【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于激光加工，具體涉及一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置及方法。
技術(shù)介紹
1、激光制孔具有材料去除率高、加工精度高、非接觸加工等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域關(guān)鍵部件精密微小孔的加工上。激光制孔過程中，往往是孔的中心區(qū)域先擊穿，擊穿之后需要繼續(xù)加工對(duì)孔邊進(jìn)行修整，以達(dá)到孔型及精度的要求。對(duì)于渦輪葉片等具有內(nèi)腔的零件，在擊穿之后進(jìn)行修孔時(shí)，激光束會(huì)穿過內(nèi)腔照射在對(duì)壁面上，造成對(duì)壁面的損傷，業(yè)內(nèi)稱為對(duì)壁損傷。對(duì)壁損傷會(huì)使材料在工作狀態(tài)下先被破壞，造成腔體類零件綜合性能的下降，因此，減小甚至徹底消除對(duì)壁損傷對(duì)采用激光加工腔體類零件微小孔的意義重大。
2、國內(nèi)外主流的對(duì)壁損傷防護(hù)方式多為被動(dòng)式防護(hù)，即在內(nèi)腔中填充保護(hù)材料、沖入流體降低激光能量等，填充保護(hù)材料需要在激光制孔前填充保護(hù)材料，等待保護(hù)材料凝固，激光制孔后還需要去除保護(hù)材料，工藝繁瑣，且激光仍然可以擊穿保護(hù)材料造成對(duì)壁損傷，防護(hù)可靠性不足。沖入流體的方法，雖然可以降低激光能量，但長時(shí)間的加工依然會(huì)造成對(duì)壁損傷，也存在可靠性低的問題。
3、基于被動(dòng)式防護(hù)方法存在的問題，業(yè)界開始探索主動(dòng)式防護(hù)方法，cn116532825a、“一種激光制孔過程監(jiān)測和調(diào)控組合防護(hù)方法”的中國專利，通過監(jiān)測激光加工過程中的光信號(hào)與孔深度信息的分析，利用機(jī)器學(xué)習(xí)大量分析學(xué)習(xí)模型，預(yù)判孔擊穿時(shí)間。cn118243702a、“激光制孔對(duì)壁損傷的檢測方法及檢測裝置”的中國專利也是利用反射光的信息原位監(jiān)測對(duì)壁損傷情況。cn117929355a、“一種激光制孔對(duì)壁防護(hù)監(jiān)測方法
4、現(xiàn)有的對(duì)壁損傷主動(dòng)式防護(hù)監(jiān)測方法主要集中在激光制孔過程中反射光信號(hào)、等離子體光譜信號(hào)的監(jiān)測上，該種方式容易受到環(huán)境雜散光、加工光的干涉，導(dǎo)致可靠性下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的主要目的在于提供一種針對(duì)加工材料本身的狀態(tài)監(jiān)測方案，屬于激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)方案，以解決現(xiàn)有被動(dòng)式防護(hù)方法防護(hù)能力弱、可靠性不足以及現(xiàn)有主動(dòng)式防護(hù)方法易受干擾的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)前述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案包括：一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，包括：
3、激光器，用于發(fā)射激光束，對(duì)待加工材料的加工位置進(jìn)行激光制孔；
4、聲發(fā)射傳感器，靠近待加工材料的加工位置安裝，其用于在加工材料制孔過程中感知材料內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)并進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換；
5、數(shù)據(jù)采集器，與所述聲發(fā)射傳感器相連，用于對(duì)所述聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采集獲得檢測信號(hào)；
6、控制器，與所述數(shù)據(jù)采集器和所述激光器均相連，用于對(duì)數(shù)據(jù)采集器采集的所述檢測信號(hào)進(jìn)行分析，監(jiān)測激光制孔的加工狀態(tài)，并判斷檢測信號(hào)幅值是否低于設(shè)定閾值，若低于，則發(fā)出指令給激光器，關(guān)閉激光。
7、在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述聲發(fā)射傳感器的探測面上涂抹有耦合劑，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的監(jiān)測頻率范圍為20khz~500khz，和/或，所述聲發(fā)射傳感器為諧振式傳感器或高溫傳感器或差動(dòng)傳感器，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的安裝位置與加工位置之間的距離為3mm~20mm，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的直徑為5mm~30mm，高度為5mm~60mm，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的探測面為陶瓷或不銹鋼材質(zhì)，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的探測面為平面或曲面，和/或，所述聲發(fā)射傳感器直接置于所述待加工材料上或者固定于所述待加工材料上。
8、在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述耦合劑為硅脂或凡士林或黃油，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的中心頻率為40khz、50khz、70khz、150khz、200khz、250khz、300khz中的任意一個(gè)頻率或?qū)掝l。
