[發明專利]激光誘導擊穿光譜與聲反射結合的在線監測系統及方法

在審

• 申請號: 202011020559.2
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112255191A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 謝小柱;王鵬超;龍江游;胡偉;張宇梁;彭清發
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/17
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明涉及激光加工的技術領域，更具體地，涉及激光誘導擊穿光譜與聲反射結合的在線監測系統及方法，包括三軸平臺、飛秒激光加工系統、等離子體光譜檢測系統、ICCD攝像系統及聲反射檢測系統、圖像采集系統及控制端：待加工工件安裝于三軸平臺；等離子體光譜檢測系統對等離子體輻射的光進行光譜分析；ICCD攝像系統拍攝激光作用產生的等離子照片；聲反射檢測系統檢測加工過程待加工工件表面聲音信號；圖像采集系統實時拍攝待加工工件表面得到表面形貌照片。本發明結合激光誘導擊穿光譜與聲反射的優勢，不僅可以監測掃線掃面加工過程聲信號的變化，而且可實現在線原位檢測，在不干擾中斷加工過程的前提下，對物理過程變化及成分信息進行快速實時的監測。

技術領域

本發明涉及激光加工過程監測的技術領域，更具體地，涉及一種激光誘導擊穿光譜與聲反射結合的在線監測系統及方法。

背景技術

激光微細加工技術可以對藍寶石、碳化硅、陶瓷和玻璃等光學元件和半導體襯底等脆性材料、碳鋼以及易產生塑性流動的低硬度復合材料進行微細加工，加工精度一般在幾微米到數十微米，微細加工過程主要是以激光熱源作用于材料，材料主要在燒蝕機制作用下發生微去除過程以達到理想的加工表面質量。激光微去除過程涉及光物理和光化學效應和加工機理復雜，導致材料加工過程存在各種不穩定因素，而現有的離線檢測的方法通常是被動的通過觀測被燒蝕材料的各種性質(如表面形貌，表面粗糙度，表面鍵能)來反饋調節加工的參數，對于想要的加工結果，需要反復試驗和觀測的周期長，影響研究效率，難以完全確保材料加工質量，無法滿足精密器件等重要領域對關鍵構件的質量要求。

中國專利CN104535544B公開了一種利用激光誘導擊穿光譜檢測土壤重金屬的裝置，包括有控制系統、手持工作頭，控制系統包括有工控機以及與工控機控制連接的供氣模塊、光譜儀、激光電源模塊，工控機上安裝有KVM虛擬機。在等離子體激發與收集部分采用了空間約束技術和多通道信號采集方式，輔以同軸吹氣驅散懸浮微塵方法，同時利用聲信號傳感器監測等離子體激發時的聲音信號，對光譜信號進行歸一化運算處理；利用此系統進行對比光譜測試，光譜數據的檢測穩定性與譜線信號強度得到顯著提高，能夠滿足土壤重金屬污染的現場檢測需要。上述方案雖將激光誘導擊穿光譜與聲反射結合用于檢測重金屬含量，而無法直接應用于激光加工過程中的聲光信號的變化。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種激光誘導擊穿光譜與聲反射結合的在線監測系統及方法，在不干擾中斷加工過程的前提下，實時捕捉材料加工過程中聲光信號變化，可實現材料微細加工過程中成分、缺陷的一體化和全流程監控。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

提供一種激光誘導擊穿光譜與聲反射結合的在線監測系統，包括三軸平臺、飛秒激光加工系統、等離子體光譜檢測系統、ICCD攝像系統及聲反射檢測系統、圖像采集系統及控制端：

待加工工件安裝于三軸平臺，待加工工件可發生X軸、Y軸、Z軸三軸運動；

所述飛秒激光加工系統向待加工工件表面聚焦短脈沖激光加工，加工過程中產生有等離子體及等離子體輻射的光；

所述等離子體光譜檢測系統用于對所述等離子體輻射的光進行光譜分析得到光譜信號變化和等離子體特征信息；

所述ICCD攝像系統用于拍攝激光作用產生的等離子照片，在飛秒激光加工系統出光時控制端觸發ICCD拍攝系統拍攝等離子體照片，等離子體照片傳輸至控制端進行分析；

所述聲反射檢測系統用于檢測加工過程待加工工件表面聲音信號，聲音信號傳輸至控制端進行處理和分析；

所述圖像采集系統實時拍攝待加工工件表面得到表面形貌照片，所述表面形貌照片傳輸至控制端進行處理和分析；

所述三軸平臺、飛秒激光加工系統、等離子體光譜檢測系統、ICCD攝像系統及聲反射檢測系統、圖像采集系統均連接于控制端。