[发明专利]基于熔池飞溅检测的闭环激光加工质量控制方法

说明书

本发明提供了一种基于熔池飞溅检测的闭环激光加工质量控制方法，包括：(1)装夹，并设定激光加工路径和初始工艺参数；(2)启动激光加工头上飞溅物挡板的内部水冷系统、激光加工头自身的循环水冷系统；(3)输出激光束，输出同步送粉/丝和送气，启动激光加工头与工件的预编程相对运动，进行激光加工；(4)在激光加工过程中，获得当前飞溅物的特征数据；(5)在每个监测点均通过当前全景红外温度场图像获得当前飞溅物的特征数据；(6)重复执行步骤(5)，完成当前加工任务；(7)获得参考特征数据。本发明使得在激光加工过程中实时分析激光加工工艺质量成为可行，结合在线实时调节激光加工工艺参数，实现了完整的加工质量闭环控制。

本申请是申请号为201710565596.3，申请日为2017-07-12，名称为《基于熔池飞溅检测的闭环激光加工质量控制装置及方法》的分案申请。

技术领域

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种基于熔池飞溅检测的闭环激光加工质量控制装置及方法。

背景技术

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、熔覆、表面处理、打孔、微加工等的一门技术。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。

随着激光加工技术的发展，激光焊接技术日益显现出其卓越的应用前景，其已在船舶汽车工业、航空航天制造、医疗卫生等领域发挥了巨大的作用。按照激光焊接焊缝的形成特点，可以将激光焊接分为热传导焊接和深熔焊接。随着激光功率密度的不断增大，焊接会从热传导焊向深熔焊演变。当焊接使用的激光功率密度较低，此时的焊接形式为热传导焊，熔池形成所需时间较长，熔深较浅；当焊接时使用的激光功率密度较高，当激光开始辐射到工件表面上时，由于激光能量密度高，且工件生成的熔体少，在金属蒸气反冲力的作用下熔体被排出熔池形成熔体飞溅，随着辐照时间的增加，一个小的熔池开始生成且尺寸不断增大，在金属熔化的同时伴随着强烈的气化作用，此时的焊接形式为深熔焊，熔池熔深较大，所得到的焊缝深宽比大，容易得到较理想的焊接效果。

激光熔覆技术是发展较为活跃的激光加工技术之一，其原理是利用铺粉或送粉的方法在基材表面预置金属粉末，并使高能激光束聚焦在基材表面，聚焦激光束辐照基材表面的金属粉末，焦点位置的金属粉末和基材表面薄层发生熔化，形成一定形状和大小的熔池，同时待熔覆粉末受热急剧膨胀会造成熔池飞溅；当激光束焦点以一定速度按预定轨迹运动，激光束移开后的熔池迅速凝固，从而在基材表面激光束扫过的区域熔覆上一层具有特殊物理、化学或力学性能的金属涂层。

在金属材料的激光焊接、熔覆、表面处理等工艺过程中，高温熔池产生一定的飞溅物是不可避免的，现有激光加工技术的工程应用过程中，工艺人员对于熔池飞溅一般都是认为有害的，可能发生的最主要危害是其对激光加工头的损害，如激光加工头底部距工件最近的光学镜片经常会由于飞溅物使得镀膜被烧蚀甚至由于附着飞溅物对激光的吸收而导致镜片炸裂，激光加工头侧边的元件(如光纤、水管、气管等)经常会因飞溅物附着而被烧蚀破坏或因高温熔池的热辐射而升温变形。因此，处理方式一般是减少飞溅并防止飞溅物损伤激光加工头，比如在光学镜片下方加横向保护气帘，或者直接在激光加工头喷嘴上方加一个保护铁环以阻挡飞溅物影响激光加工头侧边的元件。