CN109079313A - 激光抛光设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光抛光技术领域，具体涉及一种激光抛光设备及方法，设备包括：第一激光器，用于发出第一激光光束并通过扫描器投射至放置于加工平移台的待加工工件以形成加工区域；高温计，用于采集加工区域的温度数据；第二激光器，用于发出第二激光光束至探测焦点；探测器，用于探测探测焦点处在第二激光光束作用下产生的光信号；光谱仪，用于根据光信号获得光谱信息，控制装置用于根据光谱信息以及温度数据控制加工平移台的移动速度和扫描器在扫描方向的扫描速度。通过上述设置，以实现根据温度数据和光谱信号对扫描速度和平台的移动速度进行反馈控制，避免通过改变激光功率对激光光斑大小造成影响，进而造成加工稳定性差的问题。

Description

激光抛光设备及方法

技术领域

本发明涉及激光抛光技术领域，具体而言，涉及一种激光抛光设备及方法。

背景技术

激光抛光技术是采用激光束扫描加工工件表面，通过激光与待加工工件相互作用，去除表面的多余物质，形成光滑平面，且在采用激光抛光技术对待加工工件进行抛光时，在不超过待加工工件的材料蒸发温度的条件下，激光处理温度越高，加工效率和效果越好。

发明人经研究发现，采用现有的激光抛光技术对待加工设备进行抛光处理时，控制激光处理温度的方式通常是控制激光器输出的激光功率，但是在改变激光器输出的激光功率时，激光器输出的激光投射至待加工工件的表面时产生的激光光斑会发生变化，进而会造成加工稳定性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种激光抛光设备及方法，以实现根据温度数据和光谱信号对扫描速度和平台的移动速度进行反馈控制，避免改变通过激光功率对激光光斑大小造成影响进而造成加工稳定性差的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明提供的一种激光抛光设备，包括第一激光器、扫描器、加工平移台、控制装置、高温计、第二激光器、探测器以及光谱仪；

所述第一激光器用于发出第一激光光束并通过所述扫描器投射至放置于加工平移台的待加工工件以形成加工区域，其中，所述加工平移台能够沿垂直于所述扫描器的扫描方向移动；

所述高温计用于采集所述加工区域的温度数据；

所述第二激光器用于发出第二激光光束至探测焦点，其中，所述探测焦点位于所述加工区域的正上方预设高度位置处；

所述探测器用于探测该探测焦点处在所述第二激光光束作用下产生的光信号并发送至所述光谱仪；

所述光谱仪用于根据所述光信号获得光谱信息并发送至所述控制装置；

所述控制装置用于根据所述光谱信号以及所述温度数据控制所述加工平移台的移动速度，以及控制所述扫描器在扫描方向的扫描速度，以对该待加工工件进行扫描抛光。

可选的，在上述激光抛光设备中，所述激光抛光设备还包括第一聚焦透镜，所述第一聚焦透镜设置于所述第二激光器和所述探测焦点之间，以使所述第二激光器发出的第二激光光束经过所述第一聚焦透镜的聚集处理后输出至所述探测焦点处。

可选的，在上述激光抛光设备中，所述激光抛光设备还包括第二聚焦透镜，所述第二聚焦透镜设置于所述探测器和所述探测焦点之间，以使所述探测器通过所述第二聚焦透镜收集该探测焦点在所述第二激光光束作用下产生的光信号。

可选的，在上述激光抛光设备中，所述高温计与所述加工区域的中心位置相对以检测所述加工区域的温度数据。

可选的，在上述激光抛光设备中，所述第一激光器为CO₂激光器，所述第一激光光束的波长为9-11nm、功率大于200W。

可选的，在上述激光抛光设备中，所述激光抛光设备还包括支撑组件，所述第一激光器、高温计、第二激光器、探测器以及光谱仪分别设置于所述支撑组件，且所述加工平移台能够相对于所述支撑组件移动。

可选的，在上述激光抛光设备中，所述扫描器为扫描振镜，所述扫描振镜的扫描速度为1m/s-10m/s之间。

可选的，在上述激光抛光设备中，所述探测焦点位于所述加工区域中心位置的正上方5mm-20mm位置处。

本发明还提供一种激光抛光方法，应用上述的激光抛光设备，所述方法包括：

第一激光器发出第一激光光束并通过扫描器投射至放置于加工平移台的待加工工件以形成加工区域；

高温计采集所述加工区域的温度数据并发送至控制装置；

第二激光器发出第二激光光束至探测焦点，其中，所述探测焦点位于所述加工区域的正上方预设高度位置处；

探测器在该探测焦点处探测在所述第二激光光束作用下得到的光信号并发送至光谱仪；

所述光谱仪根据所述光信号得到光谱信号并发送至所述控制装置；

所述控制装置根据所述光谱信号及预设元素的特征谱线判断该探测焦点处是否存在所述预设元素，并在存在所述预设元素时，根据一预设参考温度和所述温度数据增加所述加工平移台的移动速度和所述扫描器的扫描速度。

