[发明专利]焦点监测装置和方法

说明书

一种焦点监测装置和方法，该装置包括底座、棱镜、挡光板和光电探测器，入射光入射至棱镜后被反射到挡光板上，所述挡光板上具有狭缝，使得光束到棱镜底面的距离与反射到挡光板的距离相等，所述光电探测器接收从挡光板出射的光。

技术领域

本发明涉及激光加工技术，尤其涉及激光加工中的焦点监测装置及方法。

背景技术

随着电子计算机、微电子、航天、太阳能等领域的不断发展，对小型电子产品和微电子元器件、晶圆芯片的需求日益增长，随着激光技术和激光加工及激光热处理技术的发展，激光加工及激光热处理技术正逐步进入到加工装备业中，激光微细加工逐渐成为激光在工业应用中发展最快的应用领域之一。

激光焦点位置的确定在激光微细加工过程中是非常重要的工作，它直接关系到加工精度和加工工件表面质量，在设备调整过程中，经常遇到精确标定激光焦点的问题。激光由于强度大，亮度高，不能直接通过观察的方法得到激光焦点的位置。

传统的方法有：用大功率的脉冲激光在焦点附近由低到高（反之亦然）在钢板上按一定间隔烧出匙孔，比较匙孔的大小来确定激光焦点的位置；

一种方法是利用低功率连续激光在焦点附近由低到高（反之亦然）在厚纸板或是树脂板上烧出一条连续的划痕，比较划痕粗细的变化来确定激光焦点的位置。这两种方法的缺点是重复试验多，精度低。

中国专利申请CN 1887498A中公开了解决寻找激光焦点问题的两种传统方法。

1、斜板法（如图1所示）：

测量过程：在加工平面上放置一块精细加工过的斜板，打开激光器，使光束自斜板一端扫向另一端。在此过程中，激光束在斜板上留下的切痕会呈现先宽后逐渐变窄，再逐渐变宽的现象，其中宽度最小处对应高度的点就是焦点。

该方法中由于斜板要求加工精度高，要求达到相应的尺寸精度，且为非标准件。一次使用完后便作废，不可重复利用，成本较高。

2、垂直升降烧痕法（如图2所示）：

测量过程：将激光头升至最高位置，此时将实验用薄金属板放置于加工平面上。激光器发射一束激光后关闭，记录激光头高度后更换金属薄板。将激光头下降一微小高度，重复上述过程，激光束在每块金属板上留下相应的烧痕，烧痕直径最小者相对应高度的点即为激光束的焦点位置。

该方法须频繁更换金属薄板，操作起来比较麻烦。且由于激光束并非连续光束，因此测量精确度较差。

中国专利CN 201371313Y中公开了一种激光加工双光束基准光装置（如图3所示），通过分光系统的控制使两束基准光束的焦点与激光焦点重合，通过观察双光束基准光在工件上的光斑状态来判断工件与激光焦点的位置关系，从而达到在激光加工过程中，只需观察双光束基准光在工件表面的光斑状态来判断激光焦点位置。

缺点：通过分光，增加光路折弯，增加光路的复杂程度，造成加工激光的能量损失。通过观察光斑状态来判断焦点，当离焦量较大时，比较容易判断，比较接近焦点时，没有量化值，无法准确分辨光斑个数，判定焦点的精度较低。

近期还出现了焦点在线监测的方法，所用光路复杂，设备对硬件软件都提出了较高的要求。

由于缺少快速有效检测焦点的设备和方法，大大延长了激光为细加工的准备时间。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种焦点监测装置及方法，其中通过等光程反射，把不容易测量的位置转移到容易测量的地方，利用焦点处光斑最小，透过槽的能量最多，透过槽后的光电探测器（PD）读数最大时即为焦点位置，快速实现精确定位激光焦点位置。本发明采用离线监测，可以把本测量装置做成工装工具，适用于多种工作场景，定位焦点快速、精确。