一种激光射流复合抛光方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光射流复合抛光方法与装置。该方法与装置通过调节激光抛光模块的聚焦透镜，使激光束汇聚至待加工工件表面形成激光束焦斑；通过供压泵输送抛光液流经喷嘴喷出，产生的射流束冲击于待加工工件表面，形成射流束冲击区域；通过机械结构保证激光束焦斑与射流束冲击区域重叠，进而改变射流束冲击区域、激光束焦斑与待加工工件的相对位置，完成待加工工件表面的复合抛光过程。该方法与装置解决了常规抛光技术存在热应力、加工效率较低的瓶颈问题，提高了超精密抛光效率，同时提高了抛光质量。

A laser jet composite polishing method and device

The invention discloses a laser jet composite polishing method and device. By adjusting the focusing lens of the laser polishing module, the laser beam converges to the surface of the workpiece to form the laser beam focal spot, and the jet beam is ejected through the nozzle through a pressure pump. The jet beam produced by the jet is impacted on the surface of the workpiece to be processed, forming the impact zone of the jet beam, and ensuring the laser beam through the mechanical structure. The focal spot overlaps with the impact zone of the jet beam, and then changes the relative position of the impact area of the jet beam, the laser beam spot and the workpiece to be processed, and completes the compound polishing process on the surface of the workpiece to be processed. The method and device solve the bottleneck problem of the conventional polishing technology, which has low thermal stress and low processing efficiency. It improves the efficiency of ultra precision polishing and improves the polishing quality.

【技术实现步骤摘要】
一种激光射流复合抛光方法与装置
本专利技术属于机械加工领域中的超精密抛光领域，具体涉及一种激光射流复合抛光方法与装置。
技术介绍
超精密抛光作为超精密精加工的最后一道工序，承担着确定工件表面面型、提高工件表面加工精度、降低工件表面加工损伤的任务。现有的超精密抛光方法有很多，如磁流变抛光、离子束抛光、气囊抛光、射流抛光、激光抛光等。相比于其他抛光技术，射流抛光和激光抛光均存在可加工材料范围广、对工件形状适应性强等独特优势。荷兰Delft大学的OliverW.Fahnle等人提出了一种用于光学元件抛光的射流抛光技术[Fluidjetpolishingofopticalsurfaces,AppliedOptics,1998,37,6671-6673]，该技术利用供压泵将携带磨料的抛光液输送至喷嘴加速喷出，形成柔性的射流束冲击工件表面，借助磨料与工件的高速碰撞产生微量材料去除。专利“全淹没射流抛光装置及方法”（ZL201010586835.1）公开了一种淹没式射流抛光方法，将喷嘴出口和工件均淹没在抛光液内，不会出现抛光液的反弹溅射，操作更加安全。