[发明专利]一种基于贝塞尔光束的超快激光砂轮修整装置及方法

说明书

本发明提出了一种基于贝塞尔光束的超快激光砂轮修整的装置及方法，包括飞秒或者皮秒激光器、透镜组以及砂轮固定平台；所述的透镜组包括依次设置的反射镜、光阑、轴锥镜、第一平凸透镜、第二平凸透镜，飞秒或者皮秒激光器输出的激光光束经反射镜反射、光阑控制光斑形状后，初始高斯光束经过轴锥镜，转化为具有无衍射距离的贝塞尔光束，再经过下一个平凸透镜提升光的峰值功率密度，通过第二平凸透镜将光束聚焦的焦点辐照于砂轮之上，所述的砂轮安装在砂轮固定平台上。

技术领域

本发明涉及一种基于贝塞尔光束的超快激光砂轮修整装置与方法，属于激光修整砂轮的技术领域。

背景技术

在过去的几十年里，对高精度零件的需求急剧增加，而硬而脆的材料必须通过磨削工艺进行加工。超精密磨削是超精密加工中能够兼顾加工精度、表面质量和加工效率的加工手段。其目的是产生具有高表面光洁度、高形状精度、高表面完整性的零件。为了减小时间和成本，通过精密磨削工艺获得的表面质量变得更加重要。

然而在超精密磨削过程中，砂轮会不可避免地出现一些问题：

1.砂轮表面会磨损或堵塞，导致磨削颤振和热损伤，影响工件的表面完整性。

2.磨损的砂轮表面容易失去正确的几何形状，导致工件表面精度降低。

3.对复杂曲面零件磨削时，更容易造成砂轮表面的不均匀磨损，产生的砂轮轮廓误差直接复制到工件表面。

目前可应用于磨削不同材料的砂轮多种多样，面向金属、陶瓷、树脂和橡胶等不同结合剂的砂轮，普通磨料(碳化硅、氧化硅等)砂轮与超硬磨料(单晶金刚石、PCD、CBN等)砂轮，而超硬磨料砂轮如金刚石砂轮因其超硬特性存在着修整难度大、接触式修整修整器磨损严重、修整效率和精度通常偏低等问题，而且会对磨粒的整体结构造成破坏，降低其强度和硬度；修整后的砂轮表面形貌较差，表面沟槽多，砂轮的磨削性能降低，并且较严重的会污染环境，这在一定程度上也造成了金刚石砂轮的应用问题。

与传统的基于力的机械修整方法相比，基于激光的方法避免了力或硬接触的直接影响，并且具有各种显著的优点：有广泛的适用性；产生的热影响区域小，精度和效率高；无磨损损失，高精度和高柔性。因此，激光修整法也是一种绿色的修整技术，具有显著的发展潜力和广阔的应用前景。

目前有许多激光修整技术的研究，但都仅仅局限于普通的高斯激光，用普通的高斯光束修整，光斑直径过大，很难保证砂轮的修整精度，而且需要很精准地找好焦点位置进行加工。

发明内容

本发明是克服现有技术存在的不足，并且改善现有激光修整的不足之处，提供一种基于贝塞尔光束的超快激光砂轮修整的方法与装置。本发明提供了一种基于贝塞尔光束的激光修整方法，旨在解决砂轮修整过程中的精度和效率问题。该方法将飞秒或者皮秒激光器输出的高斯光束整形为贝塞尔光束，缩小了光斑直径，增加焦点长度，并且通过切向修整的方式，进行砂轮的精密修整。通过调节第二平凸透镜镜夹的旋钮，改变第二平凸透镜的相对位置，可以实现贝塞尔光束中心瓣不同方向的偏置，实现更高效、更精密的砂轮修整。

本发明的目的通过以下步骤来实现：

基于贝塞尔光束的超快激光砂轮修整装置，包括飞秒或者皮秒激光器、透镜组以及砂轮固定平台；所述的透镜组包括依次设置的反射镜、光阑、轴锥镜、第一平凸透镜、第二平凸透镜，飞秒或者皮秒激光器输出的激光光束经反射镜反射、光阑控制光斑形状后，初始高斯光束经过轴锥镜，转化为具有无衍射距离的贝塞尔光束，再经过第一平凸透镜提升光的峰值功率密度，通过第二平凸透镜将光束聚焦的焦点辐照于砂轮之上，所述的砂轮安装在砂轮固定平台上。

作为进一步的技术方案，通过调节第二平凸透镜镜夹的旋钮，改变第二平凸透镜的相对位置，可以实现贝塞尔光束中心瓣不同方向的偏置，实现更高效、更精密的砂轮修整。根据切向修整效果，如果表面质量没有达到要求，可以增加法向修锐步骤，本装置也实现了切向整形和径向修锐集为一体的功能。