激光划痕仪检测装置及试验研究

论文摘要

膜基界面结合强度是表征薄膜质量的重要指标,是薄膜技术研究与应用中的关键技术。目前已经提出的检测膜基界面结合性能的方法有激光层裂法、划痕法、压痕法、界面压入法等计355种之多。这些方法在理论分析和测量技术上都存在有待进一步解决的问题,人们至今尚未弄清表面膜破坏临界值与界面结合强度之间的真正关系,至今尚未找到适用于所有情形的界面结合性能测试技术,直接定量测定界面结合强度仍然是困绕各国同行的世界性难题。我校老师在分析了多种薄膜强度测量方法的基础上,首次提出了将激光技术与传统划痕法结合起来的新概念,并进行了较为系统的理论研究,旨在探索薄膜强度测量的新方法和激光加工技术在薄膜领域的应用。论文分析了多种薄膜强度的测量方法,论述了激光划痕法的原理,对比之下得出激光划痕法的技术特点。根据激光划痕检测系统的要求,提出了激光划痕检测装置的系统结构。该系统由六部分组成,分别是通用型工业控制计算机为上位机、激光器控制模块、功率计模块、四维工作平移台模块、红外热像仪模块及CCD成像模块。其中工控机是上位机,是总控制台,激光器控制模块负责对激光功率大小的控制,功率计模块负责接收薄膜划痕处反射的白光光源激光器发射的激光,四维工作平移台模块载有薄膜样品,负责对薄膜划痕的速度及轨迹控制,红外热像仪模块负责记录薄膜划痕的温度参数,CCD成像模块负责对薄膜划痕的图像进行记录。整个激光冲击成形控制系统分两级管理,工业控制计算机作为上位机,其他控制模块作为下位机;系统软件采用Microsoft Visual C++6.0平台开发,上位机通过RS-232或PCI总线实现与下位机的信息交换,负责对整个系统进行监控及给下位机发送各种操作控制命令和设定参数,下位机负责接收并具体执行上位机的命令,同时反馈整个系统的工作状态给上位机。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 膜基界面检测技术的现状及发展趋势
• 1.2 运动控制技术简介
• 1.2.1 运动控制概念的提出
• 1.2.2 运动控制技术
• 1.3 本课题研究来源、目的及意义
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第二章 激光划痕技术机理研究
• 2.1 常用的几种薄膜强度测量方法
• 2.1.1 划痕法
• 2.1.2 激光层裂法
• 2.1.3 压痕法
• 2.1.4 鼓泡法
• 2.2 激光划痕法原理
• 2.3 激光划痕检测技术特点
• 2.3.1 划痕试验法研究现状的分析及比较
• 2.3.2 与激光层裂检测技术研究现状的分析及比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 激光划痕检测系统构建
• 3.1 系统设计要求
• 3.2 系统结构设计
• 3.3 激光器控制模块及其原理
• 3.3.1 半导体激光器控制模块及原理
• 3.3.2 固体激光器控制模块及原理
• 3.4 功率计模块
• 3.4.1 功率计原理
• 3.4.2 功率采集
• 3.5 四维工作平移台控制模块
• 3.6 红外热像仪模块
• 3.6.1 红外检测技术基本原理
• 3.6.2 红外热像数据采集
• 3.7 CCD成像模块
• 3.7.1 图像采集
• 3.7.2 样品划痕图像预处理
• 3.8 本章小结
• 第四章 系统集成控制软件设计
• 4.1 Microsoft Visual C++ 6.0简介
• 4.2 主控软件设计
• 4.3 激光器控制及功率计模块
• 4.3.1 半导体激光器控制模块
• 4.3.2 固体激光器控制模块
• 4.3.3 功率计模块
• 4.4 四维工作平移台模块
• 4.4.1 运动控制卡的初始化
• 4.4.2 单轴运动
• 4.4.3 多轴联动
• 4.4.4 多轴直线插补运动
• 4.4.5 多轴圆弧插补运动
• 4.5 红外热像仪及CCD成像模块
• 4.5.1 红外热像仪模块
• 4.5.2 CCD成像模块
• 4.5.3 样品划痕图像预处理
• 4.6 本章小结
• 第五章 激光划痕试验研究
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验设备及实验材料
• 5.3 实验方法及过程
• 5.4 实验结果与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 系统程序部分源代码
• 附录B 读研期间发表的论文