专利名称：半导体激光清洗机的制作方法
技术领域：
本发明涉及机电类，特别涉及一种半导体激光清洗机。
技术背景众所周知，在机械加工中，传统的清洗方法有三种， 一是机械清 洗法，即采用刮、擦、刷等手段达到清除零件表面污染物的目的；二 是湿法化学清洗法，即是利用有机清洗剂，通过喷、淋或高频振动去除油污等零件表面附着物；三是超声波清洗法，将零件放入水或有机溶剂中，利用超声波振动效应清除污垢，上述三种方法都存在缺欠， 如机械方法操作简单、灵活，但是有局限性，费力、费时及质量差等缺欠，而化学清洗法对环境污染严重；随着科学技术的进步，半导体 微细加工技术的进步，硅片基板的加工及电路光刻技术、微组装技术 的应用，在此高精度的要求下，器件的清洁度要求也非常高，因此， 目前采用传统的清洗方法都无法清除微米级(0.5um以下)污染粒， 严重影响着高精度工业的发展，需要加以改进。 发明内容本发明的目的在于提供一种半导体激光清洗机，解决了目前采用 传统清洗法中精度最高的超声波清洗法达不到清除微米级颗粒的难 题。本发明的技术方案是随着科学技术的进步，传统清洗方法尽管 还在较大的范围内使用，但自身的局限性已暴露无遗，对于高精度工 业零部件达到清除微米级污染粒无能为力了；在上述的情况下激光清 洗技术作为一种新兴的清洗技术已悄然兴起，能适应各种零件表面污 染物的清洗，对环境污染小，也不损伤基体有着很大的优越性；激光 清洗不存在对工件材料的磨损和腐蚀，环保性能良好；能清除微米级颗粒是一般清洗机所不容易达到的，并能在狭窄的空间进行淸洗作业，并能清除放射性物质；特别对于微电子行业中器件尺寸小，细小 微粒不易清除的情况下，使用激光清洗的方法不影响材料内部原有韧 性，并且能在不熔化金属表层的情况下，消除金属材料表面的锈班和 氧化物，经过激光清洗后，能改善金属材料微米厚表层的结构，如同 覆盖了保护层；这充分证明激光清洗技术的应用，具有高效、无损伤、 无污染；在去除污垢、锈班、油漆、橡胶、塑料、残留的溶剂和粘结 剂等方面是传统清洗方法所不及的；能广泛应用在模具和武器装备清 洗，飞机旧漆清除、楼宇外墙及文物的洁净、电子工业中的清洗、精 密机械工业中的精确去脂、核电站反应堆内管道清洗等方面，所以说 激光清洗具有广泛的应用范围和良好的推广前景；目前在国际上也广泛应用，美国和德国一般采用C02和Nd:YAG 激光器作为激光光源的清洗机，该清洗机体积庞大、效率低、用电、 用水量大、工作寿命短等问题，是急需要改进的，本发明是采用了输 出大功率半导体激光器作为激光光源，配合其他器件制造成半导体激 光清洗机，其结构是由电源、计算机、半导体激光器、热电制冷器、 聚焦整形透镜、指示光、光纤、加工头、数控工作台构成，其中电源 与激光器、热电制冷器连接，为其供电；计算机与电源数控工作台连 接，控制其操作；激光器与热电制冷器连接，使激光器在安全的温度 条件下工作，聚焦整形透镜与指示光连接，光纤连接聚焦整形透镜和 加工头；电源是由稳压电源、电流调节组件单元、恒流控制单元、 VMOS管和电阻组成；计算机是由串口通信接口、微控制器、键盘显 示接口、 A/D转换单元、数字量输出接口、 E2PROM存储器和数位工 作台接口构成；其中计算机的微控制器分别与串口通信接口、键盘显 示接口、 A/D转换单元、数字量输出接口、 E2PROM存储器和数控工 作台接口联接，E》ROM存储器内存多种材料加工的模式，加工模式 包括清洗过程中的所需的激光能量，照射时向和脉冲频率；计算机的微控制器通过键盘显示接口与输入键盘和本地显示单元联结。通过 A/D转换单元与激光器温度检测单元和激光器电流检测单元联结；从 而分别接收半导体激光器的温度检测信号和激光器电流检测信号；通 过数字量输出接口分别与脉宽频率控制单元和指示光强度控制单元 联结，进行控制脉冲宽度和指示光亮度，还与激光恒流控制单元、温 度调节单元、声光报警单元、关断控制单元相联结；半导体激光器， 采用发射波长由紫外光到红外光的边发射半导体激光迭阵者面发射 半导体激光面阵，激光波长70(M150nm，连续或脉冲；热电制冷器 由电制冷器和风冷扇组成；聚焦整形透镜采用光学玻璃制成的透镜 组；指示光采用激光二极管650nm/5mw，可调亮度；数控工作台为 二维工作平台，由计算机控制。本发明的优点在于体积小、重量轻、效率高、结构简单、操作 方便、易于模块化等。
图1为本发明的结构示意框图；图2为本发明的电源结构示意图；图3为本发明的计算机及外围结构示意框图；图4为本发明的程序流程示意框图。
