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。

如图1、图2所示，一方面本发明实施例提供了一种多光束水导激光加工装置16，包括光束旋转调节模块6、液体腔室5、聚焦透镜9及多个聚焦扩束模块。

每个聚焦扩束模块用于对其对应输入的激光束进行聚焦。

光束旋转调节模块6及液体腔室5沿激光束传输的方向同轴设置。

光束旋转调节模块6用于对经过聚焦后的多路激光束进行偏心处理，并将经过偏心处理的激光束入射至液体腔室5内。

经偏心处理后的激光束中一路聚焦耦合在水柱中心轴处，其余一路或多路聚焦耦合在水柱内且位于中心轴外围。

聚焦透镜9同轴设置在光束旋转调节模块6与液体腔室5之间；聚焦透镜9用于将经偏心处理的激光束聚焦后入射至液体腔室5内。

液体腔室5，用于将经过聚焦透镜9处理的激光束沿液体腔室5出射的水柱传输，利用水柱中的激光对工件15进行切割。

本申请其中一实施例中，多路激光束布置时，通过其中一个聚焦扩束模块的激光束与液体腔室5同轴设置，通过其余多路聚焦扩束模块的激光束朝向同轴设置的激光束倾斜设置。

本申请另一实施例中，没有与液体腔室5同轴设置的激光束，通过多路聚焦扩束模块的激光束均朝向光束旋转调节模块6与聚焦透镜9所在轴线倾斜设置。

如图1、图4所示，光束旋转调节模块6包括沿激光束传输方向设置的上透镜61及下透镜62。通过调整上透镜61与下透镜62之间的距离及角度来调整激光束的偏心距离，即将激光束按照要求在径向截面内偏移一段距离。

加工装置还包括框架结构8，聚焦扩束模块、光束旋转调节模块6、聚焦透镜9及液体腔室5均设置在框架结构8内。

光束旋转调节模块6可与框架结构8固定连接，聚焦透镜9与框架结构8固定连接。

光束旋转调节模块6也可与框架结构8滚动连接，用于控制经过聚焦扩束模块处理后的激光束沿光束旋转调节模块6与液体腔室5所在轴线做回转体运动。

液体腔室5包括第一腔体51、窗口透镜52和液体出口53；窗口透镜52同轴固定设置在第一腔体51的顶壁上，用于透射经过聚焦透镜9聚焦的激光束，窗口透镜52还用于保持第一腔体51内处于高压环境。

液体出口53设置在第一腔体51的底壁上，用于喷射出高压层流的水柱，聚焦透镜9的焦点位于液体出口53处。本实施例中液体出口53为精密薄壁圆孔。

第一腔体51侧壁上均匀设置有多个进液口54，第一腔体51内部靠近进液口54处呈环状设置有多孔过滤单元55。本实施例中，液体腔室5内通入的液体为水。

加工装置还包括气体腔室7，气体腔室7同轴设置在液体腔室5靠近液体出口53一侧；气体腔室7用于对从液体腔室5出射的水柱进行气体保护。

气体腔室7包括第二腔体71及气液出口72，气液出口72与液体出口53同轴设置；经聚焦扩束模块聚焦后的激光束的焦点位于液体出口53与气液出口72之间。第二腔体71侧壁上均匀设置有多个进气口73，第二腔体71内部靠近进气口73呈环状设置有气体过滤元件74。

如图1、图2所示，激光束在水柱表面进行全反射传导，最终激光束与水柱一同到达工件15表面，完成对工件15的加工。

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。

如图3所示，通过本发明的多光束水导激光加工装置16对入射的激光束进行处理，可有效地增大水柱中激光束的功率密度，并将水柱中原处于类高斯分布的能量转变为环状均匀光斑或者类均匀光斑。水柱中的激光束能量分布均能形成环状分布或类均匀分布。

本发明通过将多路激光束导入水柱，提高了激光束在水柱的耦合功率；多路激光束依次经过聚焦扩束模块、光束旋转调节模块6及聚焦透镜9进行处理，实现多路激光束的空间位置、角度调控及旋转，从而提高聚合后的激光束的光斑均匀性，最终实现对工件15的高功率、零锥度及大深度加工。

