一种二维激光螺旋式清洗方法技术

本发明专利技术公开了一种二维激光螺旋式清洗方法，激光清洗系统包括两个正交偏转的数字振镜电机，激光依次通过光隔离系统和准直系统后，依次入射到两个正交偏转的数字振镜电机轴上的反射镜上，经二次反射后，由场镜约束聚焦在二维平面内扫描烧蚀靶材基底上的表面污渍；两个数字振镜电机的接口协议是XY2‑100；两个数字振镜电机分别独立受控。本发明专利技术二维激光螺旋式清洗方法，对于清洗区域内任一点，相比于逐行烧蚀，激光按照螺旋填充路径走完外圈后才重回到该点附近，该点区域获得冷却时间，激光热积累效应变弱；逐行扫描速度为单个振镜电机速度，螺旋扫描速度为两电机速度矢量和，因此，相比于逐行扫描方式，激光螺旋式清洗的效果更加均匀，清洗效率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种二维激光螺旋式清洗方法
本专利技术涉及一种二维激光螺旋式清洗方法，属于二维激光清洗领域。
技术介绍
二维激光清洗指激光通过振镜电机偏转在二维平面上进行扫描,烧蚀靶材表面上的油污、锈或氧化层等，从而达到清洁靶材表面的效果。基于振镜电机模组的激光清洗应用，现有的扫描模式是行扫描后换行再次行扫描，主要存在清洗均匀性差、清洗效率低等问题。清洗均匀性差主要是由于振镜逐行扫描模式下，激光扫描到行边缘区域内经过减速到反向加速过程，而非边缘区域内激光保持高速偏转。边缘区域激光扫描平均速度低于非边缘区域，导致边缘区域烧蚀程度强于非边缘区域，烧蚀区域形貌高度分布不均。清洗效率低主要是由于逐行扫描过程中，X振镜偏转激光从左到右后停止偏转，Y轴振镜电机开始偏转激光换行、停止，再由X轴振镜摆动，周而复始填充整个区域，逐行烧蚀过程中同一时刻仅一轴电机运动即激光偏转速度为单轴电机速度，电机扫描速度慢直接导致清洗效率低。
技术实现思路
本专利技术提供一种二维激光螺旋式清洗方法，提高了清洗均匀性、提高了清洗效率。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种二维激光螺旋式清洗方法，激光清洗系统包括两个正交偏转的数字振镜电机，激光依次通过光隔离系统和准直系统后，依次入射到两个正交偏转的数字振镜电机轴上的反射镜上，经二次反射后，由场镜约束聚焦在二维平面内扫描烧蚀靶材基底上的表面污渍；两个数字振镜电机的接口协议是XY2-100；两个数字振镜电机分别独立受控。两个正交偏转的数字振镜电机也即X数字振镜电机和Y数字振镜电机。螺旋烧蚀过程中，XY双电机独立受控、且均始终保持偏转，偏转速度为两个正交电机的合成速度。振镜组合成速度大于单个电机偏转速度，从而提高激光清洗效率。对于扫描区域内任一点，尤其是在在边缘处，激光经过该点后需要绕完外圈才能再次经过该点附近，激光热积累减弱，清洗分布均匀。采用本申请螺旋式清洗方法，对于清洗区域内任一点，相比于逐行烧蚀，激光按照螺旋填充路径走完外圈后才重回到该点附近，该点区域获得冷却时间，激光热积累效应变弱；逐行扫描速度为单个振镜电机速度，螺旋扫描速度为两电机速度矢量和，因此，相比于逐行扫描方式，激光螺旋式清洗的效果更加均匀，清洗效率更高。作为一种优选的实现方案，两个正交偏转的数字振镜电机在一个周期内的偏转角度变化分别按照Sin函数和Cos函数分布进行控制，两个正交偏转的数字振镜电机在一个周期内的合成轨迹绕自身(合成轨迹)中心旋转填充整个二维平面，从而实现整个平面螺旋式扫描清洗。进一步优选，两个正交偏转的数字振镜电机在一个周期内的偏转角度变化分别按照Sin函数和Cos函数分布进行控制，使得合成的轨迹形成椭圆轨迹，合成的椭圆轨迹绕自身中心旋转填充整个二维平面，从而实现整个平面螺旋式扫描清洗。为了进一步提高清洗均匀性，两个正交偏转的数字振镜电机在一个周期内，Sin/Cos函数分布趋势下的均匀采样替换为高斯分布采样。前述方案，相比于形成麻花路径，清洗幅面更宽、更均匀，效率更高。为了方便控制，驱动两个数字振镜电机的电机驱动板的接口上有4对差分控制信号，分别为SENCDCK+/-,SYNC+/-,CHANELX+/-,CHANELY+/-；SYNC由低电平变到高电平时，每个SENCDCK时钟上升沿时候CHANELX、CHANELY数据变化，SENCDCK时钟下降沿时候CHANELX、CHANELY数据稳定，CHANELX、CHANELY数据分别表征当前X和Y方向的两个角度偏转量，将角度偏转量和场镜焦距进行运算获X、Y方向的位移分量，最终激光偏转的位移量即为X、Y方向位移分量的矢量和。位移分量的运算直接采用现有方法，本申请对此没有特别改进。例如激光点按照坐标(0,9)，(1,2)，(8,10)进行移动，需要将CHANELX＝0,CHANELY＝9,sync同步使能后，按照SENCDCK时钟节拍发送CHANELX和CHANELY数据，当振镜电机驱动器收到该指令信号后，触发响应，将电机转到CHANELX＝0，CHANELY＝9位置，响应时间为电机和驱动板的固有时间，属于振镜电机的硬件参数，用户无法更改。按照同样的方法发送CHANELX＝1，CHANELY＝2；CHANELX＝8，CHANELY＝10。作为激光清洗需要考虑振镜电机的摆动幅度和摆动速度。摆动幅度即为电机来回摆动的最大角度，摆动速度为电机在最大摆动角度之间扫描的速度。扫描速度等于电机摆动的最大幅度/完成摆动动作的时间。假如振镜电机完成10个点动作，则这10个点的时间＝10*电机响应时间+人为设置的延时时间，考虑到电机摆动的柔和型，基本会将延时时间分摊到每个点上，即完成1个点动作后，延时一下再移动到下一个点，例如10个点走完的时间为10ms，则每走一个点后延迟1ms，走完10个点累计成10ms。数字振镜电机的接口协议是XY2-100，最快10us发送一次指令，2M的速度已经远大于激光清洗中振镜摆动所需要的速度。设计以T＝10*N(N＝0,1,2,3...)μs作为控制时钟周期，每间隔T，触发角度发送指令，再每间隔A*T(0<A<100)和B*T(0<B<100)分别更改X、Y轴的速度数据。上述方法需要不断的发送指令脉冲，而且控制的速度和指令脉冲的间隔周期密切相关，实现了分别控制X、Y轴的速度。传统的控制办法只是在需要移动的时候，发送指令脉冲，指令脉冲中包含当前X，Y有效坐标，这样点与点之间的移动，对应的速度也是点和点之间的速度，即为X、Y轴之间的合成速度。本专利技术未提及的技术均参照现有技术。本专利技术二维激光螺旋式清洗方法，对于清洗区域内任一点，相比于逐行烧蚀，激光按照螺旋填充路径走完外圈后才重回到该点附近，该点区域获得冷却时间，激光热积累效应变弱；逐行扫描速度为单个振镜电机速度，螺旋扫描速度为两电机速度矢量和，因此，相比于逐行扫描方式，激光螺旋式清洗的效果更加均匀，清洗效率更高。附图说明图1为激光清洗系统结构示意图；图2为XY2-100协议时序图；图3为均匀取样条件下电机摆幅分布图；图4为高斯取样条件下电机摆幅分布图；图5为均匀取样路径仿真进度；图6为高斯取样路径仿真进度；图7为振镜偏转指令发送时序图；图8为利用现有的逐行烧蚀形貌分布图；图9为本专利技术螺旋烧蚀形貌分布图；图10为利用现有的逐行烧蚀边缘烧蚀形貌分布图；图11为本专利技术螺旋烧蚀边缘烧蚀形貌分布图；图12为利用现有的逐行烧蚀的铁锈表面清洗效果图；图13为本专利技术螺旋烧蚀的铁锈表面清洗效果图。图中，1为数字振镜电机，2为准直系统，3为隔离系统，4为场镜，5为基础材料，6为目标表面，7为1064nm光纤激光。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。如图1所示，波长为1064nm光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维激光螺旋式清洗方法，其特征在于：激光清洗系统包括两个正交偏转的数字振镜电机，激光依次通过光隔离系统和准直系统后，依次入射到两个正交偏转的数字振镜电机轴上的反射镜上，经二次反射后，由场镜约束聚焦在二维平面内扫描烧蚀靶材基底上的表面污渍；两个数字振镜电机的接口协议是XY2-100；两个数字振镜电机分别独立受控。/n

