一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，包括激光加工单元、照明单元、实时显微成像单元和控制单元，其中，所述激光加工单元用于发射激光脉冲，并在激光脉冲高电平时利用激光对工件进行加工；所述照明单元用于产生照明光，并对工件加工区域进行照射；所述控制单元连接所述激光加工单元和所述实时显微成像单元，用于在所述激光加工单元的激光脉冲处于低电平时向所述实时显微成像单元发射图像采集信号；所述实时显微成像单元用于在所述图像采集信号的控制下对工件加工区域进行实时显微成像，并将采集的图像发送至所述控制单元。本发明使激光脉冲作用和图像曝光采用交替方式进行，有效避免了相机受到加工激光的干扰。

权利要求

1.一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，包括激光加工单元(101)、照明单元(102)、实时显微成像单元(103)和控制单元(104)，其中，所述激光加工单元(101)用于发射激光脉冲，并在激光脉冲高电平时利用激光对工件进行加工；

所述照明单元(102)用于产生照明光，并对工件加工区域进行照射；

所述控制单元(104)连接所述激光加工单元(101)和所述实时显微成像单元(103)，用于在所述激光加工单元(101)的激光脉冲处于低电平时向所述实时显微成像单元(103)发射图像采集信号；

所述实时显微成像单元(103)用于在所述图像采集信号的控制下对工件加工区域进行实时显微成像，并将采集的图像发送至所述控制单元(104)，所述激光加工单元(101)包括沿光轴方向依次设置的脉冲激光器(1)、光纤(2)、扩束透镜(3)、第一线性振镜(4)、第二线性振镜(5)、扫描透镜(6)、筒镜(7)、二向色镜(8)和物镜(9)，其中，所述脉冲激光器(1)用于产生激光脉冲；

所述光纤(2)的入光口位于所述脉冲激光器(1)的出光口，所述光纤(2)的出光口位于所述扩束透镜(3)的前焦点，所述扩束透镜(3)用于对来自所述光纤(2)的激光进行扩束准直，以形成平行光；

所述第一线性振镜(4)和所述第二线性振镜(5)形成二维线性扫描振镜系统，用于沿不同方向对所述平行光进行扫描，工件放置在所述物镜(9)的后焦面；

所述二向色镜(8)倾斜放置在所述筒镜(7)与所述物镜(9)之间，以将来自所述照明单元(102)的照明光反射至工件加工区域。

2.根据权利要求1所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，所述照明单元(102)包括平板分束镜(11)和照明光源(12)，其中，所述照明光源(12)包括一颗LED灯珠或多颗均匀分布的LED灯珠；

所述平板分束镜(11)设置在所述二向色镜(8)与所述照明光源(12)之间，用于将来自工件加工区域的散射光与所述照明光源(12)发射的照明光相分离，并将所述散射光反射至所述实时显微成像单元(103)。

3.根据权利要求2所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，所述实时显微成像单元(103)包括消色差透镜(13)和CCD相机(14)，所述消色差透镜(13)与所述CCD相机(14)依次设置在所述平板分束镜(11)的反射方向上。

4.根据权利要求3所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，所述控制单元(104)包括数据采集卡(15)和计算机(16)，其中，所述计算机(16)连接所述数据采集卡(15)，用于根据加工激光脉冲信号的低电平脉宽以及CCD相机的帧率、曝光时间和触发延迟，预先确定CCD外触发脉冲信号的周期、占空比和脉冲个数；

所述数据采集卡(15)连接所述脉冲激光器(1)和所述CCD相机(14)，能够接收来自所述脉冲激光器(1)的激光脉冲信号，并且在激光脉冲处于低电平时产生CCD外触发脉冲信号，以控制所述CCD相机(14)对工件加工区域进行实时图像采集。

5.根据权利要求4所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，所述数据采集卡(15)中还包括检测模块，用于接收来自所述脉冲激光器(1)的激光脉冲信号并检测其下降沿，并在检测到激光脉冲下降沿时控制所述CCD相机(14)开始采集图像。

