CN113732510A - 一种双激光抛光系统及复合激光抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及表面处理技术设备领域，尤其涉及一种双激光抛光系统及复合激光抛光方法。双激光抛光系统包括：机架、转动设于机架上的旋转工作台和光路结构，旋转工作台用于供工件放置；光路结构包括：发出第一光束的第一激光器、发出第二光束的第二激光器、连接机架的加工头以及光路切换机构；加工头位于工件上方且配置为抛光工件，光路切换机构具有第一位置状态和第二位置状态；其中，光路切换机构处于第一位置状态时，光路切换机构将第一光束入射加工头；而光路切换机构处于第二位置状态时，光路切换机构将第二光束入射加工头，通过复合扫描实现高效的激光抛光。本发明可以有效降低工件的表面粗糙度以及提高抛光的效率的目的。

Description

一种双激光抛光系统及复合激光抛光方法

技术领域

本发明涉及表面处理技术设备领域，尤其涉及一种双激光抛光系统及复合激光抛光方法。

背景技术

激光抛光是一种非接触抛光，不仅能对平面进行抛光,还能对各种曲面铝合金进行抛光。同时对环境的污染小，可以实现局部抛光，特别适用于铝合金的精抛，具有良好的发展前景。其中，铝合金等铝制品在加工好并放置一段时间后，铝制品的表面与氧气接触会发生氧化，形成一层黑色的致密氧化物薄膜，导致铝制品表面光洁度变低，影响铝制品的使用体验和美观。

目前的激光抛光设备只能发出一种激光束，从而只具有一种抛光加工方式。但是，单一激光束的一次抛光，效果往往不理想。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种双激光抛光系统，旨在解决如何提高工件抛光效果的问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种双激光抛光系统，包括：机架、转动设于所述机架上的旋转工作台和光路结构，所述旋转工作台用于供工件放置；

所述光路结构包括：发出第一光束的第一激光器、发出第二光束的第二激光器、连接所述机架的加工头以及光路切换机构；所述加工头位于所述工件上方且配置为抛光所述工件，所述光路切换机构具有第一位置状态和第二位置状态；

其中，所述光路切换机构处于所述第一位置状态时，所述光路切换机构将所述第一光束入射所述加工头；而所述光路切换机构处于所述第二位置状态时，所述光路切换机构将所述第二光束入射所述加工头。

在一个实施例中，所述光路结构还包括设置于所述第一光束的传播路径，且配置为将所述第一光束分离成多束的分束器。

在一个实施例中，所述光路结构还包括设置于所述第二光束的传播路径，且配置为压缩所述第二光束的展宽压缩器。

在一个实施例中，所述光路结构还包括扩束镜，所述第一光束和所述第二光束的传播路径均设置有所述扩束镜。

在一个实施例中，所述加工头包括振镜以及远心扫描透镜，所述第一光束或所述第二光束入射所述振镜，并从所述远心扫描透镜出射。

在一个实施例中，所述双激光抛光系统还包括设于所述机架上的焦距调节机构，所述加工头和所述光路切换机构均设于所述焦距调节机构，所述焦距调解机构可带动所述加工头靠近或远离所述旋转工作台，以调整所述第一光束或所述第二光束聚焦到所述工件上的焦距。

在一个实施例中，所述焦距调节机构包括立柱、滑动连接所述立柱的横梁以及设于所述立柱且配置为驱动所述横梁上下滑动的驱动器，所述立柱与所述机架固接，所述加工头和所述光路切换机构均连接所述横梁。

在一个实施例中，所述双激光抛光系统还包括设于所述机架上的气路系统，所述气路系统包括：储气罐和惰性气体密封舱，所述储气罐与所述惰性气体密封舱通过输气管相连通，所述惰性气体密封舱设于所述旋转工作台上；所述气路系统用于为工件表面提供惰性气体。

在一个实施例中，所述双激光抛光系统还包括控制器，所述控制器设于所述机架上，所述控制器连接并控制所述光路结构。

本申请的另一目的还在于提供一种复合激光抛光方法，其使用上述双激光抛光系统，所述复合激光抛光方法包括如下步骤：

将工件安装至所述旋转工作台，所述旋转工作台转动连接机架；

将所述光路切换机构处于第一位置状态，所述第一激光器朝所述光路切换机构发射第一光束，所述光路切换机构将所述第一光束反射至所述加工头，且所述加工头沿预定路径抛光所述工件；

将所述光路切换机构处于第二位置状态，所述第二激光器朝所述光路切换机构发射第二光束，所述光路切换机构将所述第二光束反射至所述加工头，且所述加工头沿预定路径抛光所述工件。

