CN111992871A - 飞秒激光微加工的同步监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了飞秒激光微加工的同步监测装置，属于飞秒激光微加工的监测领域。飞秒激光微加工的同步监测装置，包括调节底座，所述调节底座上设置有加工件，所述调节底座位于飞秒激光器一侧，所述调节底座上固定连接有第一驱动电机，所述第一驱动电机驱动端固定连接有第一驱动轴，所述第一驱动轴上固定连接有第一齿轮盘，所述加工件位于第一齿轮盘中心处，所述调节底座上通过转轴转动连接有传动齿轮；本发明通过监测用的CCD与加工件始终处于垂直状态，同时为了确保监测用的CCD准确对准加工件的加工位置，保持进行倾斜入射加工时的监测效果和垂直入射加工的监测效果相同，自动调整一气呵成，进行自动精确调整，确保了监测效果。

Description

飞秒激光微加工的同步监测装置

技术领域

本发明涉及飞秒激光微加工的监测技术领域，尤其涉及飞秒激光微加工的同步监测装置。

背景技术

飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间非常短，只有几个飞秒，一飞秒就是10的负15次方秒，也就是1/1000万亿秒，它比利用电子学方法所获得的最短脉冲要短几千倍，飞秒激光的第二个特点是具有非常高的瞬时功率，可达到百万亿瓦，比目前全世界发电总功率还要多出百倍；飞秒激光的第三个特点是，它能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域，所以飞秒激光在精细微小加工有很好的使用前景，同时利用飞秒激光进行微细加工时需要对加工工件加工状态进行实时监测，如现有技术中申请号为201310286691.1，于2016.02.24公开了飞秒激光微加工的同步监测装置，包括一台飞秒激光器，沿所述飞秒激光器输出的飞秒激光光路依次设有两个平行全反射镜、衰减片、偏振片、分束棱镜、两个光阑，快门、聚焦透镜和加工对象。加工对象固定在旋转平移装置上并使光阑中心与加工对象的竖直中心线在同一平面上。在旋转平移装置上还固定有L型支架，L型支架上设置有监测用的CCD。旋转平移装置、CCD和L型支架均通过信号线与计算机相连。分束棱镜将飞秒激光分成两束能量完全相同的两束光，一束沿飞秒激光光路，用于加工，另一束沿另一条光路进入功率计，对飞秒激光的能量进行测量。实现了对加工对象表面出现的变化进行实时同步监测，减少因多次测量引起的误差。两个光阑等高共线，光束保持固定；上利用飞秒激光器进行微小，然后CCD进行实时检测，然后通过利用L型支架调整监测用的CCD以适用不同的入射角度，对监测加工工件加工点加工效果，但是利用手动调节L型支架，一方面难以控制精确的调整监测用的CCD监测角度，另外一方面难以控制在调整好入射角度后在对监测用的CCD进行监测角度调节，调节步骤繁琐麻烦。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提出的飞秒激光微加工的同步监测装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

飞秒激光微加工的同步监测装置，包括调节底座，所述调节底座上设置有加工件，所述调节底座位于飞秒激光器一侧，所述调节底座上固定连接有第一驱动电机，所述第一驱动电机驱动端固定连接有第一驱动轴，所述第一驱动轴上固定连接有第一齿轮盘，所述加工件位于第一齿轮盘中心处，所述调节底座上通过转轴转动连接有传动齿轮，所述调节底座上通过第二驱动轴连接有第二齿轮盘，所述第一齿轮盘和第二齿轮盘均与所述的传动齿轮啮合，所述第二齿轮盘上通过第一驱动机构滑动连接有第一滑杆，所述第一滑杆上固定连接有底板，所述底板上通过第二驱动机构滑动连接有第二滑杆，所述第二滑杆上端安装有监测用的CCD，所述第一齿轮盘和第二齿轮盘的直径相同，

