一种硬光路光束柔性传输定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种硬光路光束柔性传输定位方法及装置，采用空间光束柔性传输技术，对大幅面复杂图案进行激光制造，主要包括：规划光束空间扫描路径，进行光束空间扫描，根据扫描结果，由传输定位运动平台控制构件在空间中运动，对光斑位置进行准确定位；将激光扫描速度和激光脉冲关联，扫描速度越快，激光脉冲个数越多，通过控制扫描速度和激光脉冲个数对大幅面复杂图案精细制造；通过空间四自由度旋转臂对光束进行控制，由水平及垂直旋转轴的运动完成控制过程，在控制过程中保持水平与垂直旋转轴的同步，通过CMOS相机监控光束角度偏差，角度偏差经过反射镜，由光束位置检测器检测光束偏转角度；根据偏转角度对水平及垂直旋转轴进行微调。 1

A flexible transmission and location method and device for hard light beam

The method and device for flexible beam transmission and positioning of hard light beam are proposed. The space beam flexible transmission technology is used to make laser manufacturing of complex pattern with large amplitude. It mainly includes: planning the space scanning path of the beam, scanning the beam space, and controlling the components by the transmission positioning motion platform according to the scanning result. In space, the position of the spot is accurately positioned; the laser scanning speed is associated with the laser pulse, the faster the scanning speed is, the more the number of the laser pulses, the precise manufacturing of the complex pattern of large amplitude by controlling the scanning speed and the number of laser pulses, and the beam is controlled by the four degree of freedom rotating arm of the space, and the level is controlled by the level. In the control process, the horizontal and vertical rotation axes are synchronized. The angle deviation of the beam is monitored by the CMOS camera, the angle deviation passes through the mirror, the beam deflection angle is detected by the beam position detector, and the horizontal and vertical rotation axis is tuned according to the deflection angle. One

