CN108838548A - 激光抛光装置及抛光方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种激光抛光装置及抛光方法，涉及抛光技术领域。其中，所述装置通过分束器将激光器发出的初始光束分为第一光束、第二光束和第三光束，然后通过扫描器接收所述第一光束、第二光束和第三光束，并将所述第一光束、第二光束和第三光束投射到待加工元件，在待加工元件上形成第一光束对应的预热光斑、第二光束对应的抛光光斑以及第三光束对应的退火光斑，实现了在抛光处理的同时对待加工元件进行预热和退火，避免了在对玻璃等脆性材料进行抛光的过程中由于温度梯度较大产生热应力导致加工元件产生裂纹。

Description

激光抛光装置及抛光方法

技术领域

本申请涉及抛光技术领域，具体而言，涉及一种激光抛光装置及抛光方法。

背景技术

采用激光对玻璃等脆性材料进行抛光处理的过程中，由于温度梯度分布较大，产生的热应力有可能使加工元件产生裂纹。

现有技术中，通过预热技术和退火技术可以在一定程度上解决该问题，但是需要增加新的加工设备，并且需要多道处理工序，使得激光抛光的效率优势降低。

因此，对于本领域技术人员而言，研究一种集成预热和退火功能的激光抛光装置具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供一种激光抛光装置及抛光方法，以实现在抛光处理的同时对待加工元件进行预热和退火。

为了实现上述目的，本申请较佳实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供一种激光抛光装置，所述装置包括激光器、分束器及扫描器；

所述激光器发出的初始光束经过所述分束器分束得到功率不同的第一光束、第二光束和第三光束；

所述扫描器接收所述第一光束、第二光束和第三光束，并将所述第一光束、第二光束和第三光束投射到待加工元件，在待加工元件上形成第一光束对应的预热光斑、第二光束对应的抛光光斑以及第三光束对应的退火光斑对待加工元件进行抛光处理；其中，

所述抛光光斑位于所述预热光斑与退火光斑之间，且所述抛光光斑对应的第二光束的功率大于所述第一光束和第三光束的功率。

可选地，在本申请的一种实施例中，所述分束器包括第一部分反射镜、第二部分反射镜及全反射镜；

所述第一部分反射镜的透反比大于所述第二部分反射镜的透反比；

所述第一部分反射镜、第二部分反射镜及全反射镜沿所述初始光束的传播方向依次设置，且所述第一部分反射镜、第二部分反射镜及全反射镜相对于所述初始光束的夹角依次增大。

可选地，在本申请的另一种实施例中，所述分束器包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜及第四反射镜；其中，

所述第一反射镜和第二反射镜相对于所述初始光束的中轴线对称，所述第三反射镜和第四反射镜相对于所述初始光束的中轴线对称；

所述第三反射镜和第四反射镜相对于激光器的距离小于所述第一反射镜和第二反射镜相对于激光器的距离。

进一步地，在本申请实施例中，所述激光器包括脉冲调制器，所述装置还包括温度探测器及控制器；

所述温度探测器用于采集所述抛光光斑对应的加工区域的温度数据；

所述温度探测器与所述控制器通信连接，所述控制器与所述脉冲调制器电性连接，所述控制器根据所述温度探测器采集的温度数据控制所述脉冲调制器对激光器的发光功率进行调节。

可选地，在本申请实施例中，所述装置还包括固定支架，所述温度探测器通过所述固定支架固定并对准所述抛光光斑对应的加工区域。

进一步地，在本申请实施例中，所述扫描器包括扫描振镜和平场聚焦透镜；

所述扫描振镜用于调整所述第一光束、第二光束和第三光束投射到待加工元件的位置；

所述第一光束、第二光束和第三光束通过所述平场聚焦透镜在待加工元件上形成固定的光斑形状。

第二方面，本申请实施例还提供一种激光抛光方法，该方法应用于激光抛光装置，所述装置包括激光器、分束器及扫描器，所述方法包括：

通过分束器对激光器发出的初始光束进行分束，得到第一光束、第二光束和第三光束；

通过扫描器接收所述第一光束、第二光束和第三光束，并将所述第一光束、第二光束和第三光束投射到待加工元件，在待加工元件上形成第一光束对应的预热光斑、第二光束对应的抛光光斑以及第三光束对应的退火光斑对待加工元件进行抛光处理；其中，所述抛光光斑位于所述预热光斑与退火光斑之间，且所述抛光光斑对应的第二光束的功率大于所述第一光束和第三光束的功率。