其中

在进行加工时，使得加工件的加工点位于第一齿轮盘的中心处，当所述第一驱动电机带动所述的第一齿轮盘旋转A度时：

所述第一驱动机构驱动所述的第一滑杆的距离为Δa：

Δa＝a＝c*sinA；

所述第二驱动机构驱动所述的第二滑杆的距离为Δb：

Δb＝c-bsinB＝c-bsin(90°-A)；

其中，c为第一齿轮盘中心到第二齿轮盘中心距离；

a为第二齿轮盘中心到第一滑杆与监测用的CCD交点处位置；

b为第一齿轮盘中心到第一滑杆与监测用的CCD交点处位置。

优选的，所述第一驱动机构包括固定在第二齿轮盘上的第二驱动电机，所述第二驱动电机驱动端固定连接有第一驱动齿轮，所述第一滑杆底侧固定连接有与第一驱动齿轮啮合的第一齿条。

优选的，所述第一滑杆底侧固定连接有滑条，所述第二齿轮盘上开设有与滑条匹配的第一滑槽，所述第一齿条固定连接在滑条上。

优选的，所述第二驱动机构包括固定在第二滑杆上的第三驱动电机，所述第三驱动电机驱动端固定连接有第二驱动齿轮，所述底板上固定连接有与第二驱动齿轮啮合的第二齿条。

优选的，所述底板上开设有供第二滑杆滑动第二滑槽。

优选的，所述第二滑杆上滑动连接有第一调节板，所述第一调节板上固定连接有第二调节板，所述第二调节板上滑动连接有调节块，所述监测用的CCD连接在调节块上。

优选的，所述调节块上铰接有用于夹紧所述监测用的CCD的夹紧套。

优选的，所述第一调节板底侧固定连接有滑块，所述第二滑杆上开设有与滑块匹配的滑槽。

优选的，所述第二滑杆上设有供飞秒激光器发射激光穿过的通道。

与现有技术相比，本发明提供了飞秒激光微加工的同步监测装置，具备以下有益效果：

1、该飞秒激光微加工的同步监测装置，通过在对加工件进行从垂直入射加工转换到倾斜入射加工时，通过启动第一驱动电机带动第一齿轮盘及加工件进行旋转，与此同时通过传动齿轮带动第二齿轮盘进行旋转，因为第一齿轮盘和第二齿轮盘的直径相同，从而使得第一滑杆与加工件始终平行，同时监测用的CCD与加工件始终处于垂直状态，同时为了确保监测用的CCD准确对准加工件的加工位置，第一驱动机构驱动第一滑杆的距离为Δa：Δa＝a＝c*sinA；第二驱动机构驱动第二滑杆的距离为Δb：Δb＝c-bsinB＝c-bsin；使得监测用的CCD始终保持对准加工件，保持进行倾斜入射加工时的监测效果和垂直入射加工的监测效果相同，自动调整一气呵成，进行自动精确调整，确保了监测效果。

