激光系统以及用于加工陶瓷材料的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光系统以及用于加工陶瓷材料的装置和方法，其中激光系统包括激光器、分束器、聚焦镜组件、第一光束变向组件、第二光束变向组件和控制系统。分束器用于将激光器射出的激光分为第一光束和第二光束。聚焦镜组件包括第一聚焦镜和第二聚焦镜，第一聚焦镜用于将入射光线聚焦在砂轮上，第二聚焦镜用于将入射光线聚焦在工件上。第一光束变向组件用于调整第一光束的方向，第二光束变向组件用于调整第二光束的方向。控制系统同时与第一光束变向组件、第二光束变向组件电连接，以控制第一光束和第二光束的方向。相比于现有技术，本发明专利技术能够同时进行陶瓷材料的激光预辐照和砂轮的修整，以实现陶瓷材料的高效低损伤加工。以实现陶瓷材料的高效低损伤加工。以实现陶瓷材料的高效低损伤加工。

【技术实现步骤摘要】
激光系统以及用于加工陶瓷材料的装置和方法


[0001]本专利技术涉及超精密复合磨削加工
，特别是涉及一种激光系统以及用于加工陶瓷材料的装置和方法。

技术介绍

[0002]超精密磨削具有加工精度高、表面粗糙度及表面/亚表面损伤低等优点，是目前硬脆陶瓷材料镜面加工的主流工艺。烧结的金属基超硬磨料砂轮如金刚石或立方氮化硼因其硬度高、结合强度高、成型性好、磨削性能好而成为加工硬脆陶瓷材料的特效工具。但是，由于陶瓷材料的硬脆特性，导致随着加工时长的累积，砂轮的磨粒逐渐钝化，容屑空间减小，磨削力及磨削弧区温度迅速攀升，严重影响砂轮的磨削性能，进而降低加工质量及工件表面完整性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种激光系统以及用于加工陶瓷材料的装置和方法，能够同时进行陶瓷材料的激光预辐照和砂轮的修整，以实现陶瓷材料的高效低损伤加工。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]本专利技术公开了一种激光系统，包括：
[0006]激光器；
[0007]分束器，所述分束器用于将所述激光器射出的激光分为第一光束和第二光束；
[0008]聚焦镜组件，所述聚焦镜组件包括第一聚焦镜和第二聚焦镜，所述第一聚焦镜用于将入射光线聚焦在砂轮上，所述第二聚焦镜用于将入射光线聚焦在工件上；
[0009]第一光束变向组件，所述第一光束变向组件用于调整所述第一光束的方向，使所述第一光束能够沿所述第一聚焦镜的轴线射向所述第一聚焦镜，以通过所述第一光束对所述砂轮进行修整；
[0010]第二光束变向组件，所述第二光束变向组件用于调整所述第二光束的方向，使所述第二光束能够沿所述第二聚焦镜的轴线射向所述第二聚焦镜，以通过所述第二光束对所述工件进行预辐照，也能够在预辐照完成后使所述第二光束沿所述第一聚焦镜的轴线射向所述第一聚焦镜，以通过所述第二光束对所述砂轮进行修整；
[0011]控制系统，所述控制系统同时与所述第一光束变向组件、所述第二光束变向组件电连接，以控制所述第一光束和所述第二光束的方向。
[0012]优选地，所述第一光束变向组件包括第一反射镜和第一驱动装置；所述第一反射镜用于反射所述第一光束；所述第一驱动装置与所述第一反射镜相连，用于驱动所述第一反射镜旋转；所述第一驱动装置与所述控制系统电连接；
[0013]所述第二光束变向组件包括第二反射镜和第二驱动装置；所述第二反射镜用于反射所述第二光束；所述第二驱动装置与所述第二反射镜相连，用于驱动所述第二反射镜旋转；所述第二驱动装置与所述控制系统电连接。
[0014]优选地，还包括壳体，所述激光器和所述聚焦镜组件固定于所述壳体上，所述第一光束变向组件和所述第二光束变向组件位于所述壳体内。
