CN112255191A - 激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光加工的技术领域，更具体地，涉及激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***及方法，包括三轴平台、飞秒激光加工***、等离子体光谱检测***、ICCD摄像***及声反射检测***、图像采集***及控制端：待加工工件安装于三轴平台；等离子体光谱检测***对等离子体辐射的光进行光谱分析；ICCD摄像***拍摄激光作用产生的等离子照片；声反射检测***检测加工过程待加工工件表面声音信号；图像采集***实时拍摄待加工工件表面得到表面形貌照片。本发明结合激光诱导击穿光谱与声反射的优势，不仅可以监测扫线扫面加工过程声信号的变化，而且可实现在线原位检测，在不干扰中断加工过程的前提下，对物理过程变化及成分信息进行快速实时的监测。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工过程监测的技术领域，更具体地，涉及一种激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***及方法。
背景技术
激光微细加工技术可以对蓝宝石、碳化硅、陶瓷和玻璃等光学元件和半导体衬底等脆性材料、碳钢以及易产生塑性流动的低硬度复合材料进行微细加工，加工精度一般在几微米到数十微米，微细加工过程主要是以激光热源作用于材料，材料主要在烧蚀机制作用下发生微去除过程以达到理想的加工表面质量。激光微去除过程涉及光物理和光化学效应和加工机理复杂，导致材料加工过程存在各种不稳定因素，而现有的离线检测的方法通常是被动的通过观测被烧蚀材料的各种性质(如表面形貌，表面粗糙度，表面键能)来反馈调节加工的参数，对于想要的加工结果，需要反复试验和观测的周期长，影响研究效率，难以完全确保材料加工质量，无法满足精密器件等重要领域对关键构件的质量要求。
中国专利CN104535544B公开了一种利用激光诱导击穿光谱检测土壤重金属的装置，包括有控制***、手持工作头，控制***包括有工控机以及与工控机控制连接的供气模块、光谱仪、激光电源模块，工控机上安装有KVM虚拟机。在等离子体激发与收集部分采用了空间约束技术和多通道信号采集方式，辅以同轴吹气驱散悬浮微尘方法，同时利用声信号传感器监测等离子体激发时的声音信号，对光谱信号进行归一化运算处理；利用此***进行对比光谱测试，光谱数据的检测稳定性与谱线信号强度得到显著提高，能够满足土壤重金属污染的现场检测需要。上述方案虽将激光诱导击穿光谱与声反射结合用于检测重金属含量，而无法直接应用于激光加工过程中的声光信号的变化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***及方法，在不干扰中断加工过程的前提下，实时捕捉材料加工过程中声光信号变化，可实现材料微细加工过程中成分、缺陷的一体化和全流程监控。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***，包括三轴平台、飞秒激光加工***、等离子体光谱检测***、ICCD摄像***及声反射检测***、图像采集***及控制端：
待加工工件安装于三轴平台，待加工工件可发生X轴、Y轴、Z轴三轴运动；
所述飞秒激光加工***向待加工工件表面聚焦短脉冲激光加工，加工过程中产生有等离子体及等离子体辐射的光；
所述等离子体光谱检测***用于对所述等离子体辐射的光进行光谱分析得到光谱信号变化和等离子体特征信息；
所述ICCD摄像***用于拍摄激光作用产生的等离子照片，在飞秒激光加工***出光时控制端触发ICCD拍摄***拍摄等离子体照片，等离子体照片传输至控制端进行分析；
所述声反射检测***用于检测加工过程待加工工件表面声音信号，声音信号传输至控制端进行处理和分析；
所述图像采集***实时拍摄待加工工件表面得到表面形貌照片，所述表面形貌照片传输至控制端进行处理和分析；
所述三轴平台、飞秒激光加工***、等离子体光谱检测***、ICCD摄像***及声反射检测***、图像采集***均连接于控制端。
