一种基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法技术

本发明专利技术公开了一种基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法，包括如下步骤：S1、利用穿透检测技术得到激光微孔制造中通孔形成时所需的脉冲个数，及脉冲个数阈值；S2、以脉冲个数阈值作为实验中不同参数组合下使用的脉冲个数，从而对控制变量法、正交试验法进行改进；S3、利用改进型控制变量法、改进型正交实验法研究各影响因素对激光微孔制造质量的影响，优化激光微孔制造工艺参数。本发明专利技术通过穿透检测技术获得恰好将材料打通的脉冲个数阀值，以脉冲个数阀值作为实验中激光打孔脉冲个数，排除通孔形成后脉冲激光对通孔锥度的影响，减小热影响，提高研究的可靠性，进一步提高激光打通孔的效率。弥补了传统控制变量法和正交试验法的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法
本专利技术属于激光微纳制造领域，特别是涉及一种基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法。
技术介绍
激光打孔是一项非常重要的激光加工应用技术，通过聚焦透镜对激光束进行聚焦能够得到直径很小的光斑，在焦点处形成很高的温度。在脉冲激光的作用下，材料不断熔化和蒸发。最后，气体和打孔形成的等离子体会产生高压将杂志吹出孔洞，形成微孔。相对于传统的机械钻孔方式，激光打孔具有独特的优势和不可替代的作用，如效率高、精度高、无机械应力及无工具损耗等，已成为现代微小孔加工领域的关键技术之一。目前有关激光打孔的研究大多采用控制变量法和正交试验法分析工艺参数对微孔质量的影响，控制变量法和正交试验法在不研究脉冲个数对微孔质量的影响情况下，常常将脉冲个数设定为一个定值，研究其他参数对打孔质量的影响，没有考虑形成通孔后后续脉冲激光对打孔质量的影响。在激光打孔研究中，不同的激光参数组合将材料打通所需要的脉冲个数差别很大，因而不能简单的利用控制变量法和正交试验法进行激光打通孔研究。在研究不同因素对激光打通孔锥度的影响时，必须保证通孔是在脉冲激光作用完恰好形成的，否则通孔形成后，后续脉冲对孔的锥度将造成影响，有约90％的功率被孔壁吸收，增加热影响，且打孔效率也会降低。因此在打通孔过程中，获得恰好将材料打通的脉冲个数阀值非常重要，以脉冲个数阀值作为实验中激光打孔脉冲个数，可以排除通孔形成后脉冲激光对通孔锥度的影响，减小热影响，提高研究的可靠性，进一步提高激光打通孔的效率。总之，传统的控制变量法以及正交试验法没有考虑形成通孔后后续脉冲激光对打孔质量的影响。存在通孔形成后脉冲激光对通孔锥度的影响，增大热影响区。
技术实现思路
为了克服上述现有激光微孔制造试验方法的不足，本专利技术提供了一种基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法。本专利技术的技术方案是：一种基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法，包括如下步骤：S1、利用穿透检测技术得到激光微孔制造中通孔形成时所需的脉冲个数，及脉冲个数阈值N；S2、以脉冲个数阈值N作为实验中不同参数组合下使用的脉冲个数，从而对控制变量法、正交试验法进行改进；S3、利用改进型控制变量法、改进型正交实验法研究各影响因素对激光微孔制造质量的影响，优化激光微孔制造工艺参数。上述方案中，所述步骤S1中的穿透检测技术是利用内置于光学系统中的光强度传感器来测量打孔过程中试样材料表面的反射光强度，通过反射光强度的变化来判断材料微孔是否被打通。上述方案中，通过计算机系统预先设置通孔形成后的反射光强度，当检测到的反射光强度低于预设值时，默认孔已打通。上述方案中，所述步骤S2中的脉冲个数阈值N是通过计算机系统根据设定的激光重复频率和检测得到的激光打通孔时间自动计算得出，具体脉冲个数阈值N的计算公式如下：N＝(t1-t0)·f式中，t0为打孔开始的时间点；t1为材料被打通的时间点；f为脉冲重复频率。上述方案中，所述步骤S3中的改进型控制变量法和改进型正交试验法是在传统控制变量法和正交试验法的基础上，将每组实验参数中原先设定的脉冲个数改为脉冲个数阈值N。上述方案中，所述改进型控制变量法是利用脉冲个数阈值N对控制变量法进行改进，得到专门为激光打通孔实验设计的改进型控制变量法。上述方案中，所述的改进型正交试验法是利用脉冲个数阈值N对正交实验法进行改进，得到专门为激光打通孔实验设计的改进型正交实验法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过穿透检测技术获得恰好将材料打通的脉冲个数阀值，以脉冲个数阀值作为实验中激光打孔脉冲个数，排除通孔形成后脉冲激光对通孔锥度的影响，减小热影响，提高研究的可靠性，进一步提高激光打通孔的效率，弥补了传统控制变量法和正交试验法的不足。附图说明图1为本专利技术一种基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法的穿透检测示意图；图2为本专利技术打孔时间和反射光强度关系图。