本發(fā)明屬于水導(dǎo)激光加工，涉及一種水導(dǎo)激光水光耦合校正方法。

背景技術(shù)：

1、水導(dǎo)激光加工(water-jet?guided?laser，wjgl)也稱為激光水射流加工，是將激光耦合到高壓水束內(nèi)進行加工的技術(shù)。通過這種激光與水束耦合的加工方法，能夠產(chǎn)生平行于切口斷面的切縫，其不僅可以保證精密的加工精度，而且可以確保加工區(qū)域保持冷卻和干凈。同時，在加工過程中無需進行激光聚焦和距離控制，能夠適用于各種厚度范圍、難加工材料的加工，并且不會產(chǎn)生熱影響區(qū)和微裂紋等缺陷，滿足復(fù)雜和精密的加工需求。

2、水導(dǎo)激光加工過程中，激光水射流噴嘴是形成穩(wěn)定、可靠的“水光纖”的必要條件，其一般由藍(紅)寶石材料制作，對加工精度要求非常高。由于噴嘴承受著高水壓以及未進入水束的激光沖擊，它是一個常規(guī)耗材零件。每次更換新的噴嘴，不同噴嘴間都存在加工差異性，這不僅包括噴嘴的加工誤差，還涵蓋了噴嘴安裝的定位誤差、高壓水沖擊造成的誤差等，這些都會導(dǎo)致加工的“水刀”幾何位置和尺寸精度出現(xiàn)偏差。例如，水束可能與工件坐標系不垂直，水束直徑在不同水壓下呈現(xiàn)不同直徑等。

3、為解決這些問題，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用兩種方法矯正水束的幾何關(guān)系。第一種方法是人工手動測量并調(diào)整水束垂直度，但其矯正精度和效率均較低。第二種方法是使用水束多次在x和y方向上、不同高度觸碰傳感器，通過三角函數(shù)確定偏差角度，控制微動機構(gòu)帶動加工頭偏轉(zhuǎn)，從而進行水束矯正。這種方法雖然矯正的可靠性和精度比較高，但操作較為繁瑣，一般需要多次取樣比對運算，對傳感器的要求也比較高，導(dǎo)致成本較高。

4、因此，現(xiàn)在需要一種能夠快速、有效定位與校正水束偏斜、水束直徑變化等問題的方法，以提高水導(dǎo)激光加工的精度和效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在提供一種高效、精確的水導(dǎo)激光水束校正方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。通過利用正負電極通電的方式，實現(xiàn)對水束的實時、精準校正，提高水導(dǎo)激光系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，拓展其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種水導(dǎo)激光水光耦合校正方法，包括以下步驟：

3、步驟s1、激光器發(fā)出光束經(jīng)過二向鏡折轉(zhuǎn)后進入聚焦鏡模塊，聚焦鏡模塊將折轉(zhuǎn)光束聚焦后在水柱內(nèi)進行全反射傳播；使產(chǎn)生的細長水柱光束與工件進行相對運動對零件進行加工；

4、步驟s2、若存在光束垂直度較差，光束進入聚焦鏡模塊時未進入透鏡的中心，導(dǎo)致焦深以及成像質(zhì)量比差影響耦合結(jié)果時，則進入步驟s3；

5、步驟s3、控制系統(tǒng)將對光板移動到聚焦鏡模塊形成的焦點位置距離為δ1，開啟激光對光板上進行第一次打點；采用ccd檢測系統(tǒng)進行第一次位置采集以及位置標定記為(x1,y1)；然后將聚焦鏡模塊與對光板保持δ1的距離向上移動δ2距離，激光器對光板上進行第二次打點；采用ccd檢測系統(tǒng)進行第二次位置采集以及位置標定記為(x2,y2)；控制系統(tǒng)進行二次位置之間的偏差計算，然后控制系統(tǒng)根據(jù)偏差計算結(jié)果調(diào)節(jié)二向鏡的角度，使鏡片角度達到系統(tǒng)計算的數(shù)值；

6、步驟s4、當系統(tǒng)調(diào)節(jié)完二向鏡時，重復(fù)步驟s3的操作流程進行驗證，使得光束垂直，光束進入透鏡中心；

7、步驟s5、對噴嘴模塊進行通水，形成水柱；

8、步驟s6、檢測光學(xué)模塊形成的光束對水柱進行不同高度的采集，重復(fù)步驟s3計算出水柱的垂直差；

9、步驟s7、噴嘴調(diào)節(jié)模塊按照檢測光學(xué)模塊測試反饋的結(jié)果進行噴嘴的角度調(diào)節(jié)，使水柱達到垂直；角度調(diào)節(jié)完成后，如無需重新對光束中心和噴嘴進行標定校準調(diào)整，則轉(zhuǎn)至步驟s14；

10、步驟s14、水光調(diào)試流程完成，進行產(chǎn)品加工。

11、優(yōu)選的，所述步驟s7中，如需要重新對光束中心和噴嘴進行標定校準調(diào)整，則轉(zhuǎn)至以下步驟：

12、步驟s8、由于耦合腔體與噴嘴在裝配制造時，噴嘴中心與激光光束中心存在不同心。從而產(chǎn)生位置偏差使激光光束與耦合腔體中水柱不能產(chǎn)生全反射現(xiàn)狀進行光束傳播、將會使耦合腔體中噴嘴被擊傷或燒蝕損壞；需要更換新的噴嘴器件，重新對光束中心和噴嘴進行標定等情況；因此基于以上存在的情況需要進行校準調(diào)整；采用位置檢測系統(tǒng)進行校準調(diào)整；檢測光源發(fā)出光束經(jīng)過45°分光鏡穿聚焦鏡模塊照射在耦合腔體噴嘴的上表面，按照光路的可逆性ccd檢測系統(tǒng)對噴嘴中心位置進行拍照計算中心位置坐標(x3,y3)；

