【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光加工，具体涉及一种激光加工对壁损伤抑制方法及装置。
技术介绍
1、超快激光由于其峰值功率密度高、脉冲作用时间短，在加工过程中能有效避免热效应对周围材料的影响，实现工业级“冷加工”，同时配合工艺路线可以实现材料无热影响、无重铸层、无微裂纹的精密加工，这些显著优势使得超快激光被广泛地应用于航空航天领域。
2、航空发动机涡轮叶片是发动机燃烧室中最主要的受热部件，为了增加叶片、燃烧室等结构在高温高压等极端工作环境下的使用寿命，一般在航空发动机涡轮叶片的表面设计大量的微孔，冷却区域喷出的冷却气体通过这些微孔在叶片表面形成了气膜，因此这些微孔被称为叶片气膜孔。又由于航空发动机涡轮叶片一般为空心腔体且对壁距离较小，在激光加工气膜孔过程中极易产生对壁损伤，在损伤处造成应力集中，进而导致工作时受力不均，最终影响航空发动机涡轮叶片的使用寿命。因此，在采用激光加工叶片气膜孔的过程中，对壁防护是该领域最亟待解决的关键技术之一。
3、现有的对壁防护技术主要包括：腔体材料填充技术、基于实体模型的预规划技术和激光加工在线监测技术；其中，腔体材料填充技术通过在腔体中填充材料来阻隔或者减弱激光能量，以减小对壁损伤，属于被动防护技术。基于实体模型的预规划技术根据实体模型的理论数据进行扫描轨迹规划，同时采用激光调制的预规划来防止在加工过程中激光能量作用于非加工位置。激光加工在线监测技术利用图像传感器(charge coupled device，ccd)采集激光与材料相互作用的返回光，根据返回光得到监测图像，再通过人工观察孔穿
4、然而现有的对壁防护技术均存在明显的缺点，如：由于航空发动机涡轮叶片的腔体非常狭窄且结构复杂，采用腔体材料填充技术难以解决填充不均匀和清洗不彻底的问题。基于实体模型的预规划技术过于依赖实际工件精度、装夹精度、材料特性等外部因素于理论模型的匹配程度，这些外部因素往往不可控，进而导致实际应用中存在防护效果不稳定的问题。激光加工在线监测技术受限于图像采集及处理的速度，目前无法进行精确的实时判断，且在加工倾斜姿态的微孔时，由于被去除部分并非同时穿透，基于激光加工在线监测技术实现对壁损伤的防护和判读非常困难。
5、因此，在采用激光加工气膜冷却孔时，需要一种能够实现精确的实时监测对壁损伤的方法及装置。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种激光加工对壁损伤抑制方法及装置。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本专利技术提供了一种激光加工对壁损伤抑制方法，包括：
3、s1：在加工激光器输出高能激光脉冲前，采集所述加工激光器的激光脉冲同步信号；其中，所述激光脉冲同步信号与所述高能激光脉冲的频率同步；
4、s2：根据所述激光脉冲同步信号得到采集周期，输出探测激光束；
5、s3：根据所述采集周期采集由加工位置反射的所述探测激光束，得到探测光信号；
6、s4：根据所述探测光信号进行穿透状态判断，得到激光脉冲控制信号，并根据所述激光脉冲控制信号控制所述高能激光脉冲的下一脉冲输出。
7、在本专利技术的一个实施例中，所述高能激光脉冲与所述探测激光束在光路上同轴设置，且所述高能激光脉冲与所述探测激光束的频率相同。
8、在本专利技术的一个实施例中，所述探测激光束为脉冲光束或连续光束。
9、在本专利技术的一个实施例中，当所述探测激光束为脉冲光束时，s2，包括：
10、s2.1：根据所述激光脉冲同步信号得到采集周期；
11、s2.2：根据所述采集周期设置探测控制信号的延迟时间；
12、s2.3：通过设置延迟时间后的所述探测控制信号控制输出探测激光束。
13、在本专利技术的一个实施例中，当所述探测激光束为连续光束时，s3，包括：
14、s3.1：根据所述采集周期设置采集延迟时间；
15、s3.2：根据设置的所述采集延迟时间采集由加工位置反射的所述探测激光束，得到探测光信号。在本专利技术的一个实施例中，s4，包括：
16、s4.1：根据所述加工位置穿透后的反射光强设置穿透阈值；
17、s4.2：根据所述穿透阈值和所述探测光信号进行穿透状态判断，得到激光脉冲控制信号；
18、s4.3：根据所述激光脉冲控制信号控制所述高能激光脉冲的下一脉冲输出；
19、其中，当所述探测光信号的强度高于所述穿透阈值时，通过所述激光脉冲控制信号控制输出所述高能激光脉冲的下一脉冲；当所述探测光信号的强度低于所述穿透阈值时，通过所述激光脉冲控制信号控制停止所述高能激光脉冲的下一脉冲。
