一種利用引入射流柱中的激光束的激光加工裝置，包括用于把射流噴射到工件的管嘴和用于向所述管嘴供給射流的流體供給裝置，其中激光束被引入從管嘴噴射出的射流柱中。所述激光加工裝置進(jìn)一步包括用于在層流狀態(tài)下向管嘴供給射流的層流形成通道。層流形成通道包括由空腔形成的用于圍繞管嘴的軸線環(huán)形分配射流的分配通道，射流從流體供給裝置供給，還包括在管嘴的軸向中其下游側(cè)處與分配通道相連通設(shè)置的互聯(lián)通道，互聯(lián)通道由圍繞管嘴的軸線的環(huán)形空腔形成以提供比分配通道更窄的流動(dòng)通道，以及鄰近管嘴的軸向中的管嘴的上游設(shè)置的流體貯存腔，所述流體貯存腔儲(chǔ)存將供給到管嘴的射流。流體貯存腔具有在其環(huán)形的整個(gè)圓周上與互聯(lián)通道相連通的外周邊。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種利用引入射流柱(jet liquid column)中的激光束的 激光加工(處理)裝置。更特別地，本專利技術(shù)涉及一種利用引入射流柱 中的激光束的激光加工裝置，該裝置可以提高激光束的傳播效率，并 可以保證穩(wěn)定的加工質(zhì)量。至今為止，已知一種將激光束照射到用于電鍍或蝕刻的電解液的 射流柱中的裝置，該裝置利用將激光束引入穿過射流柱的技術(shù)在基板 上執(zhí)行電鍍或蝕刻。還已知一種利用水柱和激光束來切割待治療部分 的治療裝置，其將激光束照射到水柱中，且利用全反射使激光束在水 柱中傳播。這種通過全反射將激光束引入流體柱中的技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域 中。在激光加工領(lǐng)域中，已知一種激光加工裝置，其中通過在噴射液體的同時(shí)發(fā)射激光束來執(zhí)行期望的激光加工(例如，PCT日本翻譯專 利公開No. Hei 10-500903 (專利文件l)，圖2)。在已知的激光加工裝 置中，其中具有噴嘴通道用來噴射流體柱束(射流柱)的噴管管夾 (nozzle block)設(shè)置在加工頭的末端，通過聚焦鏡頭將激光束聚集到 噴嘴通道的入口，從而激光束被引入從噴嘴通道射出的流體柱中。此夕卜，在已知的激光加工裝置中，主要使用YAG激光(具有1064nm 的波長(zhǎng))、C02激光(具有10.6ym的波長(zhǎng))等以提供激光束。由于YAG激光(具有1064nm的波長(zhǎng))和(302激光(具有10.6n m的波長(zhǎng))更容易被通常用于產(chǎn)生射流柱的水吸收，激光束的傳播效 率低。此外，由于當(dāng)激光束被水吸收時(shí)產(chǎn)生的熱會(huì)引起熱透鏡作用， 所以難以有效地將激光束引入水射流(射流柱)中。此外，如果激光 束被產(chǎn)生的熱透鏡作用折射，折射的激光束可能照射到管嘴的入口部 分，從而損壞管嘴。為了解決上述問題，在專利文件1描述的激光加工裝置中，作為供水通道用于向管嘴引入水以噴射水射流(waterjet)的流體供給空間 的高度被降低，以減小激光束與供水通道相交的距離。此外，在該設(shè) 備中，通過降低流體供給空間的高度來增加水射流過流體供給空間的 流速。這有效地降低了流過流體供給空間且吸收激光束的水的溫度升 高，且有效地抑制了熱透鏡的形成。但是，當(dāng)水在用于將水引入管嘴中的流體供給空間中的流速被提 高以降低水的溫度升高時(shí)，出現(xiàn)的另一個(gè)問題是水射流的形狀變得易 于波動(dòng)，且水射流表面被擾亂。更具體地，如果水射流的表面被擾亂， 引入水射流中的激光束也受到影響，從而導(dǎo)致激光加工裝置的加工質(zhì) 量降低。在一些情況下，根據(jù)加工目標(biāo)的材料或尺寸，激光加工裝置 執(zhí)行的一個(gè)加工周期需要很長(zhǎng)時(shí)間。因此，需要水射流在整個(gè)較長(zhǎng)的 加工時(shí)間內(nèi)具有不受擾動(dòng)的高穩(wěn)定性。