13、步驟s9、控制系統(tǒng)啟動聚焦鏡微動模塊使聚焦鏡模塊移動至離噴嘴中心較遠的位置，同時控制激光器出光在對光板上加工標記點；

14、步驟s10、控制系統(tǒng)啟動ccd檢測系統(tǒng)對標記坐標進行拍照獲取坐標，同時計算出標記點的位置坐標(x4,y4)；

15、步驟s11、控制系統(tǒng)經(jīng)過對噴嘴中心位置和激光光束在耦合腔體中的位置檢測計算得出了激光光束相對噴嘴中心位置的偏差值(δx,δy)；

16、步驟s12、控制系統(tǒng)啟動反射鏡微動模塊和聚焦鏡模塊在平面(x4,y4)的基礎(chǔ)上移動(δx,δy)，使聚焦光束中心與噴嘴中心位置重疊便完成了位置校準；

17、步驟s13、在功率計下控制系統(tǒng)控制聚焦鏡微動模塊對聚焦鏡模塊聚集的焦點位置進行調(diào)節(jié)，使水光耦合率達到最大，即使激光功率在加工中應(yīng)用更充分；調(diào)節(jié)完成后，轉(zhuǎn)至步驟s14。

18、更優(yōu)的，所述步驟s1中，激光器發(fā)出光束與二向鏡入射面法線的夾角范圍為40°～50°。

19、更優(yōu)的，所述步驟s8中，檢測光源發(fā)出光束與分光鏡入射面法線的夾角范圍為43°～48°。

20、更優(yōu)的，所述步驟s8中，所述檢測光源發(fā)出光束與分光鏡入射面法線的夾角范圍為45°。

21、更優(yōu)的，所述步驟s1中，所述聚焦鏡模塊將折轉(zhuǎn)光束聚焦成為比耦合腔體噴嘴直徑小、準直范圍長、中心光斑小的光束。

22、本發(fā)明的有益效果是：

23、1、本發(fā)明能有效的解決水柱的偏差和抖動，顯著提高了水柱直徑穩(wěn)定性和一致性。

24、2、本發(fā)明最大程度減小水柱直徑，極大的提高切割精度，對材料損耗極小。適合極小孔徑打孔或超高精度激光切割。

25、3、本發(fā)明采用正、負電極改變水射流流向提升了水導(dǎo)激光系統(tǒng)的整體性能，拓寬了其在精密加工、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

26、4、本發(fā)明響應(yīng)速度快，能夠?qū)崟r對水束的變化進行校正，適應(yīng)不同的工作條件和環(huán)境變化。

27、5、本發(fā)明降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本，相比傳統(tǒng)的校正方法，具有更高的性價比和實用性。

技術(shù)特征：

1.一種水導(dǎo)激光水光耦合校正方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水導(dǎo)激光水光耦合校正方法，其特征在于，所述步驟s7中，如需要重新對光束中心和噴嘴進行標定校準調(diào)整，則轉(zhuǎn)至以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水導(dǎo)激光水光耦合校正方法，其特征在于，所述步驟s1中，激光器發(fā)出光束與二向鏡入射面法線的夾角范圍為40°～50°。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水導(dǎo)激光水光耦合校正方法，其特征在于，所述步驟s8中，檢測光源發(fā)出光束與分光鏡入射面法線的夾角范圍為43°～48°。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水導(dǎo)激光水光耦合校正方法，其特征在于，所述步驟s8中，所述檢測光源發(fā)出光束與分光鏡入射面法線的夾角范圍為45°。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水導(dǎo)激光水光耦合校正方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述聚焦鏡模塊將折轉(zhuǎn)光束聚焦成為比耦合腔體噴嘴直徑小、準直范圍長、中心光斑小的光束。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于水導(dǎo)激光加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水導(dǎo)激光水光耦合校正方法，步驟包括：激光對光板上進行第一次打點、聚焦鏡模塊上移后第二次打點，控制系統(tǒng)進行二次位置之間的偏差計算，然后控制系統(tǒng)根據(jù)偏差計算結(jié)果調(diào)節(jié)二向鏡的角度，噴嘴調(diào)節(jié)模塊按照檢測光學(xué)模塊測試反饋的結(jié)果進行噴嘴的角度調(diào)節(jié)，使水柱達到垂直；本發(fā)明通過對噴嘴的中心以及與相對于z軸垂直進行自校正調(diào)整、同時使激光光束自身進行垂直自校正調(diào)整。從而將克服聚焦光學(xué)系統(tǒng)與噴嘴之間存在的問題，對激光束與水束耦合情況進行檢測與調(diào)整，使結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)使用方面更加的簡單，因此本發(fā)明引入的各種誤差少、完成水導(dǎo)激光加工質(zhì)量更好、效率更高。

技術(shù)研發(fā)人員：楊芳,陳澤詠,任少帥,李一凡
受保護的技術(shù)使用者：陜西渥特鐳銫機械制造有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15