[发明专利]激光辅助超精密飞切单晶锗二维光学转鼓的方法

摘要

本发明激光辅助超精密飞切单晶锗二维光学转鼓的方法，属于超精密加工领域。包括超精密飞切单元、激光辅助加工单元和温度闭环控制单元；所述超精密飞切单元垂直飞切主轴轴线方向与机床固定平台安装，所述激光辅助加工单元安装位置位于超精密飞切单元中飞刀盘飞切单晶锗二维光学转鼓飞出棱边的方向，所述温度闭环控制单元与激光辅助加工单元同侧安装，实时监测加热温度并进行反馈、调整达到激光辅助加热单晶锗材料的软化效果。本发明优点在于通过激光辅助超精密飞切单晶锗二维光学转鼓切出棱边处局部预热的工艺，降低单晶锗脆性晶体材料切出棱边处的断裂强度，保证超精密飞切工艺的高质量、高效率完成，避免超精密飞切过程切出棱边的破棱现象。

主权项

1.激光辅助超精密飞切单晶锗二维光学转鼓的方法，其特征在于，包括超精密飞切单元、激光辅助加工单元和温度闭环控制单元；所述超精密飞切单元垂直飞切主轴(1)轴线方向安装在机床固定平台上，所述激光辅助加工单元安装位置位于超精密飞切单元中飞刀盘(2)飞切单晶锗二维光学转鼓(3)飞出棱边的方向，所述温度闭环控制单元与激光辅助加工单元同侧安装；所述超精密飞切单元由飞切主轴(1)、飞刀盘(2)、单晶锗二维光学转鼓(3)、粘接基底夹具(4)、垂直转台(5)和水平转台(6)组成；所述飞刀盘(2)安装在飞切主轴(1)上，所述单晶锗二维光学转鼓(3)为多面体形与粘接基底夹具(4)通过粘接固定，所述粘接基底夹具(4)与垂直转台(5)中间位置同轴度安装，所述垂直转台(5)安装在水平转台(6)上，所述垂直转台(5)和水平转台(6)组成的二维数控转台可实现精确的角度定位；所述激光辅助加工单元由激光器调整平台(8)、激光器夹具(9)、激光器(10)和激光束(11)组成；所述激光器夹具(9)安装在激光器调整平台(8)上，激光器(10)与激光器夹具(9)通过螺栓夹紧固定，所述激光器(10)为可调激光器，通过激光器调整平台(8)实现激光器(10)的入射角的任意调节，所述激光束(11)与单晶锗二维光学转鼓(3)飞切侧面切出棱边的初始位置垂直，且激光束(11)可沿切出棱边线性移动对单晶锗二维光学转鼓(3)切出棱边飞切前加热；所述温度闭环控制单元由非接触式温度传感器(7)和上位机组成；所述非接触式温度传感器(7)与激光辅助加工单元同侧安装，所述非接触式温度传感器(7)监测视野为激光束(11)线性加热的整个棱边，所述非接触式温度传感器(7)将采集的温度信息实时传送到与非接触式温度传感器(7)输出端口连接的上位机上，所述上位机可调节激光器(10)输出频率和控制激光器(10)的开启、关闭；所述的激光辅助超精密飞切单晶锗二维光学转鼓的方法，包括以下步骤：S1、利用垂直转台(5)和水平转台(6)组成的二维数控转台对单晶锗二维光学转鼓(3)第一加工侧表面的位置进行调整，通过超精密机床导轨的进给实现进刀和对刀，使超精密飞刀盘(2)的飞刀切削转鼓第一加工侧表面的切深处于对应棱边位置处的单晶锗脆塑转变临界切削深度范围内，能够通过飞刀的高速旋转和沿转鼓轴线的进给实现整个单晶锗二维光学转鼓(3)第一侧表面的完整飞切加工；S2、通过激光器调整平台(8)的转动调整功能调整激光器(10)，使激光器(10)轴线方向对准单晶锗二维光学转鼓(3)飞切侧面切出棱边的初始位置，且激光器(10)可沿切出棱边线性移动；S3、开启激光器(10)，利用激光器(10)发射的激光束(11)对单晶锗二维光学转鼓(3)飞切的切出棱边进行局部选择性移动加热，激光束(11)对切出棱边的加热先于飞切时飞刀对棱边的加工；同步开启非接触式温度传感器(7)，非接触式温度传感器(7)对整个激光束加热的转鼓棱边进行温度的实时监测，并将信息传递到上位机，再通过上位机对激光器(10)输出参数的调整达到闭环控制加热温度的目的，同时感应到的温度、激光输出参数信息实时显示在上位机上；最终实现对单晶锗二维光学转鼓(3)飞刀切出棱边的加热软化效果，降低屈服极限，避免切出棱边时破棱现象的产生；S4、待单晶锗二维光学转鼓(3)的第一侧表面飞切完成时，通过上位机控制关闭激光器(10)使之不再对切出棱边加热，然后退回原位置；飞刀盘(2)通过机床进给轴也退回初始位置；S5、调整垂直转台(5)和水平转台(6)将单晶锗二维光学转鼓(3)调整到下一个需要加工的侧面，调整激光器调整平台(8)使激光器(10)处于S2的状态，然后通过上位机开启激光器(10)对切出棱边加热软化达到S3的效果并进行飞切加工，最终完成单晶锗二维光学转鼓(3)不同侧面的超精密飞切加工。