CN111174723A - 精密加工检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种精密加工检测装置及检测方法，该精密加工检测装置包括激光器；样品台，样品台用于承载加工样品并能够带动加工样品运动；衍射光学元件，衍射光学元件位于激光器与加工样品之间的光路上并对激光器出射的激光进行衍射；合束镜，合束镜位于衍射光学元件与加工样品之间的光路上，能够透射自衍射光学元件出射的光束并反射自加工样品出射的光束；高量子效率相机，高量子效率相机接收自加工样品出射并被合束镜反射的光束以获得干涉图案；及三维轮廓合成模块，三维轮廓合成模块能够根据高量子效率相机获得的干涉图案合成加工样品的三维轮廓信息以检测精密加工效果。本发明具有检测成本低、检测及时且耗时短的优势。

Description

精密加工检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及精密加工技术领域，尤其涉及一种精密加工检测装置及检测方法。
背景技术
现有技术中，一般采用白光干涉仪和显微镜对精密加工的样品轮廓进行检测，但存在检测设备价格昂贵且检测耗时较长的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够降低检测成本和检测时长的精密加工检测装置及检测方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种精密加工检测装置，包括：
激光器，所述激光器能够产生并出射激光；
样品台，所述样品台用于承载加工样品并能够带动所述加工样品运动，以使所述激光器出射的激光能够在所述加工样品表面移动进行精密加工；
衍射光学元件，所述衍射光学元件位于所述激光器与所述加工样品之间的光路上并对所述激光器出射的激光进行衍射；
合束镜，所述合束镜位于所述衍射光学元件与所述加工样品之间的光路上，能够透射自所述衍射光学元件出射的光束并反射自所述加工样品出射的光束；
高量子效率相机，所述高量子效率相机接收自所述加工样品出射并被所述合束镜反射的光束以获得干涉图案；及
三维轮廓合成模块，所述三维轮廓合成模块能够根据所述高量子效率相机获得的干涉图案合成所述加工样品的三维轮廓信息以检测精密加工效果；其中，
入射至所述加工样品表面的光束部分被吸收用于精密加工，剩余部分形成自所述加工样品出射的光束。
为了实现上述目的，本发明还提供一种精密加工检测方法，包括以下步骤：
采用激光器产生激光并将所述激光器出射的激光依次经过衍射光学元件的衍射及合束镜的透射汇聚至加工样品表面；
采用高量子效率相机接收自所述加工样品表面出射并被所述合束镜反射的光束以获得干涉图案；及
采用三维轮廓合成模块根据所述高量子效率相机获得的干涉图案合成所述加工样品的三维轮廓信息。
本发明提供的精密加工检测装置及检测方法通过激光器、衍射光学元件、合束镜、高量子效率相机及三维轮廓合成模块实现了精密加工样品的实时在线检测。相比于现有技术，具有检测成本低、检测及时且耗时短的优势。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的精密加工检测装置的结构示意图。
图2为本发明一实施例提供的精密加工检测方法的流程图。
主要元件符号说明
Figure BDA0001864420390000021
Figure BDA0001864420390000031
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中设置的元件。当一个元件被认为是“设置在”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中设置的元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明的实施例提供一种精密加工检测装置100，能够对精密加工的样品轮廓进行在线检测。该精密加工检测装置100包括激光器10、样品台20、衍射光学元件30、合束镜40、高量子效率相机50及三维轮廓合成模块60。
具体地，激光器10能够产生并出射激光，可以理解，激光具有高能量密度，能够对材料进行雕刻和切割，从而实现材料表面的精密加工。样品台20用于承载加工样品200并能够带动加工样品200运动，以使激光器10出射的激光能够在加工样品200表面移动进行精密加工。可以理解，加工样品200在样品台20的带动下运动时，激光器10出射的激光能够入射至加工样品200表面的不同区域。
本实施例中，衍射光学元件30位于激光器10与加工样品200之间的光路上以对激光器10出射的激光进行衍射，因此，激光器10出射的激光在入射至加工样品200表面之前需经过衍射光学元件30的衍射。
本实施例中，合束镜40位于衍射光学元件30与加工样品200之间的光路上。合束镜40能够透射自衍射光学元件30出射的光束并反射自加工样品200出射的光束。
精密加工检测装置100的工作原理在于：激光器10出射的激光依次经过衍射光学元件30及合束镜40入射至加工样品200表面，大部分光束被加工样品200吸收以实现精密加工，剩余的小部分光束形成自加工样品200出射的光束并被合束镜40反射。高量子效率相机50接收自加工样品200出射并被合束镜40反射的光束获得干涉图案，三维轮廓合成模块60根据高量子效率相机50获得的干涉图案合成加工样品200的三维轮廓信息以检测精密加工效果。不难理解，可通过三维轮廓合成模块60合成的三维轮廓信息判断精密加工是否达标。
