[發明專利]一種激光焦點與微孔同軸共面性檢測調整裝置及檢測方法

無效

• 申請號: 201010102042.8
• 申請日: 2010-01-28
• 公開（公告）號: CN101769718A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 楊立軍;王揚;李春奇;張宏志
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于激光光斑檢測領域，具體涉及微納制造中的激光焦點與微孔的同軸共面性檢測調整裝置及檢測方法。

背景技術

激光焦點與微孔同軸共面處理在眾多領域中均有應用，由于激光光源、微納孔徑及材料各有差異，同時激光光斑和微孔均在微納米級別，為高精度的檢測及調整帶來了很大的難度。如果激光焦點與微孔有明顯偏心，可能會導致激光光束不能按預定方向傳播，造成誤差。對某些材料來說，如果對準失敗，激光會照射到微孔邊緣，能量稍大就會毀蝕微孔，使工作前功盡棄，后續工作無法進行，甚至有時會因此損壞設備其他部件，導致嚴重的后果。所以本項發明具有更為廣泛的意義。

發明內容

由于孔徑微小的特殊性為激光束焦點的同軸共面對準提出了很高的精度要求，本發明設計了一種激光焦點與微孔同軸共面性檢測調整裝置及檢測方法，更好的解決了同軸共面對準的問題。

激光束焦點與微細小孔對準檢測的原理是：首先通過檢測光路系統采集激光照射到帶微孔薄片上表面的焦點光斑輪廓圖像，得到激光焦點光斑中心；再依據激光特征檢測微孔邊緣，憑四點法算出微孔中心，通過裝置機構實現光斑輪廓中心與微孔中心重合，從而實現激光焦點與微孔的同軸共面對準。

本發明的激光焦點與微孔的同軸共面性檢測調整裝置，包括激光器12以及在激光器12同側依次同水平布置的衰減器11、分束鏡9、可見光透射激光反射鏡3，在所述分束鏡9垂直下方依次布置聚焦鏡8、特定波段專用CCD攝像機7、所述特定波段專用CCD攝像機7與工控機10相連，在所述可見光透射激光反射鏡3垂直上方依次布置有安全濾光鏡4、圖像接收鏡5、普通CCD攝像機6，在所述可見光透射激光反射鏡3垂直下方布置有聚焦鏡2，在聚焦鏡2下方放置帶微孔薄片1。本發明的裝置還具有對所述微孔薄片1進行裝夾位置精度調整的裝置，所述裝置可進行XYZ三個方向的直線移動，以及繞X、Y軸方向轉動。

本發明還涉及激光焦點與微孔的同軸共面性檢測方法，首先在激光器12出光光路對激光進行衰減，經過衰減器11后的激光光照射在薄片1上表面非微孔位置時，薄片上面的光斑反射光經過反射鏡3與分束鏡9將光斑輪廓的光信號傳給專用CCD攝像機7，由工控機10采集圖像并經過圖像軟件處理得到有足夠放大倍率和清晰度的檢測圖像。焦點光斑中心即為CCD圖像光斑擬合輪廓的十字交點；再使用該CCD依據檢測光信號特征，得到噴嘴孔在水平面上X方向和Y方向的四個邊緣點，應用四點法算出噴嘴孔中心位置。

針對于某些精確度要求不高的場合，同軸共面對準的檢測也可以用如下方法：先在薄片上表面非孔位置用微小激光能量打出燒斑，依據燒斑輪廓用人眼目測估計燒斑中心近似的認作為激光光斑中心，目測調整微孔XY方向，與激光束燒斑中心的對準。

在檢測調整之前對微孔薄片1的裝夾位置精度的保證也必不可少，首先需要保證XYZ三個方向的直線移動要求，另外為了確保薄片1的平行度，該裝置設計了繞X、Y軸方向轉動機構，從而形成了五個自由度的調節機構。

本發明具有如下優點：

1、采用專用CCD攝像機進行耦合對準檢測，能對不可見波段的激光能夠清晰的描繪輪廓，代替人眼的視覺檢測，提高了耦合對準檢測的精度。

2、自行開發圖像分析軟件，通過圖像采集能得到所需的各項調整參數，能對光斑中心進行擬合，更便于微細操作，提高精度和可靠性能。

3、帶微孔薄片的裝夾和調整的五自由度機構的設計更便于操作，該機構有自由度多、精度高、剛度好的特點使操作變得更靈活更可靠。

附圖說明

圖1為本發明激光束焦點與微孔同軸共面性檢測調整裝置及檢測方法的示意圖。

圖面說明如下：

1——帶微孔的薄片，2——聚焦鏡，3——可見光透射、激光反射鏡，4——安全濾光鏡，5——圖像接收鏡，6——普通CCD攝像機，7——特定波段專用CCD攝像機，8——聚焦鏡，9——分束鏡，10——工控機，11——衰減器，12——激光器

具體實施方式

鑒于激光光束焦點與微孔同軸共面對準的技術應用于不同領域不同場合，該檢測調整裝置及檢測方法設計了兩種不同的方案。以下結合實施方法和附圖對本發明作進一步說明：