本发明的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***，飞秒激光加工***加工待加工工件表面时会诱导产生等离子体及等离子体辐射的光，通过ICCD摄像***拍摄等离子照片以捕捉激光诱导等离子体的动态变化过程，同时采用声反射检测***检测声反射信号变化。之后，采用等离子体光谱检测***对等离子辐射的光进行光谱分析得到光谱信号变化和等离子体特征信息；综合分析等离子动态变化信号和声反射信号指导加工过程。本发明结合激光诱导击穿光谱与声反射的优势，不仅可以监测扫线扫面加工过程声信号的变化，而且可实现在线原位检测，在不干扰中断加工过程的前提下，对物理过程变化及成分信息进行快速实时的监测，可全面监测激光的加工过程。
进一步地，所述飞秒激光加工***包括飞秒激光器、衰减器、半波片、物镜及多组第一反射镜，所述衰减器、半波片、物镜及多组第一反射镜顺次设置形成光路，所述飞秒激光器产生的激光沿光路传输至待加工工件表面，所述飞秒激光器包括调Q开关。
进一步地，所述飞秒激光器产生的激光波长为515nm、激光脉宽为290fs～10ps。
进一步地，所述ICCD拍摄***包括ICCD相机及第一透镜，所述第一透镜位于ICCD相机与待加工工件之间；飞秒激光器出光时，调Q开关发出电平信号触发ICCD相机拍摄激光作用产生的等离子体照片。
进一步地，所述等离子体光谱检测***包括第二透镜、光纤及成像光谱仪，所述光纤置于第二透镜和成像光谱仪之间；飞秒激光器出光时，调Q开关发出电平信号触发光谱仪拍摄，等离子体辐射的光经第二透镜耦合到光纤并传输至成像光谱仪进行光谱分析。
进一步地，所述声反射检测***包括声信号传感器、前置放大器及数据采集卡，声信号传感器安装于待加工工件表面，声信号传感器的输出通道与前置放大器的输入通道连接，前置放大器的输出通道与数据采集卡的输入通道连接，所述数据采集卡的输出通道与数据采集卡连接。
进一步地，所述图像采集***包括白光LED灯、第二反射镜及CCD相机，白光LED灯发出的光线经第二发射镜改变光线方向后照射到待加工工件表面，所述CCD相机拍摄待加工工件表面形貌。
进一步地，CCD相机的成像位置与飞秒激光器产生激光的照射位置共面。
本发明还提供了一种激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测方法，包括以下步骤：
S10.将待加工工件装载于三轴平台，启动飞秒激光器向待加工工件表面发射激光诱导产生等离子体；
S20.ICCD摄像***捕捉激光诱导等离子的动态变化过程：在飞秒激光器加工的同时利用ICCD摄像***对烧蚀过程进行延时拍摄得到ICCD图像信号；同时，采用声反射检测***采集声信号并传输至控制端；
S30.等离子体光谱检测***采集激光诱导等离子体辐射的光谱信息：在飞秒激光器出光时，触发拍摄等离子体辐射的光成像得到光谱信号；
S40.控制端对步骤S20中的ICCD图像信号、声信号和步骤S30中的光谱信号进行分析监测；
其中，步骤S40中ICCD图像信号、声信号、光谱信号分析后与理论建模得到的最优发光特性进行对比，以判断选择的激光加工参数是否合适；并可根据对比结果调整激光加工参数以逐步获得理想的加工结果。
本发明的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测方法，飞秒激光加工***加工待加工工件表面时会诱导产生等离子体及等离子体辐射的光，通过ICCD摄像***拍摄等离子照片以捕捉激光诱导等离子体的动态变化过程，同时采用声反射检测***检测声反射信号变化。之后，采用等离子体光谱检测***对等离子辐射的光进行光谱分析得到光谱信号变化和等离子体特征信息；综合分析等离子动态变化信号和声反射信号指导加工过程。本发明结合激光诱导击穿光谱与声反射的优势，不仅可以监测扫线扫面加工过程声信号的变化，而且可实现在线原位检测，在不干扰中断加工过程的前提下，对物理过程变化及成分信息进行快速实时的监测，可全面监测激光的加工过程。
优选地，步骤S40中分析的信号还包括CCD图像信号，所述CCD图像信号由CCD摄像机拍摄，且CCD相机的成像位置与飞秒激光器产生激光的照射位置共面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***及方法，结合激光诱导击穿光谱与声反射的优势，不仅可以监测扫线扫面加工过程声信号的变化，而且可实现在线原位检测，在不干扰中断加工过程的前提下，对物理过程变化及成分信息进行快速实时的监测，可全面监测激光的加工过程。
附图说明
图1为本发明的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***的结构示意图；