中国专利文献库公开的“绿光和紫外光激光抛光蓝宝石的复合工艺方法”（申请号200910037055.9）是一种用紫外光激光抛光蓝宝石晶片的工艺方法，将激光束聚焦至工件表面，借助光热耦合作用，以蒸发、熔融等形式产生材料去除，并伴有微小破碎和光化学作用机制材料去除。“液体辅助激光加工方法与装置”（申请号201710038812.9）是一种具有快速扫描功能的液体辅助激光加工方法，激光束与液体混合后经过喷嘴射出至待加工工件，所述液体为满足导光要求的纯净水、酸溶液、碱溶液或盐水，其本质任然是利用激光产生材料去除，液体本身不产生材料去除。然而，单纯的射流抛光和激光抛光依然存在一定的技术局限性。射流抛光的材料去除率低，导致抛光效率较低；激光抛光利用激光束光热耦合作用直接产生材料去除，会对被加工工件产生一定的热效应，导致加工后工件内存在一定的热应力，一定程度上影响了加工质量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种激光射流复合抛光方法，本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种激光射流复合抛光装置。本专利技术的激光射流复合抛光方法包括以下步骤：a.待加工工件表面朝下放置于定位板上，并由固定板固定；b.将激光抛光模块放置于待加工工件上方，将射流抛光模块放置于待加工工件下方；c.调整激光抛光模块的聚焦透镜，使激光束汇聚至待加工工件下表面形成激光束焦斑；d.射流抛光模块的供压泵输送抛光液流经喷嘴喷出，产生的射流束冲击于待加工工件下表面，形成射流束冲击区域；e.分别调节激光抛光模块、射流抛光模块的空间位置使激光束焦斑与射流束冲击区域重合，进行待加工工件下表面一点的材料去除，完成此点的复合抛光过程；f.改变射流束冲击区域、激光束焦斑与待加工工件的相对位置，完成待加工工件下表面的复合抛光过程。所述的步骤c中，通过调节聚焦透镜与待加工工件的相对距离，使得激光束焦斑处的激光束能量小于或等于产生待加工工件材料去除的激光能量阈值。避免所述激光束在工件内部产生裂纹等缺陷。所述的步骤f中，在改变射流束冲击区域、激光束焦斑与待加工工件的相对位置的过程中，激光束焦斑与射流束冲击区域始终保持重合。所述的步骤f中，改变射流束冲击区域、激光束焦斑与工件的相对位置的一个方法是移动待加工工件，另一个方法是通过改变激光束与射流束在待加工工件下表面上的入射角及入射位置，同时移动激光束焦斑与射流束冲击区域，移动过程中激光束焦斑与射流束冲击区域始终保持重合。本专利技术的用于激光射流复合抛光方法的复合抛光装置包括激光抛光模块、固定板、定位板、工作平台和射流抛光模块；其中，所述的激光抛光模块包括沿光路方向依次放置的激光光源、开关、偏振镜、反射镜、中性密度镜和聚焦透镜，激光抛光模块发射激光束；所述的射流抛光模块包括储液罐、抛光液、搅拌电机、喷嘴、管道Ⅰ、管道Ⅱ和供压泵；其连接关系是：工作平台上开有通孔，在通孔的周围固定有定位板，待加工工件位于定位板的中心，待加工工件的下表面位于由定位板与工作平台围成的空间中；待加工工件夹紧于固定板与定位板之间；固定板通过螺钉与定位板固定连接；所述的激光抛光模块置于待加工工件的上方，射流抛光模块置于待加工工件的下方；所述的储液罐位于工作平台的下方，并与工作平台固定连接；储液罐内填充有抛光液，搅拌电机安装于储液罐底部，用于匀化抛光液；在储液罐的外侧置有供压泵，管道Ⅰ的一端与供压泵连通，另一端从底部伸入储液罐内；管道Ⅱ的一端与供压泵连通，另一端从上部伸入储液罐并与储液罐中心位置的喷嘴连通；供压泵通过管道Ⅰ从储液罐中抽取抛光液并通过管道Ⅱ输送至喷嘴喷出，形成射流束；所述的中性密度镜、聚焦透镜、定位板、工作平台、储液罐、和喷嘴为同轴心设置。本专利技术的激光射流复合抛光方法与装置将激光抛光模块与射流抛光模块有机结合，通过机械结构保证两者材料去除区域重叠，有效提高了抛光效率，解决了单一抛光技术加工效率较低的问题；同时，利用射流束不断更新迭代的特点，将抛光中产生的材料碎屑及时带走，且抛光液可起到良好的循环冷却作用，可有效消除抛光过程中产生的热效应，避免对待加工工件产生热应力，抛光质量更高。附图说明图1为本专利技术的激光射流复合抛光装置结构示意图；图2为抛光前的电子显微镜下的BK7工件表面形貌图；图3为抛光后的电子显微镜下的BK7工件表面形貌图；图4为抛光前的电子显微镜下的融石英工件表面形貌图；图5为抛光后的电子显微镜下的融石英工件表面形貌图；图中，1.激光抛光模块2.激光光源3.开关4.激光束5.偏振镜6.反射镜7.中性密度镜8.聚焦透镜9.待加工工件10.固定板11.定位板12.工作平台13.储液罐14.抛光液15.搅拌电机16.喷嘴17.射流束18.管道Ⅰ19.管道Ⅱ20.供压泵21.射流抛光模块。具体实施方案下面结合附图和实施例详细说明本专利技术。以下实施例仅用于说明本专利技术，而并非对本专利技术的限制。有关
