一种培育金刚石表面激光抛光方法及装置

技术领域

本申请涉及金刚石抛光领域，具体而言，涉及一种培育金刚石表面激光抛光方法及装置。

背景技术

金刚石材料是已知的硬度最高的天然材料，对其有效的材料去除局限于有限的几种效率低且昂贵的方式。现有的工业级金刚石抛光方式采用聚酯金刚石磨料抛光片，通过旋转接触金刚石表面对其进行缓慢和高工具磨损的抛光技术，易于在金刚石表面形成热积累，造成微裂纹和崩边。而且，此种抛光方式局限于样品表面形貌，数十微米以上的样品表面起伏会带来抛光轮未接触表面，形成未加工区。

发明内容

本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

为了解决以上背景技术部分提到的技术问题，本申请的一些实施例提供了一种培育金刚石表面激光抛光装置，包括：激光器，用于输出光束；聚焦光学元件，用于对光束进行聚焦形成一个激光光斑；光学扫描机构，用于控制光束的空间扫描位置和轨迹，以使激光光斑形成激光线；移动载体，用于使待抛光金刚石材料沿预设轨迹运动，以使激光线在待抛光金刚石材料的抛光面上的运动范围覆盖抛光面；其中，所述移动载体上设置有多个用于夹持待抛光金刚石材料的夹持机构和用于支撑多个夹持机构的支撑机构；所述夹持机构上形成有夹持位；所述支撑机构上形成有支撑位；所述支撑位和多个夹持位用于使待抛光金刚石材料固定。

进一步地，所述激光器为超快激光器。

进一步地，所述激光器处设置扩束镜；所述扩束镜用于扩大光束直径。

进一步地，所述扩束镜处设置有反射镜；所述反射镜用于改变激光器输出光束的方向，以使光束到达聚焦光学元件处。

进一步地，所述抛光深度为5-15微米。

进一步地，所述移动载体上设置有多个用于夹持待抛光金刚石材料的夹持机构和用于支撑多个夹持机构的支撑机构；所述夹持机构上形成有夹持位；所述支撑机构上形成有支撑位；所述支撑位和多个夹持位用于使待抛光金刚石材料固定。

进一步地，所述支撑机构包含：支撑杆和支撑块；所述支撑块用于安装夹持机构；所述支撑杆用于将支撑块安装在移动载体上；所述支撑杆上设置有真空吸件；所述真空吸件用于吸附待抛光金刚石材料。

进一步地，所述夹持机构包含：传动件、夹持件和驱动件；所述传动件的一端与夹持件连接，另一端与支撑块铰接；所述驱动件用于实现传动件绕一固定轴线转动，以使多个夹持机构的传动件相互靠近旋转和相互远离旋转；能够实现夹持件相互靠近和相互远离。

进一步地，所述驱动件包含：弹性绳、支架、驱动电机、驱动转轴和绕线轮；所述传动件上形成有限位孔；所述弹性绳的穿过多个限位孔后向下延伸至绕线轮处，且与绕线轮固定；所述支架与支撑块固定连接；所述驱动转轴与支架转动连接；所述驱动电机用于使驱动转轴转动，实现绕线轮将弹性绳缠绕，传动件受到弹性绳的外力相互靠拢使夹持件夹持待抛光金刚石材料。

一种培育金刚石表面激光抛光方法，采用一种培育金刚石表面激光抛光装置，所述方法包括：

通过光学扫面装置和聚焦光学元件，使激光通过聚焦光学元件聚焦形成的激光斑点位于待抛光金刚石的表面上；

通过光学扫描装置控制光束的空间扫描位置和轨迹，使激光斑点在抛光面上形成激光线；

通过移动载体沿预设轨迹运动，使激光线在抛光面上的运动范围覆盖抛光面。

本申请的有益效果在于：提供一种利用超快激光对金刚石表面抛光的加工技术与装置，解决传统培育金刚石生长面的波纹面和切割面产生碳化层问题。利用超快激光在样品表面进行往复扫描，对表面凸起或碳化层进行去除，获得亚微米到纳米级光亮表面，去除深度控制在数十微米，与机械抛光相比，速度快，热影响小，损耗小，无污染。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。

