一种反馈型激光金属材料加工系统及方法与流程

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及反馈型激光金属材料加工系统及方法。

背景技术：

1、激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性，对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。

2、申请号cn201921011572.4提供了一种激光功率反馈调节模块及激光加工设备，包括渐变透过率镜片、采样镜片、光电探头、控制器、上位机以及电机，渐变透过率镜片和采样镜片沿激光光路依次设置，渐变透过率镜片竖直设置在电机的输出轴上，光电探头位于所述采样镜片一侧，光电探头、控制器、上位机以及电机依次电连接，采样镜片用于透过大部分激光，并分出小部分激光到光电探头，光电探头用于将接收到的激光信号转换为电压信号并传递给控制器，控制器用于将光电探头转换的电压信号上传给上位机，上位机用于根据给定的激光功率值控制电机调节渐变透过率镜片的偏转角度。

3、申请号cn201720055749.5公开了一种具有激光功率实时反馈的紫外激光器加工装置，其包括上位机、与所述上位机电信号连接的紫外激光器、将所述紫外激光器发射出的激光进行垂直反射的第一45°全反透镜以及位于所述第一45°全反透镜背面的且与所述上位机电信号连接的功率反馈系统，所述功率反馈系统包括将所述第一45°全反透镜中的光信号转换成电信号的光电转换装置、与所述光电转换装置电信号连接的调理电路以及与所述调理电路电信号连接的控制器。

4、上述的反馈方式存在两个问题，一方面获取的并不是实际加工中的材料接收的激光的能量，这种没有办法避免由于后续的光学元件带来的能量影响，另一方面由于检测的器材的损伤阈值有限，因此即使反馈也不能使激光的能量过大，否则分光装置会受损。显然，直接将反馈的能量检测器放到加工位置附近是不可行的，因为激光加工的能量比较高，长时间照射能量计会损坏能量计，如果对激光加工位置附近的光进行分光，那么分光结构复杂又会导致与现有技术同样的问题，反馈光路和加工光路不一致，反馈效果不好。

技术实现思路

1、针对上述内容，为解决上述问题，提供一种反馈型激光金属材料加工系统，包括激光器、同步器、转盘系统、测光系统、加工台和计算机；

2、激光器和转盘系统均连接同步器，同步器和测光系统连接计算机；

3、转盘系统具有多孔转盘，多孔转盘上围绕着盘的中轴线设置有多个靶材，靶材之间设置光孔，多个靶材的设置为以多孔转盘的中心点中心对称；

4、从激光器发出的光被反射镜反射后垂直入射到多孔转盘表面，多孔转盘旋转时，光孔和靶材交替出现在激光的照射位置；当激光入射到光孔时，激光穿过光孔入射到加工台上的金属材料表面；当激光入射到靶材表面时，激光烧蚀靶材表面产生羽辉，羽辉被测光系统测量，测光系统将测量的羽辉中的特征波长的强度发送给计算机，计算机根据特征波长的光强计算得到激光的能量，并根据计算得到的激光的能量控制激光器提高或者降低功率。

5、激光器为脉冲激光器，脉冲频率为1hz至200hz；能量范围50w至1000w。

6、同步器用于控制转盘和激光器同步旋转，使得每一个脉冲穿过光孔或者烧蚀靶材表面，而不会产生其他情况；计算机内可以调节同步器，从而调节转盘和激光器之间的延迟时间。

7、转盘系统还包括旋转电机和密闭腔室，密闭腔室设置有供激光进出的窗口，密闭腔室用于隔绝杂散光；旋转电机和多孔转盘均设置在密闭腔室内，旋转电机带动多孔转盘转动。

8、测光系统包括滤光片，测光镜头和ccd；滤光片设置在测光镜头的前端，用于滤除特征波长以外的杂光；测光镜头用于收集靶材被烧蚀时产生的羽辉的光，ccd用于测量羽辉中特征波长的光强。通过特征波长的光强就可以反映出激光在烧蚀位置的光强，如果光强发生变化则必然导致羽辉中特征波长的光强变化，就可以被计算机马上捕捉到；由于测量的位置距离实际加工位置很近，光路差异很小，因此可以解决现有技术的激光反馈由于反馈光路和实际光路差异导致的反馈效果不好的问题；

9、根据所述的反馈型激光金属材料加工系统进行金属材料加工的方法，包括如下步骤：

10、步骤1、将能量计放在加工台上，并将能量计连接计算机；启动激光器，在计算机内调节同步器，从而调节转盘和激光器之间的延迟时间；使得每一个脉冲穿过光孔或者烧蚀靶材表面；

11、步骤2、在计算机内观察能量计的读数e和ccd采集的光强i，然后调节激光器的输出功率，从而获得一组能量计的读数e和对应功率ccd采集的光强i；在计算机内建立e-i曲线，即每一个i都有一个e与之对应；

12、步骤3、关闭激光器，将能量计取下，将待加工的金属放置在加工台上，调节好所需的激光参数，并将靶材旋转到激光烧蚀的位置上，然后启动激光器，在计算机内获得一个ccd采集的光强i，然后计算机根据e-i曲线计算出一个能量e；

13、步骤4、调节计算机，控制激光器的功率，使得计算机计算的e满足加工所需的要求，对金属材料进行加工；

14、步骤5、加工过程中计算机不断根据ccd测量的光强i计算能量e，一旦计算的能量e不满足加工要求，则计算机自动调节激光器的功率，使得e重新满足加工要求。也就是说只要计算机测量的i对应的e低于所需的加工能量时，计算机控制激光器提高输出功率，直至计算机测量的i对应的e满足加工所需的能量；如果计算机测量的i对应的e高于所需的加工能量时，计算机控制激光器降低输出功率，直至计算机测量的i对应的e满足加工所需的能量；这里计算机控制激光器的功率调节的值可以根据计算的e与所需能量的比例调节。

15、有益效果：

16、本发明创造性的使用激光烧蚀材料产生的羽辉作为判断激光强度的媒介，从而解决了无法获知加工位置处实际光强的问题，使用羽辉产生的光强可以直接利用激光诱导击穿光谱的的特征谱线，方便快捷，且实际加工时，激光的能量理论上可以超过能量计的检测阈值，或者，可以在离焦位置处下使用能量计测定能量，加工时将工件放在聚焦位置；使用计算机适时调节激光的输出功率，可以精确的控制加工过程，保证加工参数的稳定。

技术特征：

1.一种反馈型激光金属材料加工系统，其特征在于包括激光器(1)、同步器(2)、转盘系统(3)、测光系统(4)、加工台(5)和计算机(6)；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的反馈型激光金属材料加工系统，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的反馈型激光金属材料加工系统，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的反馈型激光金属材料加工系统，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的反馈型激光金属材料加工系统，其特征在于：

6.根据权利要求1-5任一项所述的反馈型激光金属材料加工系统进行金属材料加工的方法，其特征在于包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及一种反馈型激光金属材料加工系统。使用激光烧蚀材料产生的羽辉作为判断激光强度的媒介，从而解决了无法获知加工位置处实际光强的问题，使用羽辉产生的光强可以直接利用激光诱导击穿光谱的特征谱线，方便快捷，且实际加工时，激光的能量理论上可以超过能量计的检测阈值，或者，可以在离焦位置处下使用能量计测定能量，加工时将工件放在聚焦位置；使用计算机适时调节激光的输出功率，可以精确的控制加工过程，保证加工参数的稳定。

技术研发人员：何佳莹
受保护的技术使用者：北京伯仲汇智科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16