一种激光加工腔体的在线监测加工方法以及系统技术方案

本发明专利技术提供的一种激光加工腔体的在线监测加工方法及系统，包括以下步骤：利用激光加工系统对填充有防护填充材料的腔体进行加工，并采集待加工腔体出水口处的液体分子的含量；对采集到的液体分子的含量进行处理，得到液体信号特征；根据得到的液体信号特征，判断待加工腔体的加工状态；当待加工腔体的加工状态为进入激光辐照防护填充材料状态时，则反馈调控激光加工参数；利用调控后的激光加工参数对目标材料继续加工，直至修型完毕结束加工；本发明专利技术能够实现高质量的激光加工微孔的同时实现无后壁损伤的加工；同时能够实现激光加工过程中的实时监测与反馈以及解决腔体后壁的损伤问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种激光加工腔体的在线监测加工方法以及系统


[0001]本专利技术属于激光加工过程监测及涡轮发动机叶片制造领域，特别是涉及一种激光加工腔体的在线监测加工方法以及系统。

技术介绍

[0002]激光加工具有高加工精度、高加工质量、可加工任意材料、热影响小等多种特点。对于一些腔体呈中空结构，当激光束穿透前腔壁后，激光会直接穿过腔体并作用在后壁内表面，造成内表面受损甚至材料去除，即“后壁损伤”。后壁损伤会使得损伤处产生应力集中，这样的腔体在多种情况下不可使用，或者使得产品不能达到更好的使用效果，因此有待研究一种后壁防护技术。
[0003]当前的后壁防护技术主要采用腔体填充方式，即在腔体中填充一部分材料，以此减少或消除激光能量。然而该方式的防护效果有限，无法及时反馈防护状态，从而及时关闭激光加工以保证后壁无损；目前还无法实现狭小腔体的有效防护，因此需要进一步发展在线监测技术来实现加工过程中的实时反馈与控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种激光加工腔体的在线监测加工方法以及系统，解决了现有技术中存在上述不足。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提供的一种激光加工腔体的在线监测加工方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，利用激光加工系统对填充有防护填充材料的腔体进行加工，并采集待加工腔体出水口处的液体分子的含量；
[0008]步骤2，对采集到的液体分子的含量进行处理，得到液体信号特征；
[0009]步骤3，根据得到的液体信号特征，判断待加工腔体的加工状态；当待加工腔体的加工状态为进入激光辐照防护填充材料状态时，则反馈调控激光加工参数；
[0010]步骤4，利用调控后的激光加工参数对目标材料继续加工，并根据得到的液体信号特征判断是否对激光加工参数进行调控；
[0011]步骤5，利用调控后的激光加工参数对目标材料进行修型，直至修型完毕结束加工。
[0012]优选地，步骤1中，所述防护填充材料包括水、防护材料粉末和石墨粉末。
[0013]优选地，步骤2中，对采集到的液体分子的含量进行处理，得到液体信号特征，具体方法是：
[0014]将单位时间内，液体分子的含量与时间的比值作为特征值；
[0015]将设定时间内，特征值的变化量与时间变化量的比值作为液体信号特征。
[0016]优选地，步骤3中，根据得到的液体信号特征，判断待加工腔体的加工状态，具体方法是：
[0017]当液体信号特征值随时间的变化开始减小，且大于0时，则待加工腔体的加工状态为激光辐照在防护填充材料上。
[0018]优选地，步骤4中，根据得到的液体信号特征判断是否对激光加工参数进行调控，具体方法是：
[0019]当液体信号特征值随时间的变化开始减小，且小于0时，则对激光加工参数进行调控。
[0020]优选地，步骤5中，利用调控后的激光加工参数对目标材料进行修型，直至修型完毕结束加工，具体方法是：
[0021]利用调控后的激光加工参数沿加工路径扫描加工两次，则完成修型，结束加工。
[0022]一种激光加工腔体的在线监测加工系统，包括激光加工单元、液体搅动器、数据采集单元和工程控制机，其中：
[0023]所述激光加工单元输出的激光作用在待加工腔体上。
[0024]所述待加工腔体的内腔中填充有呈冰冻状态的防护填充材料；
[0025]所述待加工腔体上开设有进水口和出水口，所述进水口和出水口分别与液体搅动器的出水口和进水口连接。
[0026]所述数据采集单元用于采集液体搅动器内液体中由激光加工而产生的液体分子的含量，并将采集到的液体分子的含量传输至工程控制机；
[0027]所述工程控制机用于根据接收到的液体分子的含量控制激光加工单元输出的激光加工参数。
