[发明专利]面向准分子激光微加工器件的粘结力自动检测装置及方法

权利要求书

1.面向准分子激光微加工器件粘结力自动检测方法，实现该方法的装置包括拉力机（3）、步进电机驱动器模块（10）、控制器模块（7）、通信模块（8）和图像显微模块，步进电机驱动器模块（10）包括步进电机驱动器（4）和L298驱动模块（5）；拉力机（3）的步进电机（2-13）的供电线和控制线与步进电机驱动器（4）连接；步进电机驱动器（4）的控制线和L298驱动模块（5）连接；控制器模块（7）的控制线和L298驱动模块（5）连接；控制器模块（7）的串口通信线和通信模块（8）连接；通信模块（8）和PH拉力计（2-4）的232通信线连接；图像显微模块包括计算机（1）和CCD摄像头（2），计算机（1）和CCD摄像头（2）通过数据线连接；CCD摄像头（2）与反射镜（2-17）相对应；控制器模块（7）的中间安装有TFT液晶屏（6）；

拉力机（3）包括钢板底座（2-1）、材料夹具A（2-2）、材料夹具B（2-3）和PH拉力计（2-4）；材料夹具A（2-2）安装在钢板底座（2-1）上，材料夹具B（2-3）安装在PH拉力计（2-4）上；PH拉力计（2-4）安装在固定横向梁（2-9）上，圆柱梁A（2-6）和圆柱梁B（2-8）均安装在钢板底座（2-1）上，固定横向梁（2-9）能够沿圆柱梁A（2-6）、圆柱梁B（2-8）滑动；步进电机（2-13）连通联轴器（2-5）带动丝杠套组（2-7）中的丝杠转动；上平台钢板A（2-12）通过四个小支柱（2-10）固定在上平台钢板B（2-24）上，上平台钢板B（2-24）固定在顶横梁（2-11）上，顶横梁（2-11）分别和圆柱梁A（2-6）、圆柱梁B（2-8）连接固定；当采用大力矩高精度的步进电机转动时，能够带动丝杠套组（2-7）中的丝杠转动，丝杠转动带动固定横向梁（2-9）的移动，进而带动PH拉力计（2-4）整体移动，为粘结力分离实验提供电动匀速动力；铁条（2-14）固定在上平台钢板B（2-24）上，上行程限位开关（2-15）和下行程限位开关（2-16）安置在铁条（2-14）上；

控制器模块（7）的MCU的PA8引脚输出PWM，经过实验得出当PWM的参数为8K频率占空比为50%时分离速度效果最佳且不会出现丢步情况，PA8引脚和L298驱动模块（5）的IN1引脚连接；控制器模块（7）输出控制步进电机（2-13）正反转信号由PA4引脚和PA5引脚控制，PA4引脚和PA5引脚分别和L298驱动模块（5）的IN2和IN3引脚连接；L298驱动模块（5）实现电平放大和驱动电流的放大，使得步进电机驱动器（4）和控制器模块（7）的控制信号电平匹配；L298驱动模块（5）的OUT1引脚和步进电机驱动器（4）的PUL-引脚连接，步进电机驱动器（4）的PUL+引脚接高电平，步进电机驱动器（4）的DIR+引脚和L298驱动模块（5）的OUT2引脚连接，步进电机驱动器（4）的DIR-引脚和L298驱动模块（5）的OUT3引脚连接；然后再将步进电机驱动器（4）和步进电机（2-13）控制信号和四相信号线连接；

图像显微模块采用一个的连续变倍物镜（2-18），连续变倍物镜（2-18）的调节范围为3～30×；齿轮环A（2-19）固定在连续变倍物镜（2-18）上，并在直流微控电机（2-22）的转轴上固定一个齿轮B（2-23），通过控制直流微控电机（2-22）转动实现自动变倍；连续变倍物镜（2-18）和CCD 相机（2-20）将粘结材料的分离过程通过45度安放的反射镜（2-17）能够显微成像；CCD 相机（2-20）和直流微控电机（2-22）固定在支架板（2-21）上；CCD 相机（2-20）和直流微控电机（2-22）再通过数据线传到计算机（1）中显示以便观察分析，计算机（1）将得到的信息进行分析，同时将聚焦信息反馈给控制器模块（7），控制器模块（7）控制直流微控电机（2-22）转动调焦形成闭环自动调焦功能；

其特征在于：

首先对拉力计进行嵌入式芯片功能进行初始化配置，要进行拉力测试时，通过手动按键控制丝杠的转动，移动到开始位置，用材料夹具A（2-2）和材料夹具B（(2-3）夹紧被测材料进行拉力测试；然后输入被测材料的激光处理的参数，参数包括激光的扫描速度、准分子激光的脉冲个数、激光辐照能量强度，根据信息输出推荐的步进电机转速，并且该步进电机转度能够根据测试情况进行更改；然后，达到限位开关或达到峰值拉力时电机拉力测试，即关闭定时器中断；然后在主程序循环中，用串口获得计算机关于物镜聚焦信息，再控制直流微控电机调焦，形成闭环调节变倍物镜调焦；然后，定时器中断是20ms一次的中断响应服务；在中断响应服务当中，进行的工作是完成嵌入式芯片对PH拉力计数据的读取，并把通信内容进行数据格式处理并对拉力值关键信息提取，再将提取的拉力值和根据驱动频率计算得到的拉开距离，实时绘制到TFT液晶屏上成曲线走势图，再输出拉力和激光参数的实时变比，为粘结力分离实验提供参考；最后在嵌入式芯片STM32F103RCT6当中配置PWM让引脚PA8输出PWM，为HBS86H全数字式闭环步进驱动器提供脉冲频率，驱动电机工作；如此循环进行拉力测试工作；

计算机（1）实时利用CCD镜头采集被测材料的分离过程，获得其过程显微图像，然后通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征，最终得到需要的各项检测数据和显微图像，为粘结力测试提供分析数据。