技术摘要：
本发明提供了一种材料激光吸收率测量系统及方法，包括：激光发射装置、激光聚集装置、扫描装置、量热装置、粉末台、平场聚焦镜、第一振镜、第二振镜、实验腔室、调压阀和控制系统；激光发射装置发射出的激光通过激光聚集装置使激光束聚焦，聚焦后的激光经扫描装置和平  全部
背景技术：
激光粉末床熔化增材制造通过激光束逐层选区熔化粉末层来生产金属零件。 传统的高温下直接测量吸收率的方法是通过积分球收集反射光，而积分球是否能 吸收全部的反射光以及吸收的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 光的入射功率较强时，有可能造成积分球内壁损伤，影响设备性能，造成误差。当激光束作 用于物体表面时，若激光束的作用时间短，功率密度较低，大部分入射光被吸收，材料的温 度逐渐升高；若激光的功率密度升高使得激光加热金属表面的温度达到熔点，材料开始熔 化，形成熔池。这时熔体表面与激光的相互作用是非平稳的，并且由于熔体运动而被调制， 会对吸收率造成影响。若激光的功率密度达到更高的强度，材料表面强烈气化，形成等离子 体。当蒸汽反冲压力足够大，在熔池中产生一个深的表面凹陷(匙孔)时，光与小孔喷出的蒸 汽相互作用，部分激光可通过逆辐射吸收直接吸收到蒸汽流或等离子体中，增强了材料对 激光的吸收。当前，由于缺乏对于增材制造过程吸收率的直接的实时测量，增材制造数值模 拟面临着较大的挑战。通过合适的装置直接测量典型激光粉末床熔化增材制造过程中材料 的吸收率，有助于对激光能量耦合和随后的物理过程进行精确建模。 本专利介绍了在粉末床熔化增材制造过程中可以实时测量激光吸收率的系统以 及测试方法。 专利文献CN107561017A(申请号：201710806672.5)公开了一种光学材料非线性吸 收率微区测量方法、装置及系统，方法以具有变化光强的激光照射待测样品的固定照射区 域，获取照射待测样品前的激光的第一光强和照射待测样品后的透射激光的第二光强，通 过所述第一光强和所述第二光强计算确定所述待测样品的非线性吸收率。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种材料激光吸收率测量系统及方 法。 根据本发明提供的材料激光吸收率测量系统，包括： 激光发射装置、激光聚集装置、扫描装置、量热装置、粉末台、平场聚焦镜、第一振 镜、第二振镜、实验腔室、调压阀和控制系统； 所述激光发射装置发射出的激光通过所述激光聚集装置使激光束聚焦，聚焦后的 激光经所述扫描装置和所述平场聚焦镜实现激光在所述粉末台区域范围内的动态扫描； 所述粉末台与所述量热装置连接，实时监测激光扫描样品所产生的温度变化； 所述控制系统连接激光发射装置、激光聚集装置、扫描装置、量热装置、粉末台、平 4 CN 111595783 A 说　明　书 2/6 页 场聚焦镜和调压阀，控制激光发射、第一振镜和第二振镜的偏转、激光扫描速度、粉末台高 度、实验腔室内气体压力以及处理温度数据。 进一步地，所述激光发射装置包括激光器和激光控制器，所述激光器与所述激光 控制器相连； 所述激光发射装置通过改光源，测量不同波长、不同功率范围、不同离焦量的吸收 率。 进一步地，所述激光聚集装置包括激光扩束镜，所述激光器发射的激光通过激光 扩束镜将光束直径变大，减小聚焦光斑； 所述激光扩束镜的类型包括一个凹透镜和一个凸透镜组成的伽利略望远镜。 进一步地，所述扫描装置包括第一振镜、第二振镜，第一振镜是X振镜，第二振镜是 Y振镜，聚焦的激光束通过X-Y检流计式振镜实现目标区域的二维扫描，即第一振镜、第二振 镜分别在各自的驱动电路下实现偏振，由控制驱动电压的波形，确定第一振镜、第二振镜的 扫描图形，根据驱动电压或电流的大小，控制第一振镜、第二振镜偏转角度的大小，实现不 同视场的扫描和对目标区域的二维扫描。 进一步地，所述量热装置包括样品架和热电偶； 所述样品架由多孔氧化铝制成； 所述热电偶将温度数据传给计算机，得到评估净能量吸收的典型温度测量曲线； 激光扫描实验中，两个热电偶为K型热电偶，其中一个热电偶居中，将热电偶点焊 到粉末台的后侧并用氧化铝管将电线绝缘，根据两条温度随时间的变化曲线得到两个激光 开始照射时的温度以及激光照射结束时的温度，分别取平均值确定T0和T1； 进一步地，所述平场聚焦镜将激光束在整个打标平面内形成均匀大小的聚焦光 斑。 进一步地，材料激光吸收率测量过程在实验腔室中进行，实验腔室配备一套进入 熔池的诊断工具，并施加受控气氛和调节所用保护气体的流量。 进一步地，所述粉末台根据需求改变粉末层的厚度，研究粉末层厚对于吸收率的 影响规律； 所述粉末台的高度根据实验需求实时调节，由控制系统控制； 所述控制系统还实时调整激光功率和激光扫描速度。 进一步地，所述调压阀根据实验需求调节实验腔室内气体压力，测量不同保护气 体、不同压力环境下的吸收率。 根据本发明提供的材料激光吸收率测量方法，包括： 确定所用粉末的质量； 在设定好激光功率大小P，扫描速度V，离焦量等参数后，使各个部分处于工作状 态； 激光照射粉末引起的粉末床温度变化由两个热电偶测得，得到两条温度随时间的 变化曲线； 根据温T度随时间的变化曲线可以得到两个激光开始照射时的温度以及激光照射 结束时的温度，分别取平均值作为T0和T1； 5 CN 111595783 A 说　明　书 3/6 页 确定激光扫描轨迹的总长度l；结合 计算得到该粉末的吸收率大小；其中 m是粉末和粉末台的总质量； 控制系统根据需求设定改变激光功率、扫描速度和离焦量，量热装置测量的温度 实时输入处理器，计算出实时吸收率，获得随参数变化的实时吸收率。 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果： 1、本发明激光发射装置中，激光器与激光控制器相连，在此装置中可以实现激光 波长、激光功率、激光离焦量的大小控制，从而实现不同波长、不同激光功率范围内以及不 同离焦量大小的激光吸收率测量； 2、本发明由驱动电压或者电流的大小，控制振镜偏转角度的大小，从而实现不同 视场的扫描； 3、本发明整个过程实现了激光移动平台与量热平台的集成，可以实时测量材料的 激光吸收率。 附图说明 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显： 图1为激光粉末床熔化增材制造过程中测量激光吸收率的装置结构示意图； 图2为本发明扫描系统以X-Y检流计式振镜为核心部件的原理示意图； 图3为粉末台的截面图； 图中，1-样品架；2-热电偶；3-粉末台；4-平场聚焦镜；5-第一振镜；6-第二振镜；7- 激光扩束镜；8-激光器；9-实验腔室；10-调压阀； X振镜振动时绕着Z轴振动，控制的是水平方向的扫描范围，Y振镜振动时，绕着X轴 振动，控制的是垂直方向的扫描范围。