【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光清洗和抛光，特别是涉及一种用于高硬脆材料的水导激光加工系统及其加工方法。
技术介绍
1、高硬脆材料，如陶瓷、硬质合金、晶体材料等，由于其硬度高、脆性大的特点，在制造和加工过程中常常需要进行清洗和抛光处理，以获得光滑、精密的表面，满足产品的质量要求，最常见的抛光方法有机械、化学、超声波等加工方法。
2、机械清洗和抛光的过程中，磨料与材料表面的直接接触容易导致微小的划痕或磨损，会降低材料的质量和性能；且由于高硬脆材料的特性，机械抛光过程中需要施加较大的力量和压力，容易导致材料表面的裂纹或损伤，降低材料的可靠性和使用寿命。
3、化学清洗和抛光能够实现高精度的清洗和抛光，但是化学药剂可能对环境造成污染，过程操作复杂且不易控制，同时某些化学药剂可能对材料表面产生腐蚀，导致表面损伤。
4、激光抛光是一种利用激光能量直接照射材料表面，通过热效应实现表面抛光的方法，具有非接触加工、高精度、高效率等优点，适用于对复杂形状和高硬度材料的抛光。然而，也存在一些缺点，①热损伤：高能量的激光束会在材料表面产生强热效应，导致局部熔化或汽化，从而引起表面的热损伤和变形，影响材料的整体质量和形状精度。②精度受限：由于激光束的直线传播特性，对于复杂曲面或微小结构的抛光精度受到一定限制，难以实现对细小部件的精细加工，由于激光抛光是逐点加工，且需要经过多次照射才能达到一定的抛光效果，因此加工效率较低，不适用于大规模生产。
5、为此，提出一种用于高硬脆材料的水导激光加工系统及其加工方法。
>技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于高硬脆材料的水导激光加工系统及其加工方法，旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种用于高硬脆材料的水导激光加工系统及其加工方法，包括：
3、工作台，所述工作台上固接有工件加工定位平台，用于对待加工工件进行固定；
4、精密水助激光加工装置，所述精密水助激光加工装置的输出端可发出激光束，同时可喷射高压气体和水助加工液体，所述高压气体与所述水助加工液体在喷出时混合，所述激光束位于所述水助加工液体内，所述激光束、所述高压气体与所述水助加工液体作用到待加工工件表面进行加工；
5、驱动模块，所述驱动模块设置在所述工作台上，所述驱动模块的输出端与所述精密水助激光加工装置的输出端相连接，用于驱动所述精密水助激光加工装置的输出端移动。
6、优选的，所述精密水助激光加工装置包括水助激光加工头和激光器，所述激光器与所述水助激光加工头通过光纤相连接，所述水助激光加工头内设有激光通道，所述激光器发射的所述激光束通过所述激光通道发出，所述水助激光加工头的输出端还喷射所述高压气体和所述水助加工液体。
7、优选的，所述水助激光加工头上设有高压气体入口和精密水助加工液体入口，所述水助激光加工头内开设有气体通道和液体通道，所述激光通道、所述气体通道和所述液体通道同轴设置，所述液体通道位于所述激光通道的外侧，所述气体通道位于所述液体通道的外侧，所述水助激光加工头上固接有喷嘴，所述激光通道、所述气体通道、所述液体通道与所述喷嘴连通。
8、优选的，所述喷嘴为锥形，所述喷嘴的出口直径小于入口直径，从而使所述高压气体与所述水助加工液体在所述喷嘴出口处混合并喷射出去，并使所述水助加工液体在喷射时为柱状，所述水助加工液体包裹在所述激光束外。
9、优选的，所述水助激光加工头上设置有循环冷却水入口、循环冷却水出口，所述水助激光加工头内开设有冷却水通道，所述循环冷却水入口、所述循环冷却水出口分别与所述冷却水通道两端连通，所述冷却水通道为螺旋通道并包裹在所述激光通道外，所述循环冷却水出口位于所述精密水助加工液体入口远离所述喷嘴的一端，所述循环冷却水出口位于所述精密水助加工液体入口与所述循环冷却水入口之间。
10、优选的，所述激光束为超快紫外平顶飞秒高能量密度激光束。
11、优选的，所述工件加工定位平台为真空吸附加工平台，所述工作台上设置有加工台排水系统，用于排出所述工件加工定位平台上的水。
