一种测量加工一体化的激光平整化抛光装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种测量加工一体化的激光平整化抛光装置，包括激光加工头、二维激光位移传感器和多维工作台；多维工作台包括Z向运动机构和平移旋转机构；所述Z向运动机构用于调整激光加工头与工件表面之间的Z向距离；所述二维激光位移传感器用于测直线上多个等间隔均匀间距点与二维激光位移传感器之间的Z向距离值；外部激光器发出的激光束经光路系统传输后，激光束入射并聚焦在工件的表面，由振镜扫描系统实现激光束的聚焦光斑在工件表面的扫描运动。本实用新型专利技术可以实现测量与加工一体化，可以有效测量每次激光扫描去除的材料厚度，为工艺参数的动态调整提供依据，为激光扫描抛光时网格的动态调整提供前提，提高工作效率和加工精度。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光加工
，具体涉及一种测量加工一体化的激光平整化抛光装置。
技术介绍
随着材料表面技术的发展，表面抛光技术成为了一个越来越重要的技术。抛光技术又称镜面加工技术，是制造平坦而且加工变形层很小，没有擦痕的面加工工艺。在工业应用中，对材料表面粗糙度的要求越来越高，已经从微米级、亚微米级、纳米级逐渐发展到了亚纳米级。为了满足应用的需要，已经有多种抛光技术被应用在工业生产中。抛光技术有：机械抛光、超声波抛光、化学抛光、离子束抛光、电解抛光、流体抛光、磁研磨抛光等。这些抛光技术在电子设备、精密机械、仪器仪表、光学元件、医疗器械等领域得到广泛的应用。激光抛光技术是21世纪最有发展前景和最有效的抛光技术之一。激光抛光本质上就是激光与材料表面相互作用，它遵从激光与材料作用的普遍规律。激光与材料的相互作用主要有两种效果：热作用和光化学作用。根据激光与材料的作用机理，可把激光抛光简单分为两类：一类为热抛光，另一类为冷抛光。热抛光一般用连续长波长激光，抛光时主要用波长为1.06μm的YAG激光器和波长10.6μm的CO2激光器，作用的机理是激光与材料相互作用的热效应，通过熔化、蒸发等过程来去除材料表面的成分，因此，只要材料的热物理性质好，都可用它来进行抛光。冷抛光一般用短脉冲短波长激光，抛光时主要用紫外准分子激光器或飞秒脉冲激光器。飞秒激光器有很窄的脉冲宽度，它和材料作用时几乎不产生热效应。准分子激光波长短，属于紫外和深紫外光谱段，有强的脉冲能量和光子能量、高的重复频率、窄的脉冲宽度。大多数的金属和非金属材料对紫外光有强烈的吸收系数。冷抛光主要是通过“消融”作用，即光化学分解作用。作用的机理是“单光子吸收”或“多光子吸收”，材料吸收光子后，材料中的化学键被打断或者晶格结构被破坏，材料中成分被剥离。在抛光过程中，热效应可以忽略，热应力很小，不产生裂纹，不影响周围材料，材料去除量易控制，所以，特别适合精密抛光，尤其适合硬脆材料。冷抛光能完成激光热抛光不能完成的一些工作，因此，在微细抛光、硬脆性材料和高分子材料抛光等方面具有无法比拟的优越性。江超等(《激光技术》，2006第6期)指出，激光在对不同的材料进行抛光时，系统是有些差别的。现有技术中的激光抛光系统的主要构成有：激光器、光束均匀器、面形检测反馈系统、三维位移台和计算机控制系统。激光抛光通常采用两种方法：一种是激光光束固定不动，位移台带动工件运动；另一种是位移台和工件不动，光束根据要求运动。用连续激光抛光时，激光作用在材料表面，检测设备跟踪检测，实时反馈控制决定每个微小部分作用时间(或扫描速度)或控制变焦聚焦系统来改变激光功率密度。用脉冲激光抛光时，激光作用在材料表面，检测设备跟踪检测，实时反馈控制决定每个微小部分作用的脉冲个数或者控制变焦聚焦系统来改变激光的能量密度。在激光抛光过程中，检测技术和实时反馈控制技术是关键，在很大程度上决定了抛光的等级。然而，在当前的实际工业应用领域，无论是采用的是热抛光还是冷抛光原理，现有激光抛光技术中的抛光工艺控制基本都是开环方式。虽然有天津大学张峰烈等人提出了基于CCD图像检测的激光抛光过程的激光能量密度实时控制方案，但依靠CCD图像采集和后续图像处理获得表面起伏形貌，显然精度较低，且受到光照均匀性、激光辐射、工件本身光反射率均匀性的诸多限制。进一步的，如何将实时测量与加工一体化，无缝集成，提升加工效率，还没有较好的解决方案。
技术实现思路
本技术针对上述现有技术的不足，提供了一种测量加工一体化的激光平整化抛光装置。本技术是通过如下技术方案实现的：一种测量加工一体化的激光平整化抛光装置，包括激光加工头、二维激光位移传感器和多维工作台；将多维运动台的上表面作为基准面，以基准面作为XOY平面，依右手螺旋法则建立XYZ三维直角坐标系；所述多维工作台包括Z向运动机构和平移旋转机构，待加工的工件安装于基准面上，由平移旋转机构带动工件做平移运动以及绕Z轴的旋转运动；所述Z向运动机构用于调整激光加工头与工件表面之间的Z向距离；所述平移旋转机构包括位移台和旋转台，所述位移台至少具有一个沿X轴方向的运动自由度，所述旋转台至少具有一个绕Z轴的转动自由度；所述二维激光位移传感器用于测直线上多个等间隔均匀间距点与二维激光位移传感器之间的Z向距离值；二维激光位移传感器的多个等间隔均匀测距点之连线LN的方向平行于Y轴；二维激光位移传感器的测量激光输出面与基准面平行，二者间距保持在二维激光位移传感器的测距范围内；所述激光加工头包括振镜扫描系统和聚焦物镜；振镜扫描系统可以是一维振镜扫描系统，也可以是二维振镜扫描系统；外部激光器发出的激光束经光路系统传输后，激光束入射并聚焦在工件的表面，由激光加工头内的振镜扫描系统实现激光束的聚焦光斑在工件表面的扫描运动。