6.根据权利要求5所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，所述脉冲激光器(1)发射的激光脉冲信号的低电平时长至少大于所述CCD相机(14)的一个采样周期。

7.根据权利要求6所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，其特征在于，所述CCD外触发脉冲信号的高电平时长＞10μs。

8.一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像方法，其特征在于，利用权利要求1至7中任一项所述的基于脉冲交替的激光加工实时成像装置执行，所述方法包括：根据加工激光脉冲信号的低电平脉宽以及CCD相机的帧率、曝光时间和触发延迟，预先确定CCD外触发脉冲信号的周期、占空比和脉冲个数；

利用照明光源照射工件加工区域；

加载激光脉冲信号，在激光脉冲高电平时利用激光对工件进行加工；

检测所述激光脉冲信号的下降沿，并在检测到激光脉冲信号下降沿时，根据所确定的CCD外触发脉冲信号的周期、占空比和脉冲个数进行工件加工区域的图像采集。

说明书

一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于成像技术领域，具体涉及一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置及方法。

背景技术

[0002] 激光具有单色性好、方向性好、能量高等显著优势，近几十年来被广泛应用于各种精密机械与材料的加工和制造领域。目前主要的激光加工方式主要包括激光微焊接、激光精密切割以及激光冷加工。

[0003] 激光微焊接技术是一种多功能的柔性加工工艺，具有热影响区小，快速升温、快速冷却，节能环保等众多优势。其中采用CCD(charge coupled device，电荷耦合器件)相机实时监视系统可以实现对微焊接位置的准确定位。通过CCD相机实时监视系统能将焊件的微小局部放大几十倍，并在监视器上显示，便于对微小部件或局部部件的微小部分进行定位，也可以实时地对焊接的过程和结构进行观察，这为微小部件实施精准的激光微焊接创造了条件。

[0004] 激光精密切割技术具有操作时间短、精度高、成品质量高等优点，已经成为工业中广泛使用的激光加工技术。在激光切割加工过程中，激光作用于被切割材料，会产生剧烈的物理与化学反应，伴随产生的各种声光信号将直接或间接反映激光切割质量。可以通过采集并分析切割过程中的信号特征从而实现对激光切割质量的实时检测与评估。

[0005] 激光冷加工技术利用超快激光具有极短的脉冲宽度和很高的瞬时功率的特点，可以使用超快激光冷加工处材料的温度快速升高，材料瞬间被气化以实现样品的加工，因为相互作用时间很短，产生的热量来不及传导至材料周边以至于造成热影响。譬如对于高精密的制孔工件而言，孔的加工质量是至关重要的，重铸层的产生极易导致孔裂。然而，事后评测工件质量的常规监测显然不利于大规模的工业生产。因此，在实际工业生产中，实时检测激光制孔过程对于打孔质量具有重要意义。CCD相机也常被用于激光冷加工系统中，用于实现对制孔过程的实时成像监测，通过实时监测加工结果，有助于提高制孔质量，及时发现加工缺陷以及动态研究加工激光与样品材料的作用机理。

[0006] 综上所述，为了提高激光加工效率与加工精密程度，在加工过程中对样品进行实时成像检测已经成为高精度、数字化激光加工系统中不可或缺的一个重要组成部分。

[0007] CCD作为一种成像探测的电荷耦合器件，具有像元尺寸小、动态范围宽、几何精度高以及在可见光范围内具有良好的光谱特性等优点，被广泛地应用在各类激光加工的成像检测系统上。CCD在接收到光信号后，通过光电转换以视觉图像形式显示。然而，由于CCD器件自身的光学增益较高且具有极高的灵敏度，其内部的光学结构极其容易受到外界激光的干扰和损伤。当CCD作为光电探测器在进行光学信号采集接收时，一旦受到外界强光照射，电荷不能按照一定方向转移，CCD的视频或图像输出信号便会受到干扰，产生不同效果的干扰条纹，严重者甚至使整个探测器处于饱和状态，即产生“光饱和串音”现象。

