[发明专利]一种具有自调焦功能的玻璃材料微焊接装置及方法

权利要求书

1.一种具有自调焦功能的玻璃材料微焊接装置，其特征在于：包括激光信号发生/接收器、光束整形器、干涉镜、滤光镜、二向色镜、焊接激光光源、离焦量补偿模块、物镜、计算机协同控制模块以及移动载物台；

激光信号发生/接收器发射的探测激光通过光束整形器后，一部分探测激光被干涉镜反射后沿原路返回产生参考光束，另一部分探测激光透过干涉镜后经过滤光镜、二向色镜、离焦量补偿模块以及物镜作用于待焊接工件上，待焊接工件产生的反射光沿着原路返回作为反射光束；

焊接激光光源出射的焊接激光依次通过二向色镜、离焦量补偿模块以及物镜后作用于待焊接工件上；

计算机协同控制模块与激光信号发生/接收器、离焦量补偿模块、焊接激光光源电连接，用于控制三者实时的协调工作，将焊接激光的焦点控制在待焊接工件的焊接界面处；

移动载物台上放置待焊接工件；

所述具有自调焦功能的玻璃材料微焊接装置用于实现如下具有自调焦功能的玻璃材料的焊接方法：

步骤1：将待焊接工件放置在所述载物台上；

步骤2：按加工工艺参数调制物镜的位置，使焊接激光焦点处于所述待焊接工件的焊接界面处；

步骤3：调整探测激光的焦点位置，使探测激光的焦点位于待焊接工件的上层玻璃表面，且位于焊接激光焦点正上方，或者使探测激光的焦点和焊接激光的焦点均位于待焊接工件的焊接界面上，并且探测激光的焦点和焊接激光的焦点保持间距，所述间距为0.05-0.2mm；

步骤4：根据待焊接工件调整干涉镜的反射率规格，干涉镜的反射率规格为2％-4％，或者为10％-40％；

步骤5：焦点位置标定；

确保待焊接工件与干涉镜之间无相对运动，使探测激光产生的反射光束与参考光束形成稳定干涉条纹，将此时待焊接工件与干涉镜的距离设定为基准距离，并记为L；

步骤6：开启焊接激光光源、离焦量补偿模块以及计算机协同控制模块，移动载物台带动待焊接玻璃材料按照焊接轨迹进行运动；

待焊接工件在移动过程中位置上下变化时，导致探测激光的参考光束与反射光束将发生光程差，因而干涉条纹发生移动，根据干涉条纹移动方向及数量进行计算出待焊接工件与干涉镜之间的距离变化量ΔL，ΔL的取值范围是：±10nm～±500nm；

当距离变化量ΔL未超过设置阈值大小时，则离焦量补偿模块不工作；

当距离变化量ΔL超过设置阈值大小时，则所述离焦量补偿模块开始运动，带动物镜向上或向下运动直至距离变化量ΔL回归至设置阈值范围内时，所述离焦量补偿模块停止工作。

2.根据权利要求1所述的具有自调焦功能的玻璃材料微焊接装置，其特征在于：所述离焦量补偿模块包括固定底座、物镜转接圈、压电陶瓷组；

物镜安装于物镜转接圈上；

压电陶瓷组包括多个沿圆周均匀分布的压电陶瓷器件；

压电陶瓷器件两端分别于固定底座与物镜转接圈连接，通过多个压电陶瓷器件的伸缩以带动物镜沿着焊接激光的光轴方向移动。

3.根据权利要求2所述的具有自调焦功能的玻璃材料微焊接装置，其特征在于：所述干涉镜的反射率规格为2％-4％，或干涉镜的反射率规格为10％-40％。

4.根据权利要求2所述的具有自调焦功能的玻璃材料微焊接装置，其特征在于：焊接激光光源的激光脉宽≤10ps。

5.根据权利要求4所述的具有自调焦功能的玻璃材料微焊接装置，其特征在于：探测激光为红光，滤光镜为红色滤光镜，所述焊接激光光源产生的焊接激光波长与所述探测激光的红光波长不同。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的具有自调焦功能的玻璃材料微焊接装置，其特征在于：所述计算机协同控制模块为工控机。