图2：a)SiC在飞秒激光作用下的谱线图；b)飞秒激光作用碳化硅的时间分辨谱线图；
图3为不同能量激光作用下等离子体演变过程示意图；
图4为不同脉冲数作用下的等离子体演变过程示意图；
图5为激光能量对声发射信号影响：(a)为激光能量对激光打点区域面积影响的示意图；(b)激光能量对去除量和能量计数的影响；(c)激光能量对生发射频域信号的影响；
图6为激光能量16.34J/cm2的声发射信号和激光作用区域形貌结果；(a)激光与碳化硅作用的声发射时域特征信号；(b)激光与碳化硅作用的声发射频域特征信号；(c)和(d)激光改性碳化硅的表面形貌；
图7为(a)不同扫描速度的STFT时频谱图；(b)v10；(c)v40；(d)v70；(e)优化后表面；不同扫描速度加工后的碳化硅表面形貌；(f)v10；(g)v40；(h)v70；(i)优化后表面不同扫描速度加工后对应的SEM形貌；
附图中：1-三轴平台；2-飞秒激光加工***；21-飞秒激光器；22-衰减器；23-半波片；24-物镜；25-第一反射镜；3-等离子体光谱检测***；31-第二透镜；32-光纤；33-成像光谱仪；4-ICCD摄像***；41-ICCD相机；42-第一透镜；5-声反射检测***；51-声信号传感器；52-前置放大器；53-数据采集卡；6-图像采集***；61-白光LED灯；62-第二反射镜；63-CCD相机；7-控制端。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一
如图1所示为本发明的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***的实施例，包括三轴平台1、飞秒激光加工***2、等离子体光谱检测***3、ICCD摄像***4及声反射检测***5、图像采集***6及控制端7：
待加工工件安装于三轴平台1，待加工工件可发生X轴、Y轴、Z轴三轴运动；
飞秒激光加工***2向待加工工件表面聚焦短脉冲激光加工，加工过程中产生有等离子体及等离子体辐射的光；
等离子体光谱检测***3用于对等离子体辐射的光进行光谱分析得到光谱信号变化和等离子体特征信息；
ICCD摄像***4用于拍摄激光作用产生的等离子照片，在飞秒激光加工***2出光时控制端7触发ICCD拍摄***拍摄等离子体照片，等离子体照片传输至控制端7进行分析；
声反射检测***5用于检测加工过程待加工工件表面声音信号，声音信号传输至控制端7进行处理和分析；
图像采集***6实时拍摄待加工工件表面得到表面形貌照片，表面形貌照片传输至控制端7进行处理和分析；
三轴平台1、飞秒激光加工***2、等离子体光谱检测***3、ICCD摄像***4及声反射检测***5、图像采集***6均连接于控制端7。
本实施例在实施时，飞秒激光加工***2加工待加工工件表面时诱导产生等离子体及等离子体辐射光，ICCD摄像***4拍摄等离子照片以捕捉激光诱导等离子体的动态变化过程，同时采用声反射检测***5检测声反射信号变化。之后，采用等离子体光谱检测***3对等离子辐射的光进行光谱分析得到光谱信号变化和等离子体特征信息；综合分析等离子动态变化信号和声反射信号指导加工过程。
在其中一个实施例中，飞秒激光加工***2包括飞秒激光器21、衰减器22、半波片23、物镜24及多组第一反射镜25，衰减器22、半波片23、物镜24及多组第一反射镜25顺次设置形成光路，飞秒激光器21产生的激光沿光路传输至待加工工件表面，飞秒激光器21包括调Q开关。待加工工件表面被激光作用烧蚀过程中等离子喷发，等离子在喷发时有辐射光产生。
在其中一个实施例中，飞秒激光器21产生的激光波长为515nm、激光脉宽为290fs～10ps。
在其中一个实施例中，ICCD拍摄***包括ICCD相机41及第一透镜42，第一透镜42位于ICCD相机41与待加工工件之间；飞秒激光器21出光时，调Q开关发出电平信号触发ICCD相机41拍摄激光作用产生的等离子体照片。ICCD拍摄***在不同的延时下拍摄激光作用产生的等离子体照片，等离子体膨胀过程被焦距为105mm的镜头聚焦成像到ICCD感光芯片上，三轴平台1对ICCD相机41的焦点进行调节，ICCD的门宽为延时时间的10％(当等离子产生50ns后拍摄，采用5ns的门宽；等离子体产生后1000ns拍摄，采用100ns的门宽)；试验过程中，待加工工件表面只进行一次烧蚀实验，保证每次烧蚀的位置为样品光滑表面；本实施例中，ICCD相机41拍摄得到的图像可以利用Princeton Instruments自行研发的软件LightField进行处理。
