一种激光微加工过程的反射式监测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光微加工过程的反射式监测装置，包括氦氖激光器，所述氦氖激光器前端发射出的探测激光束发射线路上设置有工件，工件的探测激光束反射线路上设置有第一光电探头，氦氖激光器前端探测激光束发射线路中部设置有激光分束片，所述激光分束片将探测激光束具体分成参考信号和反射光信号，反射光信号经过被工件的反射后进入第一光电探头，参考光信号前端设置有第二光电探头，参考光信号直接进入第二光电探头，第一光电探头上固定设置有第一数据线，第二光电探头上固定设置有第二数据线，第一数据线和第二数据线之间设置有示波器。上述技术方案，结构简单、适用性强、成本低廉、采集数据量小、采集速度快。
【专利说明】一种激光微加工过程的反射式监测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光微加工【技术领域】，具体涉及一种激光微加工过程的反射式监测装置。
【背景技术】
[0002]目前，激光微加工过程中常用CXD摄像头进行现场拍摄监测。在高精度微加工过程中，甚至还需要在显微镜下操作来保证加工质量。此类的监测系统过于复杂，监测成本也过于昂贵，特别是监测采集到的数据为两维图像数据甚至是视频数据流，造成数据量过于庞大。此外，加工过程中，材料的关键微纳结构的变化也无法进行显著提示。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、适用性强、成本低廉、采集数据量小、采集速度快的激光微加工过程的反射式监测装置。
[0004]为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:一种激光微加工过程的反射式监测装置，包括氦氖激光器，所述氦氖激光器前端发射出的探测激光束发射线路上设置有工件，所述工件的探测激光束反射线路上设置有第一光电探头，且氦氖激光器前端探测激光束发射线路中部设置有激光分束片，通过所述激光分束片将探测激光束具体分成参考信号和反射光信号，反射光信号经过被工件的反射后进入第一光电探头，所述参考光信号前端设置有第二光电探头，参考光信号直接进入第二光电探头，所述第一光电探头上固定设置有第一数据线，第二光电探头上固定设置有第二数据线，所述第一数据线和第二数据线之间设置有示波器，且第一数据线和第二数据线均与示波器电连接。
[0005]通过采用上述技术方案，工件材料在激光的微加工过程中，其表面结构会发生明显变化，从而影响反射光信号的反射强度(即反射光信号载有材料的表面结构信息)。反射光信号通过与尚未被调制的参考光信号进行比对，从而解析出材料的表面结构信息并实时显示在示波器上，这样就实现了激光微加工过程中的加工进程和加工效果的监测。结构简单、适用性强、成本低廉、采集数据量小、采集速度快。
[0006]本发明进一步设置为:所述第一数据线和第二数据线载有工件信息的反射光信号通过第一数据线进入示波器，同时参考光信号通过第二数据线进入示波器。通过本设置，所述示波器与第一数据线和第二数据线结构简单，工作可靠。
[0007]本发明还进一步设置为:所述氦氖激光器发出的探测激光束，输出波长为632.8nm。通过本设置,氦氖激光器工作稳定,使用寿命长。
[0008]本发明还进一步设置为:所述激光分束片的分束比例为1:1。通过本设置，所述的激光分束片工作更加可靠。
[0009]本发明还进一步设置为:所述示波器为双通道示波器。通过本设置，所述的示波器工作稳定，使用寿命长。
[0010]本发明的优点是:与现有技术相比，本发明结构设置合理，工件材料在激光的微加工过程中，其表面结构会发生明显变化，从而影响反射光信号的反射强度(即反射光信号载有材料的表面结构信息)。反射光信号通过与尚未被调制的参考光信号进行比对，从而解析出材料的表面结构信息并实时显示在示波器上，这样就实现了激光微加工过程中的加工进程和加工效果的监测。结构简单、适用性强、成本低廉、采集数据量小、采集速度快。
[0011]下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例的结构示意图；
[0013]图2为本发明应用到激光雕刻设备上的装配示意图。
【具体实施方式】
[0014]参见图1，本发明公开的一种激光微加工过程的反射式监测装置，包括氦氖激光器I，所述氦氖激光器I前端发射出的探测激光束11发射线路上设置有工件2，所述工件2的探测激光束11反射线路上设置有第一光电探头3，且氦氖激光器I前端探测激光束11发射线路中部设置有激光分束片4，通过所述激光分束片4将探测激光束11具体分成参考信号41和反射光信号42,反射光信号42经过被工件2的反射后进入第一光电探头3,所述参考光信号41前端设置有第二光电探头5，参考光信号41直接进入第二光电探头5，所述第一光电探头3上固定设置有第一数据线6，第二光电探头5上固定设置有第二数据线7，所述第一数据线6和第二数据线7之间设置有示波器8，且第一数据线6和第二数据线7均与示波器8电连接。
[0015]为使本发明结构更加合理，作为优选的，所述第一数据线6和第二数据线7载有工件信息的反射光信号通过第一数据线6进入示波器8，同时参考光信号41通过第二数据线7进入示波器8。