具体实施例方式如附图1所示，本发明是由电源l、计算机2、半导体激光器3、 热电制冷器4、聚焦整形透镜5、指示光6、光纤7、加工头8、数控 工作台9构成，其中电源1与激光器3、热电制冷器4连接为其供电； 计算机2与电源1、数控工作台9连接，控制其操作；激光器3与热 电制冷器4连接，使激光器3在安全的温度条件下工作；聚焦整形透 镜5与指示光6连接，光纤7连接聚焦整形透镜5和加工头8;如附图2所示，电源1是由稳压电源10、电流调节组件单元11、 恒流控制单元12， VMOS管子13和电阻14构成，其中稳压电源IO的一端与半导体激光器3联接，稳压电源10的另一端与220V电源 联接，VMOS管的一端与激光列阵模块3的一端联接；VMOS管13 的另一端与电阻14联接电阻14与公共极联接；恒流控制单元12 一端与VMOS管13的一端联接，恒流控制单元12的另一端分别与 电流调节组件单元11的一端及电阻14联接；电流调节组件单元11 的另一端与220V电源联接；稳压电源10提供稳定电压；稳压电源 10采用D048025017M2N集成功率模块，这类模块的电力电子变换技 术采用了零电流，零电压开关技术，模块的噪声是传统变换器噪声的 十分之一到百分之一，这对噪声极为敏感的半导体激光列阵模块3可 满足技术要求，并且电源的体积大为縮小；电源l可以实现恒电流直 流驱动；电流调节单元11调节恒流控制单元12的输出电压D，激光 器3的输出波长为810nm，电压的很小变化将引起电流较大的变化， 为了保证其稳定的工作，采用VMOS管13，并通过采用电阻14构成 电流串联负反馈对激光器3进行恒流控制；当电流达到规定值后，微 控制器控制语音提示器发出提示音。如附图3所示，计算机2及外围的结构框图是由串口通信接口 32、微控制器33、键盘显示接口34、 A/D转换单元35、数字量输出 接口 36、 E2PROM存储器26和数控工作台接口 27构成，其中微控 制器33分别与串口通信接口 32、键盘显示接口 34、 A/D转换单元 35、数字量输出接口 36、 E2PROM存储器26和数控工作台接口 27 联接；E》ROM存储器26储存多种材料加工的模式，加工模式包括 清洗过程中的所需的激光能量、照射时间和脉冲频率；计算机2的微 控制器33通过键盘显示接口 34与输入键盘24和本地显示单元25联 结，通过A/D转换单元35与激光器温度检测单元20和激光器电流 检测单元21联结，从而分别接收半导体激光器3的激光器温度检测 信号和激光器电流检测信号通过数字量输出接口 36分别与脉宽频 率控制单元22和指示光强度控制单元23联结，进行控制脉冲宽度和指示光亮度，还与激光恒流控制单元28、温度调节单元29、声光报 警单元30关断控制单元31联结;半导体激光器3采用激光迭阵模块， 为国际通用的CS-2封装结构的迭阵模块，波长810nm，连续输出 30W,脉冲输出100W;热电制冷器4，电制冷器选用12708型号， 风冷扇选用109R1212H1011型号；聚焦整形透镜5为OB-3型号。 本发明的动态工作过程如附图3及附图4所示，开机后，经步骤110，计算机2的微控 制器33对各单元进行初始化设置；经步骤120，进入自动/手动选择 接口，若在步骤120中选择手动，经步骤130，执行输出功率设置 计算机2通过数字量输出单元36控制数字电位器，调节VIVOR电源 模块相关电阻的方法调节VIVOR电源模块输出电压、达到控制激光 器电源内耗功率和控制激光器电流；通过测量MOSFET管电压，动 态调控VIVOR输出电压，以期达到恒流控制；经步骤140，进行脉 冲选择；由键盘设置、调节控制仪器输出连续、单脉冲或重复脉冲激 光信号；脉冲宽度可在100ms-ls范围内连续可调，脉冲频率可在 0.1HZ-10HZ范围内连续可调，计算机2通过数字量输出单元36输出 脉冲宽度100ms-ls，脉冲频率0.1Hz 10Hz的脉冲信号，计算机2通 过数字量输出单元36控制数字电位器，数字电位器采用美国Xicor 公司X系列非易失性数字电位器，将数字量信号转变成相应的电压 信号，用于设定指示光亮度，激光器温度，激光器电流；通过数字 PID控制算法，控制激光器温度在设定值范围内；经步骤150，设置工作时间；.