[发明专利]多激光脉冲序列能量时域累积方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多激光脉冲序列能量时域累积方法，能够获得能量精度高、作用时间控制精准的激光束，用于激光精细加工，如亚微米激光焊接、打孔、切割等，属于激光加工技术领域。

背景技术

在现有激光加工过程中，工件吸收能量E不变，见图1所示，在加工时域t₁内，工件吸收能量E始终为e₁。对于激光精细加工，如亚微米快速激光焊接、打孔、切割等，这种加工方式无法取得令人满意的效果，如在细丝的焊接过程中，不可避免地发生熔化成珠或气化现象，焊接几乎无法进行。鉴于此，在亚微米快速激光加工技术领域出现了一种变能量激光加工方法，工件对应吸收的能量按照能量时域累积曲线变化，并且，激光加工方式不同，如焊接、打孔、切割等，有不同的能量时域累积曲线。如变能量亚微米快速激光打孔，其能量时域累积曲线一开始为一个峰值能量，瞬间间歇后激光能量由小到大地变化，达到一个最大值，再逐步减小到零，随后又是一个峰值能量，完成加工，见图2所示。在该方法中，使用脉冲激光器提供加工激光。激光加工能量的变化是通过激光电源实现的。张秋鄂发表在《光电子技术与信息》2003年Vol.1第6期P102的一篇题为“激光电源波形的微机控制”的文章对此作了介绍。在激光电源中，并联设置多个容量不同的储能电容，每个储能电容都有一个电子开关，这些电子开关由一个单片机控制。根据所需激光加工能量的不同，由容量不同的储能电容为激光器泵浦供电，获得幅值、脉宽不同的激光脉冲，这些激光脉冲的连线与亚微米激光加工能量时域累积曲线相同。然而，这种通过不断改变激光脉冲幅值、脉宽获得不同的激光加工能量的亚微米快速激光加工方法存在诸多问题。首先，由于电光转换效率不稳定，激光输出不稳定，因此，很难精确控制输出的激光加工能量的大小，对于亚微米快速激光加工这种精细激光加工来说，势必造成成品率下降。其次，该方法对硬件的要求很高。因储能电容以放电、充电方式工作，总是存在一个较大的时间差，对于高重复频率激光加工，如100～200Hz，该方法难以应对。第三，该方法所采用的脉冲激光器专机专用，针对特定工件和加工方式，脉冲激光器硬件固定，输出的激光加工能量波形确定，因此，缺乏柔性。

在现有技术中，调Q技术与连续激光器结合能够获得高重复频率脉冲激光输出，也就是调整Q驱动器的电信号频率及脉宽，通过调Q晶体，将连续激光转换为具有相应脉冲频率和脉宽的脉冲激光，调Q驱动器以及调Q晶体的使用消除了现有脉冲激光器因使用储能电容以及泵浦而带来的诸多不足。如果采用这种高重复频率脉冲激光进行亚微米快速激光加工，所提供的加工能量持续不变，没有与亚微米快速激光加工能量时域累积曲线保持一致，见图3所示，不能简单地用于亚微米快速激光加工。不过，正如上文所言，能够通过调整Q驱动器的电信号频率及脉宽，再通过调Q晶体，将连续激光转换为所需脉冲频率和脉宽的脉冲激光，而Q驱动器的电信号频率及脉宽的调整则由自Q驱动器计算机接口所接上位计算机控制。

发明内容

为了克服现有通过不断改变激光脉冲幅值、脉宽获得不同的激光加工能量的亚微米快速激光加工方法所存在的不足，实现激光加工能量的精确控制，获得符合能量时域累积曲线以及高重复频率的激光加工能量输出，同时使得所采用的硬件部分即激光器具有广泛的适应性，即适合不同工件、不同方式的激光加工，我们发明了一种多激光脉冲序列能量时域累积方法。

本发明之方法是一种亚微米快速激光加工方法，由激光脉冲进行变能量加工，其特征在于，采用连续激光器，通过调Q产生脉冲频率及脉宽不同、幅值相同的若干激光脉冲序列，由脉冲频率高、脉宽窄的激光脉冲序列提供较大的激光加工能量，由脉冲频率低、脉宽宽的激光脉冲序列提供较小的激光加工能量，由多段脉冲频率及脉宽不同、幅值相同的激光脉冲序列在激光加工时域里组成一个激光脉冲序列串，工件对应吸收的能量与能量时域累积曲线一致。