可选的，在上述激光抛光方法中，在不存在所述预设元素时，所述方法还包括：

所述控制装置根据所述预设参考温度和所述温度数据降低所述加工平移台的移动速度，以及降低所述扫描器的扫描速度。

本发明提供的激光抛光设备及方法中，通过第一激光器、扫描器、加工平移台、控制装置、高温计、第二激光器、探测器以及光谱仪的配合设置，可以实现根据温度数据和光谱信号对扫描速度和平台的移动速度进行反馈控制，以实现对待加工工件进行稳定的抛光处理，避免采用现有技术中通过改变激光功率对激光光斑大小造成影响进而造成加工稳定性差的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的部分实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定，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为本发明实施例提供的一种激光抛光设备的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种激光抛光设备的连接框图。

图3为本发明实施例提供的一种激光抛光设备的另一结构示意图。

图4为图3中A部分的放大视图。

图5为本发明实施例提供的一种激光抛光方法的流程示意图。

图标：100-激光抛光设备；110-第一激光器；120-扫描器；130-加工平移台；140-控制装置；150-高温计；160-第二激光器；170-探测器；180-光谱仪；190-第一聚焦透镜；210-第二聚焦透镜；300-待加工工件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请结合图1和图2，本发明实施例提供的一种激光抛光设备100，所述激光抛光设备100包括第一激光器110、扫描器120、加工平移台130、控制装置140、高温计150、第二激光器160、探测器170以及光谱仪180，所述控制装置140与所述扫描器120、加工平移台130、高温计150以及光谱仪180分别电连接。

在采用上述的激光抛光设备100对待加工工件300进行抛光处理时，所述第一激光器110用于发出第一激光光束并通过所述扫描器120投射至放置于加工平移台130的待加工工件300以形成加工区域，其中，所述加工平移台130能够沿垂直于所述扫描器120的扫描方向移动；所述高温计150用于采集所述加工区域的温度数据；所述第二激光器160用于发出第二激光光束至探测焦点，其中，所述探测焦点位于所述加工区域的正上方预设高度位置处；所述探测器170用于探测该探测焦点处在所述第二激光光束作用下产生的光信号并发送至所述光谱仪180；所述光谱仪180用于根据所述光信号获得光谱信息并发送至所述控制装置140；所述控制装置140用于根据所述光谱信号以及所述温度数据控制所述加工平移台130的移动速度，以及控制所述扫描器120在扫描方向的扫描速度，以对该待加工工件300进行扫描抛光。

通过上述设置，以在采用上述的激光抛光设备100对待加工工件300进行加工时，实现根据温度数据和光谱信号对扫描速度和平台的移动速度进行反馈控制，进而实现通过改变扫描速度以及改变移动控制平台的速度使所述激光抛光设备100对待加工设备进行良好的抛光处理，避免通过改变激光功率对激光光斑大小造成影响进而造成加工稳定性差的问题。

请结合图3和图4，需要说明的是，在本实施例中，所述加工区域为所述激光经过所述扫描器120后投射至所述加工工件表面的光斑所在区域，所述控制装置140中可以存储有预设参考温度，其中，该预设参考温度为所述待加工工件300中的元素的在所述待加工工件300中的蒸发温度点，所述控制装置140中还预存有该元素的光谱数据，所述控制装置140根据所述光谱信号以及所述温度数据控制所述加工平移台130的移动速度，以及控制所述扫描器120在扫描方向的扫描速度具体为：所述控制装置140根据所述光谱数据以及所述光谱信号判断是否存在该元素，并在判断结果为是时，根据所述温度数据和预设参考温度控制所述加工平移台130的移动速度增大，以及控制所述扫描器120在扫描方向的扫描速度增大，并在判断结果为否时，根据所述温度数据和预设参考温度控制所述加工平移台130的移动速度降低，以及控制所述扫描器120在扫描方向的扫描速度降低，进而在进行抛光处理时的温度数据靠近但不超过该待加工工件300中的元素的蒸发温度，进而使得对待加工工件300进行抛光处理的效果达到更好的状态。