此外，如果水射流的表面被擾 亂，激光束可能沒有在水射流表面進(jìn)行全反射就射出水射流。因此， 由于水射流的擾動(dòng)，激光束的傳播效率被降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)的目的是提供一種可以穩(wěn)定地產(chǎn)生用 于引入激光束的水射流的激光加工裝置。本專利技術(shù)的另一個(gè)目的是提供一種利用引入射流柱中的激光束的激 光加工裝置，所述裝置可以提高激光束的傳播效率，且可以保證穩(wěn)定 的加工質(zhì)量。為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)的權(quán)利要求1提供了一種激光加工裝 置，包括用于產(chǎn)生激光束的激光振蕩器，用于把射流噴射到工件的管 嘴，以及用于向管嘴供給射流的流體供給裝置，激光束被引入從管嘴 射出的射流柱，所述激光加工裝置進(jìn)一步包括用于在層流狀態(tài)下向管 嘴供給射流的層流形成通道，所述層流形成通道包括由空腔形成的用 于圍繞管嘴的軸環(huán)形分配射流的分配通道，所述射流從流體供給裝置 供給，還包括在所述管嘴的軸向中其下游側(cè)處與所述分配通道相連通 設(shè)置的互聯(lián)通道，所述互聯(lián)通道由圍繞所述管嘴的軸線的環(huán)形空腔形 成以提供比分配通道更窄的流動(dòng)通道，以及鄰近所述管嘴的軸向中的管嘴的上游設(shè)置的流體貯存腔，所述流體貯存腔儲(chǔ)存將供給到管嘴的 射流，且具有在互聯(lián)通道的環(huán)形的整個(gè)圓周上與該互聯(lián)通道相連通的 外周邊。根據(jù)本專利技術(shù)的權(quán)利要求1，提供用于在層流狀態(tài)下向管嘴供給射流 的層流形成通道，從而可以在管嘴的上游產(chǎn)生處于穩(wěn)定的層流狀態(tài)下 (即具有小雷諾數(shù)的狀態(tài))的流動(dòng)。因此，可以從管嘴噴射出表面不易受到擾動(dòng)(disturbance)且沒有波動(dòng)的射流柱。更具體地，在高壓下供給的射流首先被圍繞管嘴軸的分配通道環(huán) 形分配。然后，射流流過形成為環(huán)狀且提供比分配通道更窄的流動(dòng)通 道的互聯(lián)通道，從而射流在湍流(turbulence)被抑制的狀態(tài)下被引入 流體貯存腔。引入流體貯存腔的射流的流動(dòng)速度被降低。因此，射流 流動(dòng)的雷諾數(shù)被減小，從而射流在層流狀態(tài)下被引入管嘴。此外，由于流體貯存腔的外周邊在互聯(lián)通道的環(huán)形的整個(gè)圓周上 與該互聯(lián)通道相連通，當(dāng)射流被均勻地引入從互聯(lián)通道的整個(gè)圓周引 入流體貯存腔的外周邊時(shí)，射流的流速被降低。因此，在流體貯存腔 中射流可以維持在穩(wěn)定的層流狀態(tài)中。因此，通過提供用于降低管嘴上游的流速以產(chǎn)生穩(wěn)定層流狀態(tài)的 層流形成通道，可以從管嘴噴射出表面不易受到擾動(dòng)且沒有波動(dòng)的穩(wěn) 定的射流柱，從而可以防止加工質(zhì)量的退化。此外，可以提高引入射 流柱中的激光束的傳播效率。根據(jù)本專利技術(shù)的權(quán)利要求2，在根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工裝置 中，當(dāng)激光束通過射流時(shí)，所述激光束的吸收系數(shù)是0.01cm"或更小。根據(jù)本專利技術(shù)的權(quán)利要求3，在根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光加工裝置 中，所述射流是水，所述激光束是綠色激光或UV激光。根據(jù)這些特征，由于當(dāng)激光束通過射流時(shí)可以降低激光束的衰減， 因此即使當(dāng)流體貯存腔構(gòu)造為具有較大的厚度(深度)時(shí)，也可以以 足夠的強(qiáng)度把激光束引入到射流柱中。