本申请的有益效果在于：通过将工件安置在旋转工作台，并在机架上设置两个可发出不同激光束的第一激光器和第二激光器，光路切换机构对第一光束和第二光束进行切换，从而使第一激光器发出的第一光束可通过加工头对铝合金制品的表面进行粗抛光，第二激光器发出的第二光束可通过加工头对铝合金制品的表面进行精抛光，即在第一次的粗抛光的基础上复合进行第二次的精抛光，从而通过两次抛光快速实现“熔峰填谷”，通过复合扫描实现高效的激光抛光，降低工件的表面粗糙度以及提高抛光效率的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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它的附图。

图1为本申请实施例提供的双激光抛光系统的原理示意图；

图2是本申请实施例所提供的双激光抛光系统的立体结构示意图；

图3是图2的双激光抛光系统的正视示意图；

图4是本申请实施例所提供的复合激光抛光方法的工艺流程图。

其中，图中各附图标记：

100、双激光抛光系统；10、光路结构；11、第一激光器；12、第二激光器；13、扩束镜；14、滤波件；15、展宽压缩器；16、反射镜；17、分束器；30、光路切换机构；31、偏振反射镜；53、位移传感器；50、加工头；51、振镜；52、远心扫描透镜；40、工件；20、旋转工作台；90、控制器；60、焦距调节机构；61、横梁；62、立柱；70、气路系统；71、惰性气体密封舱；72、储气罐；80、显示屏；

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本申请。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1及图3，本申请实施例提供了一种双激光抛光系统100，配置为抛光工件40，双激光抛光系统100包括：机架、转动设于机架上的旋转工作台20和光路结构10，旋转工作台20用于供工件40放置；可选地，本申请实施例中，工件40是铝合金制品，而机架可以是铝合金、不锈钢、其他合金或金属材料制成。其中，旋转工作台20的材质可以与机架相同。在一些可能的示例中，旋转工作台20的材质也可以与机架不同，例如在用花岗岩、大理石或者陶瓷材料来制作旋转工作台20。可以理解的是，本申请实施例中，旋转工作台20可以与机架转动连接，例如通过旋转轴和轴承转动连接旋转工作台20和机架。可选地，为了驱动旋转工作台20转动。本申请实施例中，可以在机架上设置驱动装置，例如设置同步电机、伺服电机或者步进电机等，或配合传动带或齿轮机构而对旋转工作台20进行驱动。可以理解的是，旋转工作台20上可以设置夹具，例如三抓夹头或者四抓夹头，对工件40进行夹紧。在一些可能的示例中，夹具也可以是电控永磁吸盘。请参阅图1及图3，光路结构10包括：发出第一光束的第一激光器11、发出第二光束的第二激光器12、连接机架的加工头50以及光路切换机构30；加工头50位于工件40上方且配置为抛光工件40，光路切换机构30具有第一位置状态和第二位置状态。可选地，第一激光器11为连续激光器，且功率范围为300～800W；而第二激光器12为皮秒激光器，其功率范围为40～60W。光路切换机构30处于第一位置状态时，光路切换机构30将第一光束入射加工头50，加工头50利用第一光束并沿预定路径对工件40进行第一次抛光，可选地，第一次抛光为粗抛光，预定路径可以为“之”或“Z”字形，或者方波路径、螺旋波路径等。而光路切换机构30处于第二位置状态时，光路切换机构30将第二光束入射加工头50，加工头50利用第二光束并沿预定路径对工件40进行第二次抛光，可选地，第二次抛光为精抛光，预定路径可以为“之”或“Z”字形，或者方波路径、螺旋波路径等。

请参阅图1及图3，通过将工件40安置在旋转工作台20，并在机架上设置两个可发出不同激光束的第一激光器11和第二激光器12，光路切换机构30对第一光束和第二光束进行切换，从而使第一激光器11发出的第一光束可通过加工头50对铝合金制品的表面进行粗抛光，第二激光器12发出的第二光束可通过加工头50对铝合金制品的表面进行精抛光，即在第一次的粗抛光的基础上复合进行第二次的精抛光，从而通过两次抛光快速实现“熔峰填谷”，降低工件40的表面粗糙度以及提高抛光效率的目的。

请参阅图1及图3，可选地，第一激光器11和第二激光器12均设置于机架内。

可选地，双激光抛光系统100还包括用于检测加工头50位置的位移传感器53。

可选地，光路切换机构30包括偏振反射镜31以及支撑偏振反射镜31的底座，偏振反射镜31将第一光束或第二光束反射至加工头50。可选地，偏振反射镜31的反射角度可调。