其中，所述第一激光器110发出的激光波长的长度值和激光的功率大小可以是任意的，只要能够实现对待加工工件300进行抛光处理即可，在此不作具体限定。

可选的，在本实施例中，所述第一激光器110为CO₂激光器，所述第一激光光束的波长为9-11nm、功率大于200W。

所述扫描器120为扫描振镜，所述扫描振镜的扫描速度可以是任意的，在此不作具体限定。

为使所述扫描器120在进行扫描时的效果更佳，在本实施例中，所述扫描器120的扫描速度为1m/s-10m/s之间。

所述加工平移台130可以包括底座和以及设备平台，所述设备平台设置于所述底座，所述设备平台能够相对于所述底座移动。

所述控制装置140可以包括控制器和驱动装置，所述控制器可以通过所述驱动装置与所述设备平台连接，以控制所述驱动装置驱动所述设备平台相对于所述底座移动。

所述高温计150可以是辐射式高温计，也可以是比色式高温计，在此不做具体限定，根据实际需求进行设置即可。

为使所述高温计150采集到的温度数据为所述加工区域中最高温度处的温度数据。可选的，在本实施例中，所述高温计150与所述加工区域的中心位置相对以检测所述加工区域的温度数据。

所述第二激光器160可以是高峰值功率脉冲激光器，例如固体激光器，在此不作具体限定，根据实际需求进行设置即可。

所述探测焦点到所述待加工工件300的距离可以是在一定的范围内，例如2mm-50mm，为保障在对探测焦点位置处进行探测得到的探测结果的准确性，可选的，在本实施例中，所述探测焦点位于所述加工区域中心位置的正上方5mm-20mm位置处。

所述探测器170可以包括光纤探头和传输光纤，所述光纤探头通过所述传输光纤与所述光谱仪180连接。

为避免所述激光抛光设备100中的第一激光器110、高温计150、第二激光器160、探测器170以及光谱仪180在进行抛光过程中因位置发生改变进而造成抛光效果不佳的问题，可选的，在本实施例中，所述激光抛光设备100还包括支撑组件，所述第一激光器110、高温计150、第二激光器160、探测器170以及光谱仪180分别设置于所述支撑组件，且所述加工平移台130能够相对于所述支撑组件移动。

在本实施例中，以所述待加工工件300为含有硅元素的玻璃元件为例，且需要说明的是，当加工温度超过玻璃元件的材料蒸发温度时，探测焦点位置可以检测到硅元素；当加工温度未超过玻璃元件的材料蒸发温度时，检测不到硅元素，且当加工温度接近但不超过玻璃元件材料中硅元素的蒸发温度时，玻璃元件的抛光效果最佳。为使所述激光抛光设备100能够对玻璃元件起到良好的抛光效果，在本实施例中，所述控制装置140中预存有硅元素的特征谱线和预设参考温度，且该预设参考温度为所述玻璃元件中硅元素的蒸发温度。所述控制装置140可以根据该特征谱线和所述光谱信息判断该探测焦点处是否存在硅元素，并在存在硅元素时，根据一预设参考温度和所述温度数据增加所述加工平移台130的移动速度和所述扫描器120的扫描速度，以降低玻璃元件进行抛光时的温度，进而使玻璃元件进行抛光的效果更佳。

为使所述探测器170能够进行有效的探测，在本实施例中，所述激光抛光设备100还包括第一聚焦透镜190，所述第一聚焦透镜190设置于所述第二激光器160和所述探测焦点之间，以使所述第二激光器160发出的第二激光光束经过所述第一聚焦透镜190的聚集处理后输出至所述探测焦点处。

为进一步使所述探测器170能够进行有效的探测，在本实施例中，所述激光抛光设备100还包括第二聚焦透镜210，所述第二聚焦透镜210设置于所述探测器170和所述探测焦点之间，以使所述探测器170通过所述第二聚焦透镜210收集该探测焦点在所述第二激光光束作用下产生的光信号。

请结合图5，本发明还提供一种可应用于上述激光抛光设备100的激光抛光方法，以用于对待加工工件300进行抛光加工，具体的抛光方法可以参照步骤S110-S160六个步骤：

步骤S110：第一激光器110发出第一激光光束并通过扫描器120投射至放置于加工平移台130的待加工工件300以形成加工区域。

步骤S120：高温计150采集所述加工区域的温度数据并发送至控制装置140。

步骤S130：第二激光器160发出第二激光光束至探测焦点，其中，所述探测焦点位于所述加工区域的正上方预设高度位置处。

步骤S140：探测器170在该探测焦点处探测在所述第二激光光束作用下得到的光信号并发送至光谱仪180。

步骤S150：所述光谱仪180根据所述光信号得到光谱信号并发送至所述控制装置140。

步骤S160：所述控制装置140根据所述光谱信号及预设元素的特征谱线判断该探测焦点处是否存在所述预设元素，并在存在所述预设元素时，根据一预设参考温度和所述温度数据增加所述加工平移台130的移动速度和所述扫描器120的扫描速度。

需要说明的是，当检测到所述预设元素时，可以再次设定所述预设参考温度，例如，将所述预设参考温度减去1-10摄氏度后得到新的预设参考温度，并根据该新的预设参考温度增加所述加工平移台130的移动速度和所述扫描器120的扫描速度，进而实现反馈控制。

