[发明专利]一种精密的激光抛光装置及其方法

权利要求书

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)、扫描振镜(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)调节激光光束传播方向与待抛光工件(5)表面法线方向的夹角：迅速翻转贴合好后的待抛光工件(5)与玻璃板(4)，放置在三维移动平台(11)上，调整聚焦偏转光学系统(3)中的偏转阵镜使激光光束传播方向与待抛光工件(5)表面法线应具有夹角β；

5)激光辐照待抛光工件(5)：

①设置激光能量：通过激光控制板(7)设置激光能量，根据材料的激光损伤阈值J₀，选取辐照待抛光工件(5)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(7)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(5)表面：脉冲激光器(1)发射脉冲激光，扫描待抛光工件(5)表面，位于玻璃板(4)与待抛光工件(5)间的微纳米颗粒(10)相当于一聚焦透镜，激光经微纳米颗粒(10)聚焦后，使待抛光工件(5)表面凸出或尖端部分熔化，经过激光扫描，实现抛光效果。

3.根据权利要求2所述的精密激光抛光方法，其特征在于，所述微纳米颗粒(10)直径R选取为：

4.根据权利要求2所述的精密激光抛光方法，其特征在于，所述激光器发射的脉冲激光的形状为平顶光束。

5.根据权利要求2所述的精密激光抛光方法，其特征在于，所述制作单层微纳米颗粒(10)时，滴上微纳米颗粒(10)悬浮液的玻璃在干燥时，倾斜角度p＝9°。

6.根据权利要求2所述的精密激光抛光方法，其特征在于，激光光束传播方向与待抛光工件(5)表面法线的夹角0<β<45°。

7.根据权利要求2所述的精密激光抛光方法，其特征在于，所述激光能量J＝J₀。

8.根据权利要求2所述的精密激光抛光方法，其特征在于，扫描激光搭接率η＝0.2。

9.根据权利要求2所述的精密激光抛光方法，其特征在于，所述微纳米颗粒(10)为SiO₂颗粒、PS颗粒、金颗粒或银颗粒。

10.根据权利要求2所述的精密激光抛光方法，其特征在于，所述待抛光工件(5)为非金属材料或者含钛、铜、铝、不锈钢、铁的金属材料。