请参阅图1及图3，在一个实施例中，光路结构10还包括设置于第一光束的传播路径，且配置为将第一光束分离成多束的分束器17。可选地，通过空间相位调制的光学方法，实现光束数量和空间距离可变，即可编程的激光分束，以实现并行加工，提高加工效率。本实施例中，将第一光束至少分为四束，且利用四束第一光束对工件40进行并行加工，大幅提升效率。可选地，利用LCOS-SLM(空间光调制器)，通过加在每个像素电极上的电压改变液晶的排列方向，从而实现对入射激光相位的调制。每个像素上的电压可以通过加载的相位图动态控制，响应时间可以达到毫秒量级。

请参阅图1及图3，在一个实施例中，光路结构10还包括设置于第二光束的传播路径，且配置为压缩第二光束的展宽压缩器15。可选地，为了解决器件损伤问题，展宽压缩器15先将第二激光器12的种子脉冲展宽至>500ps，然后再压缩至<500fs。合适的展宽压缩器15在提供足够色散同时，还要尽量减小高阶色散的引入，避免压缩后脉冲质量下降。

在一个实施例中，光路结构10还包括扩束镜13，第一光束和第二光束的传播路径均设置有扩束镜13。可选地，通过扩束镜13从而改变第一光束或第二光束的直径和发散角度。

请参阅图1及图3，可选地，光路结构10还包括设置于第二光束传播路径上的滤波件14、反射镜16。滤波件14、扩束镜13、反射镜16以及展宽压缩器15依次设置。在一个实施例中，加工头50包括振镜51以及远心扫描透镜52，第一光束或第二光束入射振镜51，并从远心扫描透镜52出射至工件40。

在一个实施例中，双激光抛光系统100还包括设于机架上的焦距调节机构60，加工头50和光路切换机构30均设于焦距调节机构60，焦距调解机构可带动加工头50靠近或远离旋转工作台20，以调整第一光束或第二光束聚焦到工件40上的焦距。

请参阅图1及图3，在一个实施例中，焦距调节机构60包括立柱62、滑动连接立柱62的横梁61以及设于立柱62且配置为驱动横梁61上下滑动的驱动器，立柱62与机架固接，加工头50和光路切换机构30均连接横梁61。其中，立柱62可以是通过前述的螺钉、螺栓或者螺杆等连接部件固定在机架上。在一些可能的方式中，立柱62也可以是通过焊接的方式焊接在机架上。

驱动器可以是滑动气缸、直线气缸或者活塞缸等。其中，滑动气缸可在立柱62上滑动，可选地，通过在立柱62内设置滑轨，并使横梁61通过滑块与滑轨配合，从而使滑动气缸驱动横梁61并在滑轨的引导下上下滑动。可以理解的是，直线气缸和活塞缸的驱动方式可以与滑动气缸相同或者类似，本申请实施例中不在赘述。

请参阅图1及图3，通过设置焦距调节机构60带动加工头50靠近或者远离旋转工作台20，这样，针对不同尺寸的工件40，可以调节适当的抛光焦距，能够提高激光抛光设备的适用范围。

在一个实施例中，双激光抛光系统100还包括设于机架上的气路系统70，气路系统70包括：储气罐72和惰性气体密封舱71，储气罐72与惰性气体密封舱71通过输气管相连通，惰性气体密封舱71设于旋转工作台20上并罩盖工件40；气路系统70用于为工件40表面提供惰性气体。

请参阅图1及图3，在一个实施例中，双激光抛光系统100还包括控制器90，控制器90设于机架上，控制器90连接并控制光路结构10。

可选地，本申请实施例中，控制器90可以是中央处理器(central processingunit，CPU)、微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)或者现场可编程门阵列(Field-programmable gate array，FPGA)等。

当然，在一些可能的示例中，控制器90也可以是设有上述CPU、MCU或者FPGA等的电脑主机或者计算机等设备。

请参阅图1及图3，可选的，双激光抛光系统100还包括显示器，显示器设于机架的一侧，显示器分别与第一激光器11、第二激光器12、加工头50和旋转工作台20电信号连接。

其中，显示器可以是液晶显示器、液晶显示屏80或者其他显示屏80，显示屏80可以用来显示激光抛光设备的抛光参数或当前控制参数等信息，以便于工人能够更好的对双激光抛光系统100进行控制和操作。

可选的，本申请实施例中，旋转工作台20上还设有能场发生器，能场发生器可为待抛光工件40加载能场。可选地，本申请实施例中，能场发生器可以是电磁场发生器、超声波发生器或者电磁场发生器和超声波发生器的复合发生器。