发明内容

[0008] 为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置及方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

[0009] 本发明的一个方面提供了一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置，包括激光加工单元、照明单元、实时显微成像单元和控制单元，其中，

[0010] 所述激光加工单元用于发射激光脉冲，并在激光脉冲高电平时利用激光对工件进行加工；

[0011] 所述照明单元用于产生照明光，并对工件加工区域进行照射；

[0012] 所述控制单元连接所述激光加工单元和所述实时显微成像单元，用于在所述激光加工单元的激光脉冲处于低电平时向所述实时显微成像单元发射图像采集信号；

[0013] 所述实时显微成像单元用于在所述图像采集信号的控制下对工件加工区域进行实时显微成像，并将采集的图像发送至所述控制单元。

[0014] 在本发明的一个实施例中，所述激光加工单元包括沿光轴方向依次设置的脉冲激光器、光纤、扩束透镜、第一线性振镜、第二线性振镜、扫描透镜、筒镜、二向色镜和物镜，其中，

[0015] 所述脉冲激光器用于产生激光脉冲；

[0016] 所述光纤的入光口位于所述脉冲激光器的出光口，所述光纤的出光口位于所述扩束透镜的前焦点，所述扩束透镜用于对来自所述光纤的激光进行扩束准直，以形成平行光；

[0017] 所述第一线性振镜和所述第二线性振镜形成二维线性扫描振镜系统，用于沿不同方向对所述平行光进行扫描，工件放置在所述物镜的后焦面；

[0018] 所述二向色镜倾斜放置在所述筒镜与所述物镜之间，以将来自所述照明单元的照明光反射至工件加工区域。

[0019] 在本发明的一个实施例中，所述照明单元包括平板分束镜和照明光源，其中，[0020] 所述照明光源包括一颗LED灯珠或多颗均匀分布的LED灯珠；

[0021] 所述平板分束镜设置在所述二向色镜与所述照明光源之间，用于将来自工件加工区域的散射光与所述照明光源发射的照明光相分离，并将所述散射光反射至所述实时显微成像单元。

[0022] 在本发明的一个实施例中，所述实时显微成像单元包括消色差透镜和CCD相机，所述消色差透镜与所述CCD相机依次设置在所述平板分束镜的反射方向上。

[0023] 在本发明的一个实施例中，所述控制单元包括数据采集卡和计算机，其中，[0024] 所述计算机连接所述数据采集卡，用于根据加工激光脉冲信号的低电平脉宽以及CCD相机的帧率、曝光时间和触发延迟，预先确定CCD外触发脉冲信号的周期、占空比和脉冲个数；

[0025] 所述数据采集卡连接所述脉冲激光器和所述CCD相机，能够接收来自所述脉冲激光器的激光脉冲信号，并且在激光脉冲处于低电平时产生CCD外触发脉冲信号，以控制所述CCD相机对工件加工区域进行实时图像采集。

[0026] 在本发明的一个实施例中，所述数据采集卡中还包括检测模块，用于接收来自所述脉冲激光器的激光脉冲信号并检测其下降沿，并在检测到激光脉冲下降沿时控制所述CCD相机开始采集图像。

[0027] 在本发明的一个实施例中，所述脉冲激光器发射的激光脉冲信号的低电平时长至少大于所述CCD相机的一个采样周期。

[0028] 在本发明的一个实施例中，所述CCD外触发脉冲信号的高电平时长＞10μs。

[0029] 本发明的另一方面提供了一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像方法，利用上述实施例中任一项所述的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置执行，所述方法包括：

