一种多能场辅助超短脉冲激光加工过程监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多能场辅助超短脉冲激光加工过程监测装置及方法，通过控制运动平台，使超短脉冲激光器发出的激光通过光路元件后聚焦在工件表面，以诱导等离子体进行微细加工；并在超短脉冲激光微细加工过程中引入声场‑磁场‑流场耦合作用，同时利用高倍率相机以及纹影仪观测不同时间和空间尺度下等离子体演变过程、气泡脉动过程以及材料去除过程，捕捉加工过程中流场、光场、声场的信号变化，并利用热像仪全方位观测加工区域和周围流体的温度场变化，最终实现多能场辅助超短脉冲激光微细加工状态的精确监测。本发明专利技术提供的多能场辅助超短脉冲激光加工过程监测装置有利于保证材料加工质量，提高产品合格率，并且尤其适用于微纳结构制造工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种多能场辅助超短脉冲激光加工过程监测装置及方法
本专利技术属于特种能场辅助制造与监测
，更具体地，涉及一种多能场辅助超短脉冲激光加工过程监测装置及方法。
技术介绍
为了满足航空航天领域对轻量化和安全性的持续要求，越来越多的高强度材料被用于制造复杂构件，例如防凝结的超疏水界面微纳结构制备、风洞中laval喷管复杂壁面加工，但这类结构成形困难，制造难度大。超快脉冲激光微细加工是一种形位精度高的非接触式加工工艺，通过皮秒或飞秒级激光聚焦诱导介质光学击穿，产生致密、不透明等离子体，利用等离子体热传导作用到材料上，令材料熔化或汽化去除。这种加工工艺不受材料强度限制，可用于加工航空航天领域高强材料，效率和精度高且热影响区小，但加工稳定性不足，还会发生气蚀现象。现有研究表明，特种能场辅助成形技术可显著提高材料的成形效率和质量，通过引入至超快脉冲激光微细加工，能优化高强难变形材料加工过程，但目前多能场辅助技术在制造领域的应用不多，同时对于多能场耦合作用的监测也尤为重要。因此，亟待开发出一种多能场辅助加工技术和监测技术，精准控制加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多能场辅助超短脉冲激光加工过程监测装置，其特征在于，包括：加工单元、辅助单元、监测单元、控制单元；/n其中，所述加工单元包括：超短脉冲激光器(1)、光路元件、运动平台(2)、玻璃槽(3)，通过控制所述运动平台(2)，使所述超短脉冲激光器(1)发出的激光通过所述光路元件后聚焦在工件表面，以诱导等离子体进行微细加工；所述工件位于所述玻璃槽(3)中；/n所述辅助单元包括：超声振动装置、电磁装置和水循环装置，分别用于产生特定声场、磁场和流场，通过声场-磁场-流场耦合作用，辅助激光加工；/n所述监测单元用于获取光场、声场、流场和温度场信息并通过图像模式反映，从而监测所述玻璃槽(3)内的加工状态；...

【技术特征摘要】
1.一种多能场辅助超短脉冲激光加工过程监测装置，其特征在于，包括：加工单元、辅助单元、监测单元、控制单元；
其中，所述加工单元包括：超短脉冲激光器(1)、光路元件、运动平台(2)、玻璃槽(3)，通过控制所述运动平台(2)，使所述超短脉冲激光器(1)发出的激光通过所述光路元件后聚焦在工件表面，以诱导等离子体进行微细加工；所述工件位于所述玻璃槽(3)中；
所述辅助单元包括：超声振动装置、电磁装置和水循环装置，分别用于产生特定声场、磁场和流场，通过声场-磁场-流场耦合作用，辅助激光加工；
所述监测单元用于获取光场、声场、流场和温度场信息并通过图像模式反映，从而监测所述玻璃槽(3)内的加工状态；所述监测单元包括：相机(6)、热像仪(7)和纹影仪；其中，所述纹影仪包括两条光路，每条光路都包括光源、凹面镜、凸透镜和刀口；所述光源发出的光依次通过所述凹面镜、所述玻璃槽(3)内激光加工区域、所述凸透镜和所述刀口，并被相应的相机捕捉；所述热像仪(7)位于所述玻璃槽(3)的一侧，用于获取所述玻璃槽(3)内的温度信息；
所述控制单元用于调整所述加工单元、辅助单元、监测单元的控制参数。


2.如权利要求1所述的多能场辅助超短脉冲激光加工过程监测装置，其特征在于，
所述加工单元还包括：水冷机(9)、基座(4)、靠背(5)、面包板(25)，所述超短脉冲激光器(1)放置在所述靠背(5)上表面，并与所述水冷机(9)通过进出水管连接；所述玻璃槽(3)水平放置在所述面包板(25)的中央区域，且所述玻璃槽(3)和所述面包板(25)的对角线重合；所述面包板(25)放置在所述运动平台(2)上，所述运动平台(2)安装在所述基座(4)上表面。


3.如权利要求2所述的多能场辅助超短脉冲激光加工过程监测装置，其特征在于，
所述电磁装置包括两个电磁铁(22)、两个旋转圆盘(23)、两个直线电机(24)、两个直流励磁电源(26)；所述两个电磁铁(22)分别与两个直流励磁电源(26)连接；其中，所述两个直线电机(24)分别位于所述面包板(25)对角线的顶角处，所述两个旋转圆盘(23)分别安装在两个直线电机(24)上，所述两个电磁铁(22)分别安装在两个旋转圆盘(23)上，通过两个直线电机(24)带动两个旋转圆盘(23)反向转动相同角度。


4.如权利要求3所述的多能场辅助超短脉冲激光加工过程监测装置，其特征在于，
所述电磁铁(22)两极端面与激光焦点的水平距离相同，且所述电磁铁(22)极面为弧形曲面。


5.如权利要求2所述的多能场辅助超短脉冲激光加工过程监测装置，其特征在于，
所述监测单元还包括：悬挂板(32)、转盘(33)、伸缩杆(34)、转动块(35)；
所述热像仪(7)安装在转动块(35)上，所述转动块(35)可绕着转轴旋转，所述转动块(35)与所述伸缩杆(34)连接，通过所述伸缩杆(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张臻，张国军，吴杰，黄禹，张意，薛涛，刘邓华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42