12、优选的，所述驱动模块包括固接在所述工作台上的有y轴控制模组，所述y轴控制模组的输出端固接有x轴控制模组，所述x轴控制模组的输出端固接有z轴控制模组，所述z轴控制模组的输出端与所述水助激光加工头固接，所述y轴控制模组、所述y轴控制模组、所述z轴控制模组均为直线电机。
13、本专利技术还提供一种用于高硬脆材料的水导激光加工方法，能够实现高硬脆材料表面清洗和抛光：包括以下步骤：
14、s1:准备工作：将待加工工件固定在工件加工定位平台上，并确保表面清洁；
15、s2:调节水流和气体参数：调节高压气体的气体压力、调节水助加工液体的液体压力和流量，以形成稳定的水膜，使其覆盖待加工工件的表面；
16、s3:调节激光参数：根据清洗需求，调节激光束的功率、焦距、扫描速度等参数；
17、s4:定位到加工位置：通过驱动模块控制精密水助激光加工装置的输出端运动，将激光束聚集到待加工工件的待加工区域，确保激光束与水膜的交点位于待加工区域表面；
18、s5:开始清洗：通过驱动模块驱动精密水助激光加工装置的输出端沿着清洗路径运动，开始清洗表层污染物；
19、s6:清洗之后，再进行表面水助抛光：通过驱动模块驱动精密水助激光加工装置的输出端沿着激光运动路径25运动，开始抛光，进一步降低表面粗糙度；
20、s7:关闭激光：抛光完毕后，精密水助激光加工装置停止发射激光束，保持高压气体和水助加工液体的输出，对加工件表面进行水助清洁；
21、s8:关闭水流和气体：停止高压气体和水助加工液体的输出，取下工件。
22、优选的，在s5中，清洗和抛光时，根据激光光斑的分布规划算法加工路径进行加工，通过激光光斑的分布进行最优抛路径选择。
23、本专利技术公开了以下技术效果：抛光时，激光束、高压气体与水助加工液体共同作用到待加工工件表面，激光束作用到工件表面进行抛光，并在此过程中产生热效应，而水助加工液体能够吸热，迅速带走热量，防止工件过热引起的变形或损伤，减小热应力集中，提高加工表面的质量和均匀性；且水助加工液体吸热后在瞬间蒸发形成瞬间高压水膜，在高压气体压力下，水膜形成气泡，气泡破裂时所产生的冲击波作用到工件表面，从而辅助抛光，加速抛光过程，大大提升抛光的效率和质量；此外，通过高压气体和水助加工液体可有效去除抛光过程中的碎屑和杂质，保持加工表面的清洁，降低杂质对抛光的干扰，进一步提升激光清洗和抛光的效率和质量。
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1.一种用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于：所述精密水助激光加工装置包括水助激光加工头(11)和激光器(15)，所述激光器(15)与所述水助激光加工头(11)通过光纤相连接，所述水助激光加工头(11)内设有激光通道，所述激光器(15)发射的所述激光束(19)通过所述激光通道发出，所述水助激光加工头(11)的输出端还喷射所述高压气体和所述水助加工液体(20)。
3.根据权利要求2所述的用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于：所述水助激光加工头(11)上设有高压气体入口(11-3)和精密水助加工液体入口(11-4)，所述水助激光加工头(11)内开设有气体通道和液体通道，所述激光通道、所述气体通道和所述液体通道同轴设置，所述液体通道位于所述激光通道的外侧，所述气体通道位于所述液体通道的外侧，所述水助激光加工头(11)上固接有喷嘴(11-5)，所述激光通道、所述气体通道、所述液体通道与所述喷嘴(11-5)连通。
4.根据权利要求3所述的用于高硬脆材料的水导激光
5.根据权利要求3所述的用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于：所述水助激光加工头(11)上设置有循环冷却水入口(11-1)、循环冷却水出口(11-2)，所述水助激光加工头(11)内开设有冷却水通道，所述循环冷却水入口(11-1)、所述循环冷却水出口(11-2)分别与所述冷却水通道两端连通，所述冷却水通道为螺旋通道并包裹在所述激光通道外，所述循环冷却水出口(11-2)位于所述精密水助加工液体入口(11-4)远离所述喷嘴(11-5)的一端，所述循环冷却水出口(11-2)位于所述精密水助加工液体入口(11-4)与所述循环冷却水入口(11-1)之间。
