[發明專利]一種多脈沖激光打孔用移動離焦方法

有效

• 申請號: 202011154707.X
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112317978B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 虞鋼;張越;李少霞;何秀麗;田崇鑫;鄭彩云;寧偉健
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/0622;B23K26/60;B23K26/70
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 焦海峰

本發明提供一種多脈沖激光打孔用移動離焦方法，選擇激光器并確定打孔參數、實驗材料、攝像機和分析系統；對實驗材料進行打孔，同時根據孔深變化速度，將打孔過程分為快速段，線性段和緩慢段；通過觀測方法測量出每個脈沖周期結束時的打孔深度，然后根據對應參數計算出每個脈沖周期的焓變數；確定各段對應的焓變數范圍，將每個脈沖周期內的焓變數保持在快速段對應的焓變數范圍內，則獲得最佳打孔效率。本發明通過高速攝像機觀測激光打孔過程并進行無量綱分析，計算出不同打孔階段時的焓變數變化范圍，然后控制激光打孔時的焓變數在不同脈沖周期內保持在一定的的焓變數范圍內的優化策略，進而提高打孔效率量化調控孔形，并增加濺射效率及深徑比。

技術領域

本發明涉及激光打孔領域，特別是涉及一種可提高打孔效率的多脈沖激光打孔用移動離焦方法。

背景技術

在激光打孔時，一般情況下，多個脈沖作用后，孔底輻照區激光功率密度減小，打孔效率降低。當降低到一定程度后，孔深不再增加。此時通過移動離焦方法，可以將焦點位置向孔底移動，來增加孔底輻照區的激光功率密度，在一定程度上可以增加孔深。

但現有的研究沒有提出有效的移動離焦策略，來優化多脈沖激光打孔的濺射效率或者孔形調控。

發明內容

本發明的目的是提供一種可提高打孔效率的多脈沖激光打孔用移動離焦方法。

具體地，本發明提供一種多脈沖激光打孔用移動離焦方法，包括如下步驟，

步驟100，選擇脈沖激光器或可調制的連續激光器并確定打孔參數，選擇打孔實驗材料，并設置獲取打孔過程中深度變化圖像的觀測系統；

步驟200，對實驗材料進行打孔，同時根據孔深變化速度，將打孔過程分為快速延伸的快速段，均勻延伸的線性段和緩慢延伸的緩慢段；

步驟300，根據每個脈沖周期的時間、焦斑半徑和功率密度計算出每個脈沖周期時的打孔深度，然后根據對應參數計算出每個脈沖周期的焓變數,并根據焓變數的變化規律確定快速段、線性段和緩慢段對應的焓變數范圍；

步驟400，利用前述獲取焓變數范圍的方式，在實際激光打孔應用中，將每個脈沖周期內的焓變數保持在快速段對應的焓變數范圍內時，能夠獲得最佳打孔效率；將進入線性段后的每個脈沖周期內的焓變數保持在線性段對應的焓變數范圍內時，能夠量化調控孔形。

本發明通過高速攝像機觀測激光打孔過程并進行無量綱分析，確定多脈沖激光打孔過程的質量遷移機制，計算出不同打孔階段時的焓變數變化范圍，然后基于質量遷移機制給出激光打孔時，控制激光打孔時的焓變數在不同孔段時保持在該段的焓變數范圍內的優化策略，進而提高打孔效率量化調控孔形，并增加濺射效率及深徑比。

附圖說明

圖1是本發明一個實施方式的移動離焦方法流程示意圖。

具體實施方式

以下通過具體實施例和附圖對本方案的具體結構和實施過程進行詳細說明。

如圖1所示，在本發明的一個實施方式一種多脈沖激光打孔用移動離焦方法，包括如下步驟，

步驟100，選擇脈沖激光器或可調制的連續激光器并確定打孔參數，選擇打孔實驗材料，并設置獲取打孔過程中深度變化圖像的攝像機和分析系統；

這里的激光器只要是具備脈沖激光或連續激光調制的脈沖序列即可，具體的脈寬為毫秒量級，優選為不高于1ms，不低于0.4ms。

由于打孔深度會隨脈沖個數的增加而增加，但脈沖個數增加到一定數量時(脈沖個數臨界值)，孔深不再隨著脈沖個數增加而變化(達到孔深臨界值)，因此所選用的脈沖個數不應低于該脈沖個數臨界值。

激光器的平均功率可設定在1200W～2000W左右。