9、在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述裝置還包括前置放大器，所述前置放大器連接于所述數(shù)據(jù)采集器和所述聲發(fā)射傳感器之間，用于聲發(fā)射信號(hào)增益以及調(diào)節(jié)聲發(fā)射信號(hào)的輸出噪聲。
10、在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述前置放大器的增益為20db或40db或60db。
11、在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述裝置還包括信號(hào)分離器和/或隔離器，所述信號(hào)分離器和/或隔離器連接于所述前置放大器和所述數(shù)據(jù)采集器之間，所述信號(hào)分離器用于分離聲發(fā)射信號(hào)中的直流信號(hào)和交流信號(hào)，所述隔離器用于隔斷聲發(fā)射信號(hào)中的直流信號(hào)。
12、在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述設(shè)定閾值為2v~5v。
13、另一方面，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案包括：一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測方法，包括：
14、s1，將聲發(fā)射傳感器的探測面上涂抹耦合劑，且將其靠近待加工材料的加工位置安裝；
15、s2，設(shè)置好數(shù)據(jù)采集器和激光器的工作參數(shù)；
16、s3，激光器根據(jù)其工作參數(shù)發(fā)射激光，對(duì)待加工材料的加工位置進(jìn)行激光制孔；
17、s4，聲發(fā)射傳感器在制孔過程中感知加工材料內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)并進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換；
18、s5，數(shù)據(jù)采集器根據(jù)其工作參數(shù)對(duì)所述聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采集獲得檢測信號(hào)；
19、s6，控制器對(duì)數(shù)據(jù)采集器采集的所述檢測信號(hào)進(jìn)行分析，監(jiān)測激光制孔的加工狀態(tài)，并判斷檢測信號(hào)幅值是否低于設(shè)定閾值，若低于，則發(fā)出指令給激光器，關(guān)閉激光。
20、在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述耦合劑為硅脂，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的安裝位置與加工位置之間的距離為3mm~20mm，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的直徑為5mm~30mm，高度為5mm~60mm，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的探測面為陶瓷或不銹鋼材質(zhì)，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的探測面為平面或曲面，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的監(jiān)測頻率范圍為20khz~500khz，中心頻率為40khz、50khz、70khz、150khz、200khz、250khz、300khz中的任意一個(gè)頻率或?qū)掝l。
21、在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集器的工作參數(shù)包括采樣頻率，所述采樣頻率范圍為50khz~400khz，和/或，所述激光器的工作參數(shù)包括加工功率，所述加工功率范圍為60w~100w，和/或，所述設(shè)定閾值為2v~5v。
22、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本專利技術(shù)的有益效果至少在于：
23、1、本專利技術(shù)通過在被加工材料上安裝聲發(fā)射傳感器，探測被加工材料受到激光束作用后本身發(fā)出的聲發(fā)射信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采集與分析，監(jiān)測激光制孔的加工階段狀態(tài)，設(shè)定合適的閾值適時(shí)發(fā)出指令關(guān)閉激光，從而達(dá)到對(duì)壁防護(hù)的效果。該方法直接監(jiān)測加工材料本身，不受雜散光、加工光以及環(huán)境噪聲的影響。
24、2、本專利技術(shù)采用聲發(fā)射傳感器探測加工材料，可適用于金屬材料、脆性材料、復(fù)合材料等所有固體材料的激光加工信號(hào)監(jiān)測，適用范圍廣泛，且聲發(fā)射傳感器體積較小，便于微小部件、狹小空間的安裝，另外，聲發(fā)射傳感器的信號(hào)采集是實(shí)時(shí)的，采樣時(shí)間在本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述裝置包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于：所述聲發(fā)射傳感器的探測面上涂抹有耦合劑，和/或，所述聲發(fā)射傳感器為諧振式傳感器或高溫傳感器或差動(dòng)傳感器，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的監(jiān)測頻率范圍為20kHz~500kHz，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的安裝位置與加工位置之間的距離為3mm~20mm，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的直徑為5mm~30mm，高度為5mm~60mm，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的探測面為陶瓷或不銹鋼材質(zhì)，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的探測面為平面或曲面，和/或，所述聲發(fā)射傳感器直接置于所述待加工材料上或者固定于所述待加工材料上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于：所述耦合劑為硅脂或凡士林或黃油，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的中心頻率為40kHz、50kHz、70kHz、150kHz、200kHz、250kHz、300kHz中的任意一個(gè)頻率或?qū)掝l。