附图说明

图1为本发明提出的飞秒激光微加工的同步监测装置的结构示意图；

图2为本发明提出的飞秒激光微加工的同步监测装置的图1中M处结构示意图；

图3为本发明提出的飞秒激光微加工的同步监测装置的在进行垂直入射激光监测示意图；

图4为本发明提出的飞秒激光微加工的同步监测装置的在进行倾斜入射激光监测示意图之一；

图5为本发明提出的飞秒激光微加工的同步监测装置的在进行倾斜入射激光监测示意图之一。

图中：1、调节底座；2、第一驱动电机；3、第一驱动轴；4、传动齿轮；5、转轴；6、第二齿轮盘；7、第二驱动轴；8、第一滑杆；9、飞秒激光器；10、第一齿轮盘；11、加工件；12、底板；13、第二滑槽；14、第二滑杆；15、通道；16、滑块；17、第一调节板；18、滑槽；19、调节块；20、夹紧套；21、第二调节板；22、监测用的CCD；23、滑条；24、第一滑槽；25、第二驱动电机；26、第一驱动齿轮；27、第一齿条；28、第三驱动电机；29、第二驱动齿轮；30、第二齿条。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-5，飞秒激光微加工的同步监测装置，包括调节底座1，调节底座1上设置有加工件11，调节底座1位于飞秒激光器9一侧，调节底座1上固定连接有第一驱动电机2，第一驱动电机2驱动端固定连接有第一驱动轴3，第一驱动轴3上固定连接有第一齿轮盘10，加工件11位于第一齿轮盘10中心处，调节底座1上通过转轴5转动连接有传动齿轮4，调节底座1上通过第二驱动轴7连接有第二齿轮盘6，第一齿轮盘10和第二齿轮盘6均与传动齿轮4啮合，第二齿轮盘6上通过第一驱动机构滑动连接有第一滑杆8，第一滑杆8上固定连接有底板12，底板12上通过第二驱动机构滑动连接有第二滑杆14，第二滑杆14上端安装有监测用的CCD22，第一齿轮盘10和第二齿轮盘6的直径相同，

其中

在进行加工时，使得加工件11的加工点位于第一齿轮盘10的中心处，当第一驱动电机2带动第一齿轮盘10旋转A度时：

第一驱动机构驱动第一滑杆8的距离为Δa：

Δa＝a＝c*sinA；

第二驱动机构驱动第二滑杆14的距离为Δb：

Δb＝c-bsinB＝c-bsin(90°-A)；

其中，c为第一齿轮盘10中心到第二齿轮盘6中心距离；

a为第二齿轮盘6中心到第一滑杆8与监测用的CCD22交点处位置；

b为第一齿轮盘10中心到第一滑杆8与监测用的CCD22交点处位置；

通过在对加工件11进行从垂直入射加工转换到倾斜入射加工时，通过启动第一驱动电机2带动第一齿轮盘10及加工件11进行旋转，与此同时通过传动齿轮4带动第二齿轮盘6进行旋转，因为第一齿轮盘10和第二齿轮盘6的直径相同，从而使得第一滑杆8与加工件11始终平行，同时监测用的CCD22与加工件11始终处于垂直状态，同时为了确保监测用的CCD22准确对准加工件11的加工位置，第一驱动机构驱动第一滑杆8的距离为Δa：Δa＝a＝c*sinA；第二驱动机构驱动第二滑杆14的距离为Δb：Δb＝c-bsinB＝c-bsin90°-A；使得监测用的CCD22始终保持对准加工件11，保持进行倾斜入射加工时的监测效果和垂直入射加工的监测效果相同，自动调整一气呵成，进行自动精确调整，确保了监测效果。

第一驱动机构包括固定在第二齿轮盘6上的第二驱动电机25，第二驱动电机25驱动端固定连接有第一驱动齿轮26，第一滑杆8底侧固定连接有与第一驱动齿轮26啮合的第一齿条27，便于驱动第一滑杆8移动。

第一滑杆8底侧固定连接有滑条23，第二齿轮盘6上开设有与滑条23匹配的第一滑槽24，第一齿条27固定连接在滑条23上，使得第一滑杆8稳定的滑动。

第二驱动机构包括固定在第二滑杆14上的第三驱动电机28，第三驱动电机28驱动端固定连接有第二驱动齿轮29，底板12上固定连接有与第二驱动齿轮29啮合的第二齿条30，便于驱动第二滑杆14进行滑动。

底板12上开设有供第二滑杆14滑动第二滑槽13，便于第二滑杆14稳定滑动。

第二滑杆14上滑动连接有第一调节板17，第一调节板17上固定连接有第二调节板21，第二调节板21上滑动连接有调节块19，监测用的CCD22连接在调节块19上，在安装监测用的CCD22时可对监测用的CCD22进行安装调整初始状态。

