一種激光微加工過程的反射式監(jiān)測裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種激光微加工過程的反射式監(jiān)測裝置，包括氦氖激光器，所述氦氖激光器前端發(fā)射出的探測激光束發(fā)射線路上設(shè)置有工件，工件的探測激光束反射線路上設(shè)置有第一光電探頭，氦氖激光器前端探測激光束發(fā)射線路中部設(shè)置有激光分束片，所述激光分束片將探測激光束具體分成參考信號和反射光信號，反射光信號經(jīng)過被工件的反射后進(jìn)入第一光電探頭，參考光信號前端設(shè)置有第二光電探頭，參考光信號直接進(jìn)入第二光電探頭，第一光電探頭上固定設(shè)置有第一數(shù)據(jù)線，第二光電探頭上固定設(shè)置有第二數(shù)據(jù)線，第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線之間設(shè)置有示波器。上述技術(shù)方案，結(jié)構(gòu)簡單、適用性強(qiáng)、成本低廉、采集數(shù)據(jù)量小、采集速度快。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種激光微加工過程的反射式監(jiān)測裝置
本技術(shù)涉及激光微加工
，具體涉及一種激光微加工過程的反射式監(jiān)測裝置。
技術(shù)介紹
目前，激光微加工過程中常用CXD攝像頭進(jìn)行現(xiàn)場拍攝監(jiān)測。在高精度微加工過程中，甚至還需要在顯微鏡下操作來保證加工質(zhì)量。此類的監(jiān)測系統(tǒng)過于復(fù)雜，監(jiān)測成本也過于昂貴，特別是監(jiān)測采集到的數(shù)據(jù)為兩維圖像數(shù)據(jù)甚至是視頻數(shù)據(jù)流，造成數(shù)據(jù)量過于龐大。此外，加工過程中，材料的關(guān)鍵微納結(jié)構(gòu)的變化也無法進(jìn)行顯著提示。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本技術(shù)的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、適用性強(qiáng)、成本低廉、采集數(shù)據(jù)量小、采集速度快的激光微加工過程的反射式監(jiān)測裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下技術(shù)方案:一種激光微加工過程的反射式監(jiān)測裝置，包括氦氖激光器，所述氦氖激光器前端發(fā)射出的探測激光束發(fā)射線路上設(shè)置有工件，所述工件的探測激光束反射線路上設(shè)置有第一光電探頭，且氦氖激光器前端探測激光束發(fā)射線路中部設(shè)置有激光分束片，通過所述激光分束片將探測激光束具體分成參考信號和反射光信號，反射光信號經(jīng)過被工件的反射后進(jìn)入第一光電探頭，所述參考光信號前端設(shè)置有第二光電探頭，參考光信號直接進(jìn)入第二光電探頭，所述第一光電探頭上固定設(shè)置有第一數(shù)據(jù)線，第二光電探頭上固定設(shè)置有第二數(shù)據(jù)線，所述第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線之間設(shè)置有示波器，且第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線均與示波器電連接。通過采用上述技術(shù)方案，工件材料在激光的微加工過程中，其表面結(jié)構(gòu)會發(fā)生明顯變化，從而影響反射光信號的反射強(qiáng)度(即反射光信號載有材料的表面結(jié)構(gòu)信息)。反射光信號通過與尚未被調(diào)制的參考光信號進(jìn)行比對，從而解析出材料的表面結(jié)構(gòu)信息并實(shí)時顯示在示波器上，這樣就實(shí)現(xiàn)了激光微加工過程中的加工進(jìn)程和加工效果的監(jiān)測。結(jié)構(gòu)簡單、適用性強(qiáng)、成本低廉、采集數(shù)據(jù)量小、采集速度快。本技術(shù)進(jìn)一步設(shè)置為:所述第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線載有工件信息的反射光信號通過第一數(shù)據(jù)線進(jìn)入示波器，同時參考光信號通過第二數(shù)據(jù)線進(jìn)入示波器。通過本設(shè)置，所述示波器與第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。本技術(shù)還進(jìn)一步設(shè)置為:所述氦氖激光器發(fā)出的探測激光束，輸出波長為632.8nm。