工件表面损伤修复方法及系统技术方案

技术编号:19626457 阅读:47 留言:0更新日期:2018-12-01 09:45
本申请提供一种工件表面损伤修复方法及系统,涉及光学元件加工技术领域。所述方法包括:将激光聚焦到待修复工件表面;将聚焦激光的光斑在待修复工件表面移动以扫描整个待修复工件表面,以使激光能量作用于待修复工件表面使待修复工件表面产生热效应,以熔合待修复工件表面的微裂纹损伤层,生成微裂纹熔合层;向待修复工件表面输出等离子体射流;控制等离子体射流在待修复工件表面运动,以去微裂纹熔合层。本申请利用微裂纹的熔合来改善所述待修复工件表面的裂纹深度、分布等初始状态,再利用等离子体射流对熔合改善后的微裂纹熔合层进行快速去除,提高了工件的寿命,也提高了工件的可靠性和使用性能。

【技术实现步骤摘要】
工件表面损伤修复方法及系统
本申请涉及光学元件加工
,具体而言,涉及一种工件表面损伤修复方法及系统。
技术介绍
目前,在对光学元件进行加工制造的过程中,主要采用超精密磨削成型技术,来实现光学元件表面的面形精度收敛。超精密磨削成型技术主要是以脆性断裂的形式实现材料的去除,在超精密磨削成型的过程中,光学元件的面形能够基本成型,但容易产生表面微裂纹损伤。表面微裂纹损伤不仅会影响后续镀膜质量,并且在高功率、短脉冲激光等高冲击载荷作用下,表面损伤会产生局部能量集中,从而引发光学元件抗激光损伤阈值下降而产生元件宏观破坏,导致光学系统寿命、可靠性以及使用性能下降。
技术实现思路
有鉴于此,本申请实施例的目的在于提供一种工件表面损伤修复方法及系统。第一方面,本申请实施例提供一种工件表面损伤修复方法,所述方法包括:将激光聚焦到待修复工件表面;将聚焦激光的光斑在所述待修复工件表面移动以扫描整个所述待修复工件表面,以使激光能量作用于所述待修复工件表面使所述待修复工件表面产生热效应,以熔合所述待修复工件表面的微裂纹损伤层,生成微裂纹熔合层;向所述待修复工件表面输出等离子体射流;控制所述等离子体射流在所述待修复工件表面运动,以去所述微裂纹熔合层。可选地,向所述待修复工件表面输出等离子体射流的步骤之后,所述方法还包括:检测预设时间内,所述等离子体射流静止作用于所述待修复工件表面形成的蚀点深度及蚀点面积;检测所述微裂纹熔合层的面积及深度;根据所述蚀点深度、蚀点面积、所述微裂纹熔合层的面积及深度,得到所述等离子体射流的运动函数。可选地,控制所述等离子体射流在所述待修复工件表面运动的步骤,具体包括:根据所述运动函数,控制所述等离子体射流在所述待修复工件表面运动。第二方面,本申请实施例还提供一种工件表面损伤修复系统,所述系统包括:夹持部件,用于固定待修复工件;聚焦器,用于将激光聚焦到待修复工件表面;扫描振镜,用于将聚焦激光的光斑在所述待修复工件表面移动以扫描整个所述待修复工件表面,以使激光能量作用于所述待修复工件表面使所述待修复工件表面产生热效应,以熔合所述待修复工件表面的微裂纹损伤层,生成微裂纹熔合层;等离子体发生器,用于产生等离子体射流,并向所述待修复工件表面输出所述等离子体射流;传动部件,用于控制所述夹持部件带动所述待修复工件表面相对于所述等离子体射流运动,以去除所述微裂纹熔合层。可选地,所述系统还包括:检测器,用于获取预设时间内,所述等离子体射流静止作用于所述待修复工件表面形成的蚀点深度及蚀点面积;所述检测器还用于检测所述微裂纹熔合层的面积及深度;计算机,用于根据所述蚀点深度、蚀点面积、所述微裂纹熔合层的面积及深度,得到所述等离子体射流的运动函数。可选地,所述计算机还用于根据所述运动函数控制所述传动部件,以使所述传动部件控制所述夹持部件带动所述待修复工件表面相对于所述等离子体射流运动,以去除所述微裂纹熔合层。可选地,所述扫描振镜的扫描速率范围为2~8m/s。可选地,所述激光能量的能量范围为800~2000W。可选地,当所述激光能量作用于所述待修复工件表面时,所述待修复工件表面对所述激光能量的吸收深度范围为8~12μm。可选地,所述等离子体射流对所述微裂纹熔合层的去除速率范围为5~30mm3/min,去除深度范围为1~1000μm。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工件表面损伤修复方法及系统,采用激光熔合微裂纹并结合等离子体射流去除微裂纹熔合层的方式,利用微裂纹的熔合来改善所述待修复工件表面的裂纹深度、分布等初始状态,再利用等离子体射流对熔合改善后的微裂纹熔合层进行去除,使加工过程中不会出现裂纹复制等现象,快速去除工件表面损伤,避免由于表面损伤而产生的宏观破坏,提高了工件的寿命,也提高了工件的可靠性和使用性能。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,因此不应该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工件表面损伤修复方法的流程示意图;图2为本申请实施例提供的具有表面微裂纹损伤的待修复工件的局部切面示意图;图3为本申请实施例提供的经激光扫描后的待修复工件表面的局部切面示意图;图4为本申请实施例提供的等离子体射流去除微裂纹熔合层的效果示意图;图5为本申请实施例提供的工件表面损伤修复系统的一种简易结构框图。图标:100-工件表面损伤修复系统;110-夹持部件;120-聚焦器;130-扫描振镜;140-等离子体发生器;150-传动部件;160-检测器;170-计算机。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。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“上”、“下”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,或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,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申请的限制。在本申请的描述中,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,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。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,都属于本申请保护的范围。现有技术中,为了解决超精密磨削成型过程中光学元件表面产生的表面微裂纹损伤的技术问题,通常是采用确定性抛光技术,在后续的抛光过程中采用颗粒更细的抛光颗粒,在微小材料去除工艺下的不断重复和循环迭代来实现。另一种去除表面微裂纹损伤的技术手段是采用等离子体射流,基于化学反应原理的非接触式加工技术,使深度较浅的裂纹形成刻蚀坑点并且边界交叠重合,最终去除裂纹。然而,申请人发现,在上述方案中,一方面,确定性抛光技术对表面微裂纹损伤的去除速率较低,无法满足数量巨大的光学元件制造需求。另一方面,采用等离子体射流技术虽然能够提高去除速率,但等离子体射流对表面微裂纹损伤的去除效果与表面微裂纹的深度、分布、密度及表面粗糙程度等因素直接相关,当裂纹深度较大时,在加工过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工件表面损伤修复方法,其特征在于,所述方法包括:将激光聚焦到待修复工件表面;将聚焦激光的光斑在所述待修复工件表面移动以扫描整个所述待修复工件表面,以使激光能量作用于所述待修复工件表面使所述待修复工件表面产生热效应,以熔合所述待修复工件表面的微裂纹损伤层,生成微裂纹熔合层;向所述待修复工件表面输出等离子体射流;控制所述等离子体射流在所述待修复工件表面运动,以去所述微裂纹熔合层。