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于：所述前置放大器的增益為20db或40db或60db。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于：所述裝置還包括信號(hào)分離器和/或隔離器，所述信號(hào)分離器和/或隔離器連接于所述前置放大器和所述數(shù)據(jù)采集器之間，所述信號(hào)分離器用于分離聲發(fā)射信號(hào)中的直流信號(hào)和交流信號(hào)，所述隔離器用于隔斷聲發(fā)射信號(hào)中的直流信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于：所述設(shè)定閾值為2V~5V。
8.一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測方法，其特征在于：所述方法包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測方法，其特征在于：所述耦合劑為硅脂或凡士林或黃油，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的安裝位置與加工位置之間的距離為3mm~20mm，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的直徑為5mm~30mm，高度為5mm~60mm，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的探測面為陶瓷或不銹鋼材質(zhì)，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的探測面為平面或曲面，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的監(jiān)測頻率范圍為20kHz~500kHz，中心頻率為40kHz、50kHz、70kHz、150kHz、200kHz、250kHz、300kHz中的任意一個(gè)頻率或?qū)掝l。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測方法，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集器的工作參數(shù)包括采樣頻率，所述采樣頻率范圍為50kHz~400kHz，和/或，所述激光器的工作參數(shù)包括加工功率，所述加工功率范圍為60W~100W，和/或，所述設(shè)定閾值為2V~5V。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述裝置包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于：所述聲發(fā)射傳感器的探測面上涂抹有耦合劑，和/或，所述聲發(fā)射傳感器為諧振式傳感器或高溫傳感器或差動(dòng)傳感器，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的監(jiān)測頻率范圍為20khz~500khz，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的安裝位置與加工位置之間的距離為3mm~20mm，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的直徑為5mm~30mm，高度為5mm~60mm，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的探測面為陶瓷或不銹鋼材質(zhì)，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的探測面為平面或曲面，和/或，所述聲發(fā)射傳感器直接置于所述待加工材料上或者固定于所述待加工材料上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于：所述耦合劑為硅脂或凡士林或黃油，和/或，所述聲發(fā)射傳感器的中心頻率為40khz、50khz、70khz、150khz、200khz、250khz、300khz中的任意一個(gè)頻率或?qū)掝l。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于：所述裝置還包括前置放大器，所述前置放大器連接于所述數(shù)據(jù)采集器和所述聲發(fā)射傳感器之間，用于聲發(fā)射信號(hào)增益以及調(diào)節(jié)聲發(fā)射信號(hào)的輸出噪聲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光制孔對(duì)壁損傷主動(dòng)防護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于：所述前置放大器的增益為20db或40db或60db。
6.根據(jù)權(quán)利...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：秦秀，毛凱亮，王斌，陳曉曉，張文武，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。