20、在本专利技术的一个实施例中，在s4后，还包括：
21、s5：以所述激光脉冲同步信号为周期，重复s1至s4，直至激光加工完成。
22、本专利技术还提供了一种激光加工对壁损伤抑制装置，使用上述的种激光加工对壁损伤抑制方法，装置包括：加工激光器、探测激光器、光电探测器和控制器；
23、其中，所述加工激光器，用于输出高能激光脉冲，并随所述高能激光脉冲同步输出激光脉冲同步信号；
24、所述探测激光器，用于输出探测激光束；
25、所述光电探测器，用于探测由加工位置反射的所述探测激光束；
26、所述控制器，用于采集所述激光脉冲同步信号，并根据所述激光脉冲同步信号控制所述探测激光器输出探测激光束；所述控制器，还用于采集所述光电探测器的探测结果，得到探测光信号并根据所述探测光信号进行穿透状态判断，以控制所述高能激光脉冲输出下一脉冲。
27、在本专利技术的一个实施例中，激光加工对壁损伤抑制装置，还包括：整形调制系统、分光镜、合束系统、扫描系统和聚焦系统；
28、所述整形调制系统、所述分光镜、所述合束系统、所述扫描系统和所述聚焦系统依次设置，其中，所述加工激光器输出的高能激光脉冲经过所述整形调制系统后，与所述探测激光器输出的探测激光束共同进入所述分光镜和所述合束系统，以将所述高能激光脉冲和所述探测激光束合束；
29、合束后的所述高能激光脉冲和所述探测激光束，依次经过所述扫描系统和所述聚焦系统聚焦至同一加工位置上。
30、在本专利技术的一个实施例中，所述光电探测器包括：apd传感器、pin传感器、psd传感器或qds传感器。
31、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
32、本专利技术的激光加工气膜冷却孔的对壁损伤抑制方法，利用加工激光器输出的高能激光脉冲的脉冲间隔，在脉冲间隔的空挡时间内进行探测，通过比较探测光信号与穿透阈值进行穿透状态判断，并根据判断结果控制加工激光器的高能激光脉冲的输出，避免了现有的对壁防护技术对实体模型以及装夹精度的过度依赖的问题，也解决了激光加工在线监测技术响应慢的问题，实现了从根源上抑制激光对壁损伤的效果。...
【技术保护点】
1.一种激光加工对壁损伤抑制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的激光加工对壁损伤抑制方法，其特征在于，所述高能激光脉冲与所述探测激光束在光路上同轴设置，且所述高能激光脉冲与所述探测激光束的频率相同。
3.根据权利要求1所述的激光加工对壁损伤抑制方法，其特征在于，所述探测激光束为脉冲光束或连续光束。
4.根据权利要求3所述的激光加工对壁损伤抑制方法，其特征在于，当所述探测激光束为脉冲光束时，S2，包括：
5.根据权利要求3所述的激光加工对壁损伤抑制方法，其特征在于，当所述探测激光束为连续光束时，S3，包括：
6.根据权利要求5所述的激光加工对壁损伤抑制方法，其特征在于，S4，包括：
7.根据权利要求1所述的激光加工对壁损伤抑制方法，其特征在于，在S4后，还包括：
8.一种激光加工对壁损伤抑制装置，其特征在于，使用如权利要求1至7任一项所述的激光加工对壁损伤抑制方法，装置包括：加工激光器、探测激光器、光电探测器和控制器；
9.根据权利要求8所述的激光加工对壁损伤抑制装置，其特
10.根据权利要求8所述的激光加工对壁损伤抑制装置，其特征在于，所述光电探测器包括：APD传感器、PIN传感器、PSD传感器或QDS传感器。
...【技术特征摘要】
1.一种激光加工对壁损伤抑制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的激光加工对壁损伤抑制方法，其特征在于，所述高能激光脉冲与所述探测激光束在光路上同轴设置，且所述高能激光脉冲与所述探测激光束的频率相同。
3.根据权利要求1所述的激光加工对壁损伤抑制方法，其特征在于，所述探测激光束为脉冲光束或连续光束。
4.根据权利要求3所述的激光加工对壁损伤抑制方法，其特征在于，当所述探测激光束为脉冲光束时，s2，包括：
5.根据权利要求3所述的激光加工对壁损伤抑制方法，其特征在于，当所述探测激光束为连续光束时，s3，包括：
6.根据权利要求5所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘芸，姜宝宁，韩冰，赵荣昌，
申请(专利权)人：西安中科微精光子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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