本發(fā)明屬于激光清洗領(lǐng)域，具體涉及一種激光清洗效果判定的方法。

背景技術(shù)：

近幾十年來，激光技術(shù)已滲入到諸多高科技領(lǐng)域中，激光清洗作為一種新型的清洗方式，開始取代傳統(tǒng)的清洗技術(shù)。傳統(tǒng)的化學(xué)清洗方法所使用的化學(xué)溶劑易揮發(fā)，對操作人員的健康造成危害并容易造成環(huán)境污染。同時，化學(xué)試劑反應(yīng)慢，往往需要加熱處理，清洗效率較低，化學(xué)物殘留會對基板造成不同程度的腐蝕。傳統(tǒng)物理去除法則對基板造成不同程度的損壞，不便精加工操作且效率較低。激光清洗技術(shù)利用高功率密度的激光束照射在樣品表面，使待清洗的樣品表面物質(zhì)發(fā)生剝離或燒蝕等效應(yīng)脫離物體表面。該清洗方法為非接觸式，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作和高效、有選擇性的清洗污染物，且不損傷基板。激光清洗可以清洗各種基板表面的污染物，對環(huán)境污染小，達(dá)到很高的潔凈度，成本低，其優(yōu)勢是傳統(tǒng)清洗方法不能比擬的。

在激光清洗過程中，為避免基板的損傷，必須將激光能量密度選取在清洗閾值與基板損傷閾值之間，且使用適當(dāng)?shù)淖饔脮r間（針對連續(xù)激光器）或脈沖數(shù)（針對脈沖激光）。當(dāng)激光能量密度過高或作用時間過長（針對脈沖激光為作用脈沖數(shù)量過多）時，將導(dǎo)致基板的損傷。為實現(xiàn)無損清洗，亟需一種能對激光清洗效果進(jìn)行在線檢測的技術(shù)，能有效的對激光清洗狀態(tài)(清洗中、清洗完畢和基底已損傷)進(jìn)行判斷，支持全閉環(huán)反饋控制的激光清洗的實現(xiàn)。目前常用的激光清洗檢測方法為全光譜判斷法和圖像分析法。全光譜判斷法通過光譜儀測量激光清洗過程的等離子發(fā)光光譜，當(dāng)基底元素對應(yīng)的光譜譜線達(dá)到一定強度且待清洗物元素對應(yīng)的光譜譜線的強度降低到一定程度時，判定為清洗完成。然而，受限于光譜儀的特性及價格，該方法具有檢測速率低，成本高的缺點。圖像分析法通過相機采集待清洗處的表面的圖像，通過圖像分析與識別，實現(xiàn)對清洗效果的判斷。受限于相機的幀率及價格，該方法存在檢測速度率低，算法復(fù)雜，成本高的缺點。上述兩種方法都難以實現(xiàn)高重頻激光下激光清洗的在線監(jiān)測。

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種利用光譜特征峰時間分辨信號來判斷激光清洗效果的方法，該方法相比于全光譜和圖像的判斷方法具有檢測速率快，成本低，能實現(xiàn)在線檢測的優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種激光清洗效果判定的方法，該方法通過探測待清洗物特征元素等離子光譜的時間分辨信號，根據(jù)信號時變特性來判斷清洗效果。該判定方法相比于全光譜及基于圖像識別的方法來判定清洗效果速度大大提高，可實現(xiàn)在線檢測。