通過本設(shè)置,氦氖激光器工作穩(wěn)定,使用壽命長。本技術(shù)還進(jìn)一步設(shè)置為:所述激光分束片的分束比例為1:1。通過本設(shè)置，所述的激光分束片工作更加可靠。本技術(shù)還進(jìn)一步設(shè)置為:所述示波器為雙通道示波器。通過本設(shè)置，所述的示波器工作穩(wěn)定，使用壽命長。本技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)置合理，工件材料在激光的微加工過程中，其表面結(jié)構(gòu)會發(fā)生明顯變化，從而影響反射光信號的反射強(qiáng)度(即反射光信號載有材料的表面結(jié)構(gòu)信息)。反射光信號通過與尚未被調(diào)制的參考光信號進(jìn)行比對，從而解析出材料的表面結(jié)構(gòu)信息并實(shí)時顯示在示波器上，這樣就實(shí)現(xiàn)了激光微加工過程中的加工進(jìn)程和加工效果的監(jiān)測。結(jié)構(gòu)簡單、適用性強(qiáng)、成本低廉、采集數(shù)據(jù)量小、采集速度快。下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本技術(shù)作進(jìn)一步說明。【附圖說明】圖1為本技術(shù)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本技術(shù)應(yīng)用到激光雕刻設(shè)備上的裝配示意圖。【具體實(shí)施方式】參見圖1，本技術(shù)公開的一種激光微加工過程的反射式監(jiān)測裝置，包括氦氖激光器I，所述氦氖激光器I前端發(fā)射出的探測激光束11發(fā)射線路上設(shè)置有工件2，所述工件2的探測激光束11反射線路上設(shè)置有第一光電探頭3，且氦氖激光器I前端探測激光束11發(fā)射線路中部設(shè)置有激光分束片4，通過所述激光分束片4將探測激光束11具體分成參考信號41和反射光信號42，反射光信號42經(jīng)過被工件2的反射后進(jìn)入第一光電探頭3，所述參考光信號41前端設(shè)置有第二光電探頭5，參考光信號41直接進(jìn)入第二光電探頭5，所述第一光電探頭3上固定設(shè)置有第一數(shù)據(jù)線6，第二光電探頭5上固定設(shè)置有第二數(shù)據(jù)線7，所述第一數(shù)據(jù)線6和第二數(shù)據(jù)線7之間設(shè)置有示波器8，且第一數(shù)據(jù)線6和第二數(shù)據(jù)線7均與示波器8電連接。為使本技術(shù)結(jié)構(gòu)更加合理，作為優(yōu)選的，所述第一數(shù)據(jù)線6和第二數(shù)據(jù)線7載有工件信息的反射光信號通過第一數(shù)據(jù)線6進(jìn)入示波器8，同時參考光信號41通過第二數(shù)據(jù)線7進(jìn)入示波器8。所述氦氖激光器I發(fā)出的探測激光束，輸出波長為632.Snm0所述激光分束片4的分束比例為1:1。所述示波器8為雙通道示波器。本技術(shù)的監(jiān)測方法如下:探測激光束11由小型氦氖激光器I發(fā)射，通過激光分束片4將探測激光束11分成參考光信號41和反射光信號42 ;反射光信號42經(jīng)過被加工材料的反射后進(jìn)入光電探頭3，參考光信號41直接進(jìn)入第二光電探頭5 ;載有被加工材料信息的反射光信號42通過第一數(shù)據(jù)線6進(jìn)入示波器8，同時進(jìn)入示波器8的還有參考光信號41 ;反射光信號42與參考光信號41在示波器8內(nèi)進(jìn)行相除比對，然后顯示在示波器8的顯示屏上；最后，利用兩者比值的變化規(guī)律可判斷出微加工過程的加工進(jìn)程和加工效果。本技術(shù)的監(jiān)測原理如下:工件材料在激光的微加工過程中，其表面結(jié)構(gòu)會發(fā)生明顯變化，從而影響反射光信號的反射強(qiáng)度(即反射光信號載有材料的表面結(jié)構(gòu)信息)。反射光信號通過與尚未被調(diào)制的參考光信號進(jìn)行比對，從而解析出材料的表面結(jié)構(gòu)信息并實(shí)時顯示在示波器上，這樣就實(shí)現(xiàn)了激光微加工過程中的加工進(jìn)程和加工效果的監(jiān)測。本技術(shù)裝置簡單，操作簡單，適用性強(qiáng)，成本低廉；采集數(shù)據(jù)量小，采集速度快(數(shù)據(jù)為信號比值，僅為一維數(shù)據(jù)流)；不僅可以實(shí)時監(jiān)測加工過程，而且可以顯著提示關(guān)鍵微納結(jié)構(gòu)的變化(信號比值起伏位置即為微納結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換位置)。