CN113814882A - 一种激光辅助抛光方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种激光辅助抛光方法，包括以下步骤：(1)向被抛光面供给含有抛光颗粒的抛光液，抛光液通过设置在被抛光面前侧的透明导流板整流，使得抛光液以与被抛光面平行的方向快速流动形成抛光液流层；(2)将脉冲激光器对准被抛光面，脉冲激光器输出的脉冲激光束经过聚焦后入射到透明导流板上，并在透明导流板的后表面形成一个聚焦光斑，脉冲激光束的激光脉冲能量作用于透明导流板后侧的抛光液流层中，实现定点抛光。本发明还提供一种激光辅助抛光装置。本发明可实现被抛光件的定点抛光，定点范围可根据激光光斑的调整及被抛光面或激光光斑的移动进行控制。

Description

一种激光辅助抛光方法及装置
技术领域
本发明涉及超精密抛光加工技术领域，尤其涉及一种激光辅助抛光方法及装置。
背景技术
基于射流技术的抛光方法可以实现各种材料，特别是超硬材料的精密抛光，通过抛光颗粒在射流下获得的动量，可以有效去除被抛光表面的突出部分。然而这种技术对于抛光去除量的控制仅限于控制射流的速度，抛光液配比，喷嘴距离被抛光表面的距离等有限手段，对于表面具有精细结构的器件，难以实现预定的抛光效果。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供一种激光辅助抛光方法及装置。
本发明的第一个方面提供一种激光辅助抛光方法，包括以下步骤：
(1)向被抛光面供给含有抛光颗粒的抛光液，抛光液通过设置在被抛光面前侧的透明导流板整流，使得抛光液以与被抛光面平行的方向快速流动形成抛光液流层；
(2)将脉冲激光器对准被抛光面，脉冲激光器输出的脉冲激光束经过聚焦后入射到透明导流板上，并在透明导流板的后表面形成一个聚焦光斑；透明导流板后侧的抛光液流层吸收激光脉冲能量在瞬间产生热膨胀，导致抛光液流层在各个方向膨胀，其中沿与脉冲激光束方向平行且垂直于被抛光面方向的膨胀将动能传递给抛光液中的抛光颗粒，使抛光颗粒获得一个向被抛光面方向的动量，并使抛光颗粒与被抛光面产生碰撞，实现定点抛光。
本发明的第二个方面提供实施一种激光辅助抛光方法的装置，包括沿光路依次设置的脉冲激光器、聚焦透镜、透明导流板和被抛光面，以脉冲激光器的射出方向为后；所述被抛光面竖直设置，被抛光面的前侧设有与之平行的透明导流板，透明导流板的一端设有射流喷嘴，射流喷嘴向透明导流板喷出抛光液，抛光液沿透明导流板的后表面形成抛光液流层；所述脉冲激光器输出脉冲激光束，脉冲激光束经过聚焦透镜聚焦后入射到透明导流板上并作用于透明导流板后侧的抛光液流层中。
优选地，所述光路沿水平方向设置，被抛光面和透明导流板竖直设置，透明导流板的顶端设有射流喷嘴，射流喷嘴向透明导流板喷出抛光液，抛光液以与光路呈倾斜角度或接近90度的角度入射到透明导流板上方，经透明导流板整流后在透明导流板后表面形成抛光液流层。
优选地，所述光路沿竖直方向设置，被抛光面和透明导流板水平设置，透明导流板的一端设有射流喷嘴，射流喷嘴向透明导流板喷出抛光液，抛光液以与光路呈倾斜角度或接近90度的角度入射到透明导流板左端，经透明导流板整流后在透明导流板后表面形成抛光液流层。
本发明的有益效果是：
1)透明导流板有效约束抛光液在被抛光表面的动量方向。
2)透明导流板将激光能量有效耦合到抛光液流层中，并产生快速碰撞，将能量传递给抛光颗粒，使抛光颗粒产生可控的沿垂直于被抛光面的动量，从而实现有效点量抛光。
3)聚焦透镜将脉冲激光能量汇聚到一个较小的区域，以实现表面精细定量抛光。
4)抛光液喷嘴与透明导流板的结合使用，实现有效的沿被测抛光表面恒定的抛光液流层。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是热膨胀波示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明专利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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“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。
