本發(fā)明屬于激光微納制造領(lǐng)域，特別是涉及一種基于穿透檢測(cè)技術(shù)的改進(jìn)型激光微孔制造實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

激光打孔是一項(xiàng)非常重要的激光加工應(yīng)用技術(shù)，通過(guò)聚焦透鏡對(duì)激光束進(jìn)行聚焦能夠得到直徑很小的光斑，在焦點(diǎn)處形成很高的溫度。在脈沖激光的作用下，材料不斷熔化和蒸發(fā)。最后，氣體和打孔形成的等離子體會(huì)產(chǎn)生高壓將雜志吹出孔洞，形成微孔。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械鉆孔方式，激光打孔具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和不可替代的作用，如效率高、精度高、無(wú)機(jī)械應(yīng)力及無(wú)工具損耗等，已成為現(xiàn)代微小孔加工領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。

目前有關(guān)激光打孔的研究大多采用控制變量法和正交試驗(yàn)法分析工藝參數(shù)對(duì)微孔質(zhì)量的影響，控制變量法和正交試驗(yàn)法在不研究脈沖個(gè)數(shù)對(duì)微孔質(zhì)量的影響情況下，常常將脈沖個(gè)數(shù)設(shè)定為一個(gè)定值，研究其他參數(shù)對(duì)打孔質(zhì)量的影響，沒有考慮形成通孔后后續(xù)脈沖激光對(duì)打孔質(zhì)量的影響。

在激光打孔研究中，不同的激光參數(shù)組合將材料打通所需要的脈沖個(gè)數(shù)差別很大，因而不能簡(jiǎn)單的利用控制變量法和正交試驗(yàn)法進(jìn)行激光打通孔研究。在研究不同因素對(duì)激光打通孔錐度的影響時(shí)，必須保證通孔是在脈沖激光作用完恰好形成的，否則通孔形成后，后續(xù)脈沖對(duì)孔的錐度將造成影響，有約90％的功率被孔壁吸收，增加熱影響，且打孔效率也會(huì)降低。因此在打通孔過(guò)程中，獲得恰好將材料打通的脈沖個(gè)數(shù)閥值非常重要，以脈沖個(gè)數(shù)閥值作為實(shí)驗(yàn)中激光打孔脈沖個(gè)數(shù)，可以排除通孔形成后脈沖激光對(duì)通孔錐度的影響，減小熱影響，提高研究的可靠性，進(jìn)一步提高激光打通孔的效率。

總之，傳統(tǒng)的控制變量法以及正交試驗(yàn)法沒有考慮形成通孔后后續(xù)脈沖激光對(duì)打孔質(zhì)量的影響。存在通孔形成后脈沖激光對(duì)通孔錐度的影響，增大熱影響區(qū)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有激光微孔制造試驗(yàn)方法的不足，本發(fā)明提供了一種基于穿透檢測(cè)技術(shù)的改進(jìn)型激光微孔制造實(shí)驗(yàn)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于穿透檢測(cè)技術(shù)的改進(jìn)型激光微孔制造實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟：

S1、利用穿透檢測(cè)技術(shù)得到激光微孔制造中通孔形成時(shí)所需的脈沖個(gè)數(shù)，及脈沖個(gè)數(shù)閾值N；

S2、以脈沖個(gè)數(shù)閾值N作為實(shí)驗(yàn)中不同參數(shù)組合下使用的脈沖個(gè)數(shù)，從而對(duì)控制變量法、正交試驗(yàn)法進(jìn)行改進(jìn)；

S3、利用改進(jìn)型控制變量法、改進(jìn)型正交實(shí)驗(yàn)法研究各影響因素對(duì)激光微孔制造質(zhì)量的影響，優(yōu)化激光微孔制造工藝參數(shù)。

上述方案中，所述步驟S1中的穿透檢測(cè)技術(shù)是利用內(nèi)置于光學(xué)系統(tǒng)中的光強(qiáng)度傳感器來(lái)測(cè)量打孔過(guò)程中試樣材料表面的反射光強(qiáng)度，通過(guò)反射光強(qiáng)度的變化來(lái)判斷材料微孔是否被打通。

上述方案中，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置通孔形成后的反射光強(qiáng)度，當(dāng)檢測(cè)到的反射光強(qiáng)度低于預(yù)設(shè)值時(shí)，默認(rèn)孔已打通。

上述方案中，所述步驟S2中的脈沖個(gè)數(shù)閾值N是通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的激光重復(fù)頻率和檢測(cè)得到的激光打通孔時(shí)間自動(dòng)計(jì)算得出，具體脈沖個(gè)數(shù)閾值N的計(jì)算公式如下：

N＝(t₁-t₀)·f

式中，t₀為打孔開始的時(shí)間點(diǎn)；

t₁為材料被打通的時(shí)間點(diǎn)；

f為脈沖重復(fù)頻率。

上述方案中，所述步驟S3中的改進(jìn)型控制變量法和改進(jìn)型正交試驗(yàn)法是在傳統(tǒng)控制變量法和正交試驗(yàn)法的基礎(chǔ)上，將每組實(shí)驗(yàn)參數(shù)中原先設(shè)定的脈沖個(gè)數(shù)改為脈沖個(gè)數(shù)閾值N。

上述方案中，所述改進(jìn)型控制變量法是利用脈沖個(gè)數(shù)閾值N對(duì)控制變量法進(jìn)行改進(jìn)，得到專門為激光打通孔實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)型控制變量法。

