專利名稱：多激光脈沖序列能量時(shí)域累積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多激光脈沖序列能量時(shí)域累積方法，能夠獲得能量精度高、作用時(shí)間控制精準(zhǔn)的激光束，用于激光精細(xì)加工，如亞微米激光焊接、打孔、切割等，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有激光加工過程中，工件吸收能量E不變，見圖1所示，在加工時(shí)域、內(nèi)，工件吸收能量E始終為ei。對于激光精細(xì)加工，如亞微米快速激光焊接、打孔、切割等，這種加工方式無法取得令人滿意的效果，如在細(xì)絲的焊接過程中，不可避免地發(fā)生熔化成珠或氣化現(xiàn)象，焊接幾乎無法進(jìn)行。鑒于此，在亞微米快速激光加工技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了一種變能量激光加工方法，工件對應(yīng)吸收的能量按照能量時(shí)域累積曲線變化，并且，激光加工方式不同，如焊接、打孔、切割等，有不同的能量時(shí)域累積曲線。如變能量亞微米快速激光打孔，其能量時(shí)域累積曲線一開始為一個(gè)峰值能量，瞬間間歇后激光能量由小到大地變化，達(dá)到一個(gè)最大值，再逐步減小到零，隨后又是一個(gè)峰值能量，完成加工，見圖2所示。在該方法中， 使用脈沖激光器提供加工激光。激光加工能量的變化是通過激光電源實(shí)現(xiàn)的。張秋鄂發(fā)表在《光電子技術(shù)與信息》2003年Vol. 1第6期P102的一篇題為“激光電源波形的微機(jī)控制” 的文章對此作了介紹。在激光電源中，并聯(lián)設(shè)置多個(gè)容量不同的儲能電容，每個(gè)儲能電容都有一個(gè)電子開關(guān)，這些電子開關(guān)由一個(gè)單片機(jī)控制。根據(jù)所需激光加工能量的不同，由容量不同的儲能電容為激光器泵浦供電，獲得幅值、脈寬不同的激光脈沖，這些激光脈沖的連線與亞微米激光加工能量時(shí)域累積曲線相同。然而，這種通過不斷改變激光脈沖幅值、脈寬獲得不同的激光加工能量的亞微米快速激光加工方法存在諸多問題。首先，由于電光轉(zhuǎn)換效率不穩(wěn)定，激光輸出不穩(wěn)定，因此，很難精確控制輸出的激光加工能量的大小，對于亞微米快速激光加工這種精細(xì)激光加工來說，勢必造成成品率下降。其次，該方法對硬件的要求很高。因儲能電容以放電、充電方式工作，總是存在一個(gè)較大的時(shí)間差，對于高重復(fù)頻率激光加工，如100 200Hz，該方法難以應(yīng)對。第三，該方法所采用的脈沖激光器專機(jī)專用，針對特定工件和加工方式，脈沖激光器硬件固定，輸出的激光加工能量波形確定，因此，缺乏柔性。在現(xiàn)有技術(shù)中，調(diào)Q技術(shù)與連續(xù)激光器結(jié)合能夠獲得高重復(fù)頻率脈沖激光輸出， 也就是調(diào)整Q驅(qū)動器的電信號頻率及脈寬，通過調(diào)Q晶體，將連續(xù)激光轉(zhuǎn)換為具有相應(yīng)脈沖頻率和脈寬的脈沖激光，調(diào)Q驅(qū)動器以及調(diào)Q晶體的使用消除了現(xiàn)有脈沖激光器因使用儲能電容以及泵浦而帶來的諸多不足。如果采用這種高重復(fù)頻率脈沖激光進(jìn)行亞微米快速激光加工，所提供的加工能量持續(xù)不變，沒有與亞微米快速激光加工能量時(shí)域累積曲線保持一致，見圖3所示，不能簡單地用于亞微米快速激光加工。