在其中一个实施例中，等离子体光谱检测***3包括第二透镜31、光纤32及成像光谱仪33，光纤32置于第二透镜31和成像光谱仪之间；飞秒激光器21出光时，调Q开关发出电平信号触发光谱仪拍摄，等离子体辐射的光经第二透镜31耦合到光纤32并传输至成像光谱仪33进行光谱分析。在激光出光时，调Q开关发出电平信号触发成像光谱仪33自动延时拍摄，等离子体辐射的光经第二透镜31耦合到光纤32，然后传输到成像光谱仪33进行光谱分析，利用自带的Light Field软件分析光谱信号变化和等离子体特征信息，等离子体特征信息包括等离子体电子密度和温度。
在其中一个实施例中，声反射检测***5包括声信号传感器51、前置放大器52及数据采集卡53，声信号传感器51安装于待加工工件表面，声信号传感器51的输出通道与前置放大器52的输入通道连接，前置放大器52的输出通道与数据采集卡53的输入通道连接，数据采集卡53的输出通道与数据采集卡53连接。其中，前置放大器52的输出通道通过具有抑制电磁噪声的信号电缆连接到数据采集卡53的输入通道，本实施例可采用装有基于PCI-2***的Aewin软件的显示器进行声信号处理和分析。
在其中一个实施例中，图像采集***6包括白光LED灯61、第二反射镜62及CCD相机63，白光LED灯61发出的光线经第二发射镜改变光线方向后照射到待加工工件表面，CCD相机63拍摄待加工工件表面形貌。其中，LED灯为白光灯，白光灯照射被激光轰击的材料表面，可以实施清晰地观察到被轰击的样品表面。
在其中一个实施例中，CCD相机63的成像位置与飞秒激光器21产生激光的照射位置共面。
在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
实施例二
本实施例为激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测方法的实施例，包括以下步骤：
S10.将待加工工件装载于三轴平台，启动飞秒激光器向待加工工件表面发射激光诱导产生等离子体；
S20.ICCD摄像***捕捉激光诱导等离子的动态变化过程：在飞秒激光器加工的同时利用ICCD摄像***对烧蚀过程进行延时拍摄得到ICCD图像信号；同时，采用声反射检测***采集声信号并传输至控制端；
在ICCD摄像***拍摄时，调低最大灰度来观察等离子体膨胀的边缘形态，通过调高灰度阈值来观察等离子体等离子体内部光强强弱分布。为了能够更明显表示等离子体，通过对黑暗环境拍摄得到背景强度为640，因此以640为最低强度值。
在采集声信号时，根据待加工工件表面声反射信号的衰减特性幅值曲线测量试验，确定声信号传感器涂上凡士林并布置在距离声发射源长度为8mm的位置，声发射源位于激光作用点；设置相应的通道参数：信号增益40dB，数据样品采样率5MHz；本实施例待加工工件为厚度为0.52mm的碳化硅样件，根据碳化硅工件的材料特性：峰值定义时间300μs，Hit定义时间600μs以及Hit闭锁时间1000μs，同时声发射采集门槛设为30dB；最后将声发射仪与显示器连接，用于采集信号的显示与分析处理。
S30.等离子体光谱检测***采集激光诱导等离子体辐射的光谱信息：在飞秒激光器出光时，触发拍摄等离子体辐射的光成像得到光谱信号；
成像光谱仪对激光烧蚀过程进行延时拍摄时，采集数据的设置门宽为100ns，成像光谱仪的入射狭缝设置为20μm，光谱信号图像利用Princeton Instruments自行研发的软件Light Field进行处理。本实施例待加工工件为厚度为0.52mm的碳化硅样件，光谱信号图像如图2所示。
S40.控制端对步骤S20中的ICCD图像信号、声信号和步骤S30中的光谱信号进行分析监测；
其中，步骤S40中ICCD图像信号、声信号、光谱信号分析后与理论建模得到的最优发光特性进行对比，以判断选择的激光加工参数是否合适；并可根据对比结果调整激光加工参数以逐步获得理想的加工结果。
步骤S40中分析的信号还包括CCD图像信号，CCD图像信号由CCD摄像机拍摄，且CCD相机的成像位置与飞秒激光器产生激光的照射位置共面。CCD摄像机采集图像方式为超快成像方式，将超快成像、激光诱导击穿光谱和声反射技术相结合的检测方式，互相优势互补，弥补各自不足，分析速度快、测量破坏性小、检测结果准确和可实现实时检测。