可选地，在本申请实施例中，所述方法还包括：

采集所述抛光光斑对应的加工区域的温度数据；

根据所述温度数据对激光器的发光功率进行调节。

进一步地，在本申请实施例中，所述激光器包括脉冲调制器，所述根据所述温度数据对激光器的发光功率进行调节，包括：

在所述温度数据低于预设加工温度时，通过所述脉冲调制器增加激光器的占空比以提高所述激光器的发光功率；

在所述温度数据高于预设加工温度时，通过所述脉冲调制器降低激光器的占空比以降低所述激光器的发光功率。

可选地，在本申请实施例中，所述方法还包括：

根据预设扫描速度控制所述第一光束、第二光束和第三光束沿垂直于第一光束、第二光束和第三光束的连线的方向上对待加工元件进行扫描，在所述待加工元件表面分别形成一加工带；

根据预设进给速度控制所述待加工元件沿垂直于所述加工带的方向移动。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的激光抛光装置及抛光方法，通过分束器将激光器发出的初始光束分为第一光束、第二光束和第三光束，然后通过扫描器接收所述第一光束、第二光束和第三光束，并将所述第一光束、第二光束和第三光束投射到待加工元件，在待加工元件上形成第一光束对应的预热光斑、第二光束对应的抛光光斑以及第三光束对应的退火光斑，实现了在抛光处理的同时对待加工元件进行预热和退火，避免了在对玻璃等脆性材料进行抛光的过程中由于温度梯度较大产生热应力导致加工元件产生裂纹。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的激光抛光装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的加工温度对比示意图；

图3为本申请实施例提供的激光抛光装置中分束器的第一结构示意图；

图4为本申请实施例提供的激光抛光装置中分束器的第二结构示意图。

图标：10-激光器；11-初始光束；12-脉冲调制器；20-分束器；201-第一部分反射镜；202-第二部分反射镜；203-全反射镜；204-第一反射镜；205-第二反射镜；206-第三反射镜；207-第四反射镜；21-第一光束；211-预热光斑；22-第二光束；221-抛光光斑；23-第三光束；231-退火光斑；30-扫描器；31-扫描振镜；32-平场聚焦透镜；40-温度探测器；41-固定支架；50-控制器；61-第一转折镜；62-第二转折镜；70-聚焦透镜；100-待加工元件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等命名方式仅是为了区分本申请的不同特征，简化描述，而不是指示或暗示其相对重要性，因此不能理解为对本申请的限制。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，为本申请实施例提供的激光抛光装置的结构示意图，该装置包括激光器10、分束器20及扫描器30，其中，所述激光器10可以是，但不限于射频CO₂激光器。所述激光器10发出的初始光束11经过所述分束器20分束后得到功率不同的第一光束21、第二光束22和第三光束23。

经过所述分束器20分束得到的第一光束21、第二光束22和第三光束23由所述扫描器30接收，并由所述扫描器30投射到待加工元件100，在待加工元件100上形成第一光束21对应的预热光斑211、第二光束22对应的抛光光斑221以及第三光束23对应的退火光斑231。其中，所述抛光光斑221位于所述预热光斑211与退火光斑231之间，且所述抛光光斑221对应的第二光束22的功率大于所述第一光束21和第三光束23的功率。

当对待加工元件100进行加工时，可以通过所述第一光束21对应的预热光斑211对所述待加工元件100进行预热，通过所述第二光束22对应的抛光光斑221进行抛光，同时通过所述第三光束23对应的退火光斑231进行退火。

参照图2，为本申请实施例提供的加工温度对比示意图，通过所述第一光束21、第二光束22和第三光束23分别对待加工元件100进行预热、抛光和退火，降低了加工过程中的温度梯度分布，从而避免了在对玻璃等脆性待加工元件100进行加工的过程中由于温度梯度分布较大产生热应力导致待加工元件100产生裂纹。

请继续参照图1，可选地，在本申请实施例中，当所述分束器20未处于所述初始光光束的传播方向上时，还可以在所述激光器10与分束器20之间设置第一转折镜61，通过所述第一转折镜61改变所述初始光束11的传播方向以使得所述初始光束11入射到所述分束器20进行分束。并且，在所述初始光是入射到分束器20之前，还可以通过聚焦透镜70进行聚焦。

