[发明专利]一种基于在线检测技术改善激光打孔质量的装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于在线检测技术改善激光打孔质量的装置及方法，涉及激光加工领域，装置包括激光器、聚焦透镜、半透镜、第一光敏传感器、储气仓、气压传感器、控制器、电压阀、CCD相机、夹具和第二光敏传感器；激光器产生的激光被半透镜分为两束，第一光敏传感器、第二光敏传感器用于在线检测激光信号，CCD相机用于观察小孔的深度，控制器根据检测信号实时控制电压阀的开关以及气体的输出压力。该方法和装置能够提高熔融物的去除效率，减少因熔融物堆积造成的重铸层和微裂纹，改善激光打孔质量。该装置适用于在长脉冲红外激光器上进行激光打孔。

技术领域

本发明涉及激光制造加工领域，具体涉及一种基于在线检测技术改善激光打孔质量的装置及方法。

背景技术

在长脉冲激光打孔中，材料主要以熔融物喷发的方式去除。因此，熔融物的喷发效率是影响激光打孔质量的关键因素。熔融物的喷发一方面依靠内部形成的高温高压环境由内向外喷出，另一方面由气体辅助吹除。然而，在气体辅助长脉冲激光打孔过程中，熔融物自下而上喷发，气体自上而下吹出，并且气体从喷嘴吹出散射后几乎完全覆盖小孔，熔融物的喷出受到限制，残留在孔壁的熔融物将重新凝固形成重铸层，甚至诱发基体产生微裂纹，这严重影响了激光打孔的质量。另外，打孔过程中随着小孔深度的增加，小孔底部熔融物的喷发所需要的能量越大，这要求气体吹出的压力也要随之增大，保证熔融物能够有效去除。

现有技术中存在通过高灵敏度麦克风和示波器获得打孔过程中的声纹特征，声纹特征经处理后得到所需要的脉冲个数，将此脉冲个数作为判断微孔质量的标准。但是，在激光打孔过程中，除了激光打孔的声波外，还存在着辅助气体等声波的干扰，干扰信号的存在不利于数据处理和结果判定。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明提供了一种基于在线检测技术改善激光打孔质量的装置及方法，通过在线检测脉冲激光和微孔深度，提高脉冲激光打孔过程中熔融物的去除效率，减少了因熔融物堆积造成的重铸层和微裂纹，改善了激光打孔质量。

本发明通过以下技术手段实现上述技术目的：

一种基于在线检测技术改善激光打孔质量的装置，激光器发出的激光束经过半透镜分成两束，一束激光辐照到第一光敏传感器上，接收到激光束的光信号后，第一光敏传感器的电信号变化，该电信号传递给控制器，控制器控制电压阀门的开闭；另一束激光通过聚焦透镜聚焦后辐照在工件上，工件下方设置有第二光敏传感器；第二光敏传感器接收到激光束的光信号后，第二光敏传感器的电信号变化，该电信号传递给控制器，控制器控制电压阀门的开闭；所述电压阀门控制储气仓的开闭。

进一步的，所述半透镜与第一光敏传感器之间设置有第一保护镜。

进一步的，所述工件与第二光敏传感器之间设置有第二保护镜。

进一步的，所述工件斜上方一侧设置有CCD相机。

进一步的，所述储气仓上安装有气压传感器；所述气压传感器与控制器连接。

进一步的，所述激光器属于长脉冲红外激光器，激光脉冲宽度为0.1～20ms。

进一步的，所述第一光敏传感器和第二光敏传感器可检测的光为红外光，检测精度为0.1ms。

进一步的，储气仓内的气体为氮气或者氩气。

进一步的，所述工件通过夹具夹持。

基于在线检测技术改善激光打孔质量装置的方法，包括如下步骤：