[发明专利]一种用于抛光的激光空化装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于抛光的激光空化装置和方法，包括升降台，所述升降台上固定安装有工作台，所述工作台上设置有工作池，所述工作池上方分别设置有激光发射装置和抛光液输送器，所述工作池内部安装有抛光台，所述工作台内部安装有电机，所述电机的输出轴与所述抛光台固定在一起，所述抛光台上固定有抛光垫，所述抛光垫紧贴于材料的底面，所述材料通过固定环进行位置固定，所述激光发射装置发射的激光聚焦于所述材料的上方位置。本发明采用激光空化抛光结合化学机械抛光的装置与方法，解决了常规抛光技术中过程繁琐、效率低等问题，提高了抛光的工作效率与抛光材料的产品质量。

技术领域

本发明涉及了一种用于抛光的激光空化装置和方法，属于机械加工领域中的金属材料表面超精密抛光领域。

背景技术

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。目前，金属材料表面抛光常用技术主要有机械抛光和化学/电化学抛光等方法。由于缺乏可行的对非平整表面的自动抛光技术，复杂金属件的抛光一般由手工来完成，往往存在高度依赖人工经验、缺乏一致性和稳定性、不利于整体结构件抛光、耗时久、成本高、效率低等问题。

激光作用于液体介质中时，聚焦点处的激光功率密度大于液体介质的击穿阀值，水分子发生“雪崩式”电离，发生光学击穿效应并形成等离子腔体，等离子腔体继续吸收激光能量，体积加速膨胀成长为空穴，进而成为空泡。随后，激光诱导产生的空泡在泡内压力和液体压力的相互作用下，不断进行膨胀和压缩脉动，经过数次循环后，最终破灭。在空泡溃灭过程中，会发生对外辐射的冲击波效应和高速射流，其作用于湍流状态下抛光液中的磨粒，使之与材料表面间发生磨削作用，达到抛光的效果。入射激光能量愈大，激光空泡所含能量愈大，空泡溃灭时所产生的射流速度和冲击力也相应变大。

利用激光空化对材料表面进行抛光并实时检测其抛光度，对于材料表面处理具有重要意义，但是依然存在一定的技术局限性，空化气泡溃灭释放的能量容易对材料表面造成损伤，且加工效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于抛光的激光空化装置和方法，通过激光空化与化学机械的方法对材料的上下表面同时进行抛光。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种用于抛光的激光空化装置，包括升降台，所述升降台上固定安装有工作台，所述工作台上设置有工作池，所述工作池上方分别设置有激光发射装置和抛光液输送器，所述工作池内部安装有抛光台，所述工作台内部安装有电机，所述电机的输出轴与所述抛光台固定在一起，所述抛光台上固定有抛光垫，所述抛光垫紧贴于材料的底面，所述材料通过固定环进行位置固定，所述激光发射装置发射的激光聚焦于所述材料的上方位置。

上述方案中，所述激光发射装置包括激光器控制器、激光器、凹透镜、凸透镜、反射镜和凸透镜，所述激光器控制器、激光器、凹透镜、凸透镜、反射镜和凸透镜光路连接在一起，所述凸透镜聚焦的激光焦点位于所述材料的上方。

上述方案中，所述工作池的一侧设置有高速摄像机，另外一侧设置有照明光源，所述工作池内设置有光纤探头，所述光纤探头与所述示波器连接，所述示波器和所述高速摄像机均与控制中心连接。

上述方案中，所述电机、所述激光器控制器、所述照明光源、所述抛光液输送器和所述升降台均与所述控制中心连接。

上述方案中，所述固定环包括外环和内环，所述外环和所述内环之间通过若干弹簧固定连接在一起，所述外环固定在所述工作池的内壁面上，所述材料固定在所述内环内。

上述方案中，所述电机的输出轴与所述工作池内的抛光液通过密封圈进行密封。

上述方案中，所述工作池和所述工作台为一体化装置。