本發(fā)明屬于激光微納制造領(lǐng)域，特別是涉及一種基于穿透檢測技術(shù)的改進型激光微孔制造實驗方法。

背景技術(shù)：

激光打孔是一項非常重要的激光加工應(yīng)用技術(shù)，通過聚焦透鏡對激光束進行聚焦能夠得到直徑很小的光斑，在焦點處形成很高的溫度。在脈沖激光的作用下，材料不斷熔化和蒸發(fā)。最后，氣體和打孔形成的等離子體會產(chǎn)生高壓將雜志吹出孔洞，形成微孔。相對于傳統(tǒng)的機械鉆孔方式，激光打孔具有獨特的優(yōu)勢和不可替代的作用，如效率高、精度高、無機械應(yīng)力及無工具損耗等，已成為現(xiàn)代微小孔加工領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。

目前有關(guān)激光打孔的研究大多采用控制變量法和正交試驗法分析工藝參數(shù)對微孔質(zhì)量的影響，控制變量法和正交試驗法在不研究脈沖個數(shù)對微孔質(zhì)量的影響情況下，常常將脈沖個數(shù)設(shè)定為一個定值，研究其他參數(shù)對打孔質(zhì)量的影響，沒有考慮形成通孔后后續(xù)脈沖激光對打孔質(zhì)量的影響。

在激光打孔研究中，不同的激光參數(shù)組合將材料打通所需要的脈沖個數(shù)差別很大，因而不能簡單的利用控制變量法和正交試驗法進行激光打通孔研究。在研究不同因素對激光打通孔錐度的影響時，必須保證通孔是在脈沖激光作用完恰好形成的，否則通孔形成后，后續(xù)脈沖對孔的錐度將造成影響，有約90％的功率被孔壁吸收，增加熱影響，且打孔效率也會降低。因此在打通孔過程中，獲得恰好將材料打通的脈沖個數(shù)閥值非常重要，以脈沖個數(shù)閥值作為實驗中激光打孔脈沖個數(shù)，可以排除通孔形成后脈沖激光對通孔錐度的影響，減小熱影響，提高研究的可靠性，進一步提高激光打通孔的效率。

總之，傳統(tǒng)的控制變量法以及正交試驗法沒有考慮形成通孔后后續(xù)脈沖激光對打孔質(zhì)量的影響。存在通孔形成后脈沖激光對通孔錐度的影響，增大熱影響區(qū)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有激光微孔制造試驗方法的不足，本發(fā)明提供了一種基于穿透檢測技術(shù)的改進型激光微孔制造實驗方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于穿透檢測技術(shù)的改進型激光微孔制造實驗方法，包括如下步驟：

S1、利用穿透檢測技術(shù)得到激光微孔制造中通孔形成時所需的脈沖個數(shù)，及脈沖個數(shù)閾值N；

S2、以脈沖個數(shù)閾值N作為實驗中不同參數(shù)組合下使用的脈沖個數(shù)，從而對控制變量法、正交試驗法進行改進；

S3、利用改進型控制變量法、改進型正交實驗法研究各影響因素對激光微孔制造質(zhì)量的影響，優(yōu)化激光微孔制造工藝參數(shù)。

上述方案中，所述步驟S1中的穿透檢測技術(shù)是利用內(nèi)置于光學(xué)系統(tǒng)中的光強度傳感器來測量打孔過程中試樣材料表面的反射光強度，通過反射光強度的變化來判斷材料微孔是否被打通。

上述方案中，通過計算機系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置通孔形成后的反射光強度，當(dāng)檢測到的反射光強度低于預(yù)設(shè)值時，默認孔已打通。

上述方案中，所述步驟S2中的脈沖個數(shù)閾值N是通過計算機系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的激光重復(fù)頻率和檢測得到的激光打通孔時間自動計算得出，具體脈沖個數(shù)閾值N的計算公式如下：

N＝(t₁-t₀)·f

式中，t₀為打孔開始的時間點；

t₁為材料被打通的時間點；

f為脈沖重復(fù)頻率。

上述方案中，所述步驟S3中的改進型控制變量法和改進型正交試驗法是在傳統(tǒng)控制變量法和正交試驗法的基礎(chǔ)上，將每組實驗參數(shù)中原先設(shè)定的脈沖個數(shù)改為脈沖個數(shù)閾值N。