此外，當(dāng)射流是水時(shí)，使用綠 色激光(波長(zhǎng)為532nm的二次諧波(SHG) YAG激光)或UV激光(波 長(zhǎng)例如為355nm或266nm)，由于這兩種激光都不易被水吸收且對(duì)于水 具有高透射率，因此可以提高激光束的傳播效率。此外，通過使用不 易被射流吸收的激光束，抑制了熱透鏡的形成，且可以以更高的精確 度更容易地把激光束引入管嘴的入口。因此，可以防止管嘴損壞，保 證穩(wěn)定的加工質(zhì)量。根據(jù)本專利技術(shù)的權(quán)利要求4，在根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的激光加工裝置中，射流是水，且激光束的波長(zhǎng)范圍是200至700nm。根據(jù)這些特征，由于當(dāng)激光束通過水時(shí)可以降低激光束的衰減， 因此即使當(dāng)流體貯存腔構(gòu)造為具有較大的厚度(深度)時(shí)，也可以以 足夠的強(qiáng)度把激光束引入到水中。此外，通過使用波長(zhǎng)范圍在200至 700nm且不易被水吸收的激光束，抑制了熱透鏡的形成，且可以以更 高的精確度更容易地把激光束引入管嘴的入口。因此，可以防止管嘴 損壞，保證穩(wěn)定的加工質(zhì)量。根據(jù)本專利技術(shù)的權(quán)利要求5，在根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的 激光加工裝置中，流體貯存腔在管嘴的軸向中的深度是2mm或更大， 且在外周邊上在管嘴的軸向中在其上游側(cè)與互聯(lián)通道連通。根據(jù)這些特征，由于流體貯存腔在管嘴的軸向中的深度被保持在 2mm或更大，且流體貯存腔的外周邊在管嘴的軸向中在其上游側(cè)與互 聯(lián)通道連通，因此在流體貯存腔的深度的方向上降低了射流的流速， 且在流體貯存腔中在管嘴的上游，射流維持在更穩(wěn)定的層流狀態(tài)中。因此，可以從管嘴噴射出表面不易受到擾動(dòng)且沒有波動(dòng)的射流柱， 并且可以提高引入射流柱中的激光束的傳播效率。此外，由于流體貯存腔在管嘴的軸向中的深度被保持在2本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種激光加工裝置，包括用于產(chǎn)生激光束的激光振蕩器，用于把射流噴射到工件的管嘴，以及用于向所述管嘴供給所述射流的流體供給裝置，所述激光束被引入從所述管嘴噴射出的射流柱中，所述激光加工裝置進(jìn)一步包括： 用于在層流狀態(tài)下向所述管嘴供給所述射流的層流形成通道， 所述層流形成通道包括： 由空腔形成的用于圍繞所述管嘴的軸線環(huán)形分配所述射流的分配通道，所述射流從所述流體供給裝置供給； 在所述管嘴的軸向中其下游側(cè)處與所述分配通道相連通設(shè)置的互聯(lián)通道，所述互聯(lián)通道由圍繞所述管嘴的軸線的環(huán)形空腔形成以提供比分配通道更窄的流動(dòng)通道；以及 鄰近所述管嘴的軸向中的管嘴的上游設(shè)置的流體貯存腔，所述流體貯存腔儲(chǔ)存將供給到管嘴的射流， 所述流體貯存腔具有在所述互聯(lián)通道的環(huán)形形狀的整個(gè)圓周上與所述互聯(lián)通道相連通的外周邊。
【技術(shù)特征摘要】
...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：村椿良司，永田幸明，杉森正，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：速技能機(jī)械有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：JP[日本]
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