(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211127765.2 (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人 吴思竹　李鑫凯　劳召欣　尹智东　 张晨初　 (74)专利代理 机构 合肥市泽信专利代理事务所 (普通合伙) 3414 4 专利代理师 方荣肖 (51)Int.Cl. B23K 26/042(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种用于非平基底的双光子自动加工方法、 系统及设备 (57)摘要 本发明涉及一种用于非平基底的双光子自 动加工方法、 系统及设备。 加工方法包括如下步 骤： S1： 调节 基底的水平位置， 使激光焦点的水平 位置位于基底的初始加工区域内； S2： 对激光进 行对焦， 对焦后在初始加工位置进行激光加工； S3： 基底移动到下一加工点， 在该加工点进行对 焦， 完成对焦后 在该加工点进行激光加工； S4： 重 复S3直至完成所有加工点的加工， 对加工完成的 微纳结构进行显影， 得到成品微纳结构。 本发明 通过对每个加工点进行自动对焦， 解决了使用激 光在非平基底上加工过程中， 手动对焦操作繁 复、 耗时而 且存在较大误差的问题。 权利要求书3页 说明书12页 附图9页 CN 115401313 A 2022.11.29 CN 115401313 A 1.一种用于非平基底的双光子自动加工方法， 其特 征在于， 其包括如下 过程： S1： 调节基底的水平位置， 使激光焦点的水平位置位于基底的初始加工区域内； 所述初 始加工区域表征在该区域内任选一点作为初始加工点时， 设计结构所 处的水平区域均位于 基底上； S2： 对激光进行对焦， 以使基底位于理想的初始加工位置， 根据相应的加工策略在初始 加工位置进行激光加工； 其中， 对焦的方法如下： S21： 以荧 光聚合物为取 景对象， 实时采集 荧光聚合物散射 荧光的光斑图像； S22： 调节基底的高度， 当光斑图像中光斑的等效直径达到最大值时， 计算光斑的最大 等效直径作为基准 值； S23： 根据荧 光聚合物的物理特性与基准 值计算光斑等效直径的理想值； S24： 调节基底的高度直至光斑图像中光斑的等效直径等于理想值； S3： 根据预设的移动路径控制基底移动到下一加工点； 判断光斑 图像中光斑的等效直 径是否等于理想值， 并做出如下决策： (1)是则直接在该位置进行激光加工； (2)否则在该加工点进行对焦， 完成对焦后在该加工点进行激光加工； S4： 判断是否完成加工， 若未完成加工， 则重 复S3直至加工完成； 若加工完成， 则 对加工 完成的微纳结构进行显影， 得到成品微纳结构。 2.根据权利要求1所述的用于非平基底的双光子自动加工方法， 其特征在于， 在S1中， 所述初始加工区域根据基底覆盖的水平区域及扫描策略覆盖的水平区域计算而得， 具体方 法如下： a、 将基底的外形pj、 激光焦点的外形pl、 加工策略覆盖的水平区域pp和扫描策略覆盖的 水平区域ps映射在同一平面上； 将pl和pp同心设置， 并在pj内沿pp与pj相切的路径移动一周； 将pl与pj围成的区域从pj中移除， 得到中间外形pm； b、 对pm进行缩放， 直至满足缩放后的图形刚好外接在ps上； 设pm为n边形， 外接在ps上的 图形为pms， 则将pms的n个角依次贴合在相应的pm的每个角上； 每次贴合时， 对与贴合的角不 相邻的其他n ‑2个边做延长线； 多个延长线将ps划分为多个分区域； 将其中包含pm的每个角 的分区域作为初始加工区域。 3.根据权利要求1所述的用于非平基底的双光子自动加工方法， 其特征在于， 在S1中， 判断激光焦点 位于初始加工区域内的方法如下： S11： 以基底为取 景对象， 采集包 含激光焦点的基底图像； S12： 对基底图像预处 理， 保留基底的外轮廓和激光焦点的外轮廓； S13： 在基底的外轮廓中添加初始加工区域的轮廓线； S14： 观察激光焦点的外轮廓是否完全位于初始加工区域内， 是则确认激光焦点位于初 始加工区域内； 否则移动基底， 直至 激光焦点的外轮廓完全处于初始加工区域内。 