【技术特征摘要】
1.一种二维激光螺旋式清洗方法，其特征在于：激光清洗系统包括两个正交偏转的数字振镜电机，激光依次通过光隔离系统和准直系统后，依次入射到两个正交偏转的数字振镜电机轴上的反射镜上，经二次反射后，由场镜约束聚焦在二维平面内扫描烧蚀靶材基底上的表面污渍；两个数字振镜电机的接口协议是XY2-100；两个数字振镜电机分别独立受控。


2.如权利要求1所述的二维激光螺旋式清洗方法，其特征在于：两个正交偏转的数字振镜电机在一个周期内的偏转角度变化分别按照Sin函数和Cos函数分布进行控制，两个正交偏转的数字振镜电机在一个周期内的合成轨迹绕自身中心旋转填充整个二维平面，从而实现整个平面螺旋式扫描清洗。


3.如权利要求2所述的二维激光螺旋式清洗方法，其特征在于：两个正交偏转的数字振镜电机在一个周期内的偏转角度变化分别按照Sin函数和Cos函数分布进行控制，使得合成的轨迹形成椭圆轨迹，合成的椭圆轨迹绕自身中心旋转填充整个二维平面，从而实现整个平面螺旋式扫描清洗。


4.如权利要求3所述的二维激光螺旋式清洗方法，其特征在于：两个正交偏转的数字振镜电机在一个周期内，以数字振镜电机偏转角度的中间值为中心，均采用高斯分布采样。


5.如权利要求1-4任意一项所述的二维激光螺旋式清洗方法，其特征在于：驱动两个数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤发全，
申请(专利权)人：镇江长悦光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32