如图5所示，另一方面本发明实施例提供了一种多光束水导激光加工系统，包括电控模块10、激光发生器11、光学元件12、气体传输模块13、流体传输模块14及上述的激光加工装置16。

电控模块10用于控制激光发生器11、流体传输模块14及气体传输模块13的开启与关闭。

激光发生器11用于产生激光束，产生的激光束通过光学元件12传导进入激光加工装置16。

流体传输模块14用于提供高压流体，产生的高压流体输入至激光加工装置16的液体腔室5中。

气体传输模块13用于提供高压气体，产生的高压气体输入至激光加工装置16的气体腔室7中。

激光加工装置16用于利用激光发生器11产生的激光对工件15进行切割。

激光加工装置16还包括蓄能装置17，用于为水柱蓄能。

本申请一实施例中，如图1、图2、图3及图5所示，通过电控模块10打开流体传输模块14开关及气体传输模块13开关，使流体物质以一定压力充满蓄能装置17及液体腔室5，并在气体辅助下形成受保护的高速层流水柱，高速层流水柱从气液出口72喷出，本实施例中流体物质为水。

通过电控模块10打开激光发生器11的开关，发射多路激光束，利用光学元件12反射激光束，将多路激光束导入激光加工装置16内。激光束在激光加工装置16内依次通过聚焦扩束模块、光束旋转调节模块6和聚焦透镜9聚焦处理，再经过窗口透镜52处理、液体腔室5蓄能效应、气体腔室7保护及水柱水气层流界面全反射效应，之后将处理后的激光束传输至工件15表面，进行材料去除加工。

本实施例中多路激光束包括光束A1与光束B3，入射进激光加工装置16时，光束A1与光束B3平行，且与光束旋转调节模块6及聚焦透镜9所在轴线平行，聚焦扩束模块包括聚焦扩束模块A2与聚焦扩束模块B4，光束A1对应入射进聚焦扩束模块A2，光束B3对应入射至聚焦扩束模块B4，之后射入光束旋转调节模块6。

随着激光束对工件15加工的进行，激光加工装置16喷射出的水柱能到达工件15内部，实现对工件15的高效、稳定、无热影响、大深度去除加工。

本申请另一实施例中，如图2、图3、图4及图5所示，通过电控模块10打开流体传输模块14开关及气体传输模块13开关，使流体物质以一定压力充满蓄能装置17及液体腔室5，并在气体辅助下形成受保护的高速层流水柱，高速层流水柱从气液出口72喷出，本实施例中流体物质为水。

通过电控模块10打开激光发生器11的开关，发射一路或多路激光束，利用光学元件12反射激光束，将激光束导入激光加工装置16内。一路或多路激光束通过一路或多路聚焦扩束模块，使一路较大直径激光束的部分激光束或者一路较小直径的激光束与光束旋转调节模块6及聚焦透镜9所在轴线同轴设置，同轴设置的激光束通过光束旋转调节模块6沿轴线传输；剩余较大直径激光束的部分激光束或者多路绕轴线均布的较小激光束通过光束旋转调节模块6的上透镜61和下透镜62的折射作用将激光束偏离到远离轴线位置。

本实施例中激光发生器11发射的激光束为一路即光束A1，聚焦扩束模块为一个即聚焦扩束模块A2，通过光束旋转调节模块6将光束A1处理为一路与光束旋转调节模块6及聚焦透镜9所在轴线同轴的激光束和一路偏离到远离同轴激光束的激光束。

处理后的激光束依次经过聚焦透镜9聚焦处理，再经过窗口透镜52处理、液体腔室5蓄能效应、气体腔室7保护及水柱水气层流界面全反射效应，之后将处理后的激光束传输至工件15表面，进行材料去除加工。

随着激光束对工件15加工的进行，激光加工装置16喷射出的水柱能到达工件15内部，实现对工件15的高效、稳定、无热影响、大深度去除加工。

本发明能调节水柱中激光能量分布，提高激光切割效率与切割质量；本发明具有大深度介入式加工能力，突破传统激光加工的深度极限；本发明技术成本低，技术难度小，对航空及民用领域厚度较大(＞10mm)材料加工具有重要意义。

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。