[0015]优选地，所述第一聚焦镜的轴线与所述第二聚焦镜的轴线相互垂直。
[0016]优选地，还包括十字滑台，所述十字滑台安装于所述壳体上；所述十字滑台的驱动电机与所述控制系统电连接；所述十字滑台的滑块能够沿平行于所述第一聚焦镜轴线的方向和平行于所述第二聚焦镜轴线的方向移动；
[0017]所述第一反射镜包括第一反射镜Ⅰ和第一反射镜Ⅱ，所述第一反射镜Ⅱ安装于所述壳体上；所述第二反射镜包括第二反射镜Ⅰ和第二反射镜Ⅱ，所述第二反射镜Ⅱ安装于所述壳体上；所述第一驱动装置与所述第一反射镜Ⅰ相连，所述第一驱动装置安装于所述滑块上；所述第二驱动装置与所述第二反射镜Ⅰ相连，所述第二驱动装置安装于所述滑块上；所述分束器安装于所述滑块上。
[0018]优选地，所述第一驱动装置为第一电机，所述第一电机的输出轴沿所述第一反射镜的径向与所述第一反射镜相连；所述第二驱动装置为第二电机，所述第二电机的输出轴沿所述第二反射镜的径向与所述第二反射镜相连。
[0019]本专利技术还公开了一种用于加工陶瓷材料的装置，包括上述的激光系统，还包括：
[0020]床身；
[0021]工作台滑移系统，所述工作台滑移系统包括工作台和工作台移动组件；所述工作台用于固定工件；所述工作台移动组件与所述工作台相连，用于使所述工作台在所述床身上滑移；
[0022]磨削系统，所述磨削系统包括砂轮、砂轮旋转驱动组件和砂轮移动组件；所述砂轮旋转驱动组件与所述砂轮相连，用于驱动所述砂轮旋转；所述砂轮移动组件同时与所述砂轮、所述砂轮旋转驱动组件相连，用于调整所述砂轮及所述砂轮旋转驱动组件与所述工作台的距离；
[0023]立板滑移系统，所述立板滑移系统包括立板和立板移动组件；所述立板竖直设置，所述立板的法线平行于所述砂轮的轴线；所述立板移动组件与所述立板相连，用于使所述立板在所述床身上沿所述立板的法线方向滑移；
[0024]壳体移动组件，所述壳体移动组件用于使所述激光器和所述聚焦镜组件沿竖直方向同步移动；所述壳体移动组件和所述砂轮均安装于所述立板上；
[0025]其中，所述第一聚焦镜的轴线水平设置且垂直于所述砂轮的轴线，所述第二聚焦镜的轴线竖直设置。
[0026]优选地，还包括吹屑系统，所述吹屑系统包括气枪和第一压力控制装置；所述气枪用于清理所述砂轮在修整过程和所述工件在磨削过程产生的碎屑；所述第一压力控制装置与所述气枪相连，用于向所述气枪输送气体；所述控制系统与所述第一压力控制装置电连接，用于调整所述第一压力控制装置向所述气枪输送气体的气压。
[0027]优选地，还包括工件吸附系统，所述工件吸附系统包括真空吸盘和第二压力控制装置；所述真空吸盘安装于所述工作台上，用于吸附所述工件；所述第二压力控制装置与所述真空吸盘相连，用于抽取所述真空吸盘内的空气；所述控制系统与所述第二压力控制装置相连，用于控制所述第二压力控制装置的抽气过程。
[0028]本专利技术还公开了一种用于加工陶瓷材料的方法，使用上述的激光系统，并包括如
下步骤：
[0029]S1、通过第一光束变向组件调整第一光束的方向，使所述第一光束能够沿所述第一聚焦镜的轴线射向所述第一聚焦镜；通过第二光束变向组件调整第二光束的方向，使所述第二光束能够沿所述第二聚焦镜的轴线射向所述第二聚焦镜；
[0030]S2、调整激光系统、砂轮、工件的位置关系，使第一光束经第一聚焦镜聚焦后照射在砂轮的侧面，第二光束经第二聚焦镜聚焦后照射在工件的待加工面上；
[0031]S3、旋转砂轮，第一光束对砂轮进行修整；同时，使激光系统与工件相对运动，第二光束按照预设的磨削轨迹在待加工面上预辐照；
[0032]S4、通过第二光束变向组件调整第二光束的方向，使所述第二光束能够沿所述第一聚焦镜的轴线射向所述第一聚焦镜，第一光束和第二光束共同对砂轮进行修整；
