CN107186368A - 一种激光加工过程中激光作用时间的实时测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光加工过程中激光作用时间的测量方法，包括如下步骤：步骤1，在激光与工件之间的光路和工件后方的激光穿透光路上分别放置一块分光镜，在各分光镜反射的检测光路上分别放置光电检测器；步骤2，启动激光利用激光束对工件进行加工，直至工件被激光穿透；步骤3，对两个光电检测器记录的检测光接收时间进行差值计算，即可确定工件耗费的激光加工时间。本发明可以在金属工件激光打孔等加工中精确测量激光作用时间，也可应用于非透明非金属的激光加工，可对激光与材料相互作用机理与实验提供基础和测量手段。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工领域，特别是涉及一种激光在对工件进行加工时所用时间的测量方法。
背景技术
目前激光飞行时间的测量主要应用于激光测距上，是应用脉冲式激光测量，主要测量的是激光器发出脉冲激光与该脉冲激光返回到光接收机的时间间隔。该方法无法进行在激光打孔过程中应用连续激光或者无数激光脉冲串时打孔加工时间间隔的实时测量。
发明内容
本发明目的是提供一种测量激光在对工件进行加工时所用时间的实时测量方法，可以根据激光的不同类型精确求出加工工件所用的时间。
特别地，本发明提供的激光加工过程中激光作用时间的实时测量方法，包括如下步骤：
步骤1，在激光与工件之间的光路和工件后方的激光穿透光路上分别放置一块分光镜，在各分光镜反射的检测光路上分别放置光电检测器；
步骤2，启动激光利用激光束对工件进行加工，直至工件被激光穿透；
步骤3，对两个光电检测器记录的检测光接收时间进行差值计算，即可确定工件耗费的激光加工时间。
在本发明的一个实施方式中，当工件为非穿透加工时，以位于激光和工件之间光路上的光电检测器记录的光信号上升沿作为起始时间，以最终的光信号下降沿的结束点为终止时间。
在本发明的一个实施方式中，所述光电检测器实现激光与电脉冲信号的转换、和转换后电脉冲信号的提取，以及对电脉冲信号的同步记录与显示。
在本发明的一个实施方式中，所述激光的激光束包括连续式和脉冲式。
在本发明的一个实施方式中，所述分光镜分出的检测光和激光束之间的角度为90°，检测光的透过率为1％-3％。
在本发明的一个实施方式中，在所述光电检测器与所述分光镜之间放置有对检测光进行衰减的衰减片，所述衰减片的透光率为0.1％～10％。
在本发明的一个实施方式中，所述电脉冲信号提取时的时间标定点是信号上升沿的起点。
本发明在激光与工件之间的光路和工件后方的激光穿透光路上分别放置一块分光镜，在各分光镜反射的检测光路上分别放置光电检测器；启动激光利用激光束对工件进行加工，直至工件被激光穿透；对两个光电检测器记录的检测光接收时间进行差值计算，即可确定工件耗费的激光加工时间。
当工件为非穿透加工时，以位于激光和工件之间光路上的光电检测器记录的光信号上升沿作为起始时间，以最终的光信号下降沿的结束点为终止时间。
本发明可以在金属工件激光打孔等加工中精确测量激光作用时间，也可应用于非透明非金属的激光加工，可对激光与材料相互作用机理与实验提供基础和测量手段。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的测量方法步骤示意图；
图2是本发明一个实施方式的测量方法涉及到的测量装置结构示意图；
图3是本发明一个实施方式的光电检测器记录的激光类型示意图；
图4是本发明一个实施方式的光电检测器记录的穿透式加工时激光信号示意图；
图5是本发明一个实施方式的光电检测器记录的非穿透式加工时激光信号示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明一个实施方式的测量方法一般包括如下步骤：
步骤1，在激光与工件之间的光路和工件后方的激光穿透光路上分别放置一块分光镜，在各分光镜反射的检测光路上分别放置光电检测器；
当激光10开始工作时，会穿透位于工件50之前的第一分光镜20后，再作用到工件50上，第一分光镜20同时会反射出一束激光作为检测光11，该检测光11即会被第一光电检测器30接收。位于工件50之后的第二分光镜21，是为了接收穿透工件后的激光并反射出相应的检测光11，并传递给第二光电检测器31。
第一分光镜20和第二分光镜21分出的激光量一般只为总激光量的百分之几，如本实施方式中，第一分光镜20和第二分光镜21分出的检测光11和激光束之间的角度为90°，检测光11的透过率为1％～3％。
第一光电检测器30和第二光电检测器31用于实现激光10与电脉冲信号的转换、和转换后电脉冲信号的提取，以及对电脉冲信号的同步记录与显示。
步骤2，启动激光利用激光束对工件进行加工，直至工件被激光穿透；
激光10在对工件50加工时会穿过位于工件50前的第一分光镜20，使第一分光镜20在激光10加工期间一直持续反射检测光11给对应的第一光电检测器30。而一但工件50被穿透后，激光10会穿过位于工件50后方的第二分光镜21，第二分光镜21会将激光10的一部分作为检测光11反射至第二光电检测器。
步骤3，对两个光电检测器记录的检测光接收时间进行差值计算，即可确定工件耗费的激光加工时间。
