一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微探针尖端热加工处理领域，特别涉及一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置。
【背景技术】
[0002]微探针是微纳精密测量仪器的核心组成部件，在微细加工及精密测量领域具有广泛应用。针对微细加工及精密测量对精密仪器的精度要求，微探针尖端应具有较好的形貌质量。
[0003]激光加热法是目前比较先进的一种微探针尖端热加工方法。现有的微探针激光加工技术主要有申请号为201510275772.0的发明专利公开的一种微探针尖端成形激光加工技术，其特征是:利用单束激光打在微探针尖端的一侧对其进行热加工。
【发明内容】
[0004]上述一种微探针尖端热加工方法采用单侧激光加工，探针热传递的梯度会变化，探针尖端在受热融化过程中应力分布不均匀，探杆易弯曲，针尖易变形。因此无法满足微细加工及精密测量对微探针的尖端几何形貌精度的要求。基于以上原因和对已有微探针激光加工成形装置的改进，本发明提供了一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置。该装置采用的具体技术方案详见下文描述。
[0005]本装置主要由激光发生器(1)、圆锥反射镜(2)、环形激光反射腔(3)、激光吸收器
[5]、微探针支架(6)和位移平台(7)组成；其特征是:所述的激光发生器(1)、圆锥反射镜
(2)、环形激光反射腔(3)沿Y轴方向依次设置，且其轴线与Y轴重合;所述的圆锥反射镜(2)的右侧部分嵌套在环形激光反射腔(3)中；所述的微探针支架(6)与位移平台(7)连接;所述的微探针支架(6)和位移平台(7)位于环形激光反射腔(3)和激光吸收器(5)之间。
[0006]所述的激光发生器(I)发出的激光束经圆锥反射镜(2)的反射，形成环形光，再经过环形激光反射腔(3)的反射，汇聚到Y轴上的a点处。由于激光束的汇聚，所述的a点处具有较高能量，是微探针尖端热加工的核心区域。加工时可通过位移平台(7)的驱动调整微探针毛坯(4)的空间位置，使微探针毛坯(4)的待加工部分位于a点处。
[0007]如上所述的一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置，更进一步说明为，所述的圆锥反射镜(2)的锥形底部嵌套入环形激光反射腔(3)中，其锥形顶部与所述的激光发生器(I)的出光口相对，圆锥反射镜(2)的外表面具有激光反射功能，能够将所述的激光束转换成环形光反射到环形激光反射腔(3)中。
[0008]如上所述的一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置，更进一步说明为，所述的环形激光反射腔(3)为一种空心圆柱结构，其轴线沿Y轴方向并与所述的圆锥反射镜(2)、微探针毛坯(4)的中轴线重合，其内壁具有激光反射功能，能够将经圆锥反射镜(2)反射后的环形光汇聚到a点处，实现对微探针尖端的环形激光加热。
[0009]如上所述的一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置，更进一步说明为，所述的激光吸收器(5)位于微探针支架(6)的右侧，具备耐高温特点，能够阻挡并吸收残余激光，防止残余激光对操作人员造成伤害。
[0010]如上所述的一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置，更进一步说明为，所述的微探针支架(6)的一端固定在位移平台(7)上，其另一端夹持微探针毛坯
(4);所述的微探针毛坯(4)的轴线与Y轴重合。其尖端待加工位置与a点重合，其空间位置由位移平台(7)进行调整。
[0011]本发明的有益效果:与现有的微探针尖端热加工方法相比，本发明采用环形激光加热的方法，能够对微探针尖端加工区域进行均匀加热，提高热应力分布均衡性，加工后的微探针不弯曲、不变形，具有高几何对称精度;加工后的微探针尖端具有高表面形貌精度。
【附图说明】
[0012]图1是本发明一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置整体结构示意图。
[0013]图中:1_激光发生器、2-圆锥反射镜、3-环形激光反射腔、4-微探针毛坯、5-激光吸收器、6-微探针支架、7-位移平台。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0015]本发明主要用于对微探针尖端的热加工处理，如图1所示:涉及一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置，包括:激光发生器1、圆锥反射镜2、环形激光反射腔3、激光吸收器5、微探针支架6和位移平台7。所述的激光发生器1、圆锥反射镜2、环形激光反射腔3沿Y轴方向依次设置，且其轴线与Y轴重合。所述的圆锥反射镜2的锥形底部嵌套在环形激光反射腔3中，其锥形顶部与激光发生器I的出光口相对，圆锥反射镜2的外表面具有激光反射功能。所述的环形激光反射腔3为空心圆柱结构，内壁具有激光反射功能。所述的微探针支架6与位移平台7连接;所述的微探针支架6和位移平台7位于所述的激光反射腔3和激光吸收器5之间，分别用来夹装待加工微探针毛坯4和调节其空间位置。所述的激光吸收器(5)位于微探针支架(6)的右侧，耐高温，能够阻挡并吸收残余激光。