在附图中：

图1是根据本申请实施例的整体示意图；

图2是实施例的一部分的结构示意图，主要示出了夹持机构的结构；

图3是实施例的一部分的结构示意图，主要示出了传动件的结构；

图4是实施例的一部分的结构示意图，主要示出了驱动件的结构；

图5是实施例的一部分的结构示意图，主要示出了夹持件的结构。

附图标记：

1、激光器；2、聚焦光学元件；3、光学扫描机构；4、移动载体；5、夹持机构；51、传动件；511、第一连杆；512、第二连杆；513、第三连杆；514、固定结构；515、第四连杆；52、夹持件；521、连接杆；522、抵接杆；523、弹性件；53、驱动件；531、弹性绳；532、支架；533、驱动电机；534、驱动转轴；535、绕线轮；6、支撑机构；61、支撑杆；62、真空吸件；63、支撑块；7、扩束镜；8、反射镜。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

参照图1-5，

一种培育金刚石表面激光抛光装置，包括：激光器1、聚焦光学元件2、光学扫描机构3、移动载体4、夹持机构5和支撑机构6。

激光器1用于输出光束。聚焦光学元件2用于对光束进行聚焦形成一个激光光斑；光学扫描机构3用于控制光束的空间扫描位置和轨迹，以使激光光斑形成激光线；移动载体4用于使待抛光金刚石材料沿预设轨迹运动，以使激光线在待抛光金刚石材料的抛光面上的运动范围覆盖抛光面。其中，夹持机构5和支撑机构6均设置在移动载体4上，且用于随移动载体4一起进行移动。夹持机构5设置多个，均用于夹持待抛光金刚石材料。支撑机构6设置多个，均用于支撑多个夹持机构5。夹持机构5上形成有夹持位；支撑机构6上形成有支撑位；支撑位和多个夹持位用于使待抛光金刚石材料固定。预设轨迹是直线运动，是一个为了实现激光线在待抛光金刚石材料的抛光面上的运动范围覆盖抛光面的运动方式。移动载体4在本实施例中优选为三轴移动滑台。

具体的，激光器1为超快激光器1。激光器1处设置扩束镜7；扩束镜7用于扩大光束直径。扩束镜7处设置有反射镜8；反射镜8用于改变激光器1输出光束的方向，以使光束到达聚焦光学元件2处。

具体的，抛光深度为5-15微米。抛光深度是指被抛光打磨去除的厚度。本实施例优选为10微米。

具体的，支撑机构6包含：支撑杆61、真空吸件62和支撑块63；支撑块63用于安装夹持机构5；支撑杆61用于将支撑块63安装在移动载体4上；所真空吸件62设置在述支撑杆61上；真空吸件62用于吸附待抛光金刚石材料的一侧。真空吸件62在本实施例中优选为真空吸盘。

具体的，夹持机构5包含：传动件51、夹持件52和驱动件53。驱动件53包含：弹性绳531、支架532、驱动电机533、驱动转轴534和绕线轮535。夹持件52包含：连接杆521、抵接杆522和弹性件523。传动件51包含：第一连杆511、第二连杆512、第三连杆513、固定结构514和第四连杆515。固定结构514包含：限位部和两个安装部。限位部与第三连杆513形成限位孔。

第一连杆511与第二连杆512平行设置；第三连杆513和第四连杆515平行设置；第一连杆511与支撑块63固定连接；第二连杆512用于安装连接杆521。第一连杆511、第二连杆512、第三连杆513和第四连杆515依次铰接形成平行四杆机构。第一连杆511与支撑块63固定连接，从而第一支撑杆61的位置是固定的。

第三连杆513上开设有多个螺纹孔；第三连杆513上设置有固定结构514；固定结构514包含：限位部和两个安装部；两个安装部位于限位部的两端且与限位部固定；安装部通过螺栓和螺纹孔固定安装在第三连杆513上；限位部是弧形的板状结构，安装部是平面的板状结构。弹性绳531的一端的依次穿过多个限位孔后到达弹性绳531的另一端处，然后弹性绳531的两个端部均向下延伸至绕线轮535处。绕线辊设置有两个，弹性绳531的一个端部与其中一个绕线轮535固定，弹性绳531的另一个端部与另一个绕线轮535固定。