经步骤160，调整指示光确定清洗部位，通过调节XI03数字电 位器对指示光的亮度进行控制；经步骤170，判断是否到达指定部位，若未到达指定部位，返回步骤160继续调整；到达指定部位；经步骤180，开始清洗，启动恒流、温度、功耗控制；计算机2的微控制器33通过模拟量输入单元(A/D转换器)接收810nm半导 体激光器3信号，激光器温度检测信号，激光器电流检测信号温度 控制，选择AD590温度传感器，由同相比例运算电路对温度信号进 行放大和调理，以满足A/D转换器的采样要求，通过数字PID控制 算法，调节数字电位器X9C103，进而控制VICOR模块的输出电压， 达到控制激光器温度在设定值范围内；功耗控制，通过测量MOSFET 管电压，动态调控VICOR电压，使其达到最佳工作状态；步骤190判断是否达到清洗时间，未达到清洗时间，继续清洗， 达到清洗时间；经步骤200停止清洗；步骤210存储清洗资料；经步骤220，计算机2的E2PROM存储器26储存20种清洗模式， 其存有清洗过程中的所需的激光能量，发射时间和脉冲数量；计算机 2由步骤220，储存多种清洗模式，包括清洗过程中的所需激光能量， 发射时间和脉冲数量；经步骤230关机；步骤240结束操作。若在步骤120中，选择自动，经步骤125，进入清洗模式选择； 清洗模式确定后，执行步骤160，进行调整指示光确定清洗部位，然 后再进行以后的步骤。本发B月半导体激光清洗机的技术参数输出波长810nm输出功率0~100W，可调指示光激光二极管650nm/5mv，可调亮度工作模式连续，单脉冲，重复脉冲脉冲宽度10"s 10s脉冲频率0.1Hz 100Hz冷却系统电制冷和风冷键盘显示16键、LCD显示 。
权利要求
1、一种半导体激光清洗机，其特征在于它是由电源、计算机、半导体激光器、热电制冷器、聚焦整形透镜、指示光、光纤、加工头和数控工作台构成，其中电源与激光器、热电制冷器连接；计算机与电源、数控工作台连接；激光器与热电制冷器连接；聚焦整形透镜与指示光连接；光纤连接聚焦整形透镜和加工头。
2、 根据权利要求1所述的半导体激光清洗机，其特征在于所 述的电源是由稳压电源、电流调节组件单元、恒流控制单元、VMOS 管和电阻组成。
3、 根据权利要求1所述的半导体激光清洗机，其特征在于所 述的计算机是由串口通信接口、微控制器、键盘显示接口、 A/D转换 单元、数字量输出接口 E2PROM存储器和数控工作台接口构成，其 中微控制器分别与串口通信接口，键盘显示接口、 A/D转换单元、数 字量输出接口、 E》ROM存储器和数控工作台联接；微控制器通过键 盘显示接口与输入键盘和本地显示单元联结，通过A/D转换单元， 激光器温度检测单元和激光器电流检测单元联结；数字量输出接口分 别与脉宽频率控制单元和指示光强度控制单元联结，还与激光恒流控 制单元、温度调节单元、声光报警单元、关断控制单元联结。
4、 根据权利要求1所述的半导体激光清洗机，其特征在于所 述的激光器发射波长由紫外光到红外光的边发射半导体激光迭阵者 面发射半导体激光面阵。
5、 根据权利要求1或4所述的半导体激光清洗机，其特征在于 所述的激光器发射波长700 1550nm，连续或脉冲。
6、 根据权利要求1所述的半导体激光清洗机，其特征在于所 述的热电制冷器是由电制冷器和风冷扇组成。
7、 根据权利要求1所述的半导体激光清洗机，其特征在于所 述的聚焦整形透镜是采用光学玻璃制成的透镜组。
8、 根据权利要求1所述的半导体激光清洗机，其特征在于所述的指示光是采用激光二极管650nm/5mw。
9、 根据权利要求1所述的半导体激光清洗机，其特征在于所 述的数控工作台是采用二维工作台。
全文摘要
本发明涉及一种半导体激光清洗机，属于机电类。它是由电源、计算机、激光器、热电制冷器、聚焦整形透镜、指示光、光纤、加工头及数控工作台组成，其中电源与激光器、热电制冷器连接，为其供电；计算机与电源、数控工作台连接，控制其操作；激光器与热电制冷器连接，使激光器在安全的温度条件下工作；聚焦整形透镜与指示灯连接，光纤连接聚焦整形透镜和加工头；优点是整机体积小、重量轻、效率高、耗电少、工作寿命长还环保。
文档编号B08B7/00GK101214488SQ20071030031
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月26日 优先权日2007年12月26日
发明者丁宝君, 王传术, 王峙皓, 露 甘 申请人:长春德信光电技术有限公司