激光加工方法与流程

1.本发明属于激光加工领域，更具体地说，是涉及一种激光加工方法。


背景技术：

2.随着技术的发展，激光器广泛应用于激光切割、激光焊接、激光淬火、激光3d打印、激光清洗等领域。当激光器用于切割具有一定厚度的工件时，通常需要先在工件上熔穿一个小孔，再沿小孔的一侧开始连续切割。
3.现有的熔穿小孔的方式通常是预留一个足以穿透工件的时间，保证激光器熔穿工件。然而这种熔穿小孔的方式，无法及时判断工件是否穿孔，容易造成工件材料的浪费，且加工时间长，加工效率不高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种激光加工方法，以提高检测工件是否熔穿的能力，减少加工时间，提高加工效率。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种激光加工方法，包括：
6.在通过激光对工件的预设位置进行穿孔时，按指定采样周期采集所述工件反射所述激光的反光信号；
7.根据预设第一采样时间区间内的反光信号设置判断阈值；
8.当指定个数连续的反光信号均小于所述判断阈值时，判定所述预设位置已被熔穿；
9.自所述预设位置按照预设切割路径切割所述工件。
10.可选的，所述根据预设第一采样时间区间内的反光信号设置判断阈值之后，还包括：
11.若在指定超时时间内，指定个数连续的反光信号未满足均小于所述判断阈值的条件，则判定所述预设位置已被熔穿。
12.可选的，还包括：
13.获取在先的加工记录；
14.根据所述加工记录计算所述工件在所述预设位置发生熔穿的预计时间；
15.根据所述预计时间设置所述指定超时时间。
16.可选的，所述指定超时时间为所述预计时间的两倍。
17.可选的，还包括：
18.获取所述工件的加工参数；
19.根据所述加工参数确定所述第一采样时间区间的时间起点，在所述时间起点，所述预设位置的表面出现熔池。
20.可选的，还包括：
21.根据预设第一采样时间区间内的反光信号确定参考反光信号；
22.根据所述参考反光信号设置所述判断阈值。
23.可选的，所述参考反光信号为所述预设第一采样时间区间内的所有反光信号的平均值、中位值、随机取样值、预设算法均值中的一种，所述预设算法均值为预设置信区间内反光信号的均值。
24.可选的，所述判断阈值为所述参考反光信号的10％～20％和/或20％～50％。
25.可选的，所述指定采样周期包括1-10ms和/或10-100ms。
26.可选的，所述指定个数大于或等于10。
27.本发明提供的激光加工方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明激光加工方法提高了检测工件是否熔穿的能力，减少了加工时间，提高了激光器的加工效率。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明实施例提供的激光加工方法的流程示意图；
30.图2为本发明实施例提供的激光加工方法对工件进行加工时反光信号随采样周期变化的示意图。
具体实施方式
31.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
32.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
33.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.如图1所示，本发明实施例提供的激光加工方法，包括：
36.s10、在通过激光对工件的预设位置进行穿孔时，按指定采样周期采集所述工件反射所述激光的反光信号；
37.s20、根据预设第一采样时间区间内的反光信号设置判断阈值；
38.s30、当指定个数连续的反光信号均小于所述判断阈值时，判定所述预设位置已被
熔穿；
39.s40、自所述预设位置按照预设切割路径切割所述工件。
40.本实施例中，激光可由激光器产生。用于产生激光的激光器可以是光纤激光器、直接半导体激光器等具有检测反光信号的激光器。以光纤激光器为例，光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。由于可以使用多泵浦源工作，光纤激光器可以产生功率更高的激光。
41.工件的材质可以是金属、塑料、玻璃等。以金属为例，在使用激光器对金属工件进行加工时，金属表面吸收激光能量后迅速升温，形成金属熔池。金属熔池可以加剧激光的反射，这部分反射的激光沿光路返回激光器内，并被激光器内设置的采集装置(如光电传感器)采集，获得较强的反光信号。若工件被熔穿，则金属熔池不复存在，此时采集装置获得的反光信号较弱。可以基于熔穿前后反光信号的强度差异，判断工件是否被熔穿。
42.一些情况下，若工件所使用的材料为复合材料，且包含多个反射率不同的复合层，则此时所指的熔穿可以仅限于复合材料中的某个复合层被熔穿，不一定指工件整体被熔穿。
43.指定采样周期可以根据实际需要进行设置。指定采样周期与用于处理反光信号的计算芯片的性能相关。计算芯片的性能越强，则允许设置的指定采样周期越小(即采样频率越高)。在一实施例中，指定采样周期可以是10ms。一般情况下，一个采样周期可以采集到一个反光信号。在此处，反光信号一般指反射光的光学强度。