本实施例待加工工件为厚度为0.52mm的碳化硅样件，碳化硅样件到物镜的距离为50mm，激光光束通过聚焦透镜汇聚垂直聚焦在样品表面上，以获得半球形等离子体。激光脉宽280fs，光斑直径24μm，在不同能量激光单脉冲作用下，ICCD图像信号如图3所示。由图3中等离子体的变化过程可知，在低激光能量下，等离子体没有沿轴向膨胀，而是很快就向四周喷发冷却后消失，等离子体寿命也很短，0.575μJ时，等离子体寿命在1μs以内，6.12μJ时，寿命在10μs，且激光能量越大，烧蚀产生等离子体的尺寸也越大，材料电离的越充分，等离子体从450ns开始碎裂开来，可以推测材料的去除过程以汽化和***机制为主，若想获得良好的烧蚀形貌，烧蚀时的激光功率值应尽量接近于材料的破坏阈值。
在激光频率100KHZ，脉冲能量63.1μJ参数下，研究不同脉冲数作用下的等离子体演变过程，如图4所示。由图4可知，在高能量作用下，多脉冲等离子寿命周期相比单脉冲短很多，大概只持续400ns,等离子体在前3ns成半球状膨胀(速度大约49.1km/s)，在6ns后，开始轴向膨胀的速度大于径向膨胀速度，等离子体呈现细长条状。激光作用表面瞬间，之前表面沉积的颗粒物向四周飞溅开来，等离子体后期没有向径向碎裂，说明烧蚀坑周围的团簇颗粒状，绝大多数应该是第一个脉冲打下去产生的。
另外，研究激光对碳化硅进行打点实验过程的声发射信号特征时，分别选择激光能量密度0.33J/cm2、3.18J/cm2、6.84J/cm2、7.65J/cm2、9.78J/cm2、13.4J/cm2和16.34J/cm2共七个参数，重复频率为200kHz，选择4分频的条件下时候刚好采集到声发射信号。利用信号参数能量计数和快速傅里叶变换(FFT)对打点过程进行表征。如图5所示，能量计数随激光能量的增大而增大，碳化硅去除量的变化可反映在打点区域面积的大小。对信号数值和打点区域面积数值进行直线连接，发现打点区域面积和声发射能量计数表现出变化的一致性。说明越大的激光能量加工碳化硅引起去除量的增大，声发射能量计数与去除量的变化有着直接的联系，频域图表现出激光能量的增加，频率的幅值增大。在选取激光能量为16.34J/cm2进行加工时，声信号和激光作用区域形貌结果如图6所，可准确且细致地辅助激光加工。
本实施例在扫描加工过程中，将声反射信号事件变化与碳化硅表面改性过程出现的异常(如局部缺陷、奇异点)的发生联系起来，利用声发射信号的短时傅里叶变换的时频分析方法和来监测激光改性碳化硅过程。通过改变单一变量扫描速度观察STFT时频谱图变化情况，使用的激光参数分别为激光能量3.18J/cm2，重复频率200kHz，光斑搭接间距20μm，扫描速度40mm/s，改变单一的参数变量，扫描速度分别为10mm/s，40mm/s和70mm/s，优化后表面参数为扫描速度提高到120mm/s，搭接间距为5μm，其他参数保持不变。如图7所示，建立以横坐标为时间(s)，纵坐标为频率(kHz)的声发射时频域图，颜色的深浅代表着频率分量的数值大小，颜色越深，频率数值越大。扫描速度越大，表面越平整，起伏结构越低，此时飞秒激光对碳化硅改性作用越小，反应在STFT时频图上的频率分量分布区域越均匀，说明改性过程的表面局部缺陷处较少。当扫描速度过小达到10mm/s时，碳化硅表面由于激光的强烈高斯光斑烧蚀作用呈现出纵向深度方向的去除量过大，表面结构起伏增加，即改性后表面分布着不规则面积大小的局部微缺陷，反映在STFT时频图上的频率分量为，200kHz～300kHz的频带分量与其他扫描速度一致，说明此频带分量仅代表着去除量的多少。此时400kHz～600kHz频率分量开始出现颜色的变化，700kHz～900kHz频带内频率分量呈现明显的颜色转变，频率成分大大较低，说明此频带频率成分与改性过程存在的表面缺陷处有强烈的联系。
经过以上步骤，结合等离子图像和声发射信号图像，通过分析等离子体图像演变过程、声发射幅度信号与激光能量、脉冲个数的关系，细致且全面地解释分析激光作用材料的物理机制，建立信号变化与激光参数的映射关系，从而预判加工质量，监测激光加工过程。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***，其特征在于，包括三轴平台、飞秒激光加工***、等离子体光谱检测***、ICCD摄像***及声反射检测***、图像采集***及控制端：
待加工工件安装于三轴平台，待加工工件可发生X轴、Y轴、Z轴三轴运动；
所述飞秒激光加工***向待加工工件表面聚焦短脉冲激光加工，加工过程中产生有等离子体及等离子体辐射的光；
所述等离子体光谱检测***用于对所述等离子体辐射的光进行光谱分析得到光谱信号变化和等离子体特征信息；
