声控激光打孔技术研究

【摘要】： 激光加工技术是涉及光学、机械学、电子学、计算机等多种学科的高新技术,激光打孔是较早达到实用化的激光加工技术,但是目前还有许多问题需要进一步深入研究。由于激光打孔时激光焦点和打孔对象的相对位置、材料反射率的变化,激光峰值功率调节都影响到打孔速度和质量。因此,为了对不同材料进行有效地打孔,需要对激光束的能量、脉冲宽度和激光焦点相对位置等打孔参数进行综合控制。 本课题的任务是在对激光打孔过程物理机理研究分析的基础上,研发用于金刚石拉丝模激光自动打孔的数控加工系统。 本文主要研究了在激光与材料相互作用下声波信号随时间变化关系,高频超声波Q调制方法,以及配合计算机研究出声控激光打孔系统。 一、首先论述了激光打孔技术目前国内外的发展状况,并结合激光与物质相互作用的原理,在理论上深入分析了激光打孔过程的物理机理,研究了在激光脉冲作用时材料升温、熔化、气化以及产生冲击波的条件。本文提出了一种具有创新性的用于对金刚石拉丝模打孔的方案。 二、为获得快速打孔的效果,在激光器上也做了创新性的改进,采用高频超声技术控制压电陶瓷换能器,把谐振腔Q值的调制频率提高到150kHz,在200W以上的高功率激光器上获得了高峰值功率的激光脉冲。 三、通过打孔过程伴生声波现象的研究,分析了大量的实验数据和曲线,发现了打孔产生的声波信号能反映打孔过程的状态,证明用声波能够控制打孔过程,同时还证明了打孔过程产生的红外光不适合控制打孔,并提出了按照材料的特性改变打孔速度的加工方法。 四、综合上述研究成果,结合计算机技术,研究出了激光打孔专用的声控打孔控制系统,这套系统是通过声波传感器在线测量,按照打孔工艺要求,控制工作台的移动,激光束焦点始终处于最佳正确位置,使打孔过程精确而快捷。这种方法在国内外均未见报道。大量的实验表明,对金刚石拉丝模打孔有很好效果。 文章最后也提出了今后研究方向,以及需要进一步解决的技术问题,对于完善这项新方法指出了方向。