本发明的第一个实施例提供一种激光辅助抛光方法，包括以下步骤：
(1)向被抛光面供给含有抛光颗粒的抛光液，抛光液通过设置在被抛光面前侧的透明导流板整流，使得抛光液以与被抛光面平行的方向快速流动形成抛光液流层；
(2)将脉冲激光器对准被抛光面，脉冲激光器输出的脉冲激光束经过聚焦后入射到透明导流板上，并在透明导流板的后表面形成一个聚焦光斑；透明导流板后侧的抛光液流层吸收激光脉冲能量在瞬间产生热膨胀，导致抛光液流层在各个方向膨胀，其中沿与脉冲激光束方向平行且垂直于被抛光面方向的膨胀将动能传递给抛光液中的抛光颗粒，使抛光颗粒获得一个向被抛光面方向的动量，并使抛光颗粒与被抛光面产生碰撞，实现定点抛光。
本发明的第二个实施例提供一种激光辅助抛光装置，包括沿光路6依次设置的脉冲激光器1、聚焦透镜2、透明导流板3和被抛光面5，以脉冲激光器1的射出方向为后；所述被抛光面5竖直设置，被抛光面5的前侧设有与之平行的透明导流板3，透明导流板3的上方设有射流喷嘴4，射流喷嘴4向下喷出抛光液7，抛光液7以接近90度的角度入射到透明导流板3的上方，抛光液7沿透明导流板3的后表面形成抛光液流层；在没有脉冲激光照射的情况下，抛光液中的抛光颗粒的动量方向也主要与被抛光面5平行，因此不具有有效的抛光功能；
所述脉冲激光器1输出脉冲激光束，脉冲激光束经过聚焦透镜2聚焦后入射到透明导流板3上，脉冲激光束的激光脉冲能量作用于透明导流板3后侧的抛光液流层中。抛光液7中的抛光颗粒吸收激光脉冲能量产生热膨胀，导致抛光液流层在各个方向膨胀，其中沿与激光光束方向平行且垂直于被抛光面方向的膨胀将动能传递给抛光液中的抛光颗粒，使抛光颗粒获得一个向被抛光面方向的动量，并使抛光颗粒与被抛光面产生碰撞，从而起到抛光的效果，抛光的材料去除率主要取决于脉冲能量，脉冲宽度，及脉冲的重复频率。因此可以通过控制激光的这些参数，有效控制抛光效果。整个装置也可以旋转90度的状态运动，此时光路竖直设置。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种激光辅助抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向被抛光面供给含有抛光颗粒的抛光液，抛光液通过设置在被抛光面前侧的透明导流板整流，使得抛光液以与被抛光面平行的方向快速流动形成抛光液流层；
(2)将脉冲激光器对准被抛光面，脉冲激光器输出的脉冲激光束经过聚焦后入射到透明导流板上，并在透明导流板的后表面形成一个聚焦光斑；透明导流板后侧的抛光液流层吸收激光脉冲能量在瞬间产生热膨胀，导致抛光液流层在各个方向膨胀，其中沿与脉冲激光束方向平行且垂直于被抛光面方向的膨胀将动能传递给抛光液中的抛光颗粒，使抛光颗粒获得一个向被抛光面方向的动量，并使抛光颗粒与被抛光面产生碰撞，实现定点抛光。
2.实施如权利要求1所述的一种激光辅助抛光方法的装置，其特征在于：包括沿光路依次设置的脉冲激光器、聚焦透镜、透明导流板和被抛光面，以脉冲激光器的射出方向为后；所述被抛光面竖直设置，被抛光面的前侧设有与之平行的透明导流板，透明导流板的一端设有射流喷嘴，射流喷嘴向透明导流板喷出抛光液，抛光液沿透明导流板的后表面形成抛光液流层；所述脉冲激光器输出脉冲激光束，脉冲激光束经过聚焦透镜聚焦后入射到透明导流板上并作用于透明导流板后侧的抛光液流层中。
3.如权利要求2所述的一种激光辅助抛光装置，其特征在于：所述光路沿水平方向设置，被抛光面和透明导流板竖直设置，透明导流板的顶端设有射流喷嘴，射流喷嘴向透明导流板喷出抛光液，抛光液以与光路呈倾斜角度或接近90度的角度入射到透明导流板上方，经透明导流板整流后在透明导流板后表面形成抛光液流层。
4.如权利要求2所述的一种激光辅助抛光装置，其特征在于：所述光路沿竖直方向设置，被抛光面和透明导流板水平设置，透明导流板的一端设有射流喷嘴，射流喷嘴向透明导流板喷出抛光液，抛光液以与光路呈倾斜角度或接近90度的角度入射到透明导流板左端，经透明导流板整流后在透明导流板后表面形成抛光液流层。
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