同理，所述第一光束21、第二光束22和第三光束23也可以通过第二转折镜62入射到所述扫描器30。并且，应当理解的是，在本申请实施例中，所述装置可以包括，但不限于所述第一转折镜61和第二转折镜62，在光束传播路径中还可以包括其他转折镜。

进一步地，请参照图3，在本申请的一种实施方式中，所述分束器20可以包括第一部分反射镜201、第二部分反射镜202及全反射镜203。

其中，所述第一部分反射镜201、第二部分反射镜202及全反射镜203沿所述初始光束11的传播方向依次设置，并且所述第一部分反射镜201、第二部分反射镜202及全反射镜203相对于所述初始光束11的夹角依次增大。

所述初始光束11入射至所述第一部分反射镜201后，一部分光束透过所述第一部分反射镜201，另一部分被所述第一部分反射镜201反射，其中，被所述第一部分反射镜201反射的部分构成第一光束21。

进一步地，透过所述第一部分反射镜201的光束入射到所述第二部分反射镜202，经所述第二部分反射镜202反射后构成第二光束22。透过所述第二部分反射镜202的光束入射到所述全反射镜203，经所述全反射镜203反射后构成第三光束23。

具体地，在本申请实施例中，所述第一部分反射镜201和第二部分反射镜202可以采用ZnSe平面镀膜镜，所述全反射镜203可以采用镀金铜镜。并且，所述第一部分反射镜201和第二部分反射镜202的透反比可以根据所需要的加工温度进行设定。例如，当所述第一部分反射镜201的透反比大于所述第二部分反射镜202的透反比时，可以使得所述第二光束22的功率大于所述第一光束21的功率。

参照图4，可选地，在本申请的另一种实施例中，所述分束器20包括第一反射镜204、第二反射镜205、第三反射镜206及第四反射镜207；其中，所述第一反射镜204和第二反射镜205相对于所述初始光束11的中轴线对称，所述第三反射镜206和第四反射镜207相对于所述初始光束11的中轴线对称；并且，所述第三反射镜206和第四反射镜207相对于激光器10的距离小于所述第一反射镜204和第二反射镜205相对于激光器10的距离。

所述初始光束11的边缘部分分别被所述第一反射镜204和第二反射镜205反射，其中，被所述第一反射镜204反射的光束再次经所述第四反射镜207反射，得到第三光束23；被所述第二反射镜205反射的光束再次经所述第三反射镜206反射，得到第一光束21；所述初始光束11未被反射的部分构成所述第二光束22。

具体地，在本申请实施例中，所述第一光束21、第二光束22和第三光束23的功率可以通过改变所述第一反射镜204和第二反射镜205对初始光束11的反射比例进行调节。例如，当所述第一反射镜204对初始光束11的反射比例增大时，所述第二光束22和第一光束21的功率均会相应减小。

进一步地，请再次参照图1，在本申请实施例中，所述激光器10包括脉冲调制器12，所述装置还包括温度探测器40及控制器50；其中，所述温度探测器40用于采集所述抛光光斑221对应的加工区域的温度数据。

所述温度探测器40与所述控制器50通信连接，所述控制器50与所述脉冲调制器12电性连接。所述温度探测器40采集到抛光光斑221对应的加工区域的温度数据后将该温度数据反馈至所述控制器50，然后由所述控制器50根据该温度数据控制所述脉冲调制器12对激光器10的发光功率进行调节，以保持加工区域温度恒定。

具体地，本申请实施例中，所述激光器10的发光功率可以根据待加工元件100的气化温度进行设定，并且可以设定一温度阈值，从而保证所述抛光光斑221对应的加工区域的温度应至少低于待加工元件100的气化温度20℃。举例而言，当待加工元件100为熔石英时，所述抛光光斑221对应的加工区域应低于2230℃。