其中，所述预设元素可以是硅元素或金属元素等，在此不作具体限定，根据所述待加工工件300的具体材质进行设置即可。

可选的，在本实施例中，在不存在所述预设元素时，所述方法还包括：

所述控制装置140根据所述预设参考温度和所述温度数据降低所述加工平移台130的移动速度，以及降低所述扫描器120的扫描速度。

需要说明的是，当检测到所述预设元素时，可以再次设定所述预设参考温度，例如，将所述预设参考温度增加1-10摄氏度后得到新的预设参考温度，并根据该新的预设参考温度增加所述加工平移台130的移动速度和所述扫描器120的扫描速度，以进一步实现反馈控制。

综上，本发明提供的一种激光抛光设备100及方法，通过第一激光器110、扫描器120、加工平移台130、控制装置140、高温计150、第二激光器160、探测器170以及光谱仪180的配合设置，可以实现根据温度数据和光谱信号对扫描速度和平台的移动速度进行反馈控制，以实现对待加工工件300进行稳定的抛光处理，避免采用现有技术中通过改变激光功率对激光光斑大小造成影响进而造成加工稳定性差的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光抛光设备，其特征在于，包括第一激光器、扫描器、加工平移台、控制装置、高温计、第二激光器、探测器以及光谱仪；

所述第一激光器用于发出第一激光光束，并通过所述扫描器投射至放置于加工平移台的待加工工件以形成加工区域，其中，所述加工平移台能够沿垂直于所述扫描器的扫描方向移动；

所述高温计用于采集所述加工区域的温度数据；

所述第二激光器用于发出第二激光光束至探测焦点，其中，所述探测焦点位于所述加工区域的正上方预设高度位置处；

所述探测器用于探测该探测焦点处在所述第二激光光束作用下产生的光信号并发送至所述光谱仪；

所述光谱仪用于根据所述光信号获得光谱信息并发送至所述控制装置；

所述控制装置用于根据所述光谱信号以及所述温度数据控制所述加工平移台的移动速度，以及控制所述扫描器在扫描方向的扫描速度，以对该待加工工件进行扫描抛光。

2.根据权利要求1所述的激光抛光设备，其特征在于，所述激光抛光设备还包括第一聚焦透镜，所述第一聚焦透镜设置于所述第二激光器和所述探测焦点之间，以使所述第二激光器发出的第二激光光束经过所述第一聚焦透镜的聚集处理后输出至所述探测焦点处。

3.根据权利要求1所述的激光抛光设备，其特征在于，所述激光抛光设备还包括第二聚焦透镜，所述第二聚焦透镜设置于所述探测器和所述探测焦点之间，以使所述探测器通过所述第二聚焦透镜收集该探测焦点在所述第二激光光束作用下产生的光信号。

4.根据权利要求1所述的激光抛光设备，其特征在于，所述高温计与所述加工区域的中心位置相对以检测所述加工区域的温度数据。

5.根据权利要求1所述的激光抛光设备，其特征在于，所述第一激光器为CO₂激光器，所述第一激光光束的波长为9-11nm、功率大于200W。

6.根据权利要求1所述的激光抛光设备，其特征在于，所述激光抛光设备还包括支撑组件，所述第一激光器、高温计、第二激光器、探测器以及光谱仪分别设置于所述支撑组件，且所述加工平移台能够相对于所述支撑组件移动。

7.根据权利要求1所述的激光抛光设备，其特征在于，所述扫描器为扫描振镜，所述扫描振镜的扫描速度为1m/s-10m/s之间。

8.根据权利要求1所述的激光抛光设备，其特征在于，所述探测焦点位于所述加工区域中心位置的正上方5mm-20mm位置处。

9.一种激光抛光方法，应用于权利要求1-8任意一项所述的激光抛光设备，其特征在于，所述方法包括：

第一激光器发出第一激光光束并通过扫描器投射至放置于加工平移台的待加工工件以形成加工区域；

高温计采集所述加工区域的温度数据并发送至控制装置；

第二激光器发出第二激光光束至探测焦点，其中，所述探测焦点位于所述加工区域的正上方预设高度位置处；

探测器在该探测焦点处探测在所述第二激光光束作用下得到的光信号并发送至光谱仪；

所述光谱仪根据所述光信号得到光谱信号并发送至所述控制装置；

所述控制装置根据所述光谱信号及预设元素的特征谱线判断该探测焦点处是否存在所述预设元素，并在所述预设元素时，根据一预设参考温度和所述温度数据增加所述加工平移台的移动速度和所述扫描器的扫描速度。

10.根据权利要求9所述的激光抛光方法，其特征在于，在不存在所述预设元素时，所述方法还包括：

所述控制装置根据所述预设参考温度和所述温度数据降低所述加工平移台的移动速度，以及降低所述扫描器的扫描速度。