本实施例中，三维轮廓合成模块60为计算机，能够利用干涉图案的条纹长度、宽度和亮度信息，经过设定程序运算出加工样品200的三维轮廓信息。
进一步地，精密加工检测装置100还包括位于激光器10与衍射光学元件30之间的光路上的光束整形元件71和反射镜72。其中，光束整形元件71能够对激光器10出射的激光进行调整以获得合适光斑大小和发散角的光束，从而匹配后续光学元器件。自光束整形元件71出射的光束经过反射镜72的反射后入射至衍射光学元件30。可以理解，反射镜72能够改变光的传播方向，方便调整后续光学元器件的位置。
进一步地，精密加工检测装置100还包括位于合束镜40与加工样品200之间的聚光元件80，以使合束镜40出射的光束汇聚于加工样品200表面。本实施例中，聚光元件80包括聚焦透镜81与显微目镜82。
进一步地，精密加工检测装置100还包括运动控制模块90，运动控制模块90与样品台20相连并能够控制样品台20运动。
本实施例中，三维轮廓合成模块60分别与激光器10及运动控制模块90相连，并能够在加工样品200的三维轮廓信息表明精密加工不达标时停止激光器10出射激光并通过运动控制模块90停止样品台20运动，不仅能够节省能量，还便于后续加工调整。
请参阅图2，本发明的实施例还提供一种适用于上述精密加工检测装置100的检测方法，主要包括以下步骤：
S101：采用激光器10产生激光并将激光依次经过衍射光学元件30的衍射及合束镜40的透射汇聚至加工样品200表面；
S102：采用高量子效率相机50接收自加工样品200表面出射并被合束镜40反射的光束以获得干涉图案；
S103：采用三维轮廓合成模块60根据高量子效率相机50获得的干涉图案合成加工样品200的三维轮廓信息。
进一步地，该检测方法还包括以下步骤：将加工样品200放置于样品台20上，并通过运动控制模块90控制样品台20带动加工样品200运动。
进一步地，该检测方法还可以包括以下步骤：三维轮廓合成模块60在合成的三维轮廓信息表明精密加工不达标时控制激光器10停止出射激光并通过运动控制模块90停止样品台20运动。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种精密加工检测装置，其特征在于：包括：
激光器，所述激光器能够产生并出射激光；
样品台，所述样品台用于承载加工样品并能够带动所述加工样品运动，以使所述激光器出射的激光能够在所述加工样品表面移动进行精密加工；
衍射光学元件，所述衍射光学元件位于所述激光器与所述加工样品之间的光路上并对所述激光器出射的激光进行衍射；
合束镜，所述合束镜位于所述衍射光学元件与所述加工样品之间的光路上，能够透射自所述衍射光学元件出射的光束并反射自所述加工样品出射的光束；
高量子效率相机，所述高量子效率相机接收自所述加工样品出射并被所述合束镜反射的光束以获得干涉图案；及
三维轮廓合成模块，所述三维轮廓合成模块能够根据所述高量子效率相机获得的干涉图案合成所述加工样品的三维轮廓信息以检测精密加工效果；其中，
入射至所述加工样品表面的光束部分被吸收用于精密加工，剩余部分形成自所述加工样品出射的光束。
2.如权利要求1所述的精密加工检测装置，其特征在于：所述精密加工检测装置还包括位于所述激光器与所述衍射光学元件之间的光路上的光束整形元件，所述光束整形元件能够对所述激光器出射的激光进行调整以获得合适光斑大小和发散角的光束。
3.如权利要求2所述的精密加工检测装置，其特征在于：所述精密加工检测装置还包括位于所述光束整形元件与所述衍射光学元件之间的光路上的反射镜，自所述光束整形元件出射的光束经过所述反射镜的反射后入射至所述衍射光学元件。
4.如权利要求1所述的精密加工检测装置，其特征在于：所述精密加工检测装置还包括位于所述合束镜与所述加工样品之间的光路上的聚光元件，以对所述合束镜出射的光束进行聚焦。
5.如权利要求4所述的精密加工检测装置，其特征在于：所述聚光元件包括聚焦透镜与显微目镜。
6.如权利要求1所述的精密加工检测装置，其特征在于：所述精密加工检测装置还包括运动控制模块，所述运动控制模块与所述样品台相连并能够控制所述样品台运动。
7.如权利要求6所述的精密加工检测装置，其特征在于：所述三维轮廓合成模块分别与所述激光器及所述运动控制模块相连，并能够在所述加工样品的三维轮廓信息表明精密加工不达标时停止所述激光器出射激光并通过所述运动控制模块停止所述样品台运动。
8.一种适用于权利要求1～7任意一项所述的精密加工检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
采用激光器产生激光并将所述激光器出射的激光依次经过衍射光学元件的衍射及合束镜的透射汇聚至加工样品表面；
采用高量子效率相机接收自所述加工样品表面出射并被所述合束镜反射的光束以获得干涉图案；及
采用三维轮廓合成模块根据所述高量子效率相机获得的干涉图案合成所述加工样品的三维轮廓信息。
9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于：所述检测方法还包括以下步骤：将所述加工样品放置于样品台上，并通过运动控制模块控制所述样品台带动所述加工样品运动。
10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于：所述检测方法还包括以下步骤：所述三维轮廓合成模块在合成的三维轮廓信息表明精密加工不达标时控制所述激光器停止出射激光并通过所述运动控制模块停止所述样品台运动。
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