具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

一方面本发明提供了一种多光束射流耦合水导激光加工装置，如图1、图2所示，包括光束耦合单元3、液体腔室5及气体腔室6，光束耦合单元3、液体腔室5及气体腔室6沿激光束传输方向依次设置。

光束耦合单元3包括至少两个扩束聚焦模块4；优选的，扩束聚焦模块4为2-3个，每个扩束聚焦模块4用于对与其对应输入的一路激光束进行聚焦处理。扩束聚焦模块4的空间位置及角度可调，用于调整激光束经扩束聚焦模块4聚焦后的焦点的位置及姿态角度。

具体的，根据水柱中能量分布需求，调整激光束的数量、位置及姿态角度。

光束耦合单元3还包括结构框架，用于固定扩束聚焦模块4。

每个扩束聚焦模块4沿其所在轴线沿轴向作回转体运动或静止不动。

具体的，每个扩束聚焦模块4均包括沿激光束传输方向依次设置的扩束子模块41及聚焦子模块42；每个扩束子模块41用于调整激光束的光束直径及发散角；每个聚焦子模块42用于将经过扩束子模块41处理的激光束进行聚焦。

液体腔室5用于将经过光束耦合单元3聚焦的激光束沿液体腔室5出射的水柱传输，利用水柱中的激光束切割工件7。

具体的，液体腔室5包括腔体51、窗口透镜52及液体缩流口53，窗口透镜52及液体缩流口53分别设置在腔体51的顶壁和底壁上；窗口透镜52用于透射经光束耦合单元3聚焦后的激光束，液体缩流口53用于出射激光束及水柱。

腔体51侧壁均匀设置有多个进液口54，腔体51内靠近进液口54处呈环形设置有液体过滤结构55。本实施例中，液体过滤结构55为多孔树脂元件。进液口54通入的液体为水。

气体腔室6用于对从液体腔室5出射的水柱进行气体保护。

具体的，气体腔室6底壁开设有气液缩流口61，气液缩流口61与液体缩流口53同轴设置。气体腔室6侧壁上均匀设置有多个进气口62，气体腔室6靠近进气口62处呈环形设置有气体过滤结构。且液体缩流口53的出口截面积大于气液缩流口61的出口截面积。

流体经液体缩流口53喷出，并在气体腔室6内气体的包覆及压缩下与气体一同从气液缩流口61以流层状态稳定流出。

经扩束聚焦模块4聚焦处理后的激光束的焦点位于液体缩流口53与气液缩流口61之间的水柱内。

本申请其中一实施例中，多个扩束聚焦模块4的输入激光束中存在一路激光束与液体缩流口53同轴设置，其余一路或多路激光束倾斜设置在同轴设置的激光束的周围。

如图1、图2所示，本实施例中，扩束聚焦模块4为两个，通过两扩束聚焦模块4的激光束分别为光束A1与光束B2，光束A1与液体缩流口53同轴设置，光束B2倾斜设置在光束A1左侧。

本申请另一实施例中，多个扩束聚焦模块4的输入激光束周向均匀设置在液体缩流口53与气液缩流口61所在轴线周围。

激光束在液体缩流口53与气液缩流口61之间的水柱表面发生全反射，最终激光束与水柱一同到达工件7表面，完成对工件7的加工。

如图3所示，与液体缩流口53同轴设置的同轴激光束在水柱内的激光能量分部为类高斯分布，设置在液体缩流口53与气液缩流口61所在轴线周围的激光束在水柱内的激光能量分布呈环形分布，相比较于传统的单光束耦合水导激光加工技术，采用本发明的方案使激光束在水柱内的能量分布更加均匀。

为保证激光束在水柱水气界面的全反射效应，出射的激光束应满足如下条件：

其中，θ1为激光束与水柱水气层流界面的入射角，θ2为折射角，n1为激光束与水的折射率，n2为激光束与气体的折射率。

当θ2为90度，即激光束在水柱水气层流界面发生全反射的临界角度时，计算得到的θ1即为激光与水气层流界面发生全反射的最小入射角，满足激光束与水柱水气层流界面入射角不小于θ1，那么激光就能在水气层流界面发生全反射。

另一方面，如图4所示，本发明公开了一种多光束射流耦合水导激光加工系统，包括电控模块8、激光发生器9、光学元件10、气体传输模块11、流体传输模块及上述的激光加工装置13。

电控模块8用于控制激光发生器9、流体传输模块及气体传输模块11的开启与关闭。

激光发生器9用于产生激光束，产生的激光束通过光学元件10传导进入激光加工装置13。

激光加工装置13还包括蓄能装置14，用于为水柱蓄能。

流体传输模块用于提供高压流体，产生的高压流体输入至激光加工装置13的液体腔室5中。

气体传输模块11用于提供高压气体，产生的高压气体输入至激光加工装置13的气体腔室6中。

激光加工装置13用于利用激光发生器9产生的激光对工件7进行切割。

如图1-4所示，多光束射流耦合水导激光加工系统工作时，通过电控模块8打开流体传输模块开关，本实施例中流体为水，流体经过进液口54充满液体腔室5，并以层流形式进入气体腔室6；通过电控模块8打开气体传输模块11开关，气体经进气口62进入气体腔室6，气体将层流形式的流体包裹、压缩形成水柱，一同从气液缩流口61流出。

打开多路激光发生器9的开关，产生的激光束依次经扩束聚焦模块4、窗口透镜52及液体腔室5，聚焦于液体缩流口53下沿位置，经过水柱水气界面的全反射效应，将激光束沿水柱传导至工件7表面对工件7进行加工。

本申请其中一实施例中，多路扩束聚焦模块4中其中一路与窗口透镜52及液体腔室5的中心轴同轴设置，其余一路或多路扩束聚焦模块4设置在同轴设置的一路扩束聚焦模块4周围，且经过上述多路扩束聚焦模块4聚焦处理后的激光束的焦点位于液体缩流口53下沿与气液缩流口61之间的水柱内部。

本申请另一实施例中，多路扩束聚焦模块4与窗口透镜52及液体腔室5的中心轴均不同轴设置，即多路扩束聚焦模块4均设置在上述中心轴周围，且经过上述多路扩束聚焦模块4聚焦处理后的激光束的焦点位于液体缩流口53下沿与气液缩流口61之间的水柱内部。

在激光束对工件7加工的过程中，激光束与水柱水气层流界面入射角不小于θ1。

随着上述加工系统的控制及运作，最终实现对工件7的高效、温度、无热影响及大深度去除加工。

以上，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。