[发明专利]一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，包括激光加工单元(101)、照明单元(102)、实时显微成像单元(103)和控制单元(104)，其中，

所述激光加工单元(101)用于发射激光脉冲，并在激光脉冲高电平时利用激光对工件进行加工；

所述照明单元(102)用于产生照明光，并对工件加工区域进行照射；

所述控制单元(104)连接所述激光加工单元(101)和所述实时显微成像单元(103)，用于在所述激光加工单元(101)的激光脉冲处于低电平时向所述实时显微成像单元(103)发射图像采集信号；

所述实时显微成像单元(103)用于在所述图像采集信号的控制下对工件加工区域进行实时显微成像，并将采集的图像发送至所述控制单元(104)，

所述激光加工单元(101)包括沿光轴方向依次设置的脉冲激光器(1)、光纤(2)、扩束透镜(3)、第一线性振镜(4)、第二线性振镜(5)、扫描透镜(6)、筒镜(7)、二向色镜(8)和物镜(9)，其中，

所述脉冲激光器(1)用于产生激光脉冲；

所述光纤(2)的入光口位于所述脉冲激光器(1)的出光口，所述光纤(2)的出光口位于所述扩束透镜(3)的前焦点，所述扩束透镜(3)用于对来自所述光纤(2)的激光进行扩束准直，以形成平行光；

所述第一线性振镜(4)和所述第二线性振镜(5)形成二维线性扫描振镜系统，用于沿不同方向对所述平行光进行扫描，工件放置在所述物镜(9)的后焦面；

所述二向色镜(8)倾斜放置在所述筒镜(7)与所述物镜(9)之间，以将来自所述照明单元(102)的照明光反射至工件加工区域。

2.根据权利要求1所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，所述照明单元(102)包括平板分束镜(11)和照明光源(12)，其中，

所述照明光源(12)包括一颗LED灯珠或多颗均匀分布的LED灯珠；

所述平板分束镜(11)设置在所述二向色镜(8)与所述照明光源(12)之间，用于将来自工件加工区域的散射光与所述照明光源(12)发射的照明光相分离，并将所述散射光反射至所述实时显微成像单元(103)。

3.根据权利要求2所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，所述实时显微成像单元(103)包括消色差透镜(13)和CCD相机(14)，所述消色差透镜(13)与所述CCD相机(14)依次设置在所述平板分束镜(11)的反射方向上。

4.根据权利要求3所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，所述控制单元(104)包括数据采集卡(15)和计算机(16)，其中，

所述计算机(16)连接所述数据采集卡(15)，用于根据加工激光脉冲信号的低电平脉宽以及CCD相机的帧率、曝光时间和触发延迟，预先确定CCD外触发脉冲信号的周期、占空比和脉冲个数；

所述数据采集卡(15)连接所述脉冲激光器(1)和所述CCD相机(14)，能够接收来自所述脉冲激光器(1)的激光脉冲信号，并且在激光脉冲处于低电平时产生CCD外触发脉冲信号，以控制所述CCD相机(14)对工件加工区域进行实时图像采集。

5.根据权利要求4所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，所述数据采集卡(15)中还包括检测模块，用于接收来自所述脉冲激光器(1)的激光脉冲信号并检测其下降沿，并在检测到激光脉冲下降沿时控制所述CCD相机(14)开始采集图像。

6.根据权利要求5所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，所述脉冲激光器(1)发射的激光脉冲信号的低电平时长至少大于所述CCD相机(14)的一个采样周期。

7.根据权利要求6所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，所述CCD外触发脉冲信号的高电平时长＞10μs。

8.一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像方法，其特征在于，利用权利要求1至7中任一项所述的基于脉冲交替的激光加工实时成像装置执行，所述方法包括：

根据加工激光脉冲信号的低电平脉宽以及CCD相机的帧率、曝光时间和触发延迟，预先确定CCD外触发脉冲信号的周期、占空比和脉冲个数；

利用照明光源照射工件加工区域；

加载激光脉冲信号，在激光脉冲高电平时利用激光对工件进行加工；

检测所述激光脉冲信号的下降沿，并在检测到激光脉冲信号下降沿时，根据所确定的CCD外触发脉冲信号的周期、占空比和脉冲个数进行工件加工区域的图像采集。