[发明专利]一种激光微结构高效加工及精密测量的方法和装置

说明书

本发明公开的一种激光微结构高效加工及精密测量的方法和装置，属于激光加工及精密监测技术领域。本发明在Z方向进行定焦和测量时，通过一对标准激光干涉仪镜组模块对称分布放置在Z向气浮运动轴模块中心的两侧，一方面能够有效避免运动传感器的阿贝误差；另一方面，相对于单个的标准激光干涉仪镜组模块，成对出现的标准激光干涉仪镜组模块将会对轴向运动的微小位移进行放大，有效的减小微位移测量误差，提高Z向加工和监测的精度。同时利用抗表面倾角变化和散射的激光差动共焦定模块来实现Z向定焦和监测。本发明能够同步实现对激光微结构的加工及精密测量，且能够提高位移传感误差精度，进而提高三维激光微结构的加工精度和测量精度。本发明还具有如下优点：整体结构鲁棒性强、稳定性高，抗外界撞击扰动。

技术领域

本发明属于激光精密加工及光学精密监测领域，具体涉及一种提高位移传感误差精度实现激光微结构高效加工及精密测量的方法和装置。

背景技术

科技发展的突飞猛进，使人们的认知迅速进入了微观世界，微纳制造技术的不断更新迭代以及加工工艺的提升，小型化、紧促型、多功能及低功耗的微纳器件已经逐渐出现并发挥着极其重要的作用，人造皮肤、可穿戴系统、微型手术机器人等以微纳元件为基础的微纳系统已经深入到人们生活的方方面面。然而微纳制造中精细加工、监测手段的不足和单一化，限制了微纳制造器件尺寸精度和器件性能的进一步提升。激光加工因其加工精细度高，材料适应性广，非掩模的加工技术，因此在加工复杂微器件样品结构方面具有重要作用。微器件结构的精细加工取决于对加工原理的理解以及加工工艺的提升，而加工工艺的提升重要依赖于精密的微位移控制和加工过程中微结构的几何参数的实时原位测量。因此，提高精密的微位移控制和加工过程中微结构的几何参数的实时原位测亟待解决。

目前，精密的微位移控制装置主要分为基于电容传感器的位移台以及伺服电机位移驱动控制模块装置，电容传感器的位移台受到非线性误差影响，因此精度受到一定制约，此外它的整体位移行程又比较短，因此对于大尺度的微器件加工并不适用。伺服电机位移驱动控制模块装置可以通过纳米级的驱动控制模块单元实现纳米级驱动，但是他同样存在非线性误差以及实现闭环反馈位置的光栅尺等外部误差影响。

综上所述，可以通过高精密的微位移测量装置实现对基于电容传感器的位移台以及伺服电机位移驱动控制模块装置的闭环控制并反馈到上位机做进一步处理和补偿。此外，在加工过程中实现待加工器件的原位几何参数测量并实时反馈上位机做加工参数修正显得极为重要。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种激光微结构高效加工及精密测量的方法和装置，能够同步实现对激光微结构的加工及精密测量，且能够提高位移传感误差精度，进而提高三维激光微结构的加工精度和测量精度。本发明还具有如下优点：整体结构鲁棒性强、稳定性高，抗外界撞击扰动。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明在Z方向进行定焦和测量时，通过一对标准激光干涉仪镜组模块对称分布放置在Z向气浮运动轴模块中心的两侧，一方面能够有效避免运动传感器的阿贝误差；另一方面，成对出现的标准激光干涉仪镜组模块将会对Z向运动的微小位移进行放大，有效的减小位移误差，提高Z向加工和监测的精度。

同时采用稳定性好的龙门结构，并利用运动控制模块和标准激光干涉仪及其镜组模块，通过对载物台上的高精度L形标准平晶的反射光探测计算后由上位机进行运动控制和误差补偿，实现对X/Y向气浮运动轴模块的运动姿态的精确调整和定位，实现X/Y平面内的高精度微位移移动。同时利用抗表面倾角变化和抗散射变化的激光差动共焦定焦模块进行Z向位置探测，实现微尺度器件的高精度加工和测量。

本发明公开的一种激光微结构高效加工及精密测量的方法，包括以下步骤：