一种精密的激光抛光装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种精密的激光抛光装置及其方法，将表面涂覆有微纳米颗粒的玻璃板帖附在待抛光工件表面，微纳米颗粒位于玻璃板与待抛光工件之间，采用脉冲激光器发射出脉冲激光，聚焦的脉冲光束辐射于表面涂覆有微纳米颗粒的玻璃板，微纳米颗粒相当于一聚焦透镜，激光经微纳米颗粒聚焦后，在微纳米颗粒周围产生能量增强，使待抛光工件表面凸出或尖端部分熔化，实现抛光效果。本发明专利技术是利用微纳米颗粒的局域场增强效应，通过微纳米颗粒会聚脉冲激光作用于材料表面，实现微纳米尺度范围的激光抛光技术。抛光装置搭建方便，简单易行；对于复杂形态和外貌的待抛光工件表面，使用该方法依然获得良好的抛光效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光加工
，尤其涉及一种精密的激光抛光装置及其方法。
技术介绍
激光抛光技术采用激光束扫描加工工件表面，通过激光与材料相互作用，去除表面的多余物质，形成光滑平面。它是随着激光技术的发展出现的一种新型材料表面处理技术，从根本上解决了传统抛光技术很难解决的或者根本不可能解决的问题，特别是为具有复杂形态和形貌的工件表面的提供了自动加工的可能性，因此激光抛光技术是一种很有前途的新型材料加工技术。目前激光抛光技术主要研究激光参数对抛光效果的影响。现有技术中公开了多种激光抛光的装置和方法，如专利技术专利CN101524819A公布了一种采用绿光和紫外光激光抛光蓝宝石的复合工艺方法，利用激光辐射与材料表面的光热耦合作用，以蒸发、熔融等形式为主去除材料，并伴有微小破碎和光化学作用机制去除材料，获得低表面粗糙度和亚表面损伤程度的抛光表面。由于衍射效应的存在，激光光斑的聚焦直径大部分在毫米尺度，很难实现微纳米尺度的激光抛光效果。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种精细的激光抛光装置和方法，实现微纳米尺度的激光抛光技术，提高现有技术的激光抛光质量和效果。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种精密的激光抛光装置，其特征在于，包括脉冲激光器、扫描阵镜、聚焦偏转光学系统、三维移动平台、玻璃板、聚焦偏转光学系统控制板、激光控制板、三维精密控制装置、计算机、微纳米颗粒，所述扫描振镜、聚焦偏转光学系统位于所述脉冲激光器的激光光路上，所述微纳米颗粒涂覆在玻璃板表面上，所述玻璃板涂覆有微纳米颗粒的一面贴合在待抛光工件上，所述待抛光工件放置在三维移动平台上；所述聚焦偏转光学系统控制板、激光控制板、三维精密控制装置均与计算机连接，所述三维移动平台与三维精密控制装置相连，聚焦偏转光学系统控制板与聚焦偏转光学系统相连，所述激光控制板与脉冲激光器相连。所述的精密的激光抛光装置的精密激光抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制作表面涂覆有微纳米颗粒的玻璃板。