4.根据权利要求1所述的用于非平基底的双光子自动加工方法， 其特征在于， 在S22中， 获取基准 值的方法如下： S221： 观察初始的光斑图像中是否存在光斑， 并做出如下决策： 若无光斑， 则对基底升 降直至光斑图像中出现光斑； 若存在光斑， 则控制基底上移或下移， 观察 光斑的尺寸变化； S222： 判断光斑的尺寸是否增大， 并做出如下决策： 若光斑逐渐变小， 则反向移动 基底，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115401313 A 2使光斑图像中的光斑尺寸变大； 若光斑逐渐变大则控制基底按原方向继续移动， 直至光斑 的尺寸保持不变； 若光斑保持不变， 则光斑的等效直径达到最大， 获取光斑的最小外接圆， 则该最小外 接圆的直径即为基准 值。 5.根据权利要求1所述的用于非平基底的双光子自动加工方法， 其特征在于， 在S3中， 基底的移动为三维移动， 以初始加工点为原点， 竖直方向为Z轴， 任一水平方向为X轴， 另一 与X轴垂直的水平方向为Y轴； 则移动路径仅包含基底在X轴、 Y轴上的移动； 对焦过程仅包括 基底在Z轴上的移动。 6.一种用于非平基底的双光子自动加工系统， 其采用如权利要求1至5中任意一项所述 的用于非平基底的双光子自动加工方法， 其特 征在于， 其包括： 成像模块， 其用于实时采集包 含荧光聚合物及其散射 荧光的光斑图像； 图像处理模块， 其用于对光斑图像预处 理， 并计算 光斑图像中光斑的等效直径； 决策模块， 其用于： 一、 判断光斑的等效直径是否为最大值， 是则记录等效直径的最大 值作为基准 值； 二、 判断光斑的等效直径是否为理想值， 是则确认对焦完成； 位移控制模块， 其用于： Ⅰ、 根据预设的移动路径输出位移信号， 进而控制运动台驱动 基 底水平移动； Ⅱ、 根据预设的加工策略输出位移信号， 进而控制运动台驱动基底三维移动； Ⅲ、 在对焦时输出升降信号， 控制运动台驱动基底升降。 7.一种用于非平基底的双光子自动加工设备， 其用于根据设计结构将待加工的荧光 聚 合物加工为相应的三维微纳结构； 其采用如权利要求 1至5中任意一项 所述的用于非平基底 的双光子自动加工方法； 所述加工 设备包括激光器、 运动台和基底； 所述激光器用于发射激 光； 所述基底用于承载荧光聚合物， 以使荧光聚合物位于激光路径上， 荧光聚合物受激光照 射发生荧光效应； 所述运动台与所述基底固定连接， 用于驱动基底移动； 其特征在于， 所述 加工设备还 包括： 光路调节器， 其设置在激光器的发射路径上， 用于调 节激光的强度和方向， 以使激光分 别用于加工或对焦； 物镜， 其设置在光路调节器的激光出射路径上， 用于对激光聚焦； 成像装置， 其设置在荧光聚合物散射的荧光路径上， 用于实时采集包含荧光聚合物及 其散射荧光的光斑图像； 以及 控制器， 其用于： 一、 控制所述运动台调节所述基底 的水平位置， 使激光焦点的水平位 置位于所述基底的初始加工区域内； 二、 对所述激光器发射的激光进 行对焦， 以使基底位于 理想的初始加工位置， 根据相应的加工策略在初始加工位置进 行激光加工； 三、 根据预设的 移动路径控制所述运动台驱动所属基底移动， 进而在每个加工点上完成相应的激光加工； 四、 判断光斑图像中光斑的等效直径是否等于理想值， 是则直接在该位置进行激光加工； 否 则在该加工点进行对焦， 完成对焦后在该加工点进行激光加工 。 8.根据权利要求7所述的用于非平基底的双光子自动加工设备， 其特征在于， 所述光路 调节器包括光闸、 前置调节器和分光镜； 所述前置调节器设置在激光器的激光 发射路径上， 用于调节激光的能量和相位； 所述光闸设置在所述激光器与所述前置调节器之间， 用于控 制激光的通断； 所述分光镜设置在所述前置调节器的激光出射路径上， 所述分光镜用于将 用于微纳加工的入射激光反射入物镜， 并将加工处的图像、 荧光信号透过分光镜进入成像 装置。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115401313 A 3