请参阅图1及图3，可选地，电磁场发生器可发出电磁场，电磁场作用在熔融金属上，可以使得熔融金属在工件40表面流动，能够加快工件40的抛光效率；另外，超声波发生器可在工件40表面产生超声震荡，使得工件40表面处于熔融状态的液态金属内产生微型爆炸，将液态金属内的空气和气隙排出，能够是的金属冷却凝固后更加紧密，使得工件40表面的强度更高。

请参阅图4，本发明还提出了一种复合激光抛光方法，该复合激光抛光方法使用上述双激光抛光系统100对工件40进行抛光。

复合激光抛光方法包括如下步骤：

S1：将工件40安装至旋转工作台20，旋转工作台20转动连接机架；

S2：将光路切换机构30处于第一位置状态，第一激光器11朝光路切换机构30发射第一光束，光路切换机构30将第一光束反射至加工头50，且加工头50沿预定路径抛光工件40，以对工件40进行粗抛光；

S3：将光路切换机构30处于第二位置状态，第二激光器12朝光路切换机构30发射第二光束，光路切换机构30将第二光束反射至加工头50，且加工头50沿预定路径抛光工件40，以对工件40进行精抛光。

以上仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种双激光抛光系统，其特征在于，包括：机架、转动设于所述机架上的旋转工作台和光路结构，所述旋转工作台用于供工件放置；

所述光路结构包括：发出第一光束的第一激光器、发出第二光束的第二激光器、连接所述机架的加工头以及光路切换机构；所述加工头位于所述工件上方且配置为抛光所述工件，所述光路切换机构具有第一位置状态和第二位置状态；

其中，所述光路切换机构处于所述第一位置状态时，所述光路切换机构将所述第一光束入射所述加工头；而所述光路切换机构处于所述第二位置状态时，所述光路切换机构将所述第二光束入射所述加工头。

2.如权利要求1所述的双激光抛光系统，其特征在于：所述光路结构还包括设置于所述第一光束的传播路径，且配置为将所述第一光束分离成多束的分束器。

3.如权利要求1所述的双激光抛光系统，其特征在于：所述光路结构还包括设置于所述第二光束的传播路径，且配置为压缩所述第二光束的展宽压缩器。

4.如权利要求1所述的双激光抛光系统，其特征在于：所述光路结构还包括扩束镜，所述第一光束和所述第二光束的传播路径均设置有所述扩束镜。

5.如权利要求1-4任意一项所述的双激光抛光系统，其特征在于：所述加工头包括振镜以及远心扫描透镜，所述第一光束或所述第二光束入射所述振镜，并从所述远心扫描透镜出射。

6.如权利要求1-4任意一项所述的双激光抛光系统，其特征在于：所述双激光抛光系统还包括设于所述机架上的焦距调节机构，所述加工头和所述光路切换机构均设于所述焦距调节机构，所述焦距调解机构可带动所述加工头靠近或远离所述旋转工作台，以调整所述第一光束或所述第二光束聚焦到所述工件上的焦距。

7.如权利要求6所述的双激光抛光系统，其特征在于：所述焦距调节机构包括立柱、滑动连接所述立柱的横梁以及设于所述立柱且配置为驱动所述横梁上下滑动的驱动器，所述立柱与所述机架固接，所述加工头和所述光路切换机构均连接所述横梁。

8.如权利要求1-4任意一项所述的双激光抛光系统，其特征在于：所述双激光抛光系统还包括设于所述机架上的气路系统，所述气路系统包括：储气罐和惰性气体密封舱，所述储气罐与所述惰性气体密封舱通过输气管相连通，所述惰性气体密封舱设于所述旋转工作台上；所述气路系统用于为工件表面提供惰性气体。

9.如权利要求1-4任意一项所述的双激光抛光系统，其特征在于：所述双激光抛光系统还包括控制器，所述控制器设于所述机架上，所述控制器连接并控制所述光路结构。

10.一种复合激光抛光方法，其用于权利要求1-9任一项所述的双激光抛光系统，其特征在于，所述复合激光抛光方法包括如下步骤：

将工件安装至所述旋转工作台，所述旋转工作台转动连接机架；

将所述光路切换机构处于第一位置状态，所述第一激光器朝所述光路切换机构发射第一光束，所述光路切换机构将所述第一光束反射至所述加工头，且所述加工头沿预定路径抛光所述工件；

将所述光路切换机构处于第二位置状态，所述第二激光器朝所述光路切换机构发射第二光束，所述光路切换机构将所述第二光束反射至所述加工头，且所述加工头沿预定路径抛光所述工件。

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