【技术特征摘要】
1.一种工件表面损伤修复方法,其特征在于,所述方法包括:将激光聚焦到待修复工件表面;将聚焦激光的光斑在所述待修复工件表面移动以扫描整个所述待修复工件表面,以使激光能量作用于所述待修复工件表面使所述待修复工件表面产生热效应,以熔合所述待修复工件表面的微裂纹损伤层,生成微裂纹熔合层;向所述待修复工件表面输出等离子体射流;控制所述等离子体射流在所述待修复工件表面运动,以去所述微裂纹熔合层。2.如权利要求1所述的工件表面损伤修复方法,其特征在于,向所述待修复工件表面输出等离子体射流的步骤之后,所述方法还包括:检测预设时间内,所述等离子体射流静止作用于所述待修复工件表面形成的蚀点深度及蚀点面积;检测所述微裂纹熔合层的面积及深度;根据所述蚀点深度、蚀点面积、所述微裂纹熔合层的面积及深度,得到所述等离子体射流的运动函数。3.如权利要求2所述的工件表面损伤修复方法,其特征在于,控制所述等离子体射流在所述待修复工件表面运动,包括:根据所述运动函数,控制所述等离子体射流在所述待修复工件表面运动。4.一种工件表面损伤修复系统,其特征在于,所述系统包括:夹持部件,用于固定待修复工件;聚焦器,用于将激光聚焦到待修复工件表面;扫描振镜,用于将聚焦激光的光斑在所述待修复工件表面移动以扫描整个所述待修复工件表面,以使激光能量作用于所述待修复工件表面使所述待修复工件表面产生热效应,以熔合所述待修复工件表面的微裂纹损伤层,生成微裂纹熔合层;等离子体...

【专利技术属性】
技术研发人员:金会良李亚国许乔刘志超袁志刚欧阳升王度耿锋张清华王健
申请(专利权)人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心
类型:发明
国别省市:四川,51

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