參見圖2，下面為本技術(shù)應(yīng)用到激光雕刻設(shè)備，具體應(yīng)用于飛秒激光雕刻類光柵結(jié)構(gòu)(微納結(jié)構(gòu))實(shí)驗(yàn):(1)是小型氦氖激光器(TH0RLABS公司，型號:HNLS008L) ; (4)是激光分束片，分束比例為1:1 ; (3)和(5)分別是第一光電探頭和第二光電探頭，分別探測反射光信號和參考光信號；(8)是雙通道示波器；(6)和(7)是用于連接第一光電探頭、第二光電探頭和示波器的數(shù)據(jù)線；(11)是氦氖激光器發(fā)出的探測激光束，輸出波長為632.Snm ；(2)是待加工的材料，即本實(shí)施例所述的工件，為ZnO晶體；(10)是樣品平臺，可三維調(diào)控；[20]是飛秒脈沖激光器(德國Tropic，輸出波長780nm); (30)是飛秒激光器輸出的加工激光束(平均功率>140mW)。飛秒激光雕刻類光柵結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，得到的實(shí)驗(yàn)監(jiān)測圖，X軸是加工激光的脈沖數(shù)，Y軸是反射光強(qiáng)度和參考光強(qiáng)度的對比值(Ri/R0)。加工激光能量(飛秒激光能量)低于加工閾值的情況，隨著加工脈沖數(shù)的增加，除了噪聲抖動外，對比值信號無明顯變化。這說明在該加工激光能量下，沒有加工效果；加工激光能量達(dá)到加工閾值的情況，隨著加工脈沖數(shù)的增加，對比值信號迅速減小，然后出現(xiàn)一次反彈，接著繼續(xù)減小直至無變化。這說明在該加工激光能量下，起到了加工效果:剛開始的對比值信號迅速減小是因?yàn)榧庸げ牧系脑薪Y(jié)構(gòu)被破壞，然后出現(xiàn)的信號反彈是因?yàn)榧庸げ牧闲纬闪诵碌奈⒓{結(jié)構(gòu)(規(guī)則的微納結(jié)構(gòu)有利于干涉增強(qiáng)，從而使信號反彈)，接著的信號繼續(xù)減小是因?yàn)檫^度加工，直至無變化是因?yàn)榧庸み^度造成的完全破壞；加工激光能量高于破壞閾值情況，隨著加工脈沖數(shù)的增加，對比值信號本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種激光微加工過程的反射式監(jiān)測裝置，包括氦氖激光器（1），其特征在于：所述氦氖激光器（1）前端發(fā)射出的探測激光束（11）發(fā)射線路上設(shè)置有工件（2），所述工件（2）的探測激光束（11）反射線路上設(shè)置有第一光電探頭（3），且氦氖激光器（1）前端探測激光束（11）發(fā)射線路中部設(shè)置有激光分束片（4），通過所述激光分束片（4）將探測激光束（11）具體分成參考信號（41）和反射光信號（42），反射光信號（42）經(jīng)過被工件（2）的反射后進(jìn)入第一光電探頭（3），所述參考光信號（41）前端設(shè)置有第二光電探頭（5），參考光信號（41）直接進(jìn)入第二光電探頭（5），所述第一光電探頭（3）上固定設(shè)置有第一數(shù)據(jù)線（6），第二光電探頭（5）上固定設(shè)置有第二數(shù)據(jù)線（7），所述第一數(shù)據(jù)線（6）和第二數(shù)據(jù)線（7）之間設(shè)置有示波器（8），且第一數(shù)據(jù)線（6）和第二數(shù)據(jù)線（7）均與示波器（8）電連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種激光微加工過程的反射式監(jiān)測裝置，包括氦氖激光器(I)，其特征在于:所述氦氖激光器(I)前端發(fā)射出的探測激光束(11)發(fā)射線路上設(shè)置有工件(2)，所述工件(2)的探測激光束(11)反射線路上設(shè)置有第一光電探頭(3 )，且氦氖激光器(I)前端探測激光束(11)發(fā)射線路中部設(shè)置有激光分束片(4)，通過所述激光分束片(4)將探測激光束(11)具體分成參考信號(41)和反射光信號(42)，反射光信號(42)經(jīng)過被工件(2)的反射后進(jìn)入第一光電探頭(3),所述參考光信號(41)前端設(shè)置有第二光電探頭(5),參考光信號(41)直接進(jìn)入第二光電探頭(5)，所述第一光電探頭(3)上固定設(shè)置有第一數(shù)據(jù)線(6)，第二光電探頭(5)上固定設(shè)置有第二數(shù)據(jù)線(7)，所述第一數(shù)據(jù)線(6)和第二數(shù)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田其立，尉鵬飛，王楠，朱海永，黃曉虹，黃運(yùn)米，金清理，楊光參，
申請(專利權(quán))人：溫州大學(xué)，
類型：新型
國別省市：浙江;33