不過，正如上文所言，能夠通過調(diào)整Q驅(qū)動器的電信號頻率及脈寬，再通過調(diào)Q晶體，將連續(xù)激光轉(zhuǎn)換為所需脈沖頻率和脈寬的脈沖激光，而Q驅(qū)動器的電信號頻率及脈寬的調(diào)整則由自Q驅(qū)動器計(jì)算機(jī)接口所接上位計(jì)算機(jī)控制。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有通過不斷改變激光脈沖幅值、脈寬獲得不同的激光加工能量的亞微米快速激光加工方法所存在的不足，實(shí)現(xiàn)激光加工能量的精確控制，獲得符合能量時(shí)域累積曲線以及高重復(fù)頻率的激光加工能量輸出，同時(shí)使得所采用的硬件部分即激光器具有廣泛的適應(yīng)性，即適合不同工件、不同方式的激光加工，我們發(fā)明了一種多激光脈沖序列能量時(shí)域累積方法。本發(fā)明之方法是一種亞微米快速激光加工方法，由激光脈沖進(jìn)行變能量加工，其特征在于，采用連續(xù)激光器，通過調(diào)Q產(chǎn)生脈沖頻率及脈寬不同、幅值相同的若干激光脈沖序列，由脈沖頻率高、脈寬窄的激光脈沖序列提供較大的激光加工能量，由脈沖頻率低、脈寬寬的激光脈沖序列提供較小的激光加工能量，由多段脈沖頻率及脈寬不同、幅值相同的激光脈沖序列在激光加工時(shí)域里組成一個(gè)激光脈沖序列串，工件對應(yīng)吸收的能量與能量時(shí)域累積曲線一致。本發(fā)明之方法其技術(shù)效果在于，通過Q驅(qū)動器計(jì)算機(jī)接口接入上位計(jì)算機(jī)，根據(jù)軟件控制Q驅(qū)動器的電信號頻率及脈寬，通過調(diào)Q晶體將連續(xù)激光轉(zhuǎn)換為具有相應(yīng)脈沖頻率和脈寬的脈沖激光，該脈沖激光具有高重復(fù)頻率的特點(diǎn)。并且，根據(jù)加工工件及其加工方式所對應(yīng)的能量時(shí)域累積曲線，由上位計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)整Q驅(qū)動器的電信號頻率及脈寬，輸出的脈沖激光則為脈沖頻率及脈寬不同、幅值相同的幾個(gè)激光脈沖序列，它們在激光加工時(shí)域里組成一個(gè)激光脈沖序列串，實(shí)現(xiàn)激光能量仿真，工件能夠吸收的能量與能量時(shí)域累積曲線一致。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明同樣是一種變能量加工方法，但是，不同的是激光加工能量來自脈沖頻率及脈寬不同、幅值相同激光脈沖序列，而這樣的激光脈沖序列又產(chǎn)生于調(diào)Q技術(shù)，具有高重復(fù)頻率特點(diǎn)，因此，能夠精確控制激光加工能量，配合激光能量仿真技術(shù)嚴(yán)格按照能量時(shí)域累積曲線進(jìn)行加工，提高了加工質(zhì)量。另外，對于不同的加工工件及加工方式，其能量時(shí)域累積曲線不同，采用本發(fā)明之方法，只需將能量時(shí)域累積曲線輸入上位計(jì)算機(jī)，通過實(shí)時(shí)算法得出激光脈沖序列串的各項(xiàng)參數(shù)，輸出適合當(dāng)前加工工件及加工方式所需激光加工能量，一機(jī)多用。


