本實(shí)用新型涉及一種距離檢測(cè)裝置，尤其是涉及一種用于激光加工的樣品距離檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

在激光加工過(guò)程中，為了獲得好的加工效果，除了要求激光功率穩(wěn)定、三維平臺(tái)位移精確及聚焦物鏡高數(shù)值孔徑以外，被加工材料表平面的精確定位尤其重要。

常用于表面形貌精確測(cè)量的儀器包括輪廓儀、原子力顯微鏡及掃描電子顯微鏡等。輪廓儀利用標(biāo)準(zhǔn)平面與被測(cè)表面干涉的方法，通過(guò)縱向掃描能夠快速測(cè)量較大面積的表面形貌。然而，測(cè)量前通常需要在被測(cè)表面鍍厚度為100nm以上的金膜，測(cè)量結(jié)束后被測(cè)材料便作廢。原子力顯微鏡測(cè)量不需要表面鍍金屬膜，但是它測(cè)量速度較慢，測(cè)量區(qū)域小，不適合大面積表面形貌測(cè)量。掃描電子顯微鏡可以精確測(cè)量表面形貌，然而它無(wú)法量化表面高度。盡管可以使用上述方法標(biāo)定好材料表平面后，將表面數(shù)據(jù)輸入三維移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)而進(jìn)行激光加工。但是由于需要將材料從測(cè)量平臺(tái)移動(dòng)到加工平臺(tái)，參考面的變化使得材料表面位置數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步校正。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠在線測(cè)量并精確定位的用于激光加工的樣品距離檢測(cè)裝置。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種用于激光加工的樣品距離檢測(cè)裝置，包括沿主光路順序排列的用于發(fā)出加工光束的激光器、激光功率調(diào)諧機(jī)構(gòu)、快門(mén)、第一偏振分光棱鏡、全反鏡、激光光束直徑調(diào)整系統(tǒng)、第二偏振分光棱鏡、物鏡和用于放置樣品的三維移動(dòng)平臺(tái)，所述的三維移動(dòng)平臺(tái)背面設(shè)置有背景照明LED光源，所述的第二偏振分光棱鏡的分光路上設(shè)置有成像CCD，所述的第一偏振分光棱鏡的分光路上設(shè)置有聚焦透鏡和光電倍增管，所述的光電倍增管與放置在所述的三維移動(dòng)平臺(tái)上的樣品表面處在共聚焦位置，所述的激光器、所述的三維移動(dòng)平臺(tái)、所述的快門(mén)、所述的激光功率調(diào)諧機(jī)構(gòu)和所述的光電倍增管分別與控制計(jì)算機(jī)連接。

所述的激光功率調(diào)諧機(jī)構(gòu)由第一偏振片、波片和第二偏振片組成，所述的波片與所述的控制計(jì)算機(jī)連接。

所述的激光功率調(diào)諧機(jī)構(gòu)的功率調(diào)諧精度為1μW。

所述的激光光束直徑調(diào)整系統(tǒng)由一組透鏡組成，從所述的激光光束直徑調(diào)整系統(tǒng)出射后的光束直徑為5mm。

所述的物鏡的數(shù)值孔徑為1.4。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于利用加工系統(tǒng)中共用的激光器及三維移動(dòng)平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上僅增加一個(gè)光電倍增管即可實(shí)現(xiàn)樣品表面距離的精確測(cè)量，而光學(xué)波片、偏振片、調(diào)整架、光電倍增管和成像CCD均可以使用本技術(shù)領(lǐng)域的成熟產(chǎn)品，在實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量的同時(shí)，盡可能地降低成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例一：如圖所示，一種用于激光加工的樣品距離檢測(cè)裝置，包括沿主光路順序排列的用于發(fā)出加工光束的激光器1、激光功率調(diào)諧機(jī)構(gòu)2、快門(mén)3、第一偏振分光棱鏡4、全反鏡5、激光光束直徑調(diào)整系統(tǒng)6、第二偏振分光棱鏡7、物鏡8和用于放置樣品的三維移動(dòng)平臺(tái)9，激光功率調(diào)諧機(jī)構(gòu)2由第一偏振片21、波片22和第二偏振片23組成，功率調(diào)諧精度為1μW，激光光束直徑調(diào)整系統(tǒng)6由一組透鏡組成，從激光光束直徑調(diào)整系統(tǒng)6出射后的光束直徑為5mm，物鏡8的數(shù)值孔徑為1.4，三維移動(dòng)平臺(tái)9背面設(shè)置有背景照明LED光源10，第二偏振分光棱鏡7的分光路上設(shè)置有成像CCD 11，第一偏振分光棱鏡4的分光路上設(shè)置有聚焦透鏡12和光電倍增管13，光電倍增管13與放置在三維移動(dòng)平臺(tái)9上的樣品14表面處在共聚焦位置，激光器1、三維移動(dòng)平臺(tái)9、快門(mén)3、激光功率調(diào)諧機(jī)構(gòu)2中的波片22和光電倍增管13分別與控制計(jì)算機(jī)15連接。

本實(shí)用新型的工作原理如下：

待加工定位的樣品為表面平整度良好的薄膜或塊體材料。為了獲得高分辨率，采用數(shù)值孔徑為1.4的物鏡8。打開(kāi)激光器1的電源，并將樣品14固定安裝到三維移動(dòng)平臺(tái)9上。順序開(kāi)啟照明LED光源10、光電倍增管13、成像CCD 11。調(diào)節(jié)三維移動(dòng)平臺(tái)9的Z軸，使得樣品14表面在成像CCD-11的焦平面附近。然后調(diào)節(jié)三維移動(dòng)平臺(tái)9的X軸與Y軸，選定待測(cè)目標(biāo)區(qū)域。開(kāi)啟激光器1并調(diào)節(jié)其功率到10μW左右，然后打開(kāi)快門(mén)3，將激光束照射在待測(cè)區(qū)域，驅(qū)動(dòng)三維移動(dòng)平臺(tái)9沿著Z軸方向在±200μm的大范圍內(nèi)掃描，掃描速度100μm/s，直到觀察到成像CCD 11中出現(xiàn)由大變小，然后又由小變大的光斑。如果CCD上觀察不到如此變化的光斑就微調(diào)固定三維平臺(tái)的基座，直到觀測(cè)到該現(xiàn)象。縮小Z軸方向的掃描范圍為±100μm，將掃描速度調(diào)低位50μm/s。依然清晰地看到由小變大，然后又由大變小的光斑。調(diào)節(jié)入射到光電倍增管13表面光斑的位置以及光電倍增管13的驅(qū)動(dòng)電壓，直到在控制計(jì)算機(jī)15屏幕上清晰地觀察到光強(qiáng)隨著掃描位置由小變大然后又變小的圖像。調(diào)節(jié)Z軸掃描范圍，直到光強(qiáng)變化曲線填充滿整個(gè)控制計(jì)算機(jī)15屏幕。讀出光強(qiáng)最強(qiáng)處所對(duì)應(yīng)的Z軸數(shù)據(jù)P1，即為樣品待加工點(diǎn)的表面高度數(shù)據(jù)。如果激光加工目標(biāo)區(qū)域較大，直徑大于40μm通常就需要重復(fù)上述步驟，測(cè)量多個(gè)加工位置的數(shù)據(jù)，獲得更多目標(biāo)區(qū)域的距離數(shù)據(jù)。