可选地，在本申请实施例中，所述装置还可以包括固定支架41，以通过该固定支架41固定所述温度探测器40，使所述温度探测器40对准所述抛光光斑221对应的加工区域。

进一步地，在本申请实施例中，所述扫描器30包括扫描振镜31和平场聚焦透镜32。其中，所述扫描振镜31可以用于调整所述第一光束21、第二光束22和第三光束23投射到待加工元件100的位置，换言之，即可以通过所述扫描振镜31控制所述第一光束21、第二光束22和第三光束23待加工元件100上扫描，以对待加工元件100的不同位置进行加工。

所述第一光束21、第二光束22和第三光束23通过所述平场聚焦透镜32分别聚焦后可以在待加工元件100上形成固定的光斑形状，即在扫描过程中保持所述第一光束21对应的预热光斑211、第二光束22对应的抛光光斑221以及第三光束23对应的退火光斑231形状不变。

可替换地，在本申请实施例中，可以通过所述扫描器30控制所述第一光束21、第二光束22和第三光束23在待加工元件100上扫描实现不同位置的加工，也可以通过控制待加工元件100移动实现不同位置的加工。具体地，当采用扫描器30控制所述第一光束21、第二光束22和第三光束23进行扫描时，可以通过预设的控制程序控制所述扫描器30中的扫描振镜31调整所述第一光束21、第二光束22和第三光束23的投射角度，从而实现不同位置的加工。其中，所述第一光束21、第二光束22和第三光束23沿预热光斑211、抛光光板、退火光斑231的连线方向的进给速度可以设置为1mm/s～10mm/s，沿垂直于预热光斑211、抛光光板、退火光斑231的连线方向的扫描速度可以设置为1m/s～10m/s。

此外，当采用扫描器30控制所述第一光束21、第二光束22和第三光束23进行扫描时，所述温度探测器40的采集位置可以与所述第二光束22对应的抛光光斑221同步移动，从而可以实现精准探测。并且，应当理解的是，在本申请实施例中，所述扫描速度和进给速度可以是，但不限于上述数值。

进一步地，本申请实施例还提供一种激光抛光方法，该方法应用于激光抛光装置，所述装置包括激光器、分束器及扫描器，所述方法包括：

步骤1，通过分束器对激光器发出的初始光束进行分束，得到第一光束、第二光束和第三光束。

步骤2，通过扫描器接收所述第一光束、第二光束和第三光束，并将所述第一光束、第二光束和第三光束投射到待加工元件，在待加工元件上形成第一光束对应的预热光斑、第二光束对应的抛光光斑以及第三光束对应的退火光斑对待加工元件进行抛光处理；其中，所述抛光光斑位于所述预热光斑与退火光斑之间，且所述抛光光斑对应的第二光束的功率大于所述第一光束和第三光束的功率。

在本申请实施例中，通过所述分束器将激光器发出的初始光束分束为第一光束、第二光束和第三光束，然后由所述第一光束、第二光束和第三光束分别对待加工元件进行预热、抛光和退火，从而降低了加工过程中的温度梯度分布，避免了在对玻璃等脆性待加工元件进行加工的过程中由于温度梯度分布较大产生热应力导致待加工元件产生裂纹。

可选地，在本申请实施例中，所述方法还可以包括：

步骤3，采集所述抛光光斑对应的加工区域的温度数据。

步骤4，根据所述温度数据对激光器的发光功率进行调节。

具体地，在本申请实施例中，通过温度探测器对所述抛光光斑对应的加工区域进行温度数据采集，然后将所述温度探测器采集的温度数据反馈至控制器，通过所述控制器控制脉冲调制器对激光器的发光功率进行调节，从而使得所述第一光束、第二光束和第三光束在加工过程中保持合适的加工温度。

进一步地，在本申请实施例中，所述激光器包括脉冲调制器，所述步骤4可以包括：

在所述温度数据低于预设加工温度时，通过所述脉冲调制器增加激光器的占空比以提高所述激光器的发光功率；

在所述温度数据高于预设加工温度时，通过所述脉冲调制器降低激光器的占空比以降低所述激光器的发光功率。

进一步地，在本申请实施例中，所述方法还可以包括：

根据预设扫描速度控制所述第一光束、第二光束和第三光束沿垂直于第一光束、第二光束和第三光束的连线的方向上对待加工元件进行扫描，在所述待加工元件表面分别形成一加工带；