[0028]优选地，所述激光加工单元包括激光器、光束传输系统和扫描振镜，其中，所述激光器输出的激光经过光束传输系统入射至扫描振镜，所述扫描振镜输出的激光作用在待加工腔体上。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0030]本专利技术提供的一种激光加工腔体的在线监测加工方法，利用激光对填充了防护填充材料的腔体进行加工，以激光与防护材料作用时产生的新的特殊液体分子作为特征信号，判别激光加工过程中的腔体内壁的穿透状态，由此实现高质量的激光加工微孔的同时实现无后壁损伤的加工；本专利技术能够实现激光加工过程中的实时监测与反馈以及解决腔体后壁的损伤问题。
附图说明
[0031]图1是本专利技术实施例的方法流程图：
[0032]图2是本专利技术实施例的系统结构图；
[0033]其中，1.激光器，2.光束传输系统，3.扫描振镜，4.待加工腔体，5.防护填充材料，6.连接管道，7.液体搅动器，8.探测头，9.液体传感器，10.数据采集卡与信号放大器，11.工程控制机。
具体实施方式
[0034]下面结合附图，对本专利技术进一步详细说明。
[0035]如图1所示，本专利技术提供的本专利技术提供的一种激光加工腔体的在线监测加工系统，
包括激光器1、光束传输系统2、扫描振镜3、待加工腔体4、防护填充材料5、连接管道6、液体搅动器7、探测头8、液体传感器9、数据采集卡与信号放大器10和工程控制机11，其中：
[0036]所述激光器1输出的激光经过光束传输系统2入射至扫描振镜3，所述扫描振镜3输出的激光作用在待加工腔体4上。
[0037]所述待加工腔体4的内腔中填充有呈冰冻状态的防护填充材料5，所述防护填充材料包括水、石墨粉末与防护材料粉末，其中，加入水的目的为了将其余两种材料在冷冻状态下凝固在一起额作用；石墨粉末与防护材料粉末的加入量根据加工的需要有所增减
[0038]所述待加工腔体4上开设有进水口和出水口，所述进水口和出水口通过连接管道6分别与液体搅动器7的出水口和进水口连接。
[0039]所述液体搅动器7内设置有液体传感器9的探测头8，所述液体传感器9用于采集液体搅动器7内液体中由激光加工而产生的液体分子的含量，并将采集到的液体分子的含量经过数据采集卡和信号放大器10传输至工程控制机11。
[0040]所述工程控制机11用于根据接收到的液体分子的含量控制激光加工单元输出的激光加工参数。
[0041]所述激光器1为飞秒激光器、皮秒激光器、纳秒激光器或毫秒激光器。
[0042]所述液体传感器9也可以被液体分析仪装置替换，液体分析仪装置为红外光谱仪、液体分析仪、氨氮检测仪或自来水/污水检测仪。
[0043]所述液体传感器9为半导体液体传感器或电化学传感器。
[0044]本专利技术提供的一种激光加工腔体的在线监测加工方法，包括以下步骤：
[0045]步骤1，将将纯二水和硫酸钙粉末、石墨粉末和水进行混合，之后作为防护填充材料填充至待加工腔体的空腔内，之后将待加工腔体的空腔进行封堵、冷冻，待防本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光加工腔体的在线监测加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，利用激光加工系统对填充有防护填充材料的腔体进行加工，并采集待加工腔体出水口处的液体分子的含量；步骤2，对采集到的液体分子的含量进行处理，得到液体信号特征；步骤3，根据得到的液体信号特征，判断待加工腔体的加工状态；当待加工腔体的加工状态为进入激光辐照防护填充材料状态时，则反馈调控激光加工参数；步骤4，利用调控后的激光加工参数对目标材料继续加工，并根据得到的液体信号特征判断是否对激光加工参数进行调控；步骤5，利用调控后的激光加工参数对目标材料进行修型，直至修型完毕结束加工。2.根据权利要求1所述的一种激光加工腔体的在线监测加工方法，其特征在于，步骤1中，所述防护填充材料包括水、防护材料粉末和石墨粉末。3.根据权利要求1所述的一种激光加工腔体的在线监测加工方法，其特征在于，步骤2中，对采集到的液体分子的含量进行处理，得到液体信号特征，具体方法是：将单位时间内，液体分子的含量与时间的比值作为特征值；将设定时间内，特征值的变化量与时间变化量的比值作为液体信号特征。4.根据权利要求1所述的一种激光加工腔体的在线监测加工方法，其特征在于，步骤3中，根据得到的液体信号特征，判断待加工腔体的加工状态，具体方法是：当液体信号特征值随时间的变化开始减小，且大于0时，则待加工腔体的加工状态为激光辐照在防护填充材料上。5.根据权利要求1所述的一种激光加工腔体的在线监测加工方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵万芹，孙涛，梅雪松，凡正杰，王文君，崔健磊，刘斌，段文强，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：