[發(fā)明專利]一種脈沖激光器輸出脈沖能量穩(wěn)定性的檢測(cè)與評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610369599.5
• 申請(qǐng)日: 2016-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN105790046B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅怡;謝小健;朱亮;韓靜韜;丁宇;賈立成;張家豪;蔣志高
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/00
• 分類號(hào): H01S3/00;G01M11/02
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

本發(fā)明公開脈沖激光器輸出脈沖能量穩(wěn)定性的檢測(cè)與評(píng)估方法。該方法借助實(shí)時(shí)檢測(cè)脈沖激光與靶材作用激發(fā)的聲發(fā)射信號(hào)波形，提取出每個(gè)脈沖激光聲發(fā)射事件的平均振鈴計(jì)數(shù)和正峰均值，繪制正峰均值?平均振鈴計(jì)數(shù)的特征分布圖，以特征分布圖為基礎(chǔ)，計(jì)算特征分布圖中的散點(diǎn)群重心，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)出散點(diǎn)的聚集度因子。脈沖激光器輸出脈沖能量穩(wěn)定性判斷原則為：正峰均值?平均振鈴計(jì)數(shù)特征分布圖中的散點(diǎn)分布越集中，脈沖激光器輸出脈沖能量的穩(wěn)定性越好；聚集度因子越小，脈沖激光器輸出脈沖能量的穩(wěn)定性越好。利用本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)脈沖激光器輸出能量穩(wěn)定性的檢測(cè)與評(píng)估，尤其適合用于金屬材料焊接、熔敷、表面熱處理的激光器輸出能量穩(wěn)定性的檢測(cè)與評(píng)估。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種脈沖激光器輸出脈沖的檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)，適用于脈沖激光加工輸出能量穩(wěn)定性檢測(cè)與評(píng)估的應(yīng)用場(chǎng)合，尤其適合用于金屬材料焊接、熔敷、表面熱處理的激光器輸出能量穩(wěn)定性的檢測(cè)與評(píng)估。

背景技術(shù)

激光加工是一種應(yīng)用較為廣泛的材料加工技術(shù)，而激光焊接在金屬材料加工領(lǐng)域應(yīng)用尤為廣泛。作為一種高效率的焊接技術(shù)，激光焊接熱源能量密度大，熱輸入低、使焊接熱影響區(qū)窄、熱變形小，容易實(shí)現(xiàn)深熔和高重復(fù)精度焊接。在脈沖激光焊接過程中，激光的焊接能量大小是由激光脈沖頻率、峰值功率和脈寬等參數(shù)共同決定，而不同的焊接能量試驗(yàn)參數(shù)對(duì)焊接過程的穩(wěn)定性和焊縫成形都有重要影響，由于控制激光焊接的因素較多，試驗(yàn)參數(shù)的匹配對(duì)焊接過程穩(wěn)定性極為重要。

在脈沖激光焊接過程中，激光脈沖能量的輸出是影響焊接質(zhì)量的重要因素，因此，在激光器的設(shè)計(jì)與制造中均對(duì)激光脈沖能量輸出及其穩(wěn)定性有嚴(yán)格要求，并采用專用儀器或方法進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。在焊接過程中，激光焊接熱源與工件形成的相互作用效應(yīng)會(huì)以不同形式釋放能量，結(jié)構(gòu)負(fù)載聲發(fā)射能量即是其中的一種。本發(fā)明利用輸出激光能量與特制靶材相互作用激發(fā)的聲發(fā)射能量作為信息源，實(shí)時(shí)檢測(cè)激光熱源與工件相互作用所釋放的聲發(fā)射信號(hào)，提取信號(hào)的特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖激光能量輸出及其穩(wěn)定性的檢測(cè)和評(píng)估，為脈沖激光加工過程激光能量輸出穩(wěn)定性評(píng)估提供了一種新的技術(shù)手段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)焊接、熔敷、表面熱處理等制造用激光器輸出能量的穩(wěn)定性檢測(cè)，提供一種基于聲發(fā)射能量檢測(cè)的脈沖激光器輸出脈沖能量穩(wěn)定性檢測(cè)與評(píng)估評(píng)估方法。

本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種脈沖激光器輸出脈沖能量穩(wěn)定性的檢測(cè)與評(píng)估方法，該方法利用實(shí)時(shí)檢測(cè)激光器輸出激光束沖擊靶材產(chǎn)生的聲發(fā)射能量釋放特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光能量輸出穩(wěn)定性的評(píng)估。所述檢測(cè)與評(píng)估方法的步驟如下：

(1)安裝聲發(fā)射傳感器于靶材上，且正對(duì)靶材中心位置；

(2)對(duì)靶材進(jìn)行循環(huán)冷卻；

(3)將激光器輸出激光能量作用于靶材中心位置。

(4)實(shí)時(shí)采集輸出激光能量作用于靶材激發(fā)的聲發(fā)射信號(hào)，并繪制出信號(hào)的動(dòng)態(tài)波形圖。

(5)關(guān)停激光能量輸出，并停止聲發(fā)射信號(hào)在線檢測(cè)。

(6)由聲發(fā)射信號(hào)動(dòng)態(tài)波形提取出每個(gè)脈沖激光聲發(fā)射事件的平均振鈴計(jì)數(shù)和正峰均值。

(7)以正峰均值為X軸，以平均振鈴計(jì)數(shù)為Y軸，繪制正峰均值-平均振鈴計(jì)數(shù)特征分布圖。

(8)計(jì)算散點(diǎn)X軸坐標(biāo)平均值X₀和Y軸坐標(biāo)平均值Y₀，得到的位置(X₀，Y₀)作為散點(diǎn)群重心；

(9)計(jì)算各散點(diǎn)與散點(diǎn)群重心的間距值；

(10)統(tǒng)計(jì)間距值的標(biāo)準(zhǔn)差，作為聚集度指標(biāo)，即聚集度因子，判斷脈沖激光器輸出脈沖能量的穩(wěn)定性。

判斷原則為：