根据预设进给速度控制所述待加工元件沿垂直于所述加工带的方向移动。

其中，所述预设扫描速度可以设置为1m/s～10m/s，所述预设进给速度可以设置为1mm/s～10mm/s。

综上所述，本申请实施例提供一种激光抛光装置及抛光方法，其通过分束器将激光器发出的初始光束分为第一光束、第二光束和第三光束，然后通过扫描器接收所述第一光束、第二光束和第三光束，并将所述第一光束、第二光束和第三光束投射到待加工元件，在待加工元件上形成第一光束对应的预热光斑、第二光束对应的抛光光斑以及第三光束对应的退火光斑，实现了在抛光处理的同时对待加工元件进行预热和退火，避免了在对玻璃等脆性材料进行抛光的过程中由于温度梯度较大产生热应力导致加工元件产生裂纹。

以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光抛光装置，其特征在于，所述装置包括激光器、分束器及扫描器；

所述激光器发出的初始光束经过所述分束器分束得到功率不同的第一光束、第二光束和第三光束；

所述扫描器接收所述第一光束、第二光束和第三光束，并将所述第一光束、第二光束和第三光束投射到待加工元件，在待加工元件上形成第一光束对应的预热光斑、第二光束对应的抛光光斑以及第三光束对应的退火光斑对待加工元件进行抛光处理；其中，

所述抛光光斑位于所述预热光斑与退火光斑之间，且所述抛光光斑对应的第二光束的功率大于所述第一光束和第三光束的功率。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分束器包括第一部分反射镜、第二部分反射镜及全反射镜；

所述第一部分反射镜的透反比大于所述第二部分反射镜的透反比；

所述第一部分反射镜、第二部分反射镜及全反射镜沿所述初始光束的传播方向依次设置，且所述第一部分反射镜、第二部分反射镜及全反射镜相对于所述初始光束的夹角依次增大。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分束器包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜及第四反射镜；其中，

所述第一反射镜和第二反射镜相对于所述初始光束的中轴线对称，所述第三反射镜和第四反射镜相对于所述初始光束的中轴线对称；

所述第三反射镜和第四反射镜相对于激光器的距离小于所述第一反射镜和第二反射镜相对于激光器的距离。

4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述激光器包括脉冲调制器，所述装置还包括温度探测器及控制器；

所述温度探测器用于采集所述抛光光斑对应的加工区域的温度数据；

所述温度探测器与所述控制器通信连接，所述控制器与所述脉冲调制器电性连接，所述控制器根据所述温度探测器采集的温度数据控制所述脉冲调制器对激光器的发光功率进行调节。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括固定支架，所述温度探测器通过所述固定支架固定并对准所述抛光光斑对应的加工区域。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扫描器包括扫描振镜和平场聚焦透镜；

所述扫描振镜用于调整所述第一光束、第二光束和第三光束投射到待加工元件的位置；

所述第一光束、第二光束和第三光束通过所述平场聚焦透镜在待加工元件上形成固定的光斑形状。

7.一种激光抛光方法，其特征在于，应用于激光抛光装置，所述装置包括激光器、分束器及扫描器，所述方法包括：

通过分束器对激光器发出的初始光束进行分束，得到第一光束、第二光束和第三光束；

通过扫描器接收所述第一光束、第二光束和第三光束，并将所述第一光束、第二光束和第三光束投射到待加工元件，在待加工元件上形成第一光束对应的预热光斑、第二光束对应的抛光光斑以及第三光束对应的退火光斑对待加工元件进行抛光处理；其中，所述抛光光斑位于所述预热光斑与退火光斑之间，且所述抛光光斑对应的第二光束的功率大于所述第一光束和第三光束的功率。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

采集所述抛光光斑对应的加工区域的温度数据；

根据所述温度数据对激光器的发光功率进行调节。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述激光器包括脉冲调制器，所述根据所述温度数据对激光器的发光功率进行调节，包括：

在所述温度数据低于预设加工温度时，通过所述脉冲调制器增加激光器的占空比以提高所述激光器的发光功率；

在所述温度数据高于预设加工温度时，通过所述脉冲调制器降低激光器的占空比以降低所述激光器的发光功率。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据预设扫描速度控制所述第一光束、第二光束和第三光束沿垂直于第一光束、第二光束和第三光束的连线的方向上对待加工元件进行扫描，在所述待加工元件表面分别形成一加工带；

根据预设进给速度控制所述待加工元件沿垂直于所述加工带的方向移动。