[0016]所述氦氖激光器I发出的探测激光束，输出波长为632.Snm0所述激光分束片4的分束比例为1:1。所述示波器8为双通道示波器。
[0017]本发明的监测方法如下:探测激光束11由小型氦氖激光器I发射，通过激光分束片4将探测激光束11分成参考光信号41和反射光信号42 ;反射光信号42经过被加工材料的反射后进入光电探头3，参考光信号41直接进入第二光电探头5 ;载有被加工材料信息的反射光信号42通过第一数据线6进入示波器8，同时进入示波器8的还有参考光信号41 ；反射光信号42与参考光信号41在示波器8内进行相除比对，然后显示在示波器8的显示屏上；最后，利用两者比值的变化规律可判断出微加工过程的加工进程和加工效果。
[0018]本发明的监测原理如下:工件材料在激光的微加工过程中，其表面结构会发生明显变化，从而影响反射光信号的反射强度(即反射光信号载有材料的表面结构信息)。反射光信号通过与尚未被调制的参考光信号进行比对，从而解析出材料的表面结构信息并实时显示在示波器上，这样就实现了激光微加工过程中的加工进程和加工效果的监测。
[0019]本发明装置简单，操作简单，适用性强，成本低廉；采集数据量小，采集速度快(数据为信号比值，仅为一维数据流)；不仅可以实时监测加工过程，而且可以显著提示关键微纳结构的变化(信号比值起伏位置即为微纳结构转换位置)。
[0020]参见图2，下面为本发明应用到激光雕刻设备，具体应用于飞秒激光雕刻类光栅结构(微纳结构)实验:(1)是小型氦氖激光器(THORLABS公司，型号:HNLS008L) ; (4)是激光分束片，分束比例为1:1 ; (3)和(5)分别是第一光电探头和第二光电探头，分别探测反射光信号和参考光信号；(8)是双通道示波器；(6)和(7)是用于连接第一光电探头、第二光电探头和示波器的数据线；(11)是氦氖激光器发出的探测激光束，输出波长为632.Snm ；(2)是待加工的材料，即本实施例所述的工件，为ZnO晶体；(10)是样品平台，可三维调控；(20)是飞秒脉冲激光器(德国Tropic，输出波长780nm) ;(30)是飞秒激光器输出的加工激光束(平均功率>140mW)。
[0021]飞秒激光雕刻类光栅结构实验，得到的实验监测图，X轴是加工激光的脉冲数，Y轴是反射光强度和参考光强度的对比值(Ri/R0)。加工激光能量(飞秒激光能量)低于加工阈值的情况，随着加工脉冲数的增加，除了噪声抖动外，对比值信号无明显变化。这说明在该加工激光能量下，没有加工效果；加工激光能量达到加工阈值的情况，随着加工脉冲数的增加，对比值信号迅速减小，然后出现一次反弹，接着继续减小直至无变化。这说明在该加工激光能量下，起到了加工效果:刚开始的对比值信号迅速减小是因为加工材料的原有结构被破坏，然后出现的信号反弹是因为加工材料形成了新的微纳结构(规则的微纳结构有利于干涉增强，从而使信号反弹)，接着的信号继续减小是因为过度加工，直至无变化是因为加工过度造成的完全破坏；加工激光能量高于破坏阈值情况，随着加工脉冲数的增加，对比值信号迅速减小至无变化。这说明加工激光能量高于破坏阈值，直接破坏了加工材料，无法形成预期的微纳结构。通过对比，我们可以得出最佳加工脉冲数为70发左右。
[0022]上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种激光微加工过程的反射式监测装置，包括氦氖激光器(I)，其特征在于:所述氦氖激光器(I)前端发射出的探测激光束(11)发射线路上设置有工件(2)，所述工件(2)的探测激光束(11)反射线路上设置有第一光电探头(3 )，且氦氖激光器(I)前端探测激光束(11)发射线路中部设置有激光分束片(4)，通过所述激光分束片(4)将探测激光束(11)具体分成参考信号(41)和反射光信号(42)，反射光信号(42)经过被工件(2)的反射后进入第一光电探头(3),所述参考光信号(41)前端设置有第二光电探头(5),参考光信号(41)直接进入第二光电探头(5)，所述第一光电探头(3)上固定设置有第一数据线(6)，第二光电探头(5)上固定设置有第二数据线(7)，所述第一数据线(6)和第二数据线(7)之间设置有示波器(8)，且第一数据线(6)和第二数据线(7)均与示波器(8)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种激光微加工过程的反射式监测装置，其特征在于:所述第一数据线(6)和第二数据线(7)载有工件信息的反射光信号通过第一数据线(6)进入示波器(8)，同时参考光信号(41)通过第二数据线(7)进入示波器(8)。
3.根据权利要求1或2所述的一种激光微加工过程的反射式监测装置，其特征在于:所述氦氖激光器(I)发出的探测激光束，输出波长为632.8nm。
4.根据权利要求3所述的一种激光微加工过程的反射式监测装置，其特征在于:所述激光分束片(4)的分束比例为1:1。
5.根据权利要求4所述的一种激光微加工过程的反射式监测装置，其特征在于:所述示波器(8)为双通道示波器。
【文档编号】B23K26/70GK103920989SQ201410153981
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】尉鹏飞, 王楠, 田其立, 朱海永, 黄晓虹, 黄运米, 金清理, 杨光参 申请人:温州大学