[0016]所述的激光发生器(I)发出的激光束经圆锥反射镜(2)的反射，形成环形光，再经过环形激光反射腔(3)的反射，汇聚到Y轴上的a点处。由于激光束的汇聚，所述的a点处具有较高能量，是微探针尖端热加工的核心区域。加工时可通过位移平台7的驱动调整微探针毛坯4的空间位置，使微探针毛坯4的待加工部分位于a点处。
[0017]针对不同材料的微探针毛坯，本发明具有不同的实施方式。
[0018]实施方式1:待加工微探针毛坯为光纤、玻璃管等非金属材料。由于非金属材料对0)2激光具有较高的吸收率且热效应明显，因此所述的激光器I选用CO2激光器，能够发出能量较高的CO2激光。所述的反射镜2的锥形外表面选用针对CO2激光具有较强反射能力的材料;所述的环形激光反射腔3内表面同样选用针对CO2激光具有较强反射能力的材料;所述的激光吸收器5由对CO2激光吸收能力较强且热效应较差的材料制成;所述的微探针支架6由对CO2激光不敏感的材料制成;所述的位移平台7选用三维精密电动位移平台。
[0019]实施方式2:待加工微探针毛坯为金属材料。由于金属材料对YAG激光具有较高的吸收率且热效应明显，因此所述的激光器I选用YAG激光器，能够发出能量较高的YAG激光。所述的反射镜2的锥形外表面选用针对YAG激光具有较强反射能力的材料;所述的环形激光反射腔3内表面同样选用针对YAG激光具有较强反射能力的材料;所述的激光吸收器5由对YAG激光吸收能力较强且热效应较差的材料制成;所述的微探针支架6由对YAG激光不敏感的材料制成;所述的位移平台7选用三维精密电动位移平台。
[0020]对于上述两种材料的微探针的实施方式，其加工过程是相同的。首先是将装置中的激光器1、圆锥反射镜2、环形激光反射腔3和激光吸收器5调整到相应的位置。其次将微探针毛坯4沿Y轴方向夹装在微探针支架6上，通过三维精密电动位移平台7调节微探针毛坯4的空间位置，使待加工区域位于a点处。最后打开激光器对微探针毛坯4进行熔球热加工，一段时间后关闭激光器，待微探针冷却后取下微探针完成加工。
[0021]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的思想和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置，主要由激光发生器(I)、圆锥反射镜(2)、环形激光反射腔(3)、激光吸收器(5)、微探针支架(6)和位移平台(7)组成；其特征是: 所述的激光发生器(I)、圆锥反射镜(2)、环形激光反射腔(3)沿Y轴方向依次设置，且其轴线与Y轴重合;所述的圆锥反射镜(2)与环形激光反射腔(3)连接;所述的微探针支架(6)与位移平台(7)连接;所述的微探针支架(6)和位移平台(7)位于环形激光反射腔(3)和激光吸收器(5)之间； 所述的激光发生器(I)发出的激光束经圆锥反射镜(2)的反射形成环形光，再经过环形激光反射腔(3)的反射，汇聚到Y轴上的a点处。2.如权利要求1所述的一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置，其特征是:所述的激光器(I)可以根据待加工微探针对所需激光功率和波长的要求进行更换。3.如权利要求1所述的一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置，其特征是:所述的圆锥反射镜(2)的锥行底部嵌套入环形激光反射腔(3)中，其锥形顶部与激光发生器(I)的出光口相对，圆锥反射镜(2)的外表面具有激光反射功能，能够将所述的激光束转换成环形光并反射到环形激光反射腔(3)中。4.如权利要求1所述的一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置，其特征是:所述的环形激光反射腔(3)为空心圆柱结构，内壁具有激光反射功能。5.如权利要求1所述的一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置，其特征是:所述的激光吸收器(5)位于微探针支架(6)的右侧，耐高温，能够阻挡并吸收残余激光。6.如权利要求1所述的一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置，其特征是:所述的微探针支架(6)的一端固定在位移平台(7)上，其另一端夹持微探针毛坯(4);所述微探针毛坯(4)的轴线与Y轴重合，其尖端待加工位置与a点重合，其空间位置由位移平台(7)进行调整。
【专利摘要】本发明公开了一种基于环形反射腔汇聚激光束的微探针尖端热加工装置，涉及微探针尖端加工制造领域。该装置包括：激光发生器、圆锥反射镜、环形激光反射腔、激光吸收器、微探针支架和位移平台。所述的激光发生器发出的激光束经过圆锥反射镜的反射后形成环形光进入环形激光反射腔中，再在环形激光反射腔的作用下汇聚到微探针尖端对其加工。采用该方法对微探针进行热加工，能够使微探针尖端均匀受热，提高应力分布均衡性，加工后的微探针不弯曲、不变形，具有高几何对称精度，有利于形成高质量的微探针尖端形貌，满足微细加工及精密测量对微探针尖端几何形貌的精度要求。
【IPC分类】B23K26/00, B23K26/70
【公开号】CN105598578
【申请号】CN201610183376
【发明人】许斌, 刘乾乾
【申请人】四川大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月29日