调节块19上铰接有用于夹紧监测用的CCD22的夹紧套20，便于夹紧连接监测用的CCD22。

第一调节板17底侧固定连接有滑块16，滑杆14上开设有与滑块16匹配的滑槽18，便于第一调节板17进行滑动调节。

第二滑杆14上设有供飞秒激光器9发射激光穿过的通道15，避免第二滑杆14对激光光束干扰。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.飞秒激光微加工的同步监测装置，包括调节底座(1)，所述调节底座(1)上设置有加工件(11)，所述调节底座(1)位于飞秒激光器(9)一侧，其特征在于，所述调节底座(1)上固定连接有第一驱动电机(2)，所述第一驱动电机(2)驱动端固定连接有第一驱动轴(3)，所述第一驱动轴(3)上固定连接有第一齿轮盘(10)，所述加工件(11)位于第一齿轮盘(10)中心处，所述调节底座(1)上通过转轴(5)转动连接有传动齿轮(4)，所述调节底座(1)上通过第二驱动轴(7)连接有第二齿轮盘(6)，所述第一齿轮盘(10)和第二齿轮盘(6)均与所述的传动齿轮(4)啮合，所述第二齿轮盘(6)上通过第一驱动机构滑动连接有第一滑杆(8)，所述第一滑杆(8)上固定连接有底板(12)，所述底板(12)上通过第二驱动机构滑动连接有第二滑杆(14)，所述第二滑杆(14)上端安装有监测用的CCD(22)，所述第一齿轮盘(10)和第二齿轮盘(6)的直径相同，

其中

在进行加工时，使得加工件(11)的加工点位于第一齿轮盘(10)的中心处，当所述第一驱动电机(2)带动所述的第一齿轮盘(10)旋转A度时：

所述第一驱动机构驱动所述的第一滑杆(8)的距离为Δa：

Δa＝a＝c*sinA；

所述第二驱动机构驱动所述的第二滑杆(14)的距离为Δb：

Δb＝c-bsinB＝c-bsin(90°-A)；

其中，c为第一齿轮盘(10)中心到第二齿轮盘(6)中心距离；

a为第二齿轮盘(6)中心到第一滑杆(8)与监测用的CCD(22)交点处位置；

b为第一齿轮盘(10)中心到第一滑杆(8)与监测用的CCD(22)交点处位置。

2.根据权利要求1所述的飞秒激光微加工的同步监测装置，其特征在于，所述第一驱动机构包括固定在第二齿轮盘(6)上的第二驱动电机(25)，所述第二驱动电机(25)驱动端固定连接有第一驱动齿轮(26)，所述第一滑杆(8)底侧固定连接有与第一驱动齿轮(26)啮合的第一齿条(27)。

3.根据权利要求2所述的飞秒激光微加工的同步监测装置，其特征在于，所述第一滑杆(8)底侧固定连接有滑条(23)，所述第二齿轮盘(6)上开设有与滑条(23)匹配的第一滑槽(24)，所述第一齿条(27)固定连接在滑条(23)上。

4.根据权利要求1所述的飞秒激光微加工的同步监测装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括固定在第二滑杆(14)上的第三驱动电机(28)，所述第三驱动电机(28)驱动端固定连接有第二驱动齿轮(29)，所述底板(12)上固定连接有与第二驱动齿轮(29)啮合的第二齿条(30)。

5.根据权利要求4所述的飞秒激光微加工的同步监测装置，其特征在于，所述底板(12)上开设有供第二滑杆(14)滑动第二滑槽(13)。

6.根据权利要求1所述的飞秒激光微加工的同步监测装置，其特征在于，所述第二滑杆(14)上滑动连接有第一调节板(17)，所述第一调节板(17)上固定连接有第二调节板(21)，所述第二调节板(21)上滑动连接有调节块(19)，所述监测用的CCD(22)连接在调节块(19)上。

7.根据权利要求6所述的飞秒激光微加工的同步监测装置，其特征在于，所述调节块(19)上铰接有用于夹紧所述监测用的CCD(22)的夹紧套(20)。

8.根据权利要求6所述的飞秒激光微加工的同步监测装置，其特征在于，所述第一调节板(17)底侧固定连接有滑块(16)，所述第二滑杆(14)上开设有与滑块(16)匹配的滑槽(18)。

9.根据权利要求1-8任一项所述的飞秒激光微加工的同步监测装置，其特征在于，所述第二滑杆(14)上设有供飞秒激光器(9)发射激光穿过的通道(15)。

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