本發(fā)明涉及一種激光清洗效果判定的方法，通過光譜特征峰時間分辨信號來判斷清洗效果，這一特征包括以下步驟：

s101選擇檢測波長；

s102激光輻照待清洗物表面，獲得等離子體發(fā)光譜線；

s103獲取s101中所選定波長處時間分辨光譜信號；

s104根據(jù)所獲取信號的時變特性判定清洗效果。

上述一種激光清洗效果判定方法，其特征在于檢測波長為待清洗表面所含元素之一對應(yīng)的等離子體譜線。

上述一種激光清洗效果判定的方法，其特征在于所述等離子體發(fā)光為激光作用清洗目標(biāo)物產(chǎn)生。

上述一種激光清洗效果判定方法，其特征在于所述激光為脈沖激光，且脈寬短于微妙，可以由固體激光器、氣體激光器、光纖激光器、半導(dǎo)體激光器等輸出。

上述一種激光清洗效果判定的方法，其特征在于所述時間分辨光譜信號為所選定波長處光強度隨時間的變化信號。

上述一種激光清洗效果判定的方法，其特征在于所述信號的時變特征為信號的壽命、一定延時后信號的強度等與信號隨時間變化相關(guān)的特性。

上述一種激光清洗效果判定的方法，其特征在于所述清洗效果的判定是根據(jù)所采集信號的時變特性進(jìn)行，即信號壽命縮短至與逆韌致輻射一致或在延時大于擬韌致輻射壽命后信號強度小于設(shè)定值，則判定清洗干凈，否者判定清洗未完成。

由于以上技術(shù)方案的實施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明通過時間分辨光譜對清洗效果進(jìn)行判斷，是一種新型的判斷方法，可對高重頻激光清洗效果進(jìn)行實時、快速、準(zhǔn)確的判斷，為閉環(huán)控制提供基礎(chǔ)，大大降低金屬基板的損傷風(fēng)險，達(dá)到高效清洗目的，此外，還具有效率高、造價低等特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述一種激光清洗效果判定的方法流程圖；

圖2是本發(fā)明所述一種激光清洗效果判定的方法裝置圖；

圖中：1-激光器，2-反射鏡，3-透鏡，4-樣品，5-光纖探頭，6-光譜分離部分，7-光電探測器，8-高速信號采集及處理模塊；

圖3（a）~（d）為油漆在激光作用在等離子體光譜在375nm處（對應(yīng)鈦元素）的時間特性曲線，分別為實施例中樣品在激光作用1個脈沖，5個脈沖，10個脈沖，15個脈沖時得到的時間特性曲線；

圖4油漆清洗后的效果圖，其中（a）為10個脈沖，（b）為15個脈沖。

具體實施方式

本發(fā)明為一種基于時間分辨光譜的激光清洗效果判斷方法，該方法通過探測器探測等離子光譜中特征元素時間分辨信號，根據(jù)信號時變特性來判斷清洗效果。

本發(fā)明所述的依據(jù)時變特性判定清洗效果有兩種方式，一種是根據(jù)信號壽命是否縮短至與逆韌致輻射一致來進(jìn)行判斷，即信號壽命與設(shè)定值是否一致，若信號壽命大于設(shè)定值則說明沒有清洗干凈，若信號壽命小于等于設(shè)定值，則說明清洗干凈；另一種是根據(jù)信號在延時大于逆韌致輻射壽命后，信號強度是否小于設(shè)定值，即信號某一延時點的強度是否與設(shè)定值一致，若信號強度大于設(shè)定值則說明沒有清洗干凈，若信號強度小于等于設(shè)定值，則說明清洗干凈。為了獲得良好的信噪比，該設(shè)定值可以設(shè)置為無光信號輸入時探測器噪聲信號的2倍以上。

圖2是本發(fā)明所述一種激光清洗效果判定的方法裝置圖，清洗所用激光器1發(fā)出激光束通過反射鏡2和透鏡3聚焦在清洗物4表面，產(chǎn)生等離子體，等離子體發(fā)光經(jīng)過光纖探頭5傳輸進(jìn)入光譜分離部分6，預(yù)先選定的特征元素對應(yīng)波長的光將通過該光譜分離部分，到達(dá)探測器表面7；探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過高速數(shù)據(jù)采集模塊8采樣并進(jìn)行分析處理。若信號壽命縮短至與逆韌致輻射一致或在延時大于逆韌致輻射壽命后信號強度小于設(shè)定值，則判定清洗干凈，否者判定清洗未完成。其中，光譜分離部分6可以為單色儀，也可以為對應(yīng)待測特征波長的窄帶濾光片。

