[发明专利]一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置及方法

权利要求书

1.一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工装置，其特征在于，包括用于输出冲击波激光束的第一激光器、用于输出连续激光束或长脉宽脉冲激光束的第二激光器、复合加工头和加工头驱动机构；

所述复合加工头呈中空套筒状，安装在加工头驱动机构上，由加工头驱动机构驱动其绕自身轴线整体旋转；

所述复合加工头包括环形筒壁(1)、上盖板(2)、下盖板(3)、双楔形反射镜(4)、第一45度反射镜(5)、第二45度反射镜(6)、反射式聚焦镜(7)、聚焦透镜(8)和保护镜(9)；

所述环形筒壁(1)的侧壁上开设有穿透环形筒壁(1)的第一激光入射口(11)，所述第一激光入射口(11)的外表面安装有可透过冲击波激光束的镀膜玻璃；所述第一激光器输出的冲击波激光束透过镀膜玻璃经由第一激光入射口(11)进入到环形筒壁(1)内部；所述反射式聚焦镜(7)通过一镜片夹具和一位置调整机构安装在环形筒壁(1)的内表面上，所述位置调整机构使得反射式聚焦镜(7)能够沿着水平方向移动；

所述上盖板(2)和下盖板(3)分别安装在环形筒壁(1)的上下两端，将环形筒壁(1)的内腔封闭；所述上盖板(2)的中心位置开设有穿透上盖板(2)的第二激光入射口(21)，所述双楔形反射镜(4)通过一镜片夹具和一位置调整机构安装在上盖板(2)的下表面，所述位置调整机构使得双楔形反射镜(4)能够沿着水平方向移动；

所述第一45度反射镜(5)通过一镜片夹具固定安装在上盖板(2)的下表面；所述双楔形反射镜(4)具有相互平行的第一楔形反射面(41)和第二楔形反射面(42)，第一楔形反射面(41)与第一激光入射口(11)的位置对应，第二楔形反射面(42)与第二激光入射口(21)的位置对应；

所述下盖板(3)的中心位置开设有穿透下盖板(3)的透光孔，透光孔与下盖板(3)的外边缘之间开设有透光环槽，所述透过孔和透光环槽上均安装有保护镜(9)；所述第二45度反射镜(6)和聚焦透镜(8)通过一镜片夹具固定安装在所述下盖板(3)的上表面；

所述第一激光入射口(11)、双楔形反射镜(4)、聚焦透镜(8)和保护镜(9)的安装方位应使得第一激光器发射的冲击波激光束透过第一激光入射口(11)沿水平方向入射到双楔形反射镜(4)的第一楔形反射面(41)，经过第一楔形反射面(41)转折之后，向下沿竖直方向入射进入聚焦透镜(8)，经过聚焦透镜(8)的聚焦后，透过保护镜(9)入射到工件(10)表面的冲击波模板(12)的待冲击区域上；

所述第一45度反射镜(5)、第二45度反射镜(6)和反射式聚焦镜(7)的安装方位应使得第二激光器发射的连续激光束或长脉宽脉冲激光束透过第二激光入射口(21)沿竖直方向入射到双楔形反射镜(4)的第二楔形反射面(42)，经过第二楔形反射面(42)转折之后，沿水平方向入射进入第一45度反射镜(5)，经过第一45度反射镜(5)的转折之后，向下沿竖直方向入射进入第二45度反射镜(6)，经过第二45度反射镜(6)的转折之后，沿水平方向入射进入反射式聚焦镜(7)，经过反射式聚焦镜(7)的反射和聚焦后，输出至工件(10)表面的冲击波模板(12)的非冲击区域。

2.一种旋转光束预热的激光冲击波微造型加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)准备冲击波模板(12)，所述冲击波模板(12)上根据微造型凹坑图形排布有待冲击区域和非冲击区域；

(2)在待加工工件需要微造型的位置放置及装夹冲击波模板(12)，并使得工件上需要加工微造型凹坑的位置与冲击波模板(12)上的待冲击区域重合；所述冲击波模板(12)与工件之间的间隙小于0.05mm；

(3)移动复合加工头，使得冲击波激光束经过传输和聚焦光路后，垂直入射到工件表面的冲击波模板(12)的任意一个未加工过的待冲击区域上，并且冲击波激光束的聚焦焦点位于该待冲击区域的表面几何中心位置；

(4)调节复合加工头内部光路元件方位，使得连续激光束或长脉宽脉冲激光束经过传输和聚焦光路后，正好聚焦在工件上由步骤(3)确定的未加工过的待冲击区域附近表面，并且使得其聚焦焦点所在位置与步骤(3)中的冲击波激光束的聚焦焦点所在位置之间的距离等于待冲击区域的微造型凹坑半径；

(5)调节复合加工头的旋转速度，使得当双楔形反射镜(4)的第一楔形反射面(41)转到与冲击波激光束的入射方向垂直时，第一激光器恰好输出冲击波激光束；

(6)打开第二激光器，使其输出连续激光束或长脉宽脉冲激光束，激光束透过第二激光入射口(21)沿竖直方向入射到双楔形反射镜(4)的第二楔形反射面(42)，经过第二楔形反射面(42)的转折之后，沿水平方向入射进入第一45度反射镜(5)，经过第一45度反射镜(5)的转折之后，向下沿竖直方向入射进入第二45度反射镜(6)，经过第二45度反射镜(6)的转折之后，沿水平方向入射进入反射式聚焦镜(7)，经过反射式聚焦镜(7)的反射和聚焦后，输出至工件表面的冲击波模板(12)的非冲击区域上；

(7)打开第一激光器，使其输出冲击波激光束，冲击波激光束透过第一激光入射口(11)沿水平方向入射到双楔形反射镜(4)的第一楔形反射面(41)，经过第一楔形反射面(41)的转折之后，向下沿竖直方向入射进入聚焦透镜(8)，经过聚焦透镜(8)的聚焦后，透过保护镜(9)入射到工件表面的冲击波模板(12)的待冲击区域上进行微造型；

(8)关闭第一激光器和第二激光器；

(9)重复步骤(3)-(8)，直至完成所有位置的微造型。