[0033]S5、砂轮按照预设的磨削轨迹在工件的待加工面上进行磨削加工，直至磨削完成。
[0034]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0035]本专利技术的激光系统在使用时，可在工件磨削前对工件进行预辐照，使得陶瓷材料发生氧化、等离子去除、气化等现象，在待加工表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光系统，其特征在于，包括：激光器；分束器，所述分束器用于将所述激光器射出的激光分为第一光束和第二光束；聚焦镜组件，所述聚焦镜组件包括第一聚焦镜和第二聚焦镜，所述第一聚焦镜用于将入射光线聚焦在砂轮上，所述第二聚焦镜用于将入射光线聚焦在工件上；第一光束变向组件，所述第一光束变向组件用于调整所述第一光束的方向，使所述第一光束能够沿所述第一聚焦镜的轴线射向所述第一聚焦镜，以通过所述第一光束对所述砂轮进行修整；第二光束变向组件，所述第二光束变向组件用于调整所述第二光束的方向，使所述第二光束能够沿所述第二聚焦镜的轴线射向所述第二聚焦镜，以通过所述第二光束对所述工件进行预辐照，也能够在预辐照完成后使所述第二光束沿所述第一聚焦镜的轴线射向所述第一聚焦镜，以通过所述第二光束对所述砂轮进行修整；控制系统，所述控制系统同时与所述第一光束变向组件、所述第二光束变向组件电连接，以控制所述第一光束和所述第二光束的方向。2.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于，所述第一光束变向组件包括第一反射镜和第一驱动装置；所述第一反射镜用于反射所述第一光束；所述第一驱动装置与所述第一反射镜相连，用于驱动所述第一反射镜旋转；所述第一驱动装置与所述控制系统电连接；所述第二光束变向组件包括第二反射镜和第二驱动装置；所述第二反射镜用于反射所述第二光束；所述第二驱动装置与所述第二反射镜相连，用于驱动所述第二反射镜旋转；所述第二驱动装置与所述控制系统电连接。3.根据权利要求2所述的激光系统，其特征在于，还包括壳体，所述激光器和所述聚焦镜组件固定于所述壳体上，所述第一光束变向组件和所述第二光束变向组件位于所述壳体内。4.根据权利要求3所述的激光系统，其特征在于，所述第一聚焦镜的轴线与所述第二聚焦镜的轴线相互垂直。5.根据权利要求4所述的激光系统，其特征在于，还包括十字滑台，所述十字滑台安装于所述壳体上；所述十字滑台的驱动电机与所述控制系统电连接；所述十字滑台的滑块能够沿平行于所述第一聚焦镜轴线的方向和平行于所述第二聚焦镜轴线的方向移动；所述第一反射镜包括第一反射镜Ⅰ和第一反射镜Ⅱ，所述第一反射镜Ⅱ安装于所述壳体上；所述第二反射镜包括第二反射镜Ⅰ和第二反射镜Ⅱ，所述第二反射镜Ⅱ安装于所述壳体上；所述第一驱动装置与所述第一反射镜Ⅰ相连，所述第一驱动装置安装于所述滑块上；所述第二驱动装置与所述第二反射镜Ⅰ相连，所述第二驱动装置安装于所述滑块上；所述分束器安装于所述滑块上。6.根据权利要求5所述的激光系统，其特征在于，所述第一驱动装置为第一电机，所述第一电机的输出轴沿所述第一反射镜的径向与所述第一反射镜相连；所述第二驱动装置为第二电机，所述第二电机的输出轴沿所述第二反射镜的径向与所述第二反射镜相连。7.一种用于加工陶瓷材料的装置，其特征在于，包括如权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：李志鹏，刘海旭，靳萌萌，左敦稳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：