基于光谱与视觉辅助的成形砂轮激光修整效率监测的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115026722A(43)申请公布日2022.09.09(21)申请号202210543739.1(22)申请日2022.05.19(71)申请人湖南科技大学地址411100湖南省湘潭市雨湖区石马头(72)发明人邓辉周晗平何船(74)专利代理机构北京科栋专利代理事务所(特殊普通合伙)16066专利代理师郭普堂(51)Int.Cl.B24B53/06(2006.01)B23K26/36(2014.01)G06F17/11(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图1页(54)发明名称基于光谱与视觉辅助的成形砂轮激光修整效率监测的方法(57)摘要本发明公开了基于光谱与视觉辅助的成形砂轮激光修整效率监测的方法，通过激光能量利用率量化了砂轮激光修整技术中因离焦量大幅波动、入射角变化、等离子体屏蔽效应、砂轮表面粗糙度等多维度因素的复杂耦合导致的修整效率变化关系，为砂轮激光修整过程提供了效率监测方法。本发明所提出的修整效率监测的方法可取代目前需过度依赖人工经验的人眼目视法效率监测手段，提高了砂轮激光修整状态的自动化监测能力，对推动砂轮激光修整技术工业化应用发展有着极为重要的意义。CN115026722ACN115026722A权利要求书1/2页1.一种基于光谱与视觉辅助的成形砂轮激光修整效率监测的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、计算输入能量：根据激光器参数，计算激光束的输入能量E输入；步骤2、等离子体温度、电子数密度的光谱监测：采用光谱测量法使用光谱仪对加工过程中等离子体所产生的光信号进行分析监测，并运用“多线法”测量计算等离子体温度，Saha法测量计算等离子体电子数密度；步骤3、等离子体的辐射能量计算：应用步骤2中光谱监测获得的等离子体温度、电子数密度的信息，结合增强型电荷耦合器件对等离子体进行诊断分析，并根据黑体辐射理论计算等离子体对外辐射能量；步骤4、等离子体对激光束屏蔽吸收的能量计算：根据步骤2与步骤3中对等离子体的诊断数据，计算等离子体对激光束的逆韧致吸收能量E吸收；步骤5、计算能量利用率ηu：其中E辐射＝E吸收+EuEu是激光束中被有效利用的能量，是辐照于砂轮表面的激光束与材料相互作用使之汽化、分子解离、原子电离发生质量迁移的能量；E输入为激光束在进入等离子体前单位时间内的输入能量；E吸收为激光束传播过程中经由等离子体屏蔽吸收掉的能量；E辐射表示等离子体在单位时间内向外界辐射的总能量。2.根据权利要求1所述的一种基于光谱与视觉辅助的成形砂轮激光修整效率监测的方法，其特征在于，步骤2中，离子体电子数密度的计算公式：其中，I为光谱强度，λ为谱线波长，g为谱线上能级的统计权重。3.根据权利要求1所述的一种基于光谱与视觉辅助的成形砂轮激光修整效率监测的方法，其特征在于，步骤3中，等离子体对外辐射能量为：E辐射＝ρ·V；ρ为黑体的总辐射能量密度；V等离子体的空间体积。4.根据权利要求1所述的一种基于光谱与视觉辅助的成形砂轮激光修整效率监测的方法，其特征在于，步骤4中，需先进行激光束穿透等离子体的条件验证，对于波长为1064nm的Nd:YAG激光器而言，使激光束能成功穿透等离子体的条件为：203ne<9.8108×10/cm若：203ne≥9.8108×10/cm则激光束能量利用率ηu＝0激光束对砂轮材料无去除作用效果。2CN115026722A权利要求书2/2页5.根据权利要求1所述的一种基于光谱与视觉辅助的成形砂轮激光修整效率监测的方法，其特征在于，步骤4中，计算得逆韧致吸收的能量损失E吸收为：E吸收＝E输入η′＝E输入[1‑exp(‑dθ)]η'等离子体屏蔽系数。3CN115026722A说明书1/8页基于光谱与视觉辅助的成形砂轮激光修整效率监测的方法技术领域[0001]本发明属于激光修整技术领域，具体地说，涉及一种基于光谱与视觉辅助的成形砂轮激光修整效率监测的方法。背景技术[0002]超硬磨料砂轮作为光学玻璃、硬质合金、陶瓷等材料磨削加工的工具，其磨削性能优异，但由于其硬度极高，结合剂把持力大，成形修整非常困难。[0003]超硬磨料砂轮修整方法主要分为机械修整法、电火花修整法以及脉冲激光修整法等，激光修整法是利用高功率的短脉冲激光不断辐照运动旋转的砂轮表面，其表面材料被高能量的激光束所蒸发汽化去除，以使砂轮重新获得理想的微观形貌与宏观轮廓。[0004]砂轮激光修整可分为整形与修锐两个阶段，整形时要求激光束高效地去除砂轮表面多余材料，获得一定的形状精度。修锐时要求激光束能选择性地去除砂轮表面的结合剂材料，留下磨粒并获得一定的出刃高度，才能让砂轮获得锋利的“刀尖”与足够的容屑空间。[0005]现今，虽然砂轮激光修整技术已在实验层面一定程度上满足了砂轮修整的