①彻底清洗玻璃：首先用肥皂水去除有机残留物和油，然后进行深层次清洗，分别在甲醇或丙酮中超声处理；②亲水处理玻璃：采用去离子水漂洗玻璃后，用硝酸和水的体积比为1:3的溶液浸泡24-32小时，取出，用去离子水冲洗，用N2气体干燥玻璃备用；③单层微纳米颗粒的制备：超声处理微纳米颗粒的溶液，制备成微纳米颗粒悬浮液，使用珀尔帖单体，接通电极作为热源；玻璃板表面滴上微纳米颗粒悬浮液，倾斜放置并完全干燥；2)待抛光工件表面预处理：采用机械方法，利用由粗到细的砂纸将待抛光的待抛光工件打磨平整，由抛光机表面抛光，至表面粗糙度Ra＜1μm；3)玻璃板覆盖待抛光工件：已表面预处理好的待抛光工件表面方向为垂直向下，带有微纳米颗粒的玻璃表面方向为垂直向上，将已预处理好的待抛光工件表面贴合带有微纳米颗粒的玻璃表面；4)调节激光光束传播方向与待抛光工件表面法线方向的夹角：迅速翻转贴合好后的待抛光工件与玻璃板，放置在三维移动平台上，调整聚焦偏转光学系统，使激光光束传播方向与待抛光工件表面法线应具有夹角β；5)激光辐照待抛光工件：①设置激光能量：通过激光控制板设置激光能量，根据材料的激光损伤阈值J0，选取辐射待抛光工件的激光能量0.9J0<J<1.1J0；②确定扫描激光搭接率：通过激光控制板设置激光的扫描速度，从而确定扫描激光搭接率η；③扫描抛光待抛光工件表面：脉冲激光器发射脉冲激光，扫描待抛光工件表面，位于玻璃板与待抛光工件间的微纳米颗粒相当于一聚焦透镜，激光经微纳米颗粒聚焦后，使待抛光工件表面凸出或尖端部分熔化，经过激光扫描，实现抛光效果。优选地，所述微纳米颗粒直径R选取为：优选地，所述激光器发射的脉冲激光的形状为平顶光束。优选地，所述制作单层微纳米颗粒时，已滴上微纳米颗粒悬浮液的玻璃在干燥时，倾斜角度p＝9°。优选地，激光光束传播方向与待抛光工件表面法线的夹角0<β<45°。优选地，所述激光能量J＝J0。优选地，扫描激光搭接率η＝0.2。优选地，所述微纳米颗粒为SiO2颗粒、PS颗粒、金颗粒或银颗粒。优选地，所述待抛光工件为非金属材料或者含钛、铜、铝、不锈钢、铁的金属材料。所述的精密的激光抛光装置和方法的有益效果：①抛光装置搭建方便，无需传统复杂的机械装置进行待抛光工件的抛光处理。搭建的抛光装置，使用的偏转振镜、激光器等都是基本的光学元件，按照实验前拟定的光路图进行搭建，无需特别购买相关设备，简单易行。②对于复杂形态和形貌的待抛光工件表面，使用该方法依然获得良好的抛光效果。传统的激光抛光，如研磨抛光，会出现磨痕。通过原子力显微镜等可以观察到这些刮痕，刮痕深度可能达到几十纳米，从而影响了抛光质量。而采用本专利的方法，利用激光束通过偏转振镜来回扫描待抛光工件表面，由于微纳米颗粒周围的近场增强效应，可以实现高质量的抛光效果。附图说明图1为本专利技术所述精密激光抛光装置的结构图。图2工件表面涂覆有微纳米颗粒的分布示意图。图3激光垂直入射透明颗粒的光场分布图及分界面能量分布曲线图。图4激光45°角入射透明颗粒的光场分布图及分界面能量分布曲线图。图5为本专利技术所述精密激光抛光方法的工艺流程图。图6激光抛光前粗糙度曲线。图7玻璃板表面颗粒SEM图。图8激光抛光后粗糙度曲线。图中：1-脉冲激光器；2-扫描阵镜；3-聚焦偏转光学系统；4-玻璃板；5-待抛光工件；6-聚焦偏转光学系统控制板；7-激光控制板；8-三维精密控制装置；9-计算机；10-微纳米颗粒；11-三维移动平台；31-反射镜；32-可调反射镜；33-聚焦透镜。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。以下将结合实施例对本专利技术技术方案做进一步详述。如图1所示为本专利技术技术方案实施的激光抛光装置，包含脉冲激光器1、扫描阵镜2、聚焦偏转光学系统3、玻璃板4、待抛光工件5、聚焦偏转光学系统控制板6、激光控制板7、三维精密控制装置8、计算机9、微纳米颗粒10、三维移动平台11。所述扫描振镜2、聚焦偏转光学系统3位于所述脉冲激光器1的激光光路上，聚焦偏转光学系统3主要由反射镜31、可调反射镜32和聚焦透镜33组成。