所述ICCD摄像***用于拍摄激光作用产生的等离子照片，在飞秒激光加工***出光时控制端触发ICCD拍摄***拍摄等离子体照片，等离子体照片传输至控制端进行分析；
所述声反射检测***用于检测加工过程待加工工件表面声音信号，声音信号传输至控制端进行处理和分析；
所述图像采集***实时拍摄待加工工件表面得到表面形貌照片，所述表面形貌照片传输至控制端进行处理和分析；
所述三轴平台、飞秒激光加工***、等离子体光谱检测***、ICCD摄像***及声反射检测***、图像采集***均连接于控制端。
2.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***，其特征在于，所述飞秒激光加工***包括飞秒激光器、衰减器、半波片、物镜及多组第一反射镜，所述衰减器、半波片、物镜及多组第一反射镜顺次设置形成光路，所述飞秒激光器产生的激光沿光路传输至待加工工件表面，所述飞秒激光器包括调Q开关。
3.根据权利要求2所述的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***，其特征在于，所述飞秒激光器产生的激光波长为515nm、激光脉宽为290fs～10ps。
4.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***，其特征在于，所述ICCD拍摄***包括ICCD相机及第一透镜，所述第一透镜位于ICCD相机与待加工工件之间；飞秒激光器出光时，调Q开关发出电平信号触发ICCD相机拍摄激光作用产生的等离子体照片。
5.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***，其特征在于，所述等离子体光谱检测***包括第二透镜、光纤及成像光谱仪，所述光纤置于第二透镜和成像光谱仪之间；飞秒激光器出光时，调Q开关发出电平信号触发光谱仪拍摄，等离子体辐射的光经第二透镜耦合到光纤并传输至成像光谱仪进行光谱分析。
6.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***，其特征在于，所述声反射检测***包括声信号传感器、前置放大器及数据采集卡，声信号传感器安装于待加工工件表面，声信号传感器的输出通道与前置放大器的输入通道连接，前置放大器的输出通道与数据采集卡的输入通道连接，所述数据采集卡的输出通道与数据采集卡连接。
7.根据权利要求2至6任一项所述的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***，其特征在于，所述图像采集***包括白光LED灯、第二反射镜及CCD相机，白光LED灯发出的光线经第二发射镜改变光线方向后照射到待加工工件表面，所述CCD相机拍摄待加工工件表面形貌。
8.根据权利要求7所述的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测***，其特征在于，CCD相机的成像位置与飞秒激光器产生激光的照射位置共面。
9.一种激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10.将待加工工件装载于三轴平台，启动飞秒激光器向待加工工件表面发射激光诱导产生等离子体；
S20.ICCD摄像***捕捉激光诱导等离子的动态变化过程：在飞秒激光器加工的同时利用ICCD摄像***对烧蚀过程进行延时拍摄得到ICCD图像信号；同时，采用声反射检测***采集声信号并传输至控制端；
S30.等离子体光谱检测***采集激光诱导等离子体辐射的光谱信息：在飞秒激光器出光时，触发拍摄等离子体辐射的光成像得到光谱信号；
S40.控制端对步骤S20中的ICCD图像信号、声信号和步骤S30中的光谱信号进行分析监测；
其中，步骤S40中ICCD图像信号、声信号、光谱信号分析后与理论建模得到的最优发光特性进行对比，以判断选择的激光加工参数是否合适；并可根据对比结果调整激光加工参数以逐步获得理想的加工结果。
10.根据权利要求9所述的激光诱导击穿光谱与声反射结合的在线监测方法，其特征在于，步骤S40中分析的信号还包括CCD图像信号，所述CCD图像信号由CCD摄像机拍摄，且CCD相机的成像位置与飞秒激光器产生激光的照射位置共面。
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