[发明专利]一种利用激光高精度表面抛光的装置及方法

权利要求书

1.一种利用激光高精度表面抛光的装置，其特征在于，包括：激光器、扩束镜、振镜、场镜、激光器安装板以及机床；

所述激光器用于发射激光；

所述扩束器置于所述激光器的出光口，用于改变激光器发射出激光的发散角，获得准直激光光束；

所述振镜置于所述扩束器的出光口，用于调整所述准直激光光束的辐照位置，使得所述辐照位置对准工件刀纹波峰；

所述场镜置于所述振镜的出光口，用于实现光束聚焦，获得与刀纹尺寸相称的高功率密度光斑；所述高功率密度光斑用于对准工件的刀纹波峰位置，融化所述刀纹波峰，以对工件表面进行高精度抛光；

所述机床包括：机床主轴旋转平台、机床B轴旋转平台、机床Z轴移动平台以及机床X轴移动平台；所述激光器、扩束镜、振镜以及场镜安装在激光器安装板上；所述激光器安装板与机床B轴旋转平台连接；所述工件安装在机床主轴旋转平台上；所述机床主轴旋转平台置于机床X轴移动平台上；所述机床B轴旋转平台置于机床Z轴移动平台上；通过调节机床B轴旋转平台使得从场镜出射的激光垂直入射到工件表面；通过调节机床Z轴移动平台设置激光的工作距离；通过调节机床主轴旋转平台转速控制激光光斑扫描线的速度；通过调节机床X轴移动平台控制激光光斑的扫描间距；通过调整振镜控制激光光斑的位置，使其与工件中心等高，以便通过调节机床X轴移动平台控制机床X方向进给实现对工件的全面扫描；所述工件的刀纹波峰沿工件中心呈螺旋形状分布；随后将激光器输出参数调整至实现工件刀纹波峰材料表面熔化的效果；通过调整机床主轴的转速和X轴的进给速度，使激光扫描轨迹与工件表面刀纹的波峰保持一致；其中，当激光辐照在材料表面刀纹波峰处，材料由于高温产生融化，熔融材料在多方向表面张力的作用下产生“由峰至谷”的流动，对待抛光工件单晶硅片表面刀纹进行精准去除，配合机床主轴与X轴的旋转与进给，实现材料表面刀纹的平坦化；在机床车完工件后直接用激光加工设备对工件进行抛光以去除刀纹，实现加工的自动化和集成化。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：振镜安装板、振镜连接柱、连接柱安装板、扩束镜过渡板以及激光器安装板；

所述激光器安装于激光器安装板；

所述扩束镜与激光器通过扩束镜过渡板连接；

所述振镜安装在振镜安装板上，通过振镜连接柱与连接柱安装板连接，并固定于激光器安装板上；

所述场镜安装在振镜上。

3.一种基于权利要求1或2任一项所述利用激光高精度表面抛光的装置的表面抛光的方法，其特征在于，包括如下步骤：

发射激光；

调整激光的发散角，获得准直激光光束；

调整所述准直激光光束的辐照位置，使得所述辐照位置对准工件刀纹波峰；

对调整辐照位置后的准直激光实现光束聚焦，获得与刀纹尺寸相称的高功率密度光斑；

将所述高功率密度光斑对准工件的刀纹波峰位置，融化所述刀纹波峰，以对工件表面进行高精度抛光；通过调节激光沿B轴旋转使得所述高功率密度光斑对应的激光垂直入射到工件表面；通过调节激光沿Z轴运动调整激光的工作距离；通过调节工件沿主轴旋转的转速控制激光光斑扫描线的速度；通过调节工件沿X轴移动控制激光光斑的扫描间距；

通过控制激光光斑的位置，使其与工件中心等高，以便通过控制工件沿X方向进给实现对工件的全面扫描；所述工件的刀纹波峰沿工件中心呈螺旋形状分布；

随后将激光参数调整至实现工件刀纹波峰材料表面熔化的效果；通过调整工件沿主轴的转速和工件沿X轴的进给速度，使激光扫描轨迹与工件表面刀纹的波峰保持一致。