激光微加工装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光微加工装置及其方法，属于激光微细加工技术领域。
【背景技术】
[0002]微加工领域通常指通过在微细工件上去除材料实现特征的创建和修改。激光加工技术是常见的一种激光微细加工技术。激光微细加工有许多优点，包括良好的柔性(光束扫描轨迹路径的可控制性)，非接触式加工(激光束为最主要的加工刀具，且与工件不接触)，高分辨率(小于10微米)。因此，激光微细加工有许多现有的和潜在的应用领域，包括但不局限于如:医疗设备、太阳能电池以及提高摩擦性能的机械零件表面微织构。
[0003]与此同时，目前激光加工仍存在以下一个或多个缺陷:
[0004]I)碎肩的沉积；
[0005]2)激光诱导的热效应缺陷，包括表面氧化层、重铸层、热影响区、裂纹等；
[0006]3)有害的表面残余拉应力，降低了零部件的机械性能，也可视为激光诱导热效应的另一种缺陷形式。
[0007]在加工过程中，上述缺点很难被减少或去除，其增加了加工的难度、时间和成本。
[0008]因此，有必要开发一种新的技术来提高激光加工的效率和质量，避免上述缺点中一个或多个的发生。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种激光微加工装置及其方法，旨在避免缺陷的发生，提高加工质量和效率。
[0010]本发明的目的通过以下技术方案来实现:
[0011]激光微加工装置，特点是:包括旋转台以及位于其上的容器，下超声振动台安装在容器底部，上超声振动台固定在下超声振动台上，工件置于上超声振动台上，放置工件的上超声振动台上方布置有激光源和透镜，激光源发出激光束，激光束穿过透镜到达工件的表面，放置工件的上超声振动台上侧设有超声喇叭，超声喇叭发射超声波至工件的表面，外容器通过进液管和出液管与容器相连，进液管端部设有喷嘴，喷嘴朝向工件的表面。
[0012]进一步地，上述的激光微加工装置，其中，所述进液管和出液管的管路上安装有变流量泵。
[0013]更进一步地，上述的激光微加工装置，其中，所述进液管管路上设有过滤器。
[0014]更进一步地，上述的激光微加工装置，其中，所述放置工件的上超声振动台上侧设有第一超声喇叭和第二超声喇叭，分别位于左右两侧并朝向工件表面。
[0015]更进一步地，上述的激光微加工装置，其中，所述上超声振动台发射的超声波传播的方向垂直于工件表面，下超声振动台发射的超声波传播方向水平于工件表面。
[0016]更进一步地，上述的激光微加工装置，其中，所述进液管发射具有压力的液体至加工区域及周围区域。
[0017]更进一步地，上述的激光微加工装置，其中，所述激光源发出的激光的运动方向与下超声振动台运动方向之间的角度可调。
[0018]本发明激光微加工方法，激光器发出激光束，激光束透过透镜继续在容器的液体中传播，激光束到达工件表面时，超声喇机、上超声振动台和下超声振动台发出的超声波到达工件表面，当工件表面激光光斑移动时，旋转台带动容器、下超声振动台、上超声振动台和工件转动，实现下超声振动台发生的超声波的方向与激光轨迹的夹角可调，发出的超声波到达工件表面后，在液体中产生空化泡，空化泡经过一次或多次脉动后产生冲击波，在空泡内外压力失衡后发生溃灭，产生高压液体射流，冲击波与液体射流作用在工件表面后实现熔渣的去除、工件表面的快速冷却，超声波在液体下产生微小的热对流，迅速带走激光在工件表面辐照后产生的碎肩、气泡，外容器内的液体与容器内的液体对流，喷嘴发射液体流至工件表面，迅速带走悬浮的气泡和熔渣并加速容器中液体的对流，出液管将容器内的液体经变量泵抽到外容器内，使容器内液位平衡以及快速冷却。
[0019]再进一步地，上述的超声波辅助水下激光微加工方法，其中，超声波形与激光脉冲波形及相位可调。
[0020]再进一步地，上述的超声波辅助水下激光微加工方法，其中，所述激光器为振镜扫描激光器，外容器和容器中装有去离子水，超声波频率为20?80kHz。
[0021]本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在:
[0022]①激光辐照浸没在液体中工件表面时，利用超声喇叭辐照工件表面，或使工件在竖直方向和水平方向产生超声振动；激光与超声波将同时理想的作用在工件的第一表面，从而达到不同的加工效果；
[0023]②可强化超声空化、水射流等现象，实现对工件表面的再清洗，减小加工的热影响区、裂纹、碎肩的沉积等；
[0024]③可加快溶液的对流，迅速带走表面的热气泡、碎肩等，可提高激光在溶液中的传输效率，提高加工质量和效率；
[0025]④实现激光不同轨迹路径下的超声振动方向的调整，提高加工过程的控制性，较好地改善激光液下微加工的效果，提高激光微细加工的质量、效率以及精度。
【附图说明】
[0026]下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明:
[0027]图1:本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]如图1所示，激光微加工装置，包括旋转台I以及位于其上的容器15，下超声振动台2安装在容器15底部，上超声振动台3固定在下超声振动台2上，工件4置于上超声振动台3上，放置工件4的上超声振动台3上方布置有激光源7和透镜6，激光源7发出激光束8，激光束8穿过透镜6到达工件4的表面，放置工件4的上超声振动台3上侧设有第一超声喇叭5和第二超声喇叭9，分别位于左右两侧并朝向工件4的表面，第一超声喇叭5和第二超声喇叭9发射超声波至工件4的表面，外容器14通过进液管10和出液管11与容器15相连，进液管10端部设有喷嘴，喷嘴朝向工件4的表面，进液管10和出液管11的管路上安装有变流量泵13，进液管10管路上设有过滤器12。
[0029]其中，激光器7为振镜扫描激光器，激光源可按照计划轨迹进行扫描，透镜6为傅里叶透镜，透镜6与工件4之间的距离可调，外容器14和容器15中装有去离子水，超声波频率为20?80kHz。
[0030]具体应用时，超