激光加工是指將激光光束作用于物體的表面從而引起物體(包括金屬與非金屬)形狀或性質(zhì)發(fā)生改變的加工過程，如激光切割、焊接、表面處理、打孔等。

四十多年來，隨著小型電子產(chǎn)品和微電子元器件需求量的日益增長，對于加工材料(尤其是聚合物材料以及高熔點(diǎn)材料)的精密處理日漸成為激光在工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)展最快的應(yīng)用之一。

本周文章將為大家介紹Navitar鏡頭在適用于激光微加工領(lǐng)域的自動對焦系統(tǒng)中的應(yīng)用案例。

1、自動對焦系統(tǒng)在微加工過程中的應(yīng)用

由于激光的空間控制性和時(shí)間控制性較好，對加工對象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，所以特別適用于自動化加工。激光加工系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動化加工設(shè)備，已成為企業(yè)實(shí)行適時(shí)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。

在激光微加工過程中，焦點(diǎn)相對于被加工工件表面的位置對于激光微加工的結(jié)構(gòu)、形狀、深度有很大影響：

當(dāng)焦點(diǎn)位置較低時(shí)，透過工件表面的光斑面積很大，會產(chǎn)生很大的喇叭口，而且由于能量密度減小而影響加工深度;當(dāng)焦點(diǎn)逐步提高后，加工深度也相應(yīng)增加;

當(dāng)焦點(diǎn)位置過高時(shí)，同樣由于能量密度的降低而影響加工深度，無法進(jìn)行加工。

因此，有效地控制被加工物體(硅，鋁，銅等)的被加工面，使其位于激光的焦平面上，即實(shí)現(xiàn)光路系統(tǒng)的焦點(diǎn)控制是在激光加工過程中極為關(guān)鍵的一點(diǎn)。

目前，在微小器件激光加工過程中，由于加工線寬細(xì)，激光功率較小，常結(jié)合光學(xué)方法、圖像處理軟件以及機(jī)械控制技術(shù)，組建自動聚焦系統(tǒng)來進(jìn)行焦點(diǎn)控制。

采用自動聚焦系統(tǒng)，調(diào)焦更加智能化，聚焦判據(jù)更加靈活和多樣。并且，利用計(jì)算機(jī)或處理器可以很方便地對運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，從而避開復(fù)雜的調(diào)焦電路和機(jī)構(gòu)。

2、Navitar變焦系統(tǒng)應(yīng)用于自動聚焦

在本案例中，研究人員基于納秒激光器的特點(diǎn)，以圖像處理技術(shù)為實(shí)現(xiàn)手段，設(shè)計(jì)了基于MCU與CPLD 的平臺控制板卡，搭建了一套應(yīng)用于激光加工系統(tǒng)中的自動對焦系統(tǒng)，并作了相關(guān)的對焦實(shí)驗(yàn)。

這一套基于圖像處理技術(shù)的自動對焦系統(tǒng)主要包括：激光光源，成像光路，成像及控制系統(tǒng)，一維運(yùn)動平臺等幾個(gè)部分。

其中，在成像光路方面，該鏡頭為Navitar系列變焦鏡頭，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，工程師與研究人員采用“搭積木”的方式在系統(tǒng)中加入專用的激光入口。并且通過結(jié)合Navitar提供的多種靈活轉(zhuǎn)接件，調(diào)整激光的入射角度，保證成像系統(tǒng)內(nèi)部同軸共焦，順利解決了激光焦面與成像焦面的共焦問題。

Navitar高性能變焦鏡頭系統(tǒng)，可組合無限校正物鏡，令分辨率和放大倍率達(dá)到最大。此外，用戶可根據(jù)需求選擇配備電動馬達(dá)模塊構(gòu)建電動變焦鏡頭系統(tǒng)，是半導(dǎo)體檢測、流式細(xì)胞術(shù)或其他高放大倍率自動聚焦應(yīng)用的理想選擇。