圖1是現(xiàn)有不變能量激光加工方法其加工能量與加工時(shí)域關(guān)系圖。圖2是現(xiàn)有變能量激光加工方法其加工能量與加工時(shí)域關(guān)系圖。圖3是現(xiàn)有通過調(diào)Q技術(shù)與連續(xù)激光器結(jié)合所獲得的具有高重復(fù)頻率脈沖激光波形圖。圖4是變能量亞微米快速激光加工方法通常需要遵循的一種工件吸收能量時(shí)域累積曲線圖。圖5是本發(fā)明之方法對應(yīng)變能量亞微米快速激光加工方法通常遵循的能量時(shí)域累積曲線之多激光脈沖序列串示意圖。圖6是變能量亞微米快速激光細(xì)絲焊接方法遵循的一種工件吸收能量時(shí)域累積曲線圖。圖7是本發(fā)明之方法對應(yīng)變能量亞微米快速激光細(xì)絲焊接方法遵循的能量時(shí)域累積曲線之多激光脈沖序列串示意圖，該圖兼作為摘要附圖。圖8是變能量亞微米快速激光精細(xì)打孔方法遵循的一種工件吸收能量時(shí)域累積曲線圖。圖9是本發(fā)明之方法對應(yīng)變能量亞微米快速激光精細(xì)打孔方法遵循的能量時(shí)域累積曲線之多激光脈沖序列串示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 該實(shí)施例是一種亞微米快速激光加工方法，由激光脈沖進(jìn)行變能量加工，所涉及的能量時(shí)域累積曲線在加工時(shí)間為、處具有一個(gè)峰值^，工件表面吸收的激光能量在峰值 ei兩側(cè)呈近似高斯分布，見圖4所示，圖中橫軸表示激光脈沖的加工時(shí)間T，縱軸表示工件表面吸收的激光加工能量E。采用連續(xù)激光器，連續(xù)激光功率P為40W，通過調(diào)Q產(chǎn)生脈沖頻率及脈寬不同、幅值相同的兩個(gè)激光脈沖序列，各個(gè)激光脈沖序列參數(shù)見下表
權(quán)利要求
1.一種多激光脈沖序列能量時(shí)域累積方法，是一種亞微米快速激光加工方法，由激光脈沖進(jìn)行變能量加工，其特征在于，采用連續(xù)激光器，通過調(diào)Q產(chǎn)生脈沖頻率及脈寬不同、 幅值相同的若干激光脈沖序列，由脈沖頻率高、脈寬窄的激光脈沖序列提供較大的激光加工能量，由脈沖頻率低、脈寬寬的激光脈沖序列提供較小的激光加工能量，由多段脈沖頻率及脈寬不同、幅值相同的激光脈沖序列在激光加工時(shí)域里組成一個(gè)激光脈沖序列串，工件對應(yīng)吸收的能量與能量時(shí)域累積曲線一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光脈沖序列能量時(shí)域累積方法，其特征在于，所述激光脈沖序列串由2 3個(gè)不同或者部分相同的所述的激光脈沖序列構(gòu)成，每個(gè)激光脈沖序列之間具有時(shí)間間隔。
全文摘要
多激光脈沖序列能量時(shí)域累積方法屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有變能量亞微米快速激光加工方法采用容量不同的儲能電容為激光器泵浦供電，獲得幅值、脈寬不同的激光脈沖，但是，由于電光轉(zhuǎn)換效率不穩(wěn)定，激光輸出也不穩(wěn)定；該方法對硬件的要求很高；缺乏柔性。本發(fā)明其特征在于采用連續(xù)激光器，通過調(diào)Q產(chǎn)生脈沖頻率及脈寬不同、幅值相同的若干激光脈沖序列，由脈沖頻率高、脈寬窄的激光脈沖序列提供較大的激光加工能量，由脈沖頻率低、脈寬寬的激光脈沖序列提供較小的激光加工能量，由多段脈沖頻率及脈寬不同、幅值相同的激光脈沖序列在激光加工時(shí)域里組成一個(gè)激光脈沖序列串，工件對應(yīng)吸收的能量與能量時(shí)域累積曲線一致。
文檔編號B23K26/00GK102430855SQ20111028185
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者張秋鄂, 張 榮, 李永正 申請人:長春理工大學(xué)