[发明专利]在线判断基体是否损伤的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其是一种在线判断基体是否损伤的方法。

背景技术

激光烧蚀技术是指激光与物质的相互作用，当高能脉冲激光辐射材料表面，表面物质会迅速加热融化，蒸发出大量原子、电子和离子，并形成等离子体，激光诱导等离子体会先膨胀后迅速冷却，可利用该等离子体产生的冲击波清洗材料表面，也可利用等离子体内的原子、离子等生成新的纳米材料或薄膜，激光烧蚀技术广泛应用于艺术品修复/清洁、纳米薄膜制备、生物分子质谱等领域。

在纳米薄膜制备领域，如果金属基体被激光损伤，制备的薄膜内部将出现杂质，这是必须要避免的。在艺术品修复/清洁领域，防止激光损伤基体材料是关键技术之一。因此，检测激光烧蚀表面材料时金属基体是否损伤是激光烧蚀技术的关键。

目前很多学者都采用仿真或回收材料显微判断损伤阈值，也有采用如专利文件CN101165474B中采用He-Ne激光散射法，通过硅光电二极管来接收激光照射非线性晶体器件在激光照射后散射光变化，利用计时器记录激光照射时间，计算达到损伤阈值的激光功率密度。然而这些技术均为离线检测，如何在线判断基体是否损伤，是激光烧蚀技术急需解决的难题。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种在线判断基体是否损伤的方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种在线判断基体是否损伤的方法，其特征在于，

S1、激光光束烧蚀表面覆盖薄膜的金属基体，并发出等离子体闪光信号；

S2、判断激光烧蚀过程采集的等离子体闪光信号曲线是否出现凹点；若出现凹点则金属基体损伤，否则金属基体未损伤。

进一步，所述步骤S2中，通过拟合数据判断凹点是否存在：

以等离子体闪光信号曲线中的最大值及其以后的数据为有效数据，采用公式拟合有效数据，求解待定系数a、b、c、x₀、y₀，其中y是等离子体闪光信号的有效数据，x是有效数据对应的时间信息；

然后采用参数和评价拟合效果，其中，y_i是实验测量的有效数据，y′_i是拟合出的理论数据，n表示有效数据的个数，S表示测量值与拟合值之差的均方根平均值，S₀为设定衡量指标的标准值；

当S＞S₀，金属基体被激光烧蚀损伤，反之，金属基体未被激光烧蚀损伤。

在上述方案中，所述金属基体为Fe、Mg、Mg合金、Al、Al合金、Ti、Ti合金、Cu、Cu合金、Ni、Ni合金、钢等金属材料。

在上述方案中，所述的薄膜可为透明或不透明材质，所述薄膜为二氧化硅、三氧化钛、黑漆、陶瓷、羟基磷灰石喷涂涂层，或自然氧化生成的三氧化二铁、四氧化三铁等薄层物质。

在上述方案中，所述薄膜厚度为1nm～10mm。

本发明比较适薄膜和基体材料的特性参数相差比较大的情况，探测的光强信号形状改变会比较明显，测量精度高。

本发明的有益效果：

(1)实时采集激光烧蚀过程产生的等离子体闪光信号，在线反馈控制调整激光烧蚀参数，有助于提高激光加工精度或产品质量。

(2)操作简单，发明方法快捷方便，也可集成在自动化生产线上，在工业领域易于推广应用。

附图说明

图1为本发明所述在线判断基体是否损伤的方法流程图。

图2为实现本发明所述在线判断基体是否损伤的装置图。

图3为激光烧蚀过程的温升曲线。

图4为不同激光参数作用下采集的曲线。

图5为激光烧蚀深度示意图。

图6为采集数据拟合计算曲线。

附图标记说明如下：

图2中：1.高能短脉冲激光器；2.反射镜；3.激光诱导等离子体闪光信号；4.第一聚焦透镜；5.薄膜层；6.金属基体；7.第二聚焦透镜；8.带阻滤波器；9.光电探测器；10.示波器；11.计算机。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示为本发明所述在线判断基体是否损伤的方法流程图，在实时采集激光烧蚀过程产生的等离子体闪光信号后，寻找采集数据的最大值，截取最大值及其后的数据为有效数据。采用公式