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原文传递一种基于声发射技术的激光清洗过程监测方法

专利名称：	一种基于声发射技术的激光清洗过程监测方法
摘要：	本发明公开了一种基于声发射技术的激光清洗过程监测方法，该监测系统由近红外纳秒光纤激光加工系统、数据采集卡、前置放大器、信号电缆以及声发射传感器构成，其原理是基于声发射技术的激光清洗过程对清洗效果实时无损监测；在清洗效果(工件表面残余锈蚀物量)和声发射信号幅度取得相互的数学关系，实时控制激光加工参数的设置，从而实现对激光清洗在线无损监测；另外，声发射传感器直接布置在工件锈蚀层表面，减少了其他信号干扰，提高采集的声发射信号的可靠度。本发明所提供的监测系统及方法的结构和使用十分简单、合理，其精度高和性能稳定，解决了现有激光清洗技术不具备实时检测而提高清洗质量和效率的难题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	广东工业大学
发明人：	谢小柱;黄庆澎
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910082208.5
公开号：	CN109813805A
代理机构：	广东广信君达律师事务所
代理人：	江金城;杨晓松
分类号：	G01N29/14(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	510062 广东省广州市大学城外环西路100号
主权项：	1.一种基于声发射技术的激光清洗过程监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：将碳钢样件放置并定位在纳秒近红外光纤激光X/Y/Z工作台上，激光对焦使光斑焦点位于碳钢锈蚀层表面；步骤S2：然后进行传感器的放置，根据工件锈蚀层声发射信号的衰减特性进行幅度曲线测量试验，确定传感器涂上凡士林并布置在距离声发射源(除锈区域)长度为8mm的位置上；步骤S3：进行声发射检测装置的搭建，利用信号电缆将传感器与前置放大器连接，前置放大器的输出端接入到PCI-2数据采集卡，并设置相应的通道参数；最后将声发射仪与显示器连接，用于采集信号的显示与分析处理；步骤S4：改变纳秒近红外激光系统的激光能量密度，涵盖低、中、较高、高(15.76J/cm2，42.7J/cm2，53J/cm2，72.1J/cm2)四种典型激光能量，其他参数保持不变；对相同厚度的锈蚀层进行三次方形区域激光面扫描加工；利用声发射系统对同步采集的声发射信号幅度进行处理，根据幅度-时间散点分布图随扫描次数的信号变化确定激光清洗的效果与质量，每种能量密度均进行三次面扫描的激光清洗过程并观察清洗后效果；步骤S5：对于能量密度低的清洗过程，观察到工件表面残余大量的锈蚀物；当能量密度达到中等时，清洗效果明显，黑色斑点彻底清除呈现基材原有色泽；当能量密度达到较高时，锈蚀层完全去除且基材颜色出现淡黄色，去除效率更好；表面锈层全部去除激光开始作用于钢基材表面；高能量密度下基材表面将热损伤，表面呈现暗黄色失去原有基体的色泽；步骤S6：声发射幅度散点信号的产生来自激光与表面锈层的反应；根据步骤S4的表面锈蚀层残余量和基材表面形貌可知，激光能量低时,锈蚀层去除能力较低，信号特征不活跃且散点分布并无明显的变化；步骤S7：激光能量的增大表明锈蚀层去除效率提高，幅度散点发散趋势越提前；同时散点数量分布越少，伴随着锈蚀物残余量的减少，激光与锈蚀层的反应激烈程度较低；幅度不断减小至45dB附近；步骤S8：在能量密度为53J/cm2时，经过第二次清洗结束后工件表面锈层全部去除；在第三次扫描过程的幅度信号出现一条与激光作用在无锈基材表面，且平行于X轴的散点信号带，说明激光开始作用于钢基材表面；此幅度信号特征的出现可作为激光清洗过程的结束前的判断；步骤S9：在最高的能量密度72.1J/cm2时，信号散点数值较大，发散的程度进一步提高且在激光第一次方形区域清洗过程开始呈现，说明去除效果最佳；在第二次和第三次清洗过程观察到信号幅度散点分布可以由发散合并为聚集上升的信号带，此时观察到钢材表面在高温氧化下出现颜色转变，表面呈现暗黄色失去原有基体的色泽；信号带作为钢材表面激光清洗过度而造成严重热损伤；步骤S10：根据步骤S4和步骤S5的关系，结合出现的三种幅度散点信号特征，通过分析声发射幅度信号与扫描次数的关系、信号散点分布形态和清洗效果，包括清洗未完全，锈蚀物基本去除以及清洗过度造成烧蚀，并结合为不同能量密度下清洗后的表面形貌，用于声发射技术用于监测激光清洗过程的预判。 2.根据权利要求1所述的基于声发射技术的激光清洗过程监测方法，其特征在于，所述步骤S4中方形面积尺寸设为12mm*12mm。 3.根据权利要求1所述的基于声发射技术的激光清洗过程监测方法，其特征在于，所述步骤S3中通道参数设为：信号增益40dB，数据样品采样率5MHz；根据碳钢工件的材料特性：峰值定义时间300μs，Hit(一个撞击事件)定义时间600μs以及Hit闭锁时间1000μs，同时声发射采集门槛设为30dB。 4.根据权利要求1所述的基于声发射技术的激光清洗过程监测方法，其特征在于，所述步骤S4中其他参数为：重复频率10khz，脉冲宽度200ns，扫描速度240mm/s，光斑重叠率40％。 5.根据权利要求1所述的基于声发射技术的激光清洗过程监测方法，其特征在于，所述步骤S6中散点信号的数值大小介于30～80dB之间。
所属类别：	发明专利