通过对第一光电检测器20和第二光电检测器21上记录的接收到检测光11的时间，进行减值计算，即可得到当前工件50的激光加工时间。
本实用方式可以在金属工件激光打孔等加工中精确测量激光作用时间，也可应用于非透明非金属的激光加工，可对激光与材料相互作用机理与实验提供基础和测量手段。
在本发明的一个实施方式中，可以在第一光电检测器30和第一分光镜20之间、第二光电检测器31与第二分光镜21之间分别放置对检测光11进行光强衰减的衰减片40、41，衰减片40、41的透光率可以为0.1％～10％。此外，为阻挡穿透工件50后的激光10，可以在第二分光镜21的后方设置一个吸收黑体12。
进一步地，在本发明的一个实施方式中，如果工件50不需要穿透加工时，在计算工件50的激光加工时间时，可以以第一光电检测器30记录的第一个光信号的上升沿的开始点作为起始时间，以最终的光信号的下降沿的结束点为终止时间，即由第一光电检测器30记录激光10开始发射时的时间，直至激光10停止时的时间(非穿透时间)，通过两者的时间差即可计算出当前工件耗费的加工时间。
在本发明的一个实施方式中，具体激光10的类型可以包括连续式和脉冲式两种，在采用连续式和脉冲式对工件50进行加工，根据穿透工件和不穿透工件的加工结果，其开始时间和结束时间的计算方式不同，分别说明如下：
在穿透工件50的加工方式下，第一光电检测器30中光信号以上升沿的起点作为测量激光作用时间的起点或终点。如图3所示，表示光电检测器30/31接收到的信号，其中A为连续式激光加工，B为脉冲式激光加工，A点和B点分别为测量激光作用时间的起点或终点。激光加工时间测量的信号采集来源于激光束穿透加工件50前后的光信号，其中第一光电检测器记录激光束到达工件50前的起始时间标定，第二光电检测器31实现穿透工件50后的结束时间的记录；
第一光电检测器和第二光电检测器一般包括光电转换、电脉冲信号提取及信号同步记录与显示。在穿透式加工时，激光作用时间是激光束在穿透工件50前、后分别在第一光电检测器30和第二光电检测器31接收到的激光信号起止点的时间间隔。
如图4所示，激光为连续式加工时，A和C分别是激光到达工件50前和穿透工件50后的光信号，A时刻和C时刻之间的时间间隔即为激光作用时间。
当激光束为脉冲式加工时，B和D的上升沿起点分别是脉冲激光作用时间的两个标定时刻，B和D时刻的时间间隔也即是脉冲式加工的激光加工时间。
如图5所示，当激光加工为非穿透式加工时，此时可只用第一光电检测器30，连续式和脉冲式的定义光信号上升沿的开始点A点和B点为起始时刻，对于A和E表示的连续式激光加工来说，定义下降沿的结束点E点为终止时刻；对于B和G表示的脉冲式激光加工来说，定义最后一个脉冲的下降沿的结束点F点为终止时刻。
当激光做穿透式加工时，连续激光束的作用时间即为A点和C点之间的时间间隔，而对于脉冲激光加工时，B点和D点之间的时间间隔T是激光加工所需要的时间，所需要的脉冲个数为T*f，f为脉冲激光频率。
当激光做非透式加工时，连续激光束的作用时间即为A点和E点之间的时间间隔，而对于脉冲激光加工时，B点和F点之间的时间间隔T1为激光加工时间，B点和G点之间的时间间隔T2，所需要的脉冲个数为(T2*f+1)，f为脉冲激光频率。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (7)
1.一种激光加工过程中激光作用时间的实时测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在激光与工件之间的光路和工件后方的激光穿透光路上分别放置一块分光镜，在各分光镜反射的检测光路上分别放置光电检测器；
步骤2，启动激光利用激光束对工件进行加工，直至工件被激光穿透；
步骤3，对两个光电检测器记录的检测光接收时间进行差值计算，即可确定工件耗费的激光加工时间。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，
当工件为非穿透加工时，以位于激光和工件之间光路上的光电检测器记录的光信号上升沿作为起始时间，以最终的光信号下降沿的结束点为终止时间。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，
所述光电检测器实现激光与电脉冲信号的转换、和转换后电脉冲信号的提取，以及对电脉冲信号的同步记录与显示。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，
所述激光的激光束包括连续式和脉冲式。
5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，
所述分光镜分出的检测光和激光束之间的角度为90°，检测光的透过率为1％-3％。
6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，
在所述光电检测器与所述分光镜之间放置有对检测光进行衰减的衰减片，所述衰减片的透光率为0.1％～10％。
7.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，
所述电脉冲信号提取时的时间标定点是信号上升沿的起点。
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