[0030] 根据加工激光脉冲信号的低电平脉宽以及CCD相机的帧率、曝光时间和触发延迟，预先确定CCD外触发脉冲信号的周期、占空比和脉冲个数；

[0031] 利用照明光源照射工件加工区域；

[0032] 加载激光脉冲信号，在激光脉冲高电平时利用激光对工件进行加工；

[0033] 检测所述激光脉冲信号的下降沿，并在检测到激光脉冲信号下降沿时根据所确定的CCD外触发脉冲信号的周期、占空比和脉冲个数进行工件加工区域的图像采集。

[0034] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0035] 1、本发明基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置控制激光脉冲作用与图像曝光采用交替方式进行，有效避免了CCD受到加工激光的干扰甚至使CCD处于饱和状态，改善了CCD相机的成像效果；在脉冲激光作用的间隙完成对样品的显微成像，可以减小激光加工对样品的热积累效应，并同时获得加工样品的形貌信息，能够及时调整加工参数，最终有望实现智能加工。

[0036] 2、本发明的激光加工实时成像方法可以根据不同激光脉冲频率调整相邻两个激光脉冲之间的CCD帧频，其成像帧频不受激光脉冲频率的影响，可以维持25帧/秒以上的连续视频图像采集。这一特征有助于根据实时观测到的不同样品特性(材料、薄厚等)下的样品加工效果，动态调整加工激光脉冲频率与占空比，针对不同的样品特性，选择合适的加工激光脉冲频率与占空比，避免对样品的过度加工导致损伤等不良影响。

[0037] 以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

[0038] 图1是本发明实施例提供的一种基于交替脉冲的激光加工实时成像装置的模块功能示意图；

[0039] 图2是本发明实施例提供的一种基于交替脉冲的激光加工实时成像装置的具体光路示意图；

[0040] 图3是本发明实施例提供的一种相机外触发脉冲信号图；

[0041] 图4是本发明实施例提供的一种基于交替脉冲的激光加工实时成像装置的加工激光脉冲信号与CCD外触发脉冲信号输出时序图；

[0042] 图5是利用现有方法和本发明实施例的激光加工实时成像方法获得的加工区域图像的效果对比；

[0043] 图6是本发明实施例提供的一种基于交替脉冲的激光加工实时成像方法的流程图。

[0044] 附图标记说明：

[0045] 1‑脉冲激光器；2‑光纤；3‑扩束透镜；4‑第一线性振镜；5‑第二线性振镜；6‑扫描透镜；7‑筒镜；8‑二向色镜；9‑物镜；10‑工件；11‑平板分束镜；12‑照明光源；13‑消色差透镜；14‑CCD相机；15‑数据采集卡；16‑计算机。

具体实施方式

[0046] 为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置进行详细说明。

[0047] 有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。

[0048] 应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0049] 实施例一

[0050] 请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于交替脉冲的激光加工实时成像装置的模块功能示意图。本实施例的激光加工实时成像装置包括激光加工单元101、照明单元102、实时显微成像单元103和控制单元104，其中，激光加工单元101用于发射激光脉冲，并在激光脉冲高电平时利用激光对工件进行加工；照明单元102用于产生照明光，并对工件加工区域进行照射；控制单元104连接激光加工单元101和实时显微成像单元103，用于在激光加工单元101的激光脉冲处于低电平时向实时显微成像单元103发射图像采集信号；实时显微成像单元103用于在图像采集信号的控制下对工件加工区域进行实时显微成像，并将采集的图像发送至控制单元104。

[0051] 进一步地，请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于交替脉冲的激光加工实时成像装置的具体光路示意图。本实施例的激光加工单元101包括沿光轴方向依次设置的脉冲激光器1、光纤2、扩束透镜3、第一线性振镜4、第二线性振镜5、扫描透镜6、筒镜7、二向色镜8和物镜9。

[0052] 脉冲激光器1用于产生激光脉冲，其激光频率和出光占空比可调。优选地，脉冲激光器1的激光波长为561nm，其频率可调范围设置为1～80MHz，最小脉宽不小于25ns。光纤2的入光口位于脉冲激光器1的出光口，用于将脉冲激光器1发出的激光调整为点光源，光纤2的出光口位于扩束透镜3的前焦点，扩束透镜3用于对来自光纤2的激光进行扩束准直，以形成平行光。优选地，扩束透镜3的焦距为f3＝100mm。