所述微纳米颗粒10涂覆在玻璃板4表面上，所述玻璃板4涂覆有微纳米颗粒10的一面贴合在待抛光工件5上，所述待抛光工件5放置在三维移动平台11上；所述聚焦偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精密的激光抛光装置，其特征在于，包括脉冲激光器(1)、扫描阵镜(2)、聚焦偏转光学系统(3)、三维移动平台(11)、玻璃板(4)、聚焦偏转光学系统控制板(6)、激光控制板(7)、三维精密控制装置(8)、计算机(9)、微纳米颗粒(10)，所述扫描振镜(2)、聚焦偏转光学系统(3)位于所述脉冲激光器(1)的激光光路上，所述微纳米颗粒(10)涂覆在玻璃板(4)表面上，所述玻璃板(4)涂覆有微纳米颗粒(10)的一面贴合在待抛光工件(5)上，所述待抛光工件(5)放置在三维移动平台(11)上；所述聚焦偏转光学系统控制板(6)、激光控制板(7)、三维精密控制装置(8)均与计算机(9)连接，所述三维移动平台(11)与三维精密控制装置(8)相连，聚焦偏转光学系统控制板(6)与聚焦偏转光学系统(3)相连，所述激光控制板(7)与脉冲激光器(1)相连。

【技术特征摘要】
1.一种精密的激光抛光装置，其特征在于，包括脉冲激光器(1)、扫描阵镜(2)、聚焦偏
转光学系统(3)、三维移动平台(11)、玻璃板(4)、聚焦偏转光学系统控制板(6)、激光控制板
(7)、三维精密控制装置(8)、计算机(9)、微纳米颗粒(10)，所述扫描振镜(2)、聚焦偏转光学
系统(3)位于所述脉冲激光器(1)的激光光路上，所述微纳米颗粒(10)涂覆在玻璃板(4)表
面上，所述玻璃板(4)涂覆有微纳米颗粒(10)的一面贴合在待抛光工件(5)上，所述待抛光
工件(5)放置在三维移动平台(11)上；所述聚焦偏转光学系统控制板(6)、激光控制板(7)、
三维精密控制装置(8)均与计算机(9)连接，所述三维移动平台(11)与三维精密控制装置
(8)相连，聚焦偏转光学系统控制板(6)与聚焦偏转光学系统(3)相连，所述激光控制板(7)
与脉冲激光器(1)相连。
2.权利要求1所述的精密的激光抛光装置的精密激光抛光方法，其特征在于，包括以下
步骤：
1)制作表面涂覆有微纳米颗粒(10)的玻璃板(4)：
①彻底清洗玻璃：首先用肥皂水去除有机残留物和油，然后进行深层次清洗，分别在甲
醇或丙酮中超声处理；
②亲水处理玻璃：采用去离子水漂洗玻璃后，用硝酸和水的体积比为1:3的溶液浸泡
24-32小时，取出，用去离子水冲洗，用N2气体干燥玻璃备用；
③单层微纳米颗粒(10)的制备：超声处理微纳米颗粒(10)的溶液，制备成微纳米颗粒
(10)悬浮液，使用珀尔帖单体，接通电极作为热源；玻璃板(4)表面滴上微纳米颗粒(10)悬
浮液，倾斜放置并完全干燥；
2)待抛光工件(5)表面预处理：采用机械方法，利用由粗到细的砂纸将待抛光工件(5)
表面打磨平整，由抛光机表面抛光，至表面粗糙度Ra＜1um；
3)玻璃板(4)覆盖待抛光工件(5)：已表面预处理好的待抛光工件(5)表面方向为垂直
向下，带有微纳米颗粒(10)的玻璃表面方向为垂直向上，将待抛光工件(5)表面贴合带有微
纳米颗粒(10)的玻璃表面；
4)调节激光光...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟艳群，黄建宇，石琳，任旭东，吴笑漪，吕柳，姚红兵，叶云霞，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32