新型水射流導(dǎo)引激光加工系統(tǒng)光學(xué)特性與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著精密加工和超精密加工技術(shù)的不斷發(fā)展，激光與其他加工技術(shù)的復(fù)合逐漸成為加工制造領(lǐng)域的主流技術(shù)。在激光復(fù)合加工技術(shù)中，激光與水射流復(fù)合加工技術(shù)，即水導(dǎo)引激光加工技術(shù)是激光加工技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。與傳統(tǒng)激光加工技術(shù)相比較，水導(dǎo)引激光加工技術(shù)具有加工距離長(zhǎng)、熱影響區(qū)小、無熱熔渣和加工效率高等優(yōu)勢(shì)，已在微電子、航空制造、機(jī)械、醫(yī)學(xué)等加工領(lǐng)域中得到應(yīng)用。 然而，現(xiàn)有的水導(dǎo)引激光加工技術(shù)采用傳統(tǒng)聚焦透鏡光學(xué)系統(tǒng)，不可避免地存在精密調(diào)焦、

2、離焦發(fā)散角對(duì)耦合條件的影響以及聚焦光學(xué)系統(tǒng)的像差等問題。為了解決這些問題，基于軸棱錐鏡產(chǎn)生的無衍射光束的中心光斑特性，本文首次將無衍射光束引入到水導(dǎo)引激光加工體系中，設(shè)計(jì)出了具有同軸監(jiān)測(cè)功能的水射流導(dǎo)引激光加工系統(tǒng)的新方案。 深入研究了水射流導(dǎo)引激光加工系統(tǒng)的光學(xué)特性、水光纖的流體力學(xué)特性及耦合系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。利用水光纖波導(dǎo)導(dǎo)引無衍射光束，改變了激光束的能量高斯分布狀況，實(shí)現(xiàn)了激光的能量近似平項(xiàng)均勻分布，有效地改善工件加工質(zhì)量，

3、同時(shí)，利用本技術(shù)有效擴(kuò)大了的加工范圍，實(shí)現(xiàn)在二維平臺(tái)對(duì)工件的三維加工。此外，設(shè)計(jì)了耦合裝置，有效解決了無衍射光束與水光纖波導(dǎo)的耦合效率及傳輸損耗等關(guān)鍵技術(shù)問題。并提出一種新的無衍射光斑中心檢測(cè)算法，提高了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)精度。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： 1.首次把無衍射光應(yīng)用于水導(dǎo)引激光加工系統(tǒng)。通過對(duì)軸棱錐鏡產(chǎn)生無衍射光束的光學(xué)特性研究，利用無衍射光束具有中心光斑小，能量分布均勻，準(zhǔn)直范圍長(zhǎng)的特點(diǎn)，采用軸棱錐鏡替代現(xiàn)有水導(dǎo)引激

4、光技術(shù)中的聚焦透鏡的技術(shù)方案，徹底解決聚焦光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)焦難題，降低了整個(gè)系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)、加工與調(diào)試精度要求；(專利受理號(hào)：200910111326.0) 2.利用軸棱錐產(chǎn)生的無衍射光束在無衍射區(qū)域內(nèi)光束發(fā)散角小，可把無衍射光近似于平行光的特性，有效地解決了激光與水光纖波導(dǎo)的耦合損耗關(guān)鍵技術(shù)。 3.設(shè)計(jì)了加工、監(jiān)測(cè)、指示定位三光軸同軸獨(dú)特的光學(xué)系統(tǒng)(發(fā)明專利號(hào)：200710009244.7)，簡(jiǎn)化了整機(jī)光學(xué)系統(tǒng)。本光學(xué)系統(tǒng)可實(shí)