一种无需吹送辅助气体的激光加工装置及方法

摘要

本发明为一种无需吹送辅助气体的激光加工装置及方法。工件运动，使得激光加工位置的瞬时线速度大于2m/s；激光加工在封闭气室内进行，其内部填充环境气体，环境气体循环使用。本发明最终的有益效果是，最大限度的降低了激光加工过程中负面热效应的累积和等离子屏蔽，激光加工区域表面质量显著提高；辅助气体以环境气体的形式循环使用，极大程度降低生产成本。本发明还公开了一种实现上述加工方法的装置，该装置结合了高能技术与数控技术，适用于脉冲激光打孔、表面织构和雕刻作业。

主权项

一种无需吹送辅助气体的激光加工装置，其特征在于：包括工件夹具（9）、运动执行系统、激光系统、外光路系统、控制系统和环境气体系统；运动执行系统使工件发生位移和运动，包括电机（10）和水平工作台；电机（10）位于工件夹具（9）下方，电机（10）固定在水平工作台上；电机（10）带动工件夹具（9）作周期旋转运动；水平工作台调节工件夹具（9）与激光头（7）的相对位置；激光系统包括脉冲激光器（1）、调Q开关（2）和光束整形器（3）；所述脉冲激光器（1）发射的脉冲激光光束依次通过调Q开关（2）、光束整形器（3）和外光路系统，最终激光光束到达水平工作台表面，激光光束与水平工作台表面相垂直；调Q开关（2）压缩激光脉冲的脉宽并接收由工控机（11）发出激光脉冲发射信号，光束整形器（3）对激光光束整形处理，提高光束质量；外光路系统包括全反镜（4）、聚焦透镜（6）和激光头（7）；激光光束（5）依次通过全反镜（4）、聚焦透镜（6）和激光头（7），全反镜（4）改变激光光束（5）的传输方向，聚焦透镜（6）将激光光束（5）聚焦用于加工作业；控制系统包括工控机（11）和数据传输线，工控机（11）与电机（10）和调Q开关（2）通过数据传输线分别相连，并能够使数据信号交互传递；工控机（11）接受电机（10）上编码器反馈的脉冲信号，获得工件a（8）的运动位置，当激光头（7）运动至加工位置时工控机（11）向调Q开关（2）发出激光脉冲发射信号；环境气体系统包括封闭气室（12）、密封透镜（16）和环境气体（13），封闭气室（12）为密封容器，将工件夹具、运动执行系统、聚焦透镜（6）和激光头（7）包裹起来；封闭气室（12）内充满环境气体（13），密封透镜（16）安装在封闭气室（12）顶部，激光光束（5）从密封透镜（16）射入封闭气室（12）中；环境气体系统还包括真空气泵（20）、集气装置（21）、滤网、补充气站（24）、气压计和阀门a（25）、阀门b（26）、阀门c（27）、阀门d（28）；真空气泵（20）位于封闭气室（12）外，封闭气室（12）与真空气泵（20）的进气口（22）和补充气站（24）气路连通，所述真空气泵（20）的出气口（23）与集气装置（21）和大气环境气路连通；阀门a（25）位于出气口（23）与大气环境连通气路上，阀门b（26）位于出气口（23）与集气装置（21）的连通气路上，阀门c（27）位于封闭气室（12）与补充气站（24）的连通气路上，阀门d（28）位于封闭气室（12）与进气口（22）的连通气路上；滤网位于集气装置（21）和真空气泵（20）的连通气路上，过滤进入集气装置的环境气体（13）中所含粉尘和水分；气压计位于封闭气室（12）内，检测封闭气室（12）的气压，当气压低于设计值时，补充气站向封闭气室（12）放出环境气体（13）。