[0053] 第一线性振镜4和第二线性振镜5形成二维线性扫描振镜系统，用于沿不同方向对平行光进行扫描，工件10放置在物镜9的后焦面。该平行光束由所述二维线性扫描振镜系统所扫描，并被由扫描透镜6和筒镜7组成的望远镜系统成像到物镜9入瞳处，最后被物镜9聚焦到工件(样品)10上，保证加工激光可以透射并经由物镜9在样品10表面聚焦完成样品加工。优选地，扫描透镜6为透镜组，焦距为多个透镜的等效焦距，扫描透镜6的等效焦距为70mm。筒镜7的焦距为200mm。

[0054] 在本实施例中，第一线性振镜4和第二线性振镜5均为单轴线性振镜，相互组合为二维线性扫描振镜系统，各自独立运动，无运动关联性，如何运动需要根据扫描图案确定其二者的运动时序控制逻辑。假设第一线性振镜4为X轴方向振镜，第二线性振镜5为Y轴方向振镜，则激光单向线扫描时，X轴会从起始位置运动至终点位置，此时Y轴振镜位置保持固定。利用该二维线性扫描振镜系统可以实现对工件(样品)的自由切割和加工。脉冲激光的使用减少了对加工部件的热损伤，可以满足较高的加工精度。

[0055] 进一步地，二向色镜8倾斜放置在筒镜7与物镜9之间，以将来自照明单元102的照明光反射至工件加工区域。

[0056] 照明单元102包括平板分束镜11和照明光源12，其中，照明光源12包括一颗LED灯珠或多颗均匀分布的LED灯珠；平板分束镜11设置在二向色镜8与照明光源12之间，用于将来自工件加工区域的散射光与照明光源12发射的照明光相分离，并将散射光反射至实时显微成像单元103。实时显微成像单元103包括消色差透镜13和CCD相机14，消色差透镜13与CCD相机14依次设置在平板分束镜11的反射方向上。

[0057] 在本实施例中，照明光源12由4个均匀设置的LED灯珠组成，能够发出球面光波。优选地，LED灯珠所发出的光的波长为λLED＝470nm。在实时成像光路中，4个LED灯珠所发出的球面光波经由二向色镜8反射，随后经过物镜9照射到被加工的样品区域。由于光路可逆，来自工件或样品的散射光也将经由二向色镜8反射，并被由物镜9和平板分束镜11组成的望远镜系统成像到CCD相机14上，形成清晰的图像。在此过程中，平板分束镜11使得来自样品10的散射光与照明光源12的照明光相分离。

[0058] 控制单元104包括数据采集卡15和计算机16，其中，计算机16连接数据采集卡15，用于根据加工激光脉冲信号的低电平脉宽以及CCD相机的帧率、曝光时间和触发延迟，预先确定CCD外触发脉冲信号的周期、占空比和脉冲个数；数据采集卡15连接脉冲激光器1和CCD相机14，接收来自所述脉冲激光器1的激光脉冲信号，并且在激光脉冲处于低电平时产生CCD外触发脉冲信号，控制CCD相机14对工件加工区域进行实时图像采集。