44.预设第一采样时间区间可以指工件的指定位置未被熔穿前的时间段。由于工件指定位置被熔穿的时间是不确定的，预设第一采样时间区间可以只选取加工初始阶段。例如，工件的指定位置被熔穿的时间为t1，预设第一采样时间区间可以设置为[0,t1/2]。在一些情况下，预设第一采样时间区间可以不以零时刻为起点。
[0045]
由于预设第一采样时间区间内的反光信号是实时采集的，判断阈值随着预设第一采样时间区间内的反光信号的变化而变化。可以根据在先的加工记录分析工件未被熔穿前的反光信号与熔穿后的反光信号的差异规律(如可以是比值范围)，进而确定出一个相对合适的判断阈值。
[0046]
指定个数可以根据需要进行设置，如可以是大于10。在确定出判断阈值之后，可以对实时接收到的反光信号进行判断。只有当指定个数连续的反光信号均小于判断阈值(相当于这些连续的反光信号与预设第一采样时间区间内的反光信号有足够大的差异)，才可以判定工件被熔穿。例如，指定个数为10，判断阈值为v
r
，后续采集的反光信号包括v
2-1
、v
2-2
、v
2-3
、v
2-4
、v
2-5
、v
2-6
、v
2-7
、v
2-8
、v
2-9
、v
2-10
。当出现第一个反光信号符合v
2-1
<v
r
后，继续判断后续的9个反光信号是否小于v
r
，若均小于v
r
，则可以判定工件已被熔穿。若中间存在一个反光信号大于或等于判断阈值v
r
，则设置下一个小于为v
r
的反光信号作为v
2-1
，并继续判断流程，直至判定工件被熔穿为止。
[0047]
在确定工件被熔穿后，可以控制激光器自预设位置按照预设切割路径对工件进行切割。由于预设位置已被熔穿，可以保证工件的切割质量。
[0048]
可选的，所述根据预设第一采样时间区间内的反光信号设置判断阈值之后，还包括：
[0049]
若在指定超时时间内，指定个数连续的反光信号未满足均小于所述判断阈值的条
件，则判定所述预设位置已被熔穿。
[0050]
本实施例中，可以设置指定超时时间，在指定超时时间内，若无法检测到指定个数连续的小于判断阈值的反光信号，则可以结束判断工件是否熔穿的流程，直接判定工件已被熔穿。指定超时时间为一安全保护时间，保障在反光信号判断失效时，激光器不会一直停留在预设位置。
[0051]
可选的，激光加工方法还包括：
[0052]
获取在先的加工记录；
[0053]
根据所述加工记录计算所述工件在所述预设位置发生熔穿的预计时间；
[0054]
根据所述预计时间设置所述指定超时时间。
[0055]
本实施例中，在先的加工记录可以是相同工件相同的加工位置的加工记录。加工记录包含了工件的熔穿时间。预计时间可以是加工记录中所有熔穿时间的平均值。可用预计时间作为参考，设置指定超时时间，如指定超时时间可以设置为预计时间的n倍(n>1)。
[0056]
可选的，所述指定超时时间为所述预计时间的两倍。
[0057]
在一些情况下，可以将指定超时时间设置为预计时间的两倍，以确保激光器可以熔穿工件。
[0058]
可选的，激光加工方法还包括：
[0059]
获取所述工件的加工参数；
[0060]
根据所述加工参数确定所述第一采样时间区间的时间起点，在所述时间起点，所述预设位置的表面出现熔池。
[0061]
在此处，工件的加工参数可以指据工件的材质、比热、传热特性等参数。时间起点可以指工件的预设位置形成熔池所需要花费的时间。可以根据加工参数进行试验，进而确定时间起点。也可以根据上述加工参数，结合激光器产生的激光的特性、环境条件等计算出时间起点。出现熔池后的反光信号一般强于出现熔池前的反光信号。如图2所示，可以设置时间起点为t0，工件熔穿的时间为t1，超时时间为t2。则存在如下关系：t0<t1<t2。在一实施例中，第一采样时间区间可以设置为[t0,t1/2]。
[0062]
可选的，还包括：
[0063]
根据预设第一采样时间区间内的反光信号确定参考反光信号，所述参考反光信号为所述预设第一采样时间区间内的所有反光信号的平均值、中位值、随机取样值、预设算法均值中的一种，所述预设算法均值为预设置信区间内反光信号的均值；
[0064]
根据所述参考反光信号设置所述判断阈值。
[0065]
本实施例中，在确定预设第一采样时间区间后，可以根据该预设第一采样时间区间内的反光信号确定参考反光信号。如参考反光信号可以是预设第一采样时间区间内所有反光信号的平均值、中位值、随机取样值、预设算法均值中的一种。随机取样值指的是预设第一采样时间区间内任意选取的一个反光信号。预设算法均值可以选取中间部分的反光信号(如可以将预设第一采样时间区间内所有反光信号按从高到低排序，然后去掉前10％的反光信号和后10％的反光信号)，再求均值。
[0066]
可选的，所述判断阈值为所述参考反光信号的10％～20％和/或20％～50％。
[0067]
本实施例中，判断阈值可以设置为参考反光信号的10％～50％，优选50％。
[0068]
可选的，所述指定采样周期包括1-10ms和/或10-100ms，指定个数大于或等于10。
[0069]
本实施例中，若指定采样周期为1ms，指定个数为10个，激光器判定工件是否熔穿的响应时间为10ms左右。若指定采样周期为10ms，指定个数为10个，激光器判定工件是否熔穿的响应时间为100ms左右。相较于现有方法(特别是厚度较大的工件)，判定工件是否熔穿的响应时间大为减少。
[0070]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。