CN205748294U - 一种用于激光加工的样品距离检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于激光加工的样品距离检测装置，包括沿主光路顺序排列的用于发出加工光束的激光器、激光功率调谐机构、快门、第一偏振分光棱镜、全反镜、激光光束直径调整系统、第二偏振分光棱镜、物镜和用于放置样品的三维移动平台，特点是三维移动平台背面设置有背景照明LED，第二偏振分光棱镜的分光路上设置有成像CCD，第一偏振分光棱镜的分光路上设置有聚焦透镜和光电倍增管，光电倍增管与放置在三维移动平台上的样品表面处在共聚焦位置，激光器、三维移动平台、快门、激光功率调谐机构和光电倍增管分别与控制计算机连接，优点在于利用加工系统中共用的激光器及三维移动平台，在实现精确测量的同时，尽可能地降低成本。

Description

一种用于激光加工的样品距离检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种距离检测装置，尤其是涉及一种用于激光加工的样品距离检测装置。

背景技术

在激光加工过程中，为了获得好的加工效果，除了要求激光功率稳定、三维平台位移精确及聚焦物镜高数值孔径以外，被加工材料表平面的精确定位尤其重要。

常用于表面形貌精确测量的仪器包括轮廓仪、原子力显微镜及扫描电子显微镜等。轮廓仪利用标准平面与被测表面干涉的方法，通过纵向扫描能够快速测量较大面积的表面形貌。然而，测量前通常需要在被测表面镀厚度为100nm以上的金膜，测量结束后被测材料便作废。原子力显微镜测量不需要表面镀金属膜，但是它测量速度较慢，测量区域小，不适合大面积表面形貌测量。扫描电子显微镜可以精确测量表面形貌，然而它无法量化表面高度。尽管可以使用上述方法标定好材料表平面后，将表面数据输入三维移动平台进而进行激光加工。但是由于需要将材料从测量平台移动到加工平台，参考面的变化使得材料表面位置数据需要进一步校正。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够在线测量并精确定位的用于激光加工的样品距离检测装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于激光加工的样品距离检测装置，包括沿主光路顺序排列的用于发出加工光束的激光器、激光功率调谐机构、快门、第一偏振分光棱镜、全反镜、激光光束直径调整系统、第二偏振分光棱镜、物镜和用于放置样品的三维移动平台，所述的三维移动平台背面设置有背景照明LED光源，所述的第二偏振分光棱镜的分光路上设置有成像CCD，所述的第一偏振分光棱镜的分光路上设置有聚焦透镜和光电倍增管，所述的光电倍增管与放置在所述的三维移动平台上的样品表面处在共聚焦位置，所述的激光器、所述的三维移动平台、所述的快门、所述的激光功率调谐机构和所述的光电倍增管分别与控制计算机连接。

所述的激光功率调谐机构由第一偏振片、波片和第二偏振片组成，所述的波片与所述的控制计算机连接。

所述的激光功率调谐机构的功率调谐精度为1μW。

所述的激光光束直径调整系统由一组透镜组成，从所述的激光光束直径调整系统出射后的光束直径为5mm。

所述的物镜的数值孔径为1.4。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于利用加工系统中共用的激光器及三维移动平台，在此基础上仅增加一个光电倍增管即可实现样品表面距离的精确测量，而光学波片、偏振片、调整架、光电倍增管和成像CCD均可以使用本技术领域的成熟产品，在实现精确测量的同时，尽可能地降低成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例一：如图所示，一种用于激光加工的样品距离检测装置，包括沿主光路顺序排列的用于发出加工光束的激光器1、激光功率调谐机构2、快门3、第一偏振分光棱镜4、全反镜5、激光光束直径调整系统6、第二偏振分光棱镜7、物镜8和用于放置样品的三维移动平台9，激光功率调谐机构2由第一偏振片21、波片22和第二偏振片23组成，功率调谐精度为1μW，激光光束直径调整系统6由一组透镜组成，从激光光束直径调整系统6出射后的光束直径为5mm，物镜8的数值孔径为1.4，三维移动平台9背面设置有背景照明LED光源10，第二偏振分光棱镜7的分光路上设置有成像CCD 11，第一偏振分光棱镜4的分光路上设置有聚焦透镜12和光电倍增管13，光电倍增管13与放置在三维移动平台9上的样品14表面处在共聚焦位置，激光器1、三维移动平台9、快门3、激光功率调谐机构2中的波片22和光电倍增管13分别与控制计算机15连接。

本实用新型的工作原理如下：

待加工定位的样品为表面平整度良好的薄膜或块体材料。为了获得高分辨率，采用数值孔径为1.4的物镜8。打开激光器1的电源，并将样品14固定安装到三维移动平台9上。顺序开启照明LED光源10、光电倍增管13、成像CCD 11。调节三维移动平台9的Z轴，使得样品14表面在成像CCD-11的焦平面附近。然后调节三维移动平台9的X轴与Y轴，选定待测目标区域。开启激光器1并调节其功率到10μW左右，然后打开快门3，将激光束照射在待测区域，驱动三维移动平台9沿着Z轴方向在±200μm的大范围内扫描，扫描速度100μm/s，直到观察到成像CCD 11中出现由大变小，然后又由小变大的光斑。如果CCD上观察不到如此变化的光斑就微调固定三维平台的基座，直到观测到该现象。缩小Z轴方向的扫描范围为±100μm，将扫描速度调低位50μm/s。依然清晰地看到由小变大，然后又由大变小的光斑。调节入射到光电倍增管13表面光斑的位置以及光电倍增管13的驱动电压，直到在控制计算机15屏幕上清晰地观察到光强随着扫描位置由小变大然后又变小的图像。调节Z轴扫描范围，直到光强变化曲线填充满整个控制计算机15屏幕。读出光强最强处所对应的Z轴数据P1，即为样品待加工点的表面高度数据。如果激光加工目标区域较大，直径大于40μm通常就需要重复上述步骤，测量多个加工位置的数据，获得更多目标区域的距离数据。

Claims (5)

1.一种用于激光加工的样品距离检测装置，包括沿主光路顺序排列的用于发出加工光束的激光器、激光功率调谐机构、快门、第一偏振分光棱镜、全反镜、激光光束直径调整系统、第二偏振分光棱镜、物镜和用于放置样品的三维移动平台，其特征在于所述的三维移动平台背面设置有背景照明LED，所述的第二偏振分光棱镜的分光路上设置有成像CCD，所述的第一偏振分光棱镜的分光路上设置有聚焦透镜和光电倍增管，所述的光电倍增管与放置在所述的三维移动平台上的样品表面处在共聚焦位置，所述的激光器、所述的三维移动平台、所述的快门、所述的激光功率调谐机构和所述的光电倍增管分别与控制计算机连接。

2.如权利要求1所述的一种用于激光加工的样品距离检测装置，其特征在于所述的激光功率调谐机构由第一偏振片、波片和第二偏振片组成，所述的波片与所述的控制计算机连接。

3.如权利要求1或2所述的一种用于激光加工的样品距离检测装置，其特征在于所述的激光功率调谐机构的功率调谐精度为1μW。

4.如权利要求1所述的一种用于激光加工的样品距离检测装置，其特征在于所述的激光光束直径调整系统由一组透镜组成，从所述的激光光束直径调整系统出射后的光束直径为5mm。

5.如权利要求1所述的一种用于激光加工的样品距离检测装置，其特征在于所述的物镜的数值孔径为1.4。