[实用新型]材料表面处理工艺过程中的等离子体三维信息诊断系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及等离子体三维诊断技术领域，具体涉及一种材料表面处理工艺过程中的等离子体三维信息诊断系统。

背景技术

为了改进材料或工件表面的性能，通常采用镀膜或氮化等手段对材料表面进行处理，从而提高材料的抗腐蚀性、硬度等各种性能，延长使用寿命。在这一系列的处理工艺手段中，等离子体的关键参数(如离子电子密度、浓度、温度及均匀性等)起着关键性的作用。为了使得表面处理过后工件表面处理效果比较一致，这就要求等离子的空间分布比较均匀，需要获取等离子体空间分布的情况，通常情况下，处理工艺过程中的等离子体比较复杂，其各种等离子体的特征峰也不相同，因此也需要同时获得各种等离子体的空间分布情况，即需要获取表面处理工艺过程中的等离子体的三维分布信息(二维空间分布、一维光谱分布)。目前已经有多种方法来检测表面处理工艺过程中的等离子体参数，包括郎缪尔探针、激光诱导荧光、发射光谱法等。

郎缪尔探针每次只能测量单点的光谱信息，同时探针的插入会影响内部等离子体本身的状态，无法实现无损的检测。激光诊断技术可以实现等离子体参数的准确诊断，但是如果需要准确的实现等离子体内部三维分布的检测，则对腔体的要求比较高，比如多个方向开有观察窗，搭建辅助光路系统引入激光，而且系统维护也比较麻烦。目前也有一些通过发射光谱的方法来实现等离子体二维分布的诊断手段，但是仅仅可以实现对特定区域等离子体整体分布的诊断，而不能同时获取光谱信息和空间信息，无法将的等离子体信号及其具体空间位置进行对应。

成像光谱仪是一种可同时采集目标对象的形貌特征和光谱特征的仪器，可以用来实现精确测绘、目标识别和确认、目标检测、过程检测、临床诊断成像、环境评估和管理等任务。针对材料表面处理工艺过程中等离子体信息诊断需求，需要同时获得多种等离子体的浓度、成分以及分布的等信息，成像光谱仪恰好可以满足这些需求，可同时获得腔体内光谱特征和形貌特征，实现等离子体三维(一维光谱分布、二维空间分布)信息的诊断。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种材料表面处理工艺过程中的等离子体三维信息诊断系统，提供一种简单、快速的材料表面处理工艺过程中的等离子体三维信息诊断系统，能够同时实现等离子体二维空间分布以及一维光谱分布的检测。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种材料表面处理工艺过程中的等离子体三维信息诊断系统，其特征在于：所述诊断系统主要包括平面反射镜旋转扫描采集及Offner 成像光谱诊断系统，所述诊断系统布置在表面处理工艺腔体外，可实现对处理工艺过程中的原位无损检测，所述诊断系统最前端为可旋转式平面反射镜，用于对不同位置的等离子体的信息进行收集，所述诊断系统采用聚焦镜头将平面反射镜采集的光聚焦到Offner成像光谱仪的入射狭缝处，所述诊断系统利用平面反射镜来偏转光路，缩小整个诊断系统的体积，所述诊断系统包含了Offner成像光学系统，可实现对腔体内等离子体信息的1：1成像，所述诊断系统包含二维面阵探测器，采集光谱信息，所采集数据一维为光谱维，另一维为空间维，所属诊断系统通过平面镜扫描和光谱拼接的方法实现真空腔体内等离子体三维信息的诊断，所述平面反射镜的旋转、面阵探测器的数据采集、采集图谱的拼接与计算机连接，平面反射镜的扫描速度与面阵探测器采集的速度相互匹配。

优选的，所述诊断系统可同时获取等离子体二维空间分布和一维光谱分布，同时获取多种等离子体的空间分布情况，根据所获得等离子体分布特征即可对当前表面处理效果进行评估。

优选的，所述Offner成像光谱诊断系统包括Offner成像分光系统，所述Offner成像分光系统由第一球面镜、凸面光栅、第二球面镜构成构成，三个光学元件采用同心圆结构相连接，整个系统结构对称。

优选的，还包括工作时的具体步骤：

步骤1：开启测量系统；

步骤2：根据处理样品13和聚焦透镜3的距离调节聚焦透镜3的焦距，确保采集的信号聚焦到入射狭缝4；

步骤3：计算机1控制面阵探测器9采集信号；

步骤4：计算机1对采集的信号进行拼接处理，并进行相应的校正；

步骤5：计算机1根据要求控制第一平面反射镜2旋转，重复步骤 3，重复步骤4；

步骤6：测量完成，输出等离子体三维信息分布图，关闭整个诊断系统。