本發明涉及激光微納加工領域，具體設計一種復合激光高效、高質拋光方法及裝備。

背景技術：

1、氧化鋁陶瓷具備高硬度、高導熱性、高電阻率、高熱穩定性等優良性能，加之其優秀的性價比，被廣泛應用于航空航天、5g通訊、大功率電力半導體及大功率led照明等領域。但氧化鋁陶瓷的高硬度、高脆性和低斷裂韌性也導致難以將其加工成表面光潔度、尺寸精度較高的零件。經研究發現，表面拋光可有效改善氧化鋁陶瓷零件的表面質量。

2、目前陶瓷零件表面拋光加工，大多都是采用金剛石研磨加工。雖然傳統的金剛石研磨拋光可以滿足陶瓷零件的尺寸精度和表面粗糙度的要求，但是具有加工效率低、加工成本高和污染環境等缺點。因此，急需一種綠色、高效的拋光方法來改進陶瓷材料表面拋光加工。

3、已授權的專利(cn108890138b)提供了一種用于陶瓷基復合材料的超快激光拋光加工方法，利用激光與加工平臺協同作業，實現在橫縱方向上對陶瓷表面拋光的協同加工。本方法相比于傳統機械加工可有效改善加工質量與加工效率，實現綠色加工。但單激光加工往往難以兼顧加工質量與加工效率，本方法采用飛秒激光加工，激光總能量有限，加工效率有待進一步提高。

4、已授權的專利(cn114473214a)提供了一種雙激光耦合拋光的方法。該方法利用紅外激光對工件表面進行預熱，預熱完成后使用紫外皮秒激光按照激光加工軌跡對待拋光工件進行冷拋光。由于激光與待拋光工件的作用時間很短，熱影響區非常小，得到的加工截面也較為平整，從而可以獲得較低的表面粗糙度和較高的表面質量。但本方法采用復合異步加工，雖使用紅外激光進行預熱，可由于紫外皮秒激光總能量較低，并未從根本上解決單激光加工效率不足的問題。

5、已授權的專利(cn109158762b)與(cn221269987u)皆設計了一種超快納秒復合激光拋光系統。專利(cn109158762b)首先利用紅外飛秒激光去除金屬表面氧化層，而專利(cn221269987u)則是首先使用連續激光器配合相機檢測待加工件的表面粗糙度。然后二者都使用超快激光對樣品進行初步拋光，最后使用納秒激光進行最終拋光。使用納秒激光進行最終加工，在一定程度上解決飛秒拋光效率不足的問題，且最終金屬表面粗糙度能達到500nm以下，但這兩種方法依舊采用分步加工模式，需進行多次掃描，效率難以進一步提升。

6、若將上述兩種異步復合激光拋光方法結合，也可對樣品進行預熱、粗拋光、精拋光三道工序加工，相比之下，本方法的優勢在于通過光路調質出復合光斑，能夠實現預熱、粗加工、精加工同步進行，提高了加工效率。進一步，異步拋光中，預熱與粗加工分步進行，間隔時間較長，有能量耗散問題。本方法中，預熱與粗加工同步進行，間隔時間較短，大大提升能量耦合效率。

7、為解決現有陶瓷拋光方法加工效率低、加工成本高和污染環境等問題，本發明提供了一種復合激光高效、高質拋光方法及裝備，本發明具體包括開啟第一、第二激光器，兩束激光先分別通過光束整形器調整復合光斑，隨后利用反射鏡將兩束激光復合到同一條光路上，再通過準直光路垂直射入掃描振鏡的入射孔并從掃描振鏡的出射孔射出，通過場鏡聚焦，按設定的掃描路徑對放置在三維平臺上的樣品表面進行拋光加工；復合光斑中的單連續部分首先掃過樣品表面，對樣品進行預熱，提高后續加工效率；在預熱過后，使用復合光斑中拋光效率最高的復合部分對樣品進行粗加工；最后，復合光斑中單飛秒部分對復合部分拋光后的區域進行精加工，進一步降低樣品表面粗糙度。最終實現對陶瓷表面的高效、高質拋光。