實施例1

本實施例中激光器1采用波長為1064nm的調(diào)q的nd:yag脈沖固體激光器，脈寬為7ns，頻率1~100hz可調(diào)，能量范圍為0~100mj，通過透鏡將其聚焦在白色油漆樣品上，使其產(chǎn)生激光等離子體；反射鏡2采用的是對1064nm波長45°全反的鍍介質(zhì)膜透鏡；透鏡3采用的是焦距為200mm的透鏡；樣品4底板采用的al基板，油漆為保賜利公司生產(chǎn)的白色自動噴漆，油漆均勻噴涂在基板表面，厚度約為150μm；光纖探頭5的光纖直徑為400μm；光譜分離部分6采用的是princetoninstruments公司型號為actonsp2750的光柵光譜儀；光電探測器7采用的是thorlabs公司型號為apd430a2(/m)探測器，探測范圍為200-1000nm，帶寬為400mhz；高速數(shù)據(jù)采集處理模塊8采用的是北京坤馳公司型號為adq412的高速采集儀。

具體的，激光器發(fā)射光束通過透鏡聚焦在目標(biāo)清洗樣品表面，形成激光誘導(dǎo)擊穿等離子體光譜。初期逆軔致電子輻射會造成的連續(xù)本底光，原子的特征光譜很容易淹沒在連續(xù)的本底光中。由于本底光強度衰減的很快，原子的特征光譜輻射強度衰減的較慢，隨著時間的推移，原子特征光譜信號與本底之比逐漸提高。金屬基底在激光脈沖作用下的等離子體發(fā)光也為擬韌致輻射，具有強度高，持續(xù)時間短的特性。則可以根據(jù)信號時變特性，對其來源進(jìn)行區(qū)分，對清洗效果進(jìn)行判定；本實施例中選定油漆中的鈦元素作為特征元素，選定元素在375nm處的特征峰值。

進(jìn)一步用光纖探頭將等離子體光譜傳輸進(jìn)入光譜分離部分，分離出特征元素鈦在375nm處譜線，將其送達(dá)探測器表面，探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過高速數(shù)據(jù)采集模塊對信號進(jìn)行分析處理；采集的信號時變圖如圖3所示，其中（a）為1個脈沖時探測的信號，（b）為5個脈沖時探測的信號（c）為10個脈沖時探測的信號（d）為15個脈沖時探測的信號。

從圖中可以看出，時變信號從（a）到（d）在逐漸的變化，可以看出10個脈沖時，基本為連續(xù)本底信號，15個脈沖時本底信號已經(jīng)很明顯。根據(jù)信號曲線的時變特性可以知道，當(dāng)激光作用油漆表面時，信號開始變化，隨著脈沖數(shù)的增加，油漆開始逐漸的被清除干凈，此時信號也開始逐漸的向連續(xù)本底信號演變，直至信號完全演變?yōu)檫B續(xù)本底光，在這一過程中油漆被完全清除干凈。

進(jìn)一步對激光清洗后10個脈沖和15個脈沖的清洗效果圖進(jìn)行了對比，如圖4所示；可以看出，當(dāng)激光脈沖為10個脈沖時，油漆已經(jīng)被完全清洗干凈，在15個脈沖時，基板已經(jīng)被損傷；將10個脈沖作用后的時間特性曲線的信號壽命和某一延時點的信號強度設(shè)為初始值，用兩種方式對激光清洗效果進(jìn)行判斷；一種是在逆韌致輻射（本實施例逆韌致輻射時間約為500ns）產(chǎn)生的連續(xù)本底光消失后，用信號壽命進(jìn)行判定，若信號壽命大于設(shè)定（500ns）值則說明沒有清洗干凈，若信號壽命小于等于設(shè)定值，則說明清洗干凈；另一種是根據(jù)某一延時點（本實施例取1μs處）信號強度進(jìn)行判定，若信號強度大于設(shè)定值（6.15mv）則說明沒有清洗干凈，若信號強度小于等于設(shè)定值，則說明清洗干凈。從而可以根據(jù)時間分辨光譜來準(zhǔn)確、快速的判斷清洗效果,對于激光清洗效果的判斷具有重要意義。

綜上所述可以通過激光誘導(dǎo)擊穿時間分辨光譜這一方法來對清洗效果進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的判定。