[發明專利]面向準分子激光微加工器件的粘結力自動檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201810197403.8
• 申請日: 2018-03-11
• 公開（公告）號: CN108254309B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 吳堅;耿祎鳳;杜永均;陳濤
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04;G01N21/84
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.面向準分子激光微加工器件粘結力自動檢測方法，實現該方法的裝置包括拉力機（3）、步進電機驅動器模塊（10）、控制器模塊（7）、通信模塊（8）和圖像顯微模塊，步進電機驅動器模塊（10）包括步進電機驅動器（4）和L298驅動模塊（5）；拉力機（3）的步進電機（2-13）的供電線和控制線與步進電機驅動器（4）連接；步進電機驅動器（4）的控制線和L298驅動模塊（5）連接；控制器模塊（7）的控制線和L298驅動模塊（5）連接；控制器模塊（7）的串口通信線和通信模塊（8）連接；通信模塊（8）和PH拉力計（2-4）的232通信線連接；圖像顯微模塊包括計算機（1）和CCD攝像頭（2），計算機（1）和CCD攝像頭（2）通過數據線連接；CCD攝像頭（2）與反射鏡（2-17）相對應；控制器模塊（7）的中間安裝有TFT液晶屏（6）；

拉力機（3）包括鋼板底座（2-1）、材料夾具A（2-2）、材料夾具B（2-3）和PH拉力計（2-4）；材料夾具A（2-2）安裝在鋼板底座（2-1）上，材料夾具B（2-3）安裝在PH拉力計（2-4）上；PH拉力計（2-4）安裝在固定橫向梁（2-9）上，圓柱梁A（2-6）和圓柱梁B（2-8）均安裝在鋼板底座（2-1）上，固定橫向梁（2-9）能夠沿圓柱梁A（2-6）、圓柱梁B（2-8）滑動；步進電機（2-13）連通聯軸器（2-5）帶動絲杠套組（2-7）中的絲杠轉動；上平臺鋼板A（2-12）通過四個小支柱（2-10）固定在上平臺鋼板B（2-24）上，上平臺鋼板B（2-24）固定在頂橫梁（2-11）上，頂橫梁（2-11）分別和圓柱梁A（2-6）、圓柱梁B（2-8）連接固定；當采用大力矩高精度的步進電機轉動時，能夠帶動絲杠套組（2-7）中的絲杠轉動，絲杠轉動帶動固定橫向梁（2-9）的移動，進而帶動PH拉力計（2-4）整體移動，為粘結力分離實驗提供電動勻速動力；鐵條（2-14）固定在上平臺鋼板B（2-24）上，上行程限位開關（2-15）和下行程限位開關（2-16）安置在鐵條（2-14）上；

控制器模塊（7）的MCU的PA8引腳輸出PWM，經過實驗得出當PWM的參數為8K頻率占空比為50%時分離速度效果最佳且不會出現丟步情況，PA8引腳和L298驅動模塊（5）的IN1引腳連接；控制器模塊（7）輸出控制步進電機（2-13）正反轉信號由PA4引腳和PA5引腳控制，PA4引腳和PA5引腳分別和L298驅動模塊（5）的IN2和IN3引腳連接；L298驅動模塊（5）實現電平放大和驅動電流的放大，使得步進電機驅動器（4）和控制器模塊（7）的控制信號電平匹配；L298驅動模塊（5）的OUT1引腳和步進電機驅動器（4）的PUL-引腳連接，步進電機驅動器（4）的PUL+引腳接高電平，步進電機驅動器（4）的DIR+引腳和L298驅動模塊（5）的OUT2引腳連接，步進電機驅動器（4）的DIR-引腳和L298驅動模塊（5）的OUT3引腳連接；然后再將步進電機驅動器（4）和步進電機（2-13）控制信號和四相信號線連接；

圖像顯微模塊采用一個的連續變倍物鏡（2-18），連續變倍物鏡（2-18）的調節范圍為3～30×；齒輪環A（2-19）固定在連續變倍物鏡（2-18）上，并在直流微控電機（2-22）的轉軸上固定一個齒輪B（2-23），通過控制直流微控電機（2-22）轉動實現自動變倍；連續變倍物鏡（2-18）和CCD 相機（2-20）將粘結材料的分離過程通過45度安放的反射鏡（2-17）能夠顯微成像；CCD 相機（2-20）和直流微控電機（2-22）固定在支架板（2-21）上；CCD 相機（2-20）和直流微控電機（2-22）再通過數據線傳到計算機（1）中顯示以便觀察分析，計算機（1）將得到的信息進行分析，同時將聚焦信息反饋給控制器模塊（7），控制器模塊（7）控制直流微控電機（2-22）轉動調焦形成閉環自動調焦功能；

其特征在于：

首先對拉力計進行嵌入式芯片功能進行初始化配置，要進行拉力測試時，通過手動按鍵控制絲杠的轉動，移動到開始位置，用材料夾具A（2-2）和材料夾具B（(2-3）夾緊被測材料進行拉力測試；然后輸入被測材料的激光處理的參數，參數包括激光的掃描速度、準分子激光的脈沖個數、激光輻照能量強度，根據信息輸出推薦的步進電機轉速，并且該步進電機轉度能夠根據測試情況進行更改；然后，達到限位開關或達到峰值拉力時電機拉力測試，即關閉定時器中斷；然后在主程序循環中，用串口獲得計算機關于物鏡聚焦信息，再控制直流微控電機調焦，形成閉環調節變倍物鏡調焦；然后，定時器中斷是20ms一次的中斷響應服務；在中斷響應服務當中，進行的工作是完成嵌入式芯片對PH拉力計數據的讀取，并把通信內容進行數據格式處理并對拉力值關鍵信息提取，再將提取的拉力值和根據驅動頻率計算得到的拉開距離，實時繪制到TFT液晶屏上成曲線走勢圖，再輸出拉力和激光參數的實時變比，為粘結力分離實驗提供參考；最后在嵌入式芯片STM32F103RCT6當中配置PWM讓引腳PA8輸出PWM，為HBS86H全數字式閉環步進驅動器提供脈沖頻率，驅動電機工作；如此循環進行拉力測試工作；

計算機（1）實時利用CCD鏡頭采集被測材料的分離過程，獲得其過程顯微圖像，然后通過計算機對圖像進行去除噪聲、增強、復原、分割、提取特征，最終得到需要的各項檢測數據和顯微圖像，為粘結力測試提供分析數據。