技術實現思路

1、為了解決上述問題，本發明提供了一種復合激光高效、高質拋光方法及裝備。通過連續/超快激光整形復合加工，實現高質量、高效率、綠色的陶瓷表面拋光加工。

2、為了達到上述目的，本發明提供了一種復合激光高效、高質拋光方法及裝備，包含以下步驟：

3、(1)開啟第一、第二激光器，兩束激光先分別通過光束整形器調整復合光斑，隨后利用反射鏡將兩束激光復合到同一條光路上，再通過準直光路垂直射入掃描振鏡的入射孔并從掃描振鏡的出射孔射出，通過場鏡聚焦，按設定的掃描路徑對樣品表面進行拋光加工；

4、(2)復合光斑中的單連續部分首先掃過樣品表面，對樣品進行預熱，提高后續加工效率；

5、(3)在預熱過后，使用復合光斑中拋光效率最高的復合部分對樣品進行粗加工。

6、(4)最后，復合光斑中單飛秒部分對復合部分拋光后的區域進行精加工，進一步降低樣品表面粗糙度。

7、進一步，所述光束整形器負責調質復合光斑，分別將飛秒光斑與連續光斑調制成橢圓形，并按照附圖2所示，復合成“丄”字形的復合光斑，可分為單飛秒部分、單連續部分、復合部分。

8、單連續部分具備較高的總能量，且單獨作用時較難去除陶瓷表面材料，故用于對待拋光區域進行預熱；

9、復合部分由連續光斑和飛秒光斑共同組成，具備較高的材料去除效率，能有效降低材料的表面粗糙度，故使用其對材料進行粗加工；

10、單飛秒部分加工精度高，作用時間短，造成的熱影響區小，加工表面也較為平整。使用其對粗拋光后的表面進行精加工，能進一步降低材料表面粗糙度，提高表面加工質量。

11、進一步，所述掃描路徑需保證加工順序正確，單連續部分最先接觸到拋光區域，隨后是復合部分，最后是單飛秒部分。

12、進一步，所述第一激光器為連續激光器、第二激光器為超快激光器，具體可為飛秒激光器或高重頻皮秒激光器。

13、進一步，使用的拋光加工參數中，連續激光功率為300w-800w,飛秒激光功率為5w-15w，重復頻率為1mhz，掃描速度為20mm/s-50mm/s。

14、進一步，所述三維運動平臺為一種具有三個自由度的運動平臺，可以在x、y、z三個軸上獨立或聯動地移動，主要作用為調節焦平面。

15、進一步，所述振鏡為高速二維振鏡，通過兩個反射鏡的偏轉可實現激光光束的二維移動，掃描振鏡的掃描速度設置范圍為20mm/s-50mm/s。

16、進一步，所述所述場鏡為一個透鏡或一組透鏡，用于控制和調整激光光束的傳播方向、光束直徑以及光束的聚焦位置，場鏡焦距為80mm，激光離焦量可設置在正負100μm之間。

17、進一步，所述所述陶瓷樣品代表傳統機械方法難以進行高質、高效拋光的材料，本方法也適用于其余需要進行表面拋光的材料。

18、總體而言，通過本發明的以上技術方案與現有技術方案相比，主要具備以下的優點：

19、相比于傳統機加工拋光方法，本方法采用激光加工方法，能有效克服陶瓷的高硬度、高脆性和低斷裂韌性帶來的難以加工問題。超短脈沖激光加工擁有低加工損傷，高加工精度，加工應用范圍廣和冷加工等特點，可以實現綠色環保、高精度的微納加工。

20、相比于單激光加工與復合異步激光加工，本方法能同時輸出連續激光與超短脈沖激光。利用復合光斑實現預熱、粗加工、精加工同步進行，提高了加工效率。同時預熱與粗加工同步進行，減少了能量耗散，保證了激光能量耦合效率。

21、本方法復合出的光斑分為單連續、單飛秒與復合部分，分別負責預熱、高精度精加工與高效率粗加工。不僅能通過連續激光的預熱與復合激光的高拋光效率，最大限度提升陶瓷表面的拋光效率，還可利用超短脈沖激光的高加工精度保證樣品拋光質量。

22、本發明有效解決了陶瓷表面拋光時，表面質量較低，加工效率較差，加工精度不高的問題，通過連續/超快激光復合整形加工，預熱、粗加工、精加工同時進行，實現對陶瓷表面高效、高質拋光。