6.根据权利要求1所述的用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于：所述激光束(19)为超快紫外平顶飞秒高能量密度激光束。
7.根据权利要求1所述的用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于：所述工件加工定位平台(12)为真空吸附加工平台，所述工作台上设置有加工台排水系统(13)，用于排出所述工件加工定位平台(12)上的水。
8.根据权利要求2所述的用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于：所述驱动模块包括固接在所述工作台上的有Y轴控制模组(8)，所述Y轴控制模组(8)的输出端固接有X轴控制模组(9)，所述X轴控制模组(9)的输出端固接有Z轴控制模组(10)，所述Z轴控制模组(10)的输出端与所述水助激光加工头(11)固接，所述Y轴控制模组(8)、所述Y轴控制模组(8)、所述Z轴控制模组(10)均为直线电机。
9.用于高硬脆材料的水导激光加工方法，根据权利要求1-8任一项所述的用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于能够实现高硬脆材料表面清洗和抛光：包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的高硬脆材料的水导激光加工方法，其特征在于：在S5中，清洗和抛光时，根据激光光斑的分布规划算法加工路径进行加工，通过激光光斑的分布进行最优抛路径选择。
...【技术特征摘要】
1.一种用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于：所述精密水助激光加工装置包括水助激光加工头(11)和激光器(15)，所述激光器(15)与所述水助激光加工头(11)通过光纤相连接，所述水助激光加工头(11)内设有激光通道，所述激光器(15)发射的所述激光束(19)通过所述激光通道发出，所述水助激光加工头(11)的输出端还喷射所述高压气体和所述水助加工液体(20)。
3.根据权利要求2所述的用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于：所述水助激光加工头(11)上设有高压气体入口(11-3)和精密水助加工液体入口(11-4)，所述水助激光加工头(11)内开设有气体通道和液体通道，所述激光通道、所述气体通道和所述液体通道同轴设置，所述液体通道位于所述激光通道的外侧，所述气体通道位于所述液体通道的外侧，所述水助激光加工头(11)上固接有喷嘴(11-5)，所述激光通道、所述气体通道、所述液体通道与所述喷嘴(11-5)连通。
4.根据权利要求3所述的用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于：所述喷嘴(11-5)为锥形，所述喷嘴(11-5)的出口直径小于入口直径，从而使所述高压气体与所述水助加工液体(20)在所述喷嘴(11-5)出口处混合并喷射出去，并使所述水助加工液体(20)在喷射时为柱状，所述水助加工液体(20)包裹在所述激光束(19)外。
5.根据权利要求3所述的用于高硬脆材料的水导激光加工系统，其特征在于：所述水助激光加工头(11)上设置有循环冷却水入口(11-1)、循环冷却水出口(11-2)，所述水助激光加工头(11)内开设有冷却...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖海兵，杨源达，王新中，徐晓梅，周泳全，张卫，
申请(专利权)人：深圳信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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