优选的，所述二维激光位移传感器为一个。优选的，所述二维激光位移传感器为两个；激光加工头内的振镜扫描系统安装在两个二维激光位移传感器之间，两个二维激光位移传感器之间的距离是二维激光位移传感器取样间距的整数倍。本技术所述的测量加工一体化的激光平整化抛光装置中的激光加工头与二维激光位移传感器配合使用，可以实现测量与加工一体化，可以有效测量每次激光扫描去除的材料厚度，为工艺参数的动态调整提供依据；同时本技术中多维工作台具有多个运动自由度，为激光扫描抛光时网格的动态调整提供了前提。该测量加工一体化的激光平整化抛光装置可用于激光平整化抛光，提高工作效率和加工精度。附图说明图1为本实施例中所述测量加工一体化加工装置的结构示意图；图2为本技术所述二维激光位移传感器、工件与XYZ轴示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步详细的说明。如图1所示，本技术提供了一种测量加工一体化加工装置，包括激光加工头1、二维激光位移传感器2和多维工作台3。将多维运动台3的上表面作为基准面，以基准面作为XOY平面，依右手螺旋法则建立XYZ三维直角坐标系。所述多维工作台3包括Z向运动机构和平移旋转机构，待加工的工件4安装于平移旋转机构之上的基准面上，由平移旋转机构带动待加工工件做平移运动(X向或者XY向)以及绕Z轴的旋转运动。所述Z向运动机构用于调整激光加工头1与工件4表面之间的Z向距离，所述Z向运动机构为升降Z轴或者Z向位移台；若Z向运动机构为升降Z轴，则激光加工头1安装于升降Z轴上，由升降Z轴带动激光加工头做Z向升降运动；若Z向运动机构为Z向位移台，则由Z向位移台带动待加工工件做Z向升降运动。所述平移旋转机构包括位移台和旋转台，位移台可以仅支持一维X向运动，也可以支持二维XY向运动，更优选的，位移台可以与Z向运动机构组合为一体结构，形成XYZ三轴运动台。位移台和旋转台两者的位置可换，即位移台在上，旋转台在下；或者位移台在下，旋转台在上均可。所述二维激光位移传感器2(比如欧姆龙的ZG2型传感器)，可测一定长度范围的直线上n个均匀间距点与二维激光位移传感器之间的距离值。二维激光位移传感器可以是一个，也可以是两个。如图2所示，二维激光位移传感器的n个等间隔测距点之连线LN的方向平行于Y轴，设二维激光位移传感器的等间隔测距点的间隔为dy。要求二维激光位移传感器2的测量激光输出面与基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量加工一体化的激光平整化抛光装置，其特征在于，包括激光加工头、二维激光位移传感器和多维工作台；所述多维工作台包括Z向运动机构和平移旋转机构，待加工的工件安装于基准面上，由平移旋转机构带动工件做平移运动以及绕Z轴的旋转运动；所述Z向运动机构用于调整激光加工头与工件表面之间的Z向距离；所述平移旋转机构包括位移台和旋转台，所述位移台至少具有一个沿X轴方向的运动自由度，所述旋转台至少具有一个绕Z轴的转动自由度；所述二维激光位移传感器用于测直线上多个等间隔均匀间距点与二维激光位移传感器之间的Z向距离值；二维激光位移传感器的多个等间隔均匀测距点之连线LN的方向平行于Y轴；二维激光位移传感器的测量激光输出面与基准面平行，二者间距保持在二维激光位移传感器的测距范围内；所述激光加工头包括振镜扫描系统和聚焦物镜；振镜扫描系统是一维振镜扫描系统，或者是二维振镜扫描系统；外部激光器发出的激光束经光路系统传输后，激光束入射并聚焦在工件的表面，由激光加工头内的振镜扫描系统实现激光束的聚焦光斑在工件表面的扫描运动。

【技术特征摘要】
1.一种测量加工一体化的激光平整化抛光装置，其特征在于，包括激光加工头、二维激光位移传感器和多维工作台；所述多维工作台包括Z向运动机构和平移旋转机构，待加工的工件安装于基准面上，由平移旋转机构带动工件做平移运动以及绕Z轴的旋转运动；所述Z向运动机构用于调整激光加工头与工件表面之间的Z向距离；所述平移旋转机构包括位移台和旋转台，所述位移台至少具有一个沿X轴方向的运动自由度，所述旋转台至少具有一个绕Z轴的转动自由度；所述二维激光位移传感器用于测直线上多个等间隔均匀间距点与二维激光位移传感器之间的Z向距离值；二维激光位移传感器的多个等间隔均匀测距点之连线LN的方向平行于Y轴；二维激光位移传感器的测量激光输出面与基准面平...

【专利技术属性】
技术研发人员：何安，曹宇，刘文文，张健，孙兵涛，朱德华，姜小霞，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33