[发明专利]激光表面加工装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及工件表面的激光处理技术，更具体地说，是涉及一种激光表面加工装置及激光表面加工方法。

背景技术

目前激光的应用领域越来越多，有一类激光加工是以点或孔的排布为主的激光加工领域，就是把这些点或孔，按照一定排布方式延伸到一个区域。如果逐点加工，激光源发出的激光使用效率太低，以致影响到应用，甚至为了提高效率，降低了激光加工点的质量或密度。在这些应用领域现在通常采用激光脉冲工作方式，由于加工点和点之间是断开的，断开区域对激光是关断状态，所以激光加工是通、断交替过程，这个就是激光器脉冲加工方式。

在实际激光点加工中，我们通常需要的点的形貌是以圆心对称的形貌点，如果我们采取逐点停下来加工，只能实现较慢的效率，再高的加工效率，只能采用在运动轨迹中，控制激光出光与不出光，来完成点的加工。这样就出现一种问题：见下图：图1是在激光在关断中的时序中在加工面上形成的激光路径，由于激光有热效应，均匀向外扩张一段区域见图2中，实际出现在加工面上的加工痕迹外廓图形见图2，我们发现，出现的点是细长条外貌。如果要做出比较圆的形貌点，就要较小△x₁，我们知道△x₁=△t₁×运动速度。图3是取△t₁四分之一的形貌点形貌，如果把运动速度也降到四分之一，同样能形成图3的形貌点，此处形貌点圆度高多了，如果把△t₁和运动速度再降低，形貌点会更加圆。减少△t₁数值，加工形貌点具有较好的圆度，但在保证点的能量的前提下，必须加大激光功率，加大激光功率肯定不是技术人员所希望的。另外时间△t₁减少，功率加大，在点的形成过程已经出现被加工物体的气化和爆炸现象，（注解：如果需要这样的气化和爆炸点，本发明同样可以实现，而且效率同样会提高），这样的毛化点或形貌造型点的形貌是带毛刺和比较锐利的，这样的毛化点或形貌造型点耐磨性不好，对降低摩擦力也是不利的。如果减少运动速度，会带来加工速度大幅的降低。这些因数已经严重的限制了这类技术的使用和推广，如激光毛化或形貌造型应用领域。激光毛化或形貌造型技术是利用激光在物体表面加工非常微小的点，这些点有凸凹等形貌，在极高的加温和冷却速度的情况下，这些凸凹点的淬火硬度可以做到极高，这些点是密集排布，毛化或形貌造型的表面能改变面与面的之间的摩擦性能，既可以提高摩擦系数，也可以降低摩擦系数，同样也可以提高摩擦件的使用寿命，这与毛化点的形貌、硬度及分布密度有关系，如发动机的活塞，摩擦面经过毛化或形貌造型处理的摩擦寿命能大幅或成倍的提高，大大延长发动机的使用寿命，提高的多少，和点的形貌有非常大的关系，形貌点的不好，如有毛刺和比较锐利的形貌点，可能是反作用，致使这项技术无法实施。工件表面摩擦性能、硬度等物理性能与加工点的形貌有关系。激光源的使用寿命和利用率与激光源关断频率高低有关系；为了追求比较圆或或质量比较高的的形貌点，激光器需要保持较高的关断频率，这导致的激光源的具有较低使用寿命和较低使用效率。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种激光表面加工装置，本发明的再一目的是提供一种激光表面加工方法，本发明的又一目的是提供一种用激光改变物体表面摩擦状态的方法。

激光表面加工装置，包括发射M路激光束的激光源、将每路激光束分切成沿时间轴分布、循环照射的N组激光的分光装置，分光装置包括将M路激光束形成循环扫描激光的扫描光学装置、改变循环扫描激光方向的折反光学装置，其中M≥1，N≥2。

进一步地，所述激光表面加工装置还包括聚焦光学装置，所述分光装置输出的M×N组激光经聚焦光学装置聚焦后输出。

进一步地，所述聚焦光学装置是P个聚焦镜片，其中M×N＞P≥1。

进一步地，所述聚焦光学装置是可调节位置、能将M×N组激光聚拢或发散的光学元件。

进一步地，所述折反光学装置是具有M×N个面的反射镜或M×N个反射镜或M×N个折射镜。

激光表面加工方法，激光源发射M路激光束，每路激光束经分光装置分光后，形成沿时间轴分布、循环照射的N组激光，M×N组激光作用于相对运动的工件表面，其中M≥1，N≥2。

进一步地，所述分光装置包括用形成循环扫描激光的扫描光学装置、改变循环扫描激光方向的折反光学装置。

更进一步地，所述折反光学装置是具有M×N个面的反射镜或M×N个反射镜或M×N个折射镜。

进一步地，所述扫描光学装置是具有回转功能或往复功能的镜片；更具体的，所述扫描光学装置是摆动镜。