[发明专利]一种激光空化抛光材料表面的装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于激光空化抛光材料表面的装置和方法，包括水槽、液体箱Ⅰ、抽水管、液体泵、出水管和液体箱Ⅱ，所述水槽内底部装有承料台，工件通过夹紧装置固定在所述承料台上，所述水槽放置于三维移动平台；所述水槽上方安装激光空化系统，所述液体泵通过所述抽水管抽送所述液体箱Ⅰ中的抛光液到所述水槽内，所述出水管位于所述水槽的另一侧壁，所述出水管与所述液体箱Ⅱ连通，用来保障水槽内液体容量一定。本发明利用激光空化过程中冲击波和微射流的压力驱使磨粒对材料表面进行抛光，其可控性较强，并采用光学衍射元件进行激光分束扩大作用区域以提高抛光效率，同时对其抛光度进行实时检测，减少了搬运被加工工件的时间。

技术领域

本发明涉及一种激光空化抛光材料表面装置和方法，适用于激光空化对材料表面进行抛光技术领域。

背景技术

激光作用于液体介质中时，聚焦点处的激光功率密度大于液体介质的击穿阈值，水分子发生“雪崩式”电离，发生光学击穿效应并形成等离子腔体，等离子腔体继续吸收激光能量，体积加速膨胀成长为空穴，进而成为空泡。随后，激光诱导产生的空泡在泡内压力和液体压力的相互作用下，不断进行膨胀和压缩脉动，经过数次循环后，最终破灭。在空泡溃灭过程中，会发生对外辐射的冲击波效应和高速射流，其作用于湍流状态下抛光液中的磨粒，使之与材料表面间发生磨削作用，达到抛光的效果。入射激光能量愈大，激光空泡所含能量愈大，空泡溃灭时所产生的射流速度和冲击力也相应变大。

衍射光学元件（DOE）用于把一个激光光束分解为多个光束，而且每个光束的特性和入射的原始激光光束一致，以高能效的方式对激光束进行整形和分束。DOE以最小的光损失应用在激光材料加工的生产设施、医学激光治疗和诊断仪器，同时在照明、印刷技术及光刻领域，以及测量和计量系统中也有广泛应用。本发明采用光学衍射元件将平行激光束进行分束，从而扩大激光空化作用区域以提高抛光效率。

根据光的反射定律，平行光线经界面反射后，由于界面粗糙度的存在，会发生全反射和漫反射，将一束高亮度、高相干性、高方向性和高单色性的激光以一定入射角投射到材料表面，必定会有因发生漫反射而产生光的损耗，以此来检测抛光度，装置简单且易操作。

利用激光空化对材料表面进行抛光并实时检测其抛光度，对于材料表面处理具有重要意义，也为其提供了一种新的想法和思路，而目前关于这方面的方法和装置的相关文献和专利尚未检索到。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光空化抛光材料表面的装置和方法，利用激光空化过程中空泡溃灭产生的冲击波和微射流压力驱使流体抛光液中的磨粒对材料表面进行抛光。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种激光空化抛光材料表面的装置，包括水槽、液体箱Ⅰ、抽水管、液体泵、出水管和液体箱Ⅱ，所述水槽内底部装有承料台，工件通过夹紧装置固定在所述承料台上，所述水槽放置于三维移动平台；所述水槽上方安装激光空化系统，所述液体泵通过所述抽水管抽送所述液体箱Ⅰ中的抛光液到所述水槽内，所述出水管位于所述水槽的另一侧壁，所述出水管与所述液体箱Ⅱ连通，用来保障水槽内液体容量一定。

上述方案中，还包括一个抛光度检测系统，所述抛光度检测系统包括激光笔和光敏传感器，所述激光笔由计算机控制，所述光敏传感器通过数据处理装置与计算机相连。

上述方案中，所述水槽的侧壁面为滑动侧壁，所述滑动侧壁通过滑轨安装在水槽的进水口一侧，可自由调节其高度。

上述方案中，所述滑动侧壁上安装有增压器，所述增压器通过所述抽水管与所述液体泵连接。

上述方案中，所述液体箱Ⅰ内设有搅拌器。

上述方案中，所述液体泵、所述三维移动平台和所述激光空化系统均与所述计算机连接，