[发明专利]一种利用激光高精度表面抛光的装置及方法

说明书

本发明提供一种利用激光高精度表面抛光的装置及方法，包括：激光器、扩束镜、振镜以及场镜；激光器发射激光；扩束器置于激光器的出光口，用于改变激光器发射出激光的发散角，获得准直激光光束；振镜置于扩束器的出光口，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；场镜置于振镜的出光口，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；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。本发明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。该方法可以极大效率去除刀纹，降低材料表面粗糙度。

技术领域

本发明属于激光抛光技术领域，更具体地，涉及一种利用激光高精度表面抛光的装置及方法。

背景技术

单晶硅是一种重要的光学材料，超光滑硅基反射镜广泛应用于空间成像探测、武器光学制导、重大科技基础设施等先进光学系统。反射镜的表面粗糙度与亚表面损伤情况决定了光学系统的成像质量与使用寿命，若无法突破此类超光滑表面的制造技术，将会严重制约我国在上述先进光学领域的发展。釆用单点金刚石切削技术虽然能获得较好的表面粗糙度和理想的面形精度，但是切削加工的原理必然会导致在单晶硅反射镜加工表面产生刀纹，即使我们用肉眼无法分辨，但其会使加工表面产生光栅效应，增加镜面光的散射现象，影响系统的光学性能。

目前常用的去除刀纹的方法有精磨和抛光等。精磨需要特殊的刀具或者砂轮，不可避开的产生相应的磨损，同时也需要提供较大的转速，增加了生产成本不利于重复生产；机械抛光效率低，易造成抛光表面不均匀，抛光时间难掌握，不适宜大面积的表面处理；电解抛光前处理较为复杂，电解液的通用性差，使用寿命短和强腐蚀性及难处理；化学抛光所用抛光溶液的使用寿命短，调整和再生比较困难，化学抛光操作过程中，硝酸散发出大量黄棕色有害气体，对环境污染非常严重。于是提出用激光的方式去除刀纹，去除过程与材料无直接接触，避免了对材料的污染和损伤，同时作为等材加工工艺，激光去除刀纹过程几乎无废料产生，绿色环保。因此，设计一种专门将激光抛光设备安装于精密机床的装置很有必要，对于提高自动化生产水平、减少安全隐患以及提高生产效率具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用激光高精度表面抛光的装置及方法，旨在解决现有去除刀纹的方法操作复杂、自动化水平差、具有安全隐患且对环境有污染的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种利用激光高精度表面抛光的装置，包括：激光器、扩束镜、振镜以及场镜；

所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。

在一个可选的示例中，该装置还包括：激光器安装板和机床；

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；