[0059] 在本实施例中，计算机16通过Labview编程控制数据采集卡15，具体地，在激光加工之前，首先会确定加工激光脉冲信号的频率以及高电平和低电平的时长(即出光时长和不出光时长)，并获取CCD相机的帧率、曝光时间和触发延迟(触发延迟默认为0)，计算机16根据加工激光脉冲信号的频率以及高电平和低电平的时长以及CCD相机的参数，计算确定CCD外触发脉冲信号的周期、占空比和脉冲个数，即CCD外触发脉冲信号的周期，单个CCD外触发脉冲信号的高低电平时长以及加工激光脉冲信号每次低电平时发送CCD外触发脉冲信号的次数。所述CCD外触发脉冲信号的高电平时长＝触发延迟+曝光时间+1/相机帧率。优选地，所述CCD外触发脉冲信号的高电平时长＞10μs。请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种相机外触发脉冲信号图，描述了CCD外触发脉冲信号(CCD Trigger)、曝光时间(Exposure)以及CCD相机读图时间(Image Readout)之间的时序关系，即CCD相机的一个采样周期(即CCD外触发脉冲信号的周期)＝触发延迟(delay)+曝光时间(用户设定)+读图时间(1/相机帧率)。CCD外触发脉冲信号的自身信号在设置的过程中，在电平幅值方面需要符合TTL电平规范(即至少大于3.3v)，在脉冲的高电平时间方面，其高电平时间必须至少≥10us，一般取占空比为0.5。进一步地，脉冲激光器1发射的激光脉冲的低电平时间至少大于CCD相机14的一个采样周期。请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种基于交替脉冲的激光加工实时成像装置的加工激光脉冲信号与CCD外触发脉冲信号输出时序图，其中，Laser Signal为加工激光的输出脉冲，CCD Signal为CCD相机所需的外触发脉冲信号，激光脉冲周期＝1s，高电平时间(出光时间)＝10ms，相机帧率为30帧，曝光时间为6ms，相机触发延迟默认为0s。CCD外触发脉冲信号的周期＝39ms，占空比为0.5，CCD外触发脉冲信号个数＝
25pulses。该脉冲激光器1发射的激光脉冲的低电平时间为1s，其中，包括25个CCD外触发脉冲信号，即在该低电平时间内，数据采集卡15控制CCD相机14完成了25次图像采集。优选地，该CCD相机14须具有外触发功能，并且保证加工激光脉冲信号的低电平时间≥一个CCD触发脉冲信号周期。

[0060] 进一步地，数据采集卡15中还包括检测模块，用于接收来自脉冲激光器1的激光脉冲信号并检测其下降沿，并在检测到激光脉冲下降沿时控制CCD相机14开始采集图像。

[0061] 该激光加工实时成像装置的具体运行过程如下：

[0062] 在激光加工之前，首先确定加工激光脉冲信号的频率以及高电平和低电平的时长(即出光时长和不出光时长)，并确定CCD相机的帧率、曝光时间和触发延迟，计算机16这些参数计算确定CCD外触发脉冲信号的周期和占空比，即确定加工激光脉冲信号每次低电平时发送CCD外触发脉冲信号的周期、单个CCD外触发脉冲信号的高低电平时长以及CCD外触发脉冲信号个数。

[0063] 接着，脉冲激光器1发射加工激光脉冲对工件进行加工，照明光源对工件加工区域进行照明。与此同时，数据采集卡接收来自所述脉冲激光器的激光脉冲信号并检测激光脉冲信号的下降沿，当检测到激光脉冲信号的下降沿时，数据采集卡开始向CCD相机发射CCD外触发脉冲信号，控制所述CCD相机对工件加工区域进行实时图像采集。这里所述CCD外触发脉冲信号的参数是上述根据加工激光脉冲信号的参数和CCD相机的参数预先确定的。

[0064] 在一个加工激光脉冲信号周期内，当加工激光脉冲信号处于高电平时段内对工件进行加工；当加工激光脉冲信号进入低电平时段，即CCD外触发脉冲信号监测到下降沿时，开始发射CCD外触发脉冲信号，当发射的CCD外触发脉冲信号个数到达预设个数时，数据采集卡暂时停止对CCD相机发射外触发脉冲信号与图像采集，即此次加工激光脉冲信号低电平期间的图像采集过程结束。如此重复，直至加工任务彻底结束，实现激光加工与图像采集的交替进行。