【技术实现步骤摘要】
一种硬光路光束柔性传输定位方法及装置
本专利技术属于先进激光制造领域，涉及一种硬光路光束柔性传输定位方法及装置。用于对大幅面复杂图案进行激光制造。
技术介绍
20世纪60年代出现一种新型光源，具有单色性好、方向性好、相干性好、能量集中等特点。飞秒光脉冲是指持续时间为10-12s-10-15s的激光脉冲，这种激光脉冲具有极高的峰值功率，很宽的光谱宽度和极短的激光发射时间的特点。飞秒激光以其独特的超短持续时间和超强峰值功率开创了材料超精细、低损伤和空间三维加工处理的新领域，而且应用越来越广。根据飞秒激光超短和超强的特点，大体上可以将应用研究领域分成超快瞬态现象的研究和超强现象的研究。它们都是随着激光脉冲宽度的缩短和脉冲能量的增加而不断的得以深入和发展。飞秒脉冲激光的最直接应用是人们利用它作为光源,形成多种时间分辨光谱技术和泵浦/探测技术。它的发展直接带动物理、化学、生物、材料与信息科学的研究进入微观超快过程领域,并开创了一些全新的研究领域,如飞秒化学、量子控制化学、半导体相干光谱等。飞秒脉冲激光与纳米显微术的结合,使人们可以研究半导体的纳米结构(量子线、量子点和纳米晶体)中的载流子动力学。在生物学方面,人们正在利用飞秒激光技术所提供的差异吸收光谱、泵浦/探测技术,研究光合作用反应中心的传能、转能与电荷分离过程。超短脉冲激光还被应用于信息的传输、处理与存贮方面。第一台利用啁啾脉冲放大技术实现的台式太瓦激光的成功运转始于1988年，这一成果标志着在实验室内飞秒超强及超高强光物理研究的开始。在这一领域研究中，由于超短激光场的作用已相当于或者大大超过原子中电子所受到的束缚场，微扰论已不能成立，新的理论处理有待于发展。在1020W/cm2的光强下，可以实现模拟天体物理现象的研究。1019-1021W/cm2的超高强激光产生的热电子（200KeV）。飞秒激光的另一个重要的应用就是微精细加工。通常，按激光脉冲标准来说，持续时间大于10皮秒（相当于热传导时间）的激光脉冲属于长脉冲，用它来加工材料，由于热效应使周围材料发生变化，从而影响加工精度。而脉冲宽度只有几千万亿分之一秒的飞秒激光脉冲则拥有独特的材料加工特性，如加工孔径的熔融区很小或者没有；可以实现多种材料，如金属、半导体、透明材料内部甚至生物组织等的微机械加工、雕刻；加工区域可以小于聚焦尺寸，突破衍射极限等等。一些汽车制造厂和重型设备加工厂目前正研究用飞秒激光加工更好的发动机喷油嘴。使用超短脉冲激光，可在金属上打出几百纳米宽的小孔。在最近于奥兰多举行的美国光学学会会议上，IBM公司的海特说，IBM已将一种飞秒激光系统用于大规模集成电路芯片的光刻工艺中。用飞秒激光进行切割，几乎没有热传递。美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员发现，这种激光束能安全地切割高爆炸药。该实验室的洛斯克说：“飞秒激光有希望作为一种冷处理工具，用于拆除退役的火箭、火炮炮弹及其他武器。”飞秒激光能用于切割易碎的聚合物，而不改变其重要的生物化学特性。生物医学专家已将它作为超精密外科手术刀，用于视力矫正手术，既能减少组织损伤又不会留下手术后遗症，甚至可对单个细胞动精密手术或者用于基因疗法。目前人们还在研究如何将飞秒激光用于牙科治疗。有科学家发现，利用超短脉冲激光能去掉牙的一小块，而不影响周围的物质。美国Clark-MXR公司最近推出的UMW系列超快激光微加工工作台正是代表了这个领域里最前沿的商用飞秒激光微加工系统，它包括了用超短脉冲激光进行微加工所需的一切设备与配件，可用于微加工任何材料，生成亚微米精细结构，而不会对周边材料造成损害，不会造成材料飞溅，加工结果极其精确并具有高度可重复性。飞秒脉冲的直接用途就是时间分辨光谱学。用飞秒脉冲来观测物理，化学和生物等超快过程，飞秒脉冲可作共焦显微镜的光源，来作生物样品的三维图象。用飞秒脉冲作光源的光学相干断层扫描(opticalcoherencetomography,简称OCT)可观察活体细胞的三维图象，此时并不是利用飞秒脉冲的时间特性，而是利用飞秒光源的宽谱线，来产生类似白光的干涉，利用飞秒脉冲在半导体中激发的声子的反射可用来实时测量半导体薄膜的厚度，以监测半导体薄膜的生长，用飞秒脉冲来作微型加工，打出的孔光滑而没有毛刺，因为飞秒脉冲不是靠热效应先熔化再蒸发，而是靠强场直接蒸发材料，飞秒脉冲用作光通信的光源，可把现有的通信速度提高几百倍，高能量的飞秒脉冲激光与等离子体相互作用可产生高次谐波及X－射线，并有可能用于受控核聚变，人们还尝试用飞秒脉冲产生的兆兆赫兹辐射，来检测集成电路的包装质量，甚至肉类制品的脂肪含量。总之，飞秒脉冲的应用很多。随着飞秒脉冲激光器的进一步发展和完善，一定能开辟出更多的应用前景。值得注意的是，每当研究发展到一定阶段，各国的研究人员中就有一批人从研究小组分离出来，把研究成果转化为产品，当然原有的激光器公司也注意吸收新的研究成果。在国家科技战略方面，美国的做法是支持几个重点大学和国家实验室，例如密西根大学的超快光学中心，加州大学圣迭哥分校的强场物理实验室，劳仑斯-利物莫实验室等。日本则是以通产省大型“产(产业)官(官厅，即国家实验室)学(大学)”研究项目的形式，于1996年开始了所谓“飞秒技术计划”，集中了日本几乎所有的知名大公司，国家实验室和大学，还拉上了美国的贝尔实验室，开展飞秒脉冲技术的研究，目标是在兆兆比特高速通信技术方面独占鳌头。在飞秒激光制造领域，光束传输定位对制造精度及质量其重要，国内西安光机所采用了空间光束柔性传输技术，开发了大幅面复杂图案的激光制造技术与装备，但制造效率和稳定性不足；西安交大开发了金属表面微细织构的超快激光加工装备，但高效和实用性有待提升；大连理工采用激光、微削复合加工技术，只能实现小尺寸构件的表面图案制造；510所主导国内航天器固面天线反射器激光制造，但目前只能依赖俄罗斯激光制造装备（价格昂贵，近1000万）和西安光机所工程样机，且加工幅面、稳定性、效率达不到要求；针对发动机涡轮部件标印的技术与装备，国内完全空白。
技术实现思路
大型构件表面的传统制造，依赖五轴平台实现构件运动，存在机构干涉、空间占用大、精度/效率低等问题，本专利技术发展光束高速柔性传输定位技术，减少机械结构、防止机构干涉且提高制造效率，同时开发光束精准指向技术。光束空间高速柔性传输定位及精准指向技术，解决大型构件表面激光制造装备的空间占用大、精度/效率低等问题，涉及一种硬光路光束柔性传输定位方法及装置，该方法及装置光束垂直摆角：-100°~+100°，光束水平摆角：0~360°；水平回转中心轴与垂直回转中心轴正交角度偏差：≤5″，重复定位精度≤2μrad；最大光束传输扫描速度1m/s。方法主要包括：规划光束空间扫描路径，进行光束空间扫描，根据扫描结果，由传输定位运动平台控制构件在空间中运动，对光斑位置进行准确定位；将激光扫描速度和激光脉冲关联，扫描速度越快，激光脉冲个数越多，通过控制扫描速度和激光脉冲个数对大幅面复杂图案精细制造；通过空间四自由度旋转臂对光束进行控制，由水平及垂直旋转轴的运动完成控制过程，在控制过程中保持水平与垂直旋转轴的同步，通过CMOS相机监控光束角度偏差，角度偏差经过反射镜，由光束位置检测器检测光束偏转角度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬光路光束柔性传输定位方法，采用空间光束柔性传输技术，对大幅面复杂图

【技术特征摘要】
1.一种硬光路光束柔性传输定位方法，采用空间光束柔性传输技术，对大幅面复杂图案进行激光制造，主要包括：规划光束空间扫描路径，进行光束空间扫描，根据扫描结果，由传输定位运动平台控制构件在空间中运动，对光斑位置进行准确定位；将激光扫描速度和激光脉冲关联，扫描速度越快，激光脉冲个数越多，通过控制扫描速度和激光脉冲个数对大幅面复杂图案精细制造；通过空间四自由度旋转臂对光束进行控制，由水平及垂直旋转轴的运动完成控制过程，在控制过程中保持水平与垂直旋转轴的同步，通过CMOS相机监控光束角度偏差，角度偏差经过反射镜，由光束位置检测器检测光束偏转角度；根据偏转角度对水平及垂直旋转轴进行微调。2.所述传输定位运动平台控制构件沿XYZ轴移动，通过在XYZ轴方向上的移动实现构件相对于光束平移；所述光束由空间四自由度旋转臂驱动在水平与垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61