[发明专利]一种激光清洗阈值的测试方法

说明书

技术领域

本发明属于激光清洗领域，尤其涉及一种激光清洗阈值的测试方法。

背景技术

在激光清洗过程中，如果激光能量过高会损伤基体，而能量过低则不能将表面清洗干净，因此存在着激光清洗阈值和激光损伤阈值。在进行激光清洗前，第一步骤就是确定激光能量，能量的选择必须大于清洗阈值小于损伤阈值。目前激光清洗阈值的获取通过两种方式，一类是声检测方法，利用脉冲激光辐射基底表面，在很短的时间内产生强烈的振动冲击波，基底表面产生声波，通过使用麦克风等声学仪器来收集和处理过程中所发出的声信号，通过对声信号的强度和频率等判断清洗阈值；另一类是光检测方法，激光脉冲辐照基底产生高能量的等离子体，通过激光诱导的等离子体光谱、光强等探测，测量其变化情况判断基体清洗程度。这些探测装置都能够获取材料的激光清洗阈值，但都只能依靠大量的实验数据来寻找阈值，当清洗不同的材料需要做大量的重复实验。

发明内容

       本发明的目的是提出一种利用不同能量值的激光冲击材料产生的等离子体能量测量激光清洗阈值的方法。

       本发明的技术方案是：一种激光清洗阈值的测试方法，设定初始的激光能量值，采取以下步骤：

1）探测激光冲击材料产生的激光等离子体信号，将所述激光等离子体信号转换成电压信号并获取峰值电压值，将所述激光能量值和峰值电压值代入方程

；

2）改变激光能量值，重复步骤1）5次以上，得到不同的激光能量值与峰值电压组成的方程组，计算激光清洗阈值c和激光损伤阈值g；

其中，x激光能量值，y为峰值电压值，a,b, d, h,p为材料和腐蚀层影响参数。

所述步骤2）的激光能量值为等间隔改变。

本发明的有益效果是：通过探测激光能量值和探测激光等离子体的峰值电压值的关系计算激光清洗清洗阈值和激光损伤阈值，减少了大量重复性实验，节省了实验成本，有助于实现激光清洗阈值测试的自动化。

附图说明

图1测试装置图；

1激光器；2反射镜；3激光等离子体；4聚焦透镜；5材料腐蚀层；6被清洗材料基体；7滤波器；8光电探测器；9示波器；10处理器；

图2实验数据拟合曲线。

具体实施方式

这种测试方法基于激光与物质相互作用的关系。当激光能量小时，激光作用于材料表面腐蚀层并不能或产生很小的激光等离子体，因此输出较小。随着激光能量的增大，腐蚀层与激光之间的作用增强，激光等离子体也随之增强，清洗效果逐渐变好。当达到清洗阈值后，激光逐渐增强，但激光等离子体的强度增加并不明显，这是因为腐蚀层具有一定的厚度，激光与腐蚀层作用变化并不明显，这时清洗效果比较好。但当激光再增大到损伤阈值时，激光等离子体的强度随之大大增加，这说明激光不但与腐蚀层作用，也与基体材料发生作用，因此对基体的损伤也逐渐增大。

激光清洗材料表面的变化规律与BiDoseResp模型变化规律完全相同，因此用BiDoseResp模型表示激光清洗作用模型，该模型曲线的拐点即为激光清洗阈值和激光损伤阈值。BiDoseResp函数通用公式为，x激光能量值，y为峰值电压值，a,b, d, h,p为材料和腐蚀层影响参数，c为激光清洗阈值，g为激光损伤阈值。由于将激光能量值x和峰值电压值y代入公式后，方程存在7个未知参数，因此应选取7次及以上的激光能量值的激光对材料表面清洗并获取相应的峰值电压值，组成方程组，计算最终需清洗材料的激光损伤阈值和激光清洗阈值。

如图1所示为激光清洗阈值的测试装置，包括激光器1、反射镜2、聚焦透镜4、滤波器7、光电探测器8、示波器9和处理器10，滤波器的滤除波的波长与清洗激光器波长相同，激光器1发出激光经反射镜2和聚焦透镜4作用于材料6表面，产生激光等离子体3，这种等离子体经聚焦透镜4和滤波器7后，进入光电探测器8，由示波器9转换为电压信号，由处理器10计算处理。用于激光器1为脉冲激光器，调节激光器的能量值并进行测试，获取7组及以上的激光能量值与峰值电压值，并通过处理器10进行计算，获取激光清洗阈值和激光损伤阈值，其中处理器中是采用公式进行反演计算。

实施例

采用1064nm的Nd:YAG脉冲固体激光器，能量可从0～1000mJ调节，分别测量100mJ、200mJ、300mJ、400mJ、500mJ、600mJ、700mJ的激光能量值冲击材料表面，将探测的激光等离子体转化成电压信号后获取峰值电压值，经计算得到a=-0.01937、b=1.01746、c=298.31989、g=654.21055、d=0.0125、h=0.01447、p=0.67202。经过实验方式进行验证，发现激光清洗阈值为300mJ，激光损伤阈值为654mJ，其激光清洗阈值与计算值c基本一致，激光损伤阈值与计算值g基本一致。由图2所示，上述选取的100mJ、200mJ、300mJ、400mJ、500mJ、600mJ、700mJ获取的峰值电压值与计算得到的拟合曲线具有一致性。