[0065] 请参见图5，图5是利用现有方法和本发明实施例的激光加工实时成像方法获得的加工区域图像的效果对比，其中，激光频率为10Hz，高电平脉宽为10μs，实验样品为不锈钢标尺。在图5中，(a)为现有在激光干扰情况下CCD连续采集的图样序列，从左向右依次为从0s开始以3s为时间间隔抽取的5幅图像，图样中均有激光光斑。也就是说，样品成像时受到了激光光源的干扰，甚至导致了CCD的图像饱和，根本无法采集到样品的完整的形貌信息；
图(b)为使用本发明实施例的激光加工实时成像装置消除加工激光干扰情况下CCD连续拍摄的视频图像。同样，从左向右依次为从0s开始以3s为时间间隔的5幅图像。从图(b)可以看出采集图样中完全消除了激光光源对CCD成像的干扰，样品图像质量良好。

[0066] 本实施例基于脉冲交替法的激光加工实时成像装置控制激光脉冲作用与图像曝光采用交替方式进行，有效避免了CCD受到加工激光的干扰甚至使CCD处于饱和状态，改善了CCD相机的成像效果；在脉冲激光作用的间隙完成对样品的显微成像，可以减小激光加工对样品的热积累效应，并同时获得加工样品的形貌信息，能够及时调整加工参数，最终有望实现智能加工。

[0067] 实施例二

[0068] 在实施例一的基础上，本实施例提供了一种基于脉冲交替法的激光加工实时成像方法，如图6所示，所述方法包括：

[0069] S1：根据加工激光脉冲信号的低电平脉宽以及CCD相机的帧率、曝光时间和触发延迟，预先确定CCD外触发脉冲信号的周期、占空比和脉冲个数。

[0070] 具体地，在激光加工之前，首先确定加工激光脉冲信号的频率以及高电平和低电平的时长(即出光时长和不出光时长)，并确定CCD相机的帧率、曝光时间和触发延迟，计算机16这些参数计算确定CCD外触发脉冲信号的周期和占空比，即确定加工激光脉冲信号每次低电平时发送CCD外触发脉冲信号的周期、单个CCD外触发脉冲信号的高低电平时长以及CCD外触发脉冲信号个数。

[0071] S2：利用照明光源照射工件加工区域；

[0072] S3：加载加工激光脉冲信号，在激光脉冲高电平时利用激光对工件进行加工；

[0073] S4：检测加工激光脉冲信号的下降沿，并在检测到激光脉冲信号下降沿时开始采集工件加工区域的图像。

[0074] 具体地，利用数据采集卡接收来自所述脉冲激光器的激光脉冲信号并检测激光脉冲信号的下降沿，当检测到激光脉冲信号的下降沿时，数据采集卡开始向CCD相机发射CCD外触发脉冲信号，控制所述CCD相机对工件加工区域进行实时图像采集。这里所述CCD外触发脉冲信号的参数是上述根据加工激光脉冲信号的参数和CCD相机的参数预先确定的。在一个加工激光脉冲信号周期内，当加工激光脉冲信号处于高电平时段内对工件进行加工；当加工激光脉冲信号进入低电平时段，即CCD外触发脉冲信号监测到下降沿时，开始发射CCD外触发脉冲信号，当发射的CCD外触发脉冲信号个数到达预设个数时，数据采集卡暂时停止对CCD相机发射外触发脉冲信号与图像采集，即此次加工激光脉冲信号低电平期间的图像采集过程结束。如此重复，直至加工任务彻底结束，实现激光加工与图像采集的交替进行。

[0075] 本发明实施例的激光加工实时成像方法可以根据不同激光脉冲频率调整相邻两个激光脉冲之间的CCD帧频，其成像帧频不受激光脉冲频率的影响，可以维持25帧/秒以上的连续视频图像采集。这一特征有助于根据实时观测到的不同样品特性(材料、薄厚等)下的样品加工效果，动态调整加工激光脉冲频率与占空比，针对不同的样品特性，选择合适的加工激光脉冲频率与占空比，避免对样品的过度加工导致损伤等不良影响。

[0076] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。