上述方案中，所述的改進(jìn)型正交試驗(yàn)法是利用脈沖個(gè)數(shù)閾值N對(duì)正交實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行改進(jìn)，得到專門為激光打通孔實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)型正交實(shí)驗(yàn)法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)穿透檢測(cè)技術(shù)獲得恰好將材料打通的脈沖個(gè)數(shù)閥值，以脈沖個(gè)數(shù)閥值作為實(shí)驗(yàn)中激光打孔脈沖個(gè)數(shù)，排除通孔形成后脈沖激光對(duì)通孔錐度的影響，減小熱影響，提高研究的可靠性，進(jìn)一步提高激光打通孔的效率，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)控制變量法和正交試驗(yàn)法的不足。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種基于穿透檢測(cè)技術(shù)的改進(jìn)型激光微孔制造實(shí)驗(yàn)方法的穿透檢測(cè)示意圖；

圖2為本發(fā)明打孔時(shí)間和反射光強(qiáng)度關(guān)系圖。

圖中，1、試樣；2、入射光；3、光強(qiáng)度傳感器；4、反射光；5、微孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

本發(fā)明所述的穿透檢測(cè)技術(shù)如圖1所示，主要是利用內(nèi)置于光學(xué)系統(tǒng)中的光強(qiáng)度傳感器3來(lái)測(cè)量打孔過(guò)程中試樣1材料表面的反射光4強(qiáng)度，通過(guò)反射光4強(qiáng)度的變化來(lái)判斷材料微孔5是否被打通。針對(duì)工件材料種類厚度，通孔形成后孔出口處可能出現(xiàn)殘?jiān)葘?duì)測(cè)量結(jié)果的影響，造成不同材料實(shí)際情況下通孔形成后的反射光強(qiáng)度不同，本發(fā)明可根據(jù)具體實(shí)際條件，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置通孔形成后的反射光強(qiáng)度，當(dāng)檢測(cè)到的反射光強(qiáng)度低于預(yù)設(shè)值時(shí)，默認(rèn)孔已打通，進(jìn)一步提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

如圖2所示，打孔開始的時(shí)間點(diǎn)為t₀，材料被打通前，大量的光向上反射，反射光強(qiáng)度高；材料被打通的時(shí)間點(diǎn)為t₁，此后材料被打通，向上反射的光急劇減少并趨于平穩(wěn)，反射光強(qiáng)度低。通過(guò)t₁與t₀相減得到激光打通孔所需時(shí)間t，進(jìn)一步結(jié)合實(shí)驗(yàn)中所使用的脈沖重復(fù)頻率f及可求得激光打通孔所需脈沖個(gè)數(shù)閥值N。脈沖個(gè)數(shù)閾值N的計(jì)算公式如下：

N＝(t₁-t₀)·f (1)

利用脈沖個(gè)數(shù)閥值N大小可以判斷打孔效率的高低。脈沖個(gè)數(shù)閾值N越大，表示材料越難被打通，打孔效率越低；脈沖個(gè)數(shù)閾值N越小，表示材料越容易被打通，打孔效率越高。

本發(fā)明所述的改進(jìn)型控制變量法是利用脈沖個(gè)數(shù)閾值N作為實(shí)驗(yàn)中不同參數(shù)組合下使用的脈沖個(gè)數(shù)，從而對(duì)控制變量法進(jìn)行改進(jìn)，得到了專門為激光打通孔實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)型控制變量法。以研究離焦量對(duì)激光打通孔的影響為例，當(dāng)其它參數(shù)不變，研究離焦量變化對(duì)激光打通孔影響的改進(jìn)型控制變量法(見表1)。表1中，N₁～N₇是與不同離焦量相對(duì)應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)閾值(由穿透檢測(cè)獲得)。研究其它參數(shù)對(duì)激光打通孔影響的改進(jìn)型控制變量法同表1。

表1改進(jìn)型控制變量法

本發(fā)明所述的改進(jìn)型正交試驗(yàn)法是利用脈沖個(gè)數(shù)閾值N作為實(shí)驗(yàn)中不同參數(shù)組合下使用的脈沖個(gè)數(shù)，從而對(duì)正交實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行改進(jìn)，得到了專門為激光打通孔實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)型正交實(shí)驗(yàn)法。以四水平五因素的一個(gè)實(shí)驗(yàn)為例。表2中，N₁～N₁₆分別是16組實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的脈沖個(gè)數(shù)閾值(由穿透檢測(cè)獲得)。研究其它不同因素不同水平的改進(jìn)型正交實(shí)驗(yàn)法同表2。此種方法，適用于脈沖個(gè)數(shù)不作為正交實(shí)驗(yàn)中因素的情況，消除了傳統(tǒng)正交試驗(yàn)法通孔形成后后續(xù)脈沖對(duì)通孔質(zhì)量的影響，進(jìn)一步提高了正交實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性與可靠性。

表2改進(jìn)型正交試驗(yàn)法

本發(fā)明一種基于穿透檢測(cè)技術(shù)的改進(jìn)型激光微孔制造實(shí)驗(yàn)方法實(shí)施步驟：

S1、利用穿透檢測(cè)技術(shù)得到激光微孔制造中通孔形成時(shí)所需的脈沖個(gè)數(shù)，及脈沖個(gè)數(shù)閾值；

S2、以脈沖個(gè)數(shù)閾值作為實(shí)驗(yàn)中不同參數(shù)組合下使用的脈沖個(gè)數(shù)，從而對(duì)控制變量法、正交試驗(yàn)法進(jìn)行改進(jìn)；

S3、利用改進(jìn)型控制變量法、改進(jìn)型正交實(shí)驗(yàn)法研究各影響因素對(duì)激光微孔制造質(zhì)量的影響，優(yōu)化激光微孔制造工藝參數(shù)。

上述技術(shù)方案體現(xiàn)了本發(fā)明專利的優(yōu)選方案，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)部分功能進(jìn)行修改體現(xiàn)本專利原理的，屬于本專利保護(hù)范圍之內(nèi)。