[发明专利]一种激光吸收率测量装置及激光吸收率测量方法

说明书

本发明提供了一种激光吸收率测量装置，包括激光器、光束整形器、第一分束器、第一功率计、第二分束器、第一待测样品、第二功率计、第二待测样品、第三功率计。同时还提供了一种激光吸收率测量方法，同时测量参考功率、热辐射功率和反射功率，通过三者的计算得到吸收功率。本发明提供的激光吸收率测量装置和测量方法，能够准确、方便的测量激光吸收率。

技术领域

本发明涉及激光吸收率测量领域，尤其涉及一种激光吸收率测量装置及激光吸收率测量方法。

背景技术

材料对激光的吸收率，特别是高温吸收率，是激光加工领域的重要指标之一，是影响激光切割和激光焊接设备性能的主要影响因素。目前定量测量材料激光吸收率的方法包括两类：第一类，根据激光辐照条件下材料的温升情况反推材料的吸收率；第二类，通过测量反射率，由1减去反射率获得吸收率。其中，第一类方法,如发明专利《测量激光吸收率的装置》[授权公告号CN 203249885 U]描述，主要测量及计算吸收率过程为：(1)建立激光加热温度场有限元模型，模型中的边界条件及温度输出按照实际工件尺寸、工件热物理参数、激光入射位置、工件表面激光光斑直径及热电偶位置得出，计算不同实际吸收激光功率加载时热电偶测温点温度随时间变化曲线；(2)开启热电偶采集温度，激光入射在所述工件上，热电偶将温度转化为电压信号，经数据采集卡输入工控机，将温度随时间的变化保存；(3)通过数据处理软件，读取入射激光能量，将实验测得的热电偶温度随时间的变化曲线与仿真结构对比，取最接近曲线对应的吸收功率值，求得吸收率。另一种反推吸收率的方法，如《一种材料吸收率的测试装置和测试方法》[申请公布号CN 105758820 A]中描述，主要测量及计算吸收率过程为：开启激光器对试件进行照射，温度采集装置将采集到的试件温度通过数据采集装置传给处理器，通过下式计算激光吸收率，

式中，P为激光照射功率，t₀为激光照射时间，T₁为t₀时刻试样的温度，T₀为实验的初始温度，c为试样比热容，m为试样质量。第二类方法，如发明专利《高精度激光吸收率测量装置》[申请公布号CN 102435582 A]描述，将待查样品置于积分球第二开口处，入射激光经积分球第一开口穿过导光管照射的被测样品上，反射光照射到积分球壁上，经过多次反射和散射，由积分球第三开口上的光电探测器转化为电信号，同时第二光电探测器将激光器出口附近的分光转换为电信号，计算机控制同步数据采集并进行运算处理获得被测样品吸收率。

其中，第一类方法具有以下缺点：物理通过建立有限元分析模型或公式求解吸收率，都需要输入材料物理参数(如密度、导热率、热容等)，但是在激光加载条件下，材料温度会发生一定的变化，材料物理参数在变温条件下非定值，特别是高温条件下变化非常明显，因此迭代产生吸收率结果可能并不唯一确定，同时吸收率本身也随温度变化量，利用该类方法只能求得激光加载过程中的吸收率平均值，而不能求得吸收率随温度的变化特征规律。采用积分球的第二类方法具有以下缺点：反射光要通过积分球内壁多次散射均匀化后进行探测，当激光入射功率较强，反射光直射积分球壁，有可能造成积分球内壁损伤，影响设备性能，另外，在高温条件下，测试样品有可能冒烟或产生较强热辐射，污染积分球内壁或影响积分球内壁反射率或面型，影响设备性能。这两类方法还具有共同缺点，在计算吸收率过程中未考虑高温条件下，红外热辐射对测量结果的影响。一是红外热辐射对激光加热材料来说是一种能量损失，与温度的四次方成正比，导致反推吸收率计算结果出现偏差，二是在积分球内，红外热辐照作为吸收部分被测试样品发射出来，再被积分球内光电探测器作为反射信号进行探测，也会造成吸收率计算结果的偏差。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供一种能够准确、方便的测量激光吸收率的激光吸收率测量装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：