專利名稱：激光沖擊強化系統(tǒng)光學膜片防噴濺裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光沖擊強化技術，尤其是一種利用光學系統(tǒng)末級鏡片在激光沖擊過 程中自動阻止噴濺污染的裝置。
背景技術：
激光沖擊強化技術又稱為激光噴丸，是利用高能量、短脈沖ns量級強激光透過約 束層沖擊覆蓋在金屬表面的激光吸收保護膜，在膜層吸收激光能量后溫度迅速升高， 產(chǎn)生等離子體沖擊波，高達GPa的沖擊波壓力使材料表層發(fā)生微觀塑性變形，產(chǎn)生殘 余壓應力層，從而有效地改善了金屬材料的機械性能，能大幅度提高材料的疲勞壽命、 抗應力腐蝕性能。通常在沖擊強化工業(yè)應用中，采用水作為約束層，這時因水約束層 和金屬表面對等離子體沖擊波的阻礙，水約束層和金屬表面污物將會逆向光路朝光學 系統(tǒng)的鏡片噴濺，對光學鏡片造成污染，嚴重影響了激光能量束的質量參數(shù)，從而降 低了金屬材料表面的最終沖擊強化效果。
經(jīng)過相關文獻與專利的查閱，國內江蘇大學殷蘇民等人有專利號為 200510037969.7的發(fā)明專利"一種基于激光沖擊波技術的聚焦鏡保護方法與裝置"，與 本專利相近，都是保護沖擊強化系統(tǒng)的光學透鏡避免污染。該發(fā)明不足之處是采用步 進電機的驅動和機械裝置的轉動來保護光學鏡頭避免噴濺物污染，其不能滿足快速實 時的工業(yè)化應用要求。到目前為止，國內外還沒有檢索到其它的關于激光沖擊強化系 統(tǒng)光學鏡片防噴濺自動控制裝置的公幵報道。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種防噴濺裝置，在激光沖擊強化處理過 程中通過有效降低光學鏡片的污染，進一步提高激光沖擊強化生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)維 護的成本，加速激光沖擊強化的工業(yè)化應用。
本發(fā)明解決其技術問題所釆用的技術方案是包括機械固定裝置、固定回力彈簧、 擋光片和電磁線圈，擋光片為一端帶有不透光板的長桿，不透光板位于激光沖擊強化 系統(tǒng)的激光光路上且面積大于激光光斑面積；長桿的另一端為金屬(能被磁力吸引的 金屬)，通過固定回力彈簧連接在機械固定裝置上，與固定回力彈簧相對的位置有一電 磁線圈固定在機械固定裝置上，電磁線圈的控制電路連接至激光沖擊強化系統(tǒng)的控制計算機，彈簧的彈力和電磁線圈的作用力方向相反，兩作用力方向與擋光片構成的平 面垂直于激光方向。
本發(fā)明的工作原理是由工業(yè)控制計算機給出的同步觸發(fā)信號經(jīng)電路適當延時后， 輸出給電磁線圈的控制電路，該控制電路輸出的一組信號來控制電磁線圈的快速吸合， 高功率脈沖激光器發(fā)出的脈沖光束通過光學系統(tǒng)后，通過擋光片的快速轉動，實現(xiàn)光
路的自動開關，來達到遮擋飛行噴濺物的目的。
本發(fā)明的有益效果是由于采用工業(yè)控制計算機的遠程控制，將高功率脈沖激光 器、運動控制機器人及本發(fā)明裝置有機的結合在了一起，增強了的激光沖擊強化系統(tǒng) 功能。通過工業(yè)計算機和電磁線圈控制電路，利用電磁線圈的快速吸合來控制噴濺物 對鏡頭的污染，能夠實現(xiàn)快速自動防噴濺功能，滿足工業(yè)化應用的快速實時保護要求。 本發(fā)明的核心裝置是電磁線圈控制模塊，結構設計簡單、可靠，能滿足惡劣的工業(yè)環(huán) 境應用。同時因本裝置的自動型控制減少了光學鏡頭的維護工作，提高了生產(chǎn)效率。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。


圖1是本發(fā)明所述防噴濺裝置的總體結構示意圖； 圖2是本發(fā)明所述電磁線圈的結構示意圖中，1.脈沖激光器；2.光學系統(tǒng)；3.電磁線圈機械裝置；4.水約束層；5.五 軸機器人控制平臺；6.電磁線圈控制電路；7.工業(yè)控制計算機；8.同步觸發(fā)信號電 纜；9.固定回力彈簧；10.轉軸支點；11.光路閉合狀態(tài)的擋光片位置1; 12.激光口 徑；13.光路開啟狀態(tài)的擋光片位置2; 14.電磁線圈；15.機械固定裝置。
具體實施例方式
裝置實施例本發(fā)明如圖l所示，脈沖激光器1在安置在系統(tǒng)最前方，其發(fā)出的 激光束通過光學系統(tǒng)2后，穿過鏡頭防污的電磁線圈機械裝置3和水約束層4后到達 機器人控制平臺5上的工件。其中電磁線圈控制電路6控制電磁線圈機械裝置，而作 為整個系統(tǒng)的控制中心工業(yè)控制計算機7安置在系統(tǒng)一側，通過同步觸發(fā)信號電纜8 分別控制脈沖激光器1的發(fā)射，機器人控制平臺5的運動和電磁線圈的控制電路。
所述電磁線圈機械裝置3垂直于光路安置在光學系統(tǒng)鏡頭2之前，由工業(yè)控制計 算機7給