合效率。耦合过程中使用聚氧化乙烯水溶液，一方面，能降低流体湍流摩擦阻力，降低流体与流道、喷嘴孔之间的摩擦阻力，提高流速；另一方面使流体的内压力和冲击力变大，降低水流的湍流度，提高射流的稳定性，使得流体经喷嘴孔喷出的射流射程增加一倍以上。附图说明 [0013] 附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1是实施例液导激光枪头的爆炸图； 图2是实施例液导激光枪头的轴向剖面图； 图3为激光聚焦原理图。 具体实施方式[0014] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。 [0015] 如图1和图2所示的液导激光枪头，包括调焦座1，与所述调焦座1螺纹连接的调焦环2，与所述调焦环2连接的聚焦透镜3，与所述调焦环2连接、将所述聚焦透镜3固定的压紧环4，与所述调焦座1连接的连接环5，与所述连接环5连接的耦合器安装座6，与所述耦合器安装座6的轴向台阶通孔连接的喷嘴7，位于所述喷嘴7近调焦座1一端外侧且与所述耦合器安装座6连接的耦合器8，位于所述耦合器8近调焦座1一端外侧且与所述耦合器安装座6连接的保护镜片9，位于所述保护镜片9近调焦座1一端外侧且与所述耦合器安装座6连接的锁紧套10，与所述耦合器安装座6连接的气嘴环11。液导激光枪头的耦合器在作业时的进液使用1wt%～10wt%聚氧化乙烯水溶液。 [0016] 调焦环2与调焦座1螺纹连接，调焦环2与喷嘴7之间的纵向距离可以调整，而在调整纵向距离过程中，成焦焦点的横向位置不会发生改变，通过纵向调整将激光聚焦焦点位置调整到喷嘴形成液束的入口处，从而获得更好的耦合效率。将聚焦透镜3安装在调焦环2上，突破平常的思维，把耦合系统和光学系统直接连成一个整体，不需要为了配合聚焦透镜的聚焦位置，去调节耦合器的位置，这样经过准直的激光直接由聚焦透镜汇聚在喷嘴口上与水进行耦合。聚焦透镜3与喷嘴7之间的距离能调整，从而保障聚焦透镜与喷嘴口之间距离的精度，提高耦合效率。使用1wt%～10wt%聚氧化乙烯水溶液，一方面，能降低流体湍流摩擦阻力，降低流体与流道、喷嘴孔之间的摩擦阻力，提高流速；另一方面使流体的内压力和冲击力变大，降低水流的湍流度，提高射流的稳定性，使得流体经喷嘴孔喷出的射流射程增加一倍以上。 [0017] 使用1wt%～10wt%聚氧化乙烯水溶液时，通过旋转调焦环2纵向调节聚焦透镜位置，使激光束的聚焦点位于喷嘴7液束喷口的进口处，所述聚焦透镜3中心到喷嘴7液束喷口的进口处的纵向调节距离按下列公式计算：其中f为聚焦透镜3在空气中的焦距 L0为聚焦透镜（3）的调节距离 n1为空气的折射率 n2为玻璃的折射率 n3为耦合液体的折射率 Ｌ1为保护镜片（9）的厚度 Ｌ2为保护镜片（9）到喷嘴（7）液束喷口的进口处的距离 r0为外部准直激光束入射到聚焦透镜上的光斑半径。 [0018] 通过计算得到的数据，在设计时能合理设计液导激光枪头的相关参数，在使用时能确定调节方向，提高效率。 [0019] 本发明提供的技术方案，通过向纯水中添加1wt%～10wt%聚氧化乙烯，制成聚氧化乙烯水溶液用于耦合器的工作液，一方面，能降低流体湍流摩擦阻力，降低流体与流道、喷嘴孔之间的摩擦阻力，提高流速；另一方面使流体的内压力和冲击力变大，降低水流的湍流度，提高射流的稳定性，使得流体经喷嘴孔喷出的射流射程增加一倍以上。 [0020] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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