的人员在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、替换和变型，因此同等的技术方案也属于本专利技术的范畴。本专利技术的激光射流复合抛光方法包括以下步骤：a.待加工工件表面朝下放置于定位板上，并由固定板固定；b.将激光抛光模块放置于待加工工件上方，将射流抛光模块放置于待加工工件下方；c.调整激光抛光模块的聚焦透镜，使激光束汇聚至待加工工件下表面形成激光束焦斑；d.射流抛光模块的供压泵输送抛光液流经喷嘴喷出，产生的射流束冲击于待加工工件下表面，形成射流束冲击区域；e.分别调节激光抛光模块、射流抛光模块的空间位置使激光束焦斑与射流束冲击区域重合，进行待加工工件下表面一点的材料去除，完成此点的复合抛光过程；f.改变射流束冲击区域、激光束焦斑与待加工工件的相对位置，完成待加工工件下表面的复合抛光过程。所述的步骤c中，通过调节聚焦透镜与待加工工件的相对距离，使得激光束焦斑处的激光束能量小于或等于产生待加工工件材料去除的激光能量阈值。所述的步骤f中，在改变射流束冲击区域、激光束焦斑与待加工工件的相对位置的过程中，激光束焦斑与射流束冲击区域始终保持重合。所述的步骤f中，改变射流束冲击区域、激光束焦斑与工件的相对位置的一个方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光射流复合抛光方法，其特征在于，所述复合抛光方法包括以下步骤：待加工工件表面朝下放置于定位板上，并由固定板固定；将激光抛光模块放置于待加工工件上方，将射流抛光模块放置于待加工工件下方；调整激光抛光模块的聚焦透镜，使激光束汇聚至待加工工件下表面形成激光束焦斑；射流抛光模块的供压泵输送抛光液流经喷嘴喷出，产生的射流束冲击于待加工工件下表面，形成射流束冲击区域；分别调节激光抛光模块、射流抛光模块的空间位置使激光束焦斑与射流束冲击区域重合，进行待加工工件下表面一点的材料去除，完成此点的复合抛光过程；改变射流束冲击区域、激光束焦斑与待加工工件的相对位置，完成待加工工件下表面的复合抛光过程。

【技术特征摘要】
1.一种激光射流复合抛光方法，其特征在于，所述复合抛光方法包括以下步骤：待加工工件表面朝下放置于定位板上，并由固定板固定；将激光抛光模块放置于待加工工件上方，将射流抛光模块放置于待加工工件下方；调整激光抛光模块的聚焦透镜，使激光束汇聚至待加工工件下表面形成激光束焦斑；射流抛光模块的供压泵输送抛光液流经喷嘴喷出，产生的射流束冲击于待加工工件下表面，形成射流束冲击区域；分别调节激光抛光模块、射流抛光模块的空间位置使激光束焦斑与射流束冲击区域重合，进行待加工工件下表面一点的材料去除，完成此点的复合抛光过程；改变射流束冲击区域、激光束焦斑与待加工工件的相对位置，完成待加工工件下表面的复合抛光过程。2.根据权利要求1所述的激光射流复合抛光方法，其特征在于：所述的步骤c中，通过调节聚焦透镜与待加工工件的相对距离，使得激光束焦斑处的激光束能量小于或等于产生待加工工件材料去除的激光能量阈值。3.根据权利要求1所述的激光射流复合抛光方法，其特征在于：所述的步骤f中，在改变射流束冲击区域、激光束焦斑与待加工工件的相对位置的过程中，激光束焦斑与射流束冲击区域始终保持重合。4.根据权利要求1所述的激光射流复合抛光方法，其特征在于：所述的步骤f中，改变射流束冲击区域、激光束焦斑与工件的相对位置的一个方法是移动待加工工件，另一个方法是通过改变激光束与射流束在待加工工件下表面上的入射角及入射位置，同时移动激光束焦斑与射流束冲击区域，移动过程中激光束焦斑与射流束冲击区域始终保持重合。5.一种用于权利要求1所述的激光射流复合抛光方法的装置，其特征在于：所述的装置包括激光抛光模块（1）、固定板（10）、定位板（11）、工作平台...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连新，孙鹏飞，李建，李明，吴祉群，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51