支架532与支撑块63固定连接；驱动转轴534与支架532转动连接；驱动电机533用于使驱动转轴534转动，实现绕线轮535将弹性绳531缠绕。

连接杆521用于与传动件51相连，连接杆521中开设有容纳腔室；抵接杆522插入至容纳腔室中，且抵接杆522与容纳腔室滑动连接；弹性件523设置在容纳腔室中，弹性件523用于使抵接杆522受到靠近待抛光金刚石材料的外力；抵接杆522靠近待抛光金刚石材料的一端设置有柔性垫，柔性垫用于与待抛光金刚石材料抵接。

连接杆521上还开设有与容纳腔室连通的通孔；通孔处安装气泵；抵接杆522上开设有贯穿孔；贯穿孔与容纳腔室连通；气泵用于使容纳腔室处于负压状态；柔性垫为环形结构。

一种培育金刚石表面激光抛光方法，其特征在于：采用上述的一种培育金刚石表面激光抛光装置，方法包括：通过光学扫面装置和聚焦光学元件2，使激光通过聚焦光学元件2聚焦形成的激光斑点位于待抛光金刚石的表面上；通过光学扫描装置控制光束的空间扫描位置和轨迹，使激光斑点在抛光面上形成激光线；通过移动载体4沿预设轨迹运动，使激光线在抛光面上的运动范围覆盖抛光面。

工作流程：

通过聚焦光学元件，使激光通过聚焦光学元件聚焦形成的激光线位于待抛光金刚石的待抛光面上；通过光学扫描机构控制光束的空间扫描位置和轨迹，使激光线在待抛光面上运动形成抛光范围；通过光学扫描机构控制光束的空间扫描位置和轨迹，在激光线沿预设轨迹运动形成抛光范围后，使激光线逐步向下运动，使激光线继续沿预设轨迹运动形成抛光范围，两个抛光范围均为平面，且两个抛光范围不重叠；两个抛光范围在抛光深度的方向上相交；重复多次操作后，会出现多个抛光范围，多个抛光范围形成抛光空间，直至抛光空间将待抛光面完全包裹后，完成抛光。

安装时，将待抛光金刚石材料放在真空吸盘上，然后真空吸盘会对待抛光金刚石材料进行支撑，然后驱动电机533带动驱动转轴534旋转，驱动转轴534带动绕线轮535旋转，绕线轮535会经弹性绳531缠绕到绕线轮535上，然后会使弹性绳531的两个端部受到拉力，弹性绳531会将力输送给第三连杆513，然后会使多个第三连杆513相互靠拢直至多个抵接杆522上的柔性垫与待抛光金刚石材料的外表面抵接为止。

然后驱动电机533继续通过驱动转轴534使绕线轮535旋转，也就实现了第三连杆513和第四连杆515受到靠近待抛光金刚石材料的外力，使抵接杆522紧紧的压住待抛光金刚石材料。然后抵接杆522会在容纳腔室中滑动，从而会使弹性件523被压缩，然后气泵对容纳腔室抽气，使容纳腔室处于负压，然后会使抵接杆522紧紧的吸住待切割金刚石材料，从而进一步增加对待切割金刚石材料的夹持效果。

柔性垫用于与待抛光金刚石材料抵接，从而可以实现与待抛光金刚石材料柔性抵接，更好的对待抛光金刚石材料进行保护，同时柔性垫为环形，可以使通孔与待抛光金刚石材料之间密封，从而可以更好的实现负压吸附，增加了对待抛光金刚石材料夹持的效果。

由于多个第三连杆513相互靠近是通过弹性绳531的收缩来实现的，弹性绳531是柔性和弹性的材料，所以弹性绳531可以围成任何形状不一的环形，所以可以使多个第三连杆513相互靠近的形成不同，从而实现多个第三连杆513处的抵接杆522均与待抛光金刚石材料的外表面抵接，并且抵接杆522压紧待抛光金刚石材料外表面的力是相同的，从而更好的对其进行夹持。

以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。