图中，1、试样；2、入射光；3、光强度传感器；4、反射光；5、微孔。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。本专利技术所述的穿透检测技术如图1所示，主要是利用内置于光学系统中的光强度传感器3来测量打孔过程中试样1材料表面的反射光4强度，通过反射光4强度的变化来判断材料微孔5是否被打通。针对工件材料种类厚度，通孔形成后孔出口处可能出现残渣等对测量结果的影响，造成不同材料实际情况下通孔形成后的反射光强度不同，本专利技术可根据具体实际条件，通过计算机系统预先设置通孔形成后的反射光强度，当检测到的反射光强度低于预设值时，默认孔已打通，进一步提高测量的准确性。如图2所示，打孔开始的时间点为t0，材料被打通前，大量的光向上反射，反射光强度高；材料被打通的时间点为t1，此后材料被打通，向上反射的光急剧减少并趋于平稳，反射光强度低。通过t1与t0相减得到激光打通孔所需时间t，进一步结合实验中所使用的脉冲重复频率f及可求得激光打通孔所需脉冲个数阀值N。脉冲个数阈值N的计算公式如下：N＝(t1-t0)·f(1)利用脉冲个数阀值N大小可以判断打孔效率的高低。脉冲个数阈值N越大，表示材料越难被打通，打孔效率越低；脉冲个数阈值N越小，表示材料越容易被打通，打孔效率越高。本专利技术所述的改进型控制变量法是利用脉冲个数阈值N作为实验中不同参数组合下使用的脉冲个数，从而对控制变量法进行改进，得到了专门为激光打通孔实验设计的改进型控制变量法。以研究离焦量对激光打通孔的影响为例，当其它参数不变，研究离焦量变化对激光打通孔影响的改进型控制变量法(见表1)。表1中，N1～N7是与不同离焦量相对应的脉冲个数阈值(由穿透检测获得)。研究其它参数对激光打通孔影响的改进型控制变量法同表1。表1改进型控制变量法本专利技术所述的改进型正交试验法是利用脉冲个数阈值N作为实验中不同参数组合下使用的脉冲个数，从而对正交实验法进行改进，得到了专门为激光打通孔实验设计的改进型正交实验法。以四水平五因素的一个实验为例。表2中，N1～N16分别是16组实验参数下的脉冲个数阈值(由穿透检测获得)。研究其它不同因素不同水平的改进型正交实验法同表2。此种方法，适用于脉冲个数不作为正交实验中因素的情况，消除了传统正交试验法通孔形成后后续脉冲对通孔质量的影响，进一步提高了正交实验的准确性与可靠性。表2改进型正交试验法本专利技术一种基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法实施步骤：S1、利用穿透检测技术得到激光微孔制造中通孔形成时所需的脉冲个数，及脉冲个数阈值；S2、以脉冲个数阈值作为实验中不同参数组合下使用的脉冲个数，从而对控制变量法、正交试验法进行改进；S3、利用改进型控制变量法、改进型正交实验法研究各影响因素对激光微孔制造质量的影响，优化激光微孔制造工艺参数。上述技术方案体现了本专利技术专利的优选方案，本
的技术人员对部分功能进行修改体现本专利原理的，属于本专利保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、利用穿透检测技术得到激光微孔制造中通孔形成时所需的脉冲个数，及脉冲个数阈值N；S2、以脉冲个数阈值N作为实验中不同参数组合下使用的脉冲个数，从而对控制变量法、正交试验法进行改进；S3、利用改进型控制变量法、改进型正交实验法研究各影响因素对激光微孔制造质量的影响，优化激光微孔制造工艺参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、利用穿透检测技术得到激光微孔制造中通孔形成时所需的脉冲个数，及脉冲个数阈值N；S2、以脉冲个数阈值N作为实验中不同参数组合下使用的脉冲个数，从而对控制变量法、正交试验法进行改进；S3、利用改进型控制变量法、改进型正交实验法研究各影响因素对激光微孔制造质量的影响，优化激光微孔制造工艺参数。2.根据权利要求1所述的基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法，其特征在于，所述步骤S1中的穿透检测技术是利用内置于光学系统中的光强度传感器(3)来测量打孔过程中试样(1)材料表面的反射光(4)强度，通过反射光(4)强度的变化来判断材料微孔(5)是否被打通。3.根据权利要求2所述的基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法，其特征在于，通过计算机系统预先设置通孔形成后的反射光(4)的强度，当检测到的反射光(4)强度低于预设值时，默认孔已打通。4.根据权利要求1所述的基于穿透检测技术的改进型激光微孔制造实验方法，其特征在于，所述步骤S2中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：任乃飞，夏凯波，王琪琪，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32