上述方案中，所述改進型控制變量法是利用脈沖個數(shù)閾值N對控制變量法進行改進，得到專門為激光打通孔實驗設(shè)計的改進型控制變量法。

上述方案中，所述的改進型正交試驗法是利用脈沖個數(shù)閾值N對正交實驗法進行改進，得到專門為激光打通孔實驗設(shè)計的改進型正交實驗法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過穿透檢測技術(shù)獲得恰好將材料打通的脈沖個數(shù)閥值，以脈沖個數(shù)閥值作為實驗中激光打孔脈沖個數(shù)，排除通孔形成后脈沖激光對通孔錐度的影響，減小熱影響，提高研究的可靠性，進一步提高激光打通孔的效率，彌補了傳統(tǒng)控制變量法和正交試驗法的不足。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于穿透檢測技術(shù)的改進型激光微孔制造實驗方法的穿透檢測示意圖；

圖2為本發(fā)明打孔時間和反射光強度關(guān)系圖。

圖中，1、試樣；2、入射光；3、光強度傳感器；4、反射光；5、微孔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

本發(fā)明所述的穿透檢測技術(shù)如圖1所示，主要是利用內(nèi)置于光學(xué)系統(tǒng)中的光強度傳感器3來測量打孔過程中試樣1材料表面的反射光4強度，通過反射光4強度的變化來判斷材料微孔5是否被打通。針對工件材料種類厚度，通孔形成后孔出口處可能出現(xiàn)殘渣等對測量結(jié)果的影響，造成不同材料實際情況下通孔形成后的反射光強度不同，本發(fā)明可根據(jù)具體實際條件，通過計算機系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置通孔形成后的反射光強度，當(dāng)檢測到的反射光強度低于預(yù)設(shè)值時，默認孔已打通，進一步提高測量的準確性。

如圖2所示，打孔開始的時間點為t₀，材料被打通前，大量的光向上反射，反射光強度高；材料被打通的時間點為t₁，此后材料被打通，向上反射的光急劇減少并趨于平穩(wěn)，反射光強度低。通過t₁與t₀相減得到激光打通孔所需時間t，進一步結(jié)合實驗中所使用的脈沖重復(fù)頻率f及可求得激光打通孔所需脈沖個數(shù)閥值N。脈沖個數(shù)閾值N的計算公式如下：

N＝(t₁-t₀)·f (1)

利用脈沖個數(shù)閥值N大小可以判斷打孔效率的高低。脈沖個數(shù)閾值N越大，表示材料越難被打通，打孔效率越低；脈沖個數(shù)閾值N越小，表示材料越容易被打通，打孔效率越高。

本發(fā)明所述的改進型控制變量法是利用脈沖個數(shù)閾值N作為實驗中不同參數(shù)組合下使用的脈沖個數(shù)，從而對控制變量法進行改進，得到了專門為激光打通孔實驗設(shè)計的改進型控制變量法。以研究離焦量對激光打通孔的影響為例，當(dāng)其它參數(shù)不變，研究離焦量變化對激光打通孔影響的改進型控制變量法(見表1)。表1中，N₁～N₇是與不同離焦量相對應(yīng)的脈沖個數(shù)閾值(由穿透檢測獲得)。研究其它參數(shù)對激光打通孔影響的改進型控制變量法同表1。

表1改進型控制變量法

本發(fā)明所述的改進型正交試驗法是利用脈沖個數(shù)閾值N作為實驗中不同參數(shù)組合下使用的脈沖個數(shù)，從而對正交實驗法進行改進，得到了專門為激光打通孔實驗設(shè)計的改進型正交實驗法。以四水平五因素的一個實驗為例。表2中，N₁～N₁₆分別是16組實驗參數(shù)下的脈沖個數(shù)閾值(由穿透檢測獲得)。研究其它不同因素不同水平的改進型正交實驗法同表2。此種方法，適用于脈沖個數(shù)不作為正交實驗中因素的情況，消除了傳統(tǒng)正交試驗法通孔形成后后續(xù)脈沖對通孔質(zhì)量的影響，進一步提高了正交實驗的準確性與可靠性。

表2改進型正交試驗法

本發(fā)明一種基于穿透檢測技術(shù)的改進型激光微孔制造實驗方法實施步驟：

S1、利用穿透檢測技術(shù)得到激光微孔制造中通孔形成時所需的脈沖個數(shù)，及脈沖個數(shù)閾值；

S2、以脈沖個數(shù)閾值作為實驗中不同參數(shù)組合下使用的脈沖個數(shù)，從而對控制變量法、正交試驗法進行改進；

S3、利用改進型控制變量法、改進型正交實驗法研究各影響因素對激光微孔制造質(zhì)量的影響，優(yōu)化激光微孔制造工藝參數(shù)。

上述技術(shù)方案體現(xiàn)了本發(fā)明專利的優(yōu)選方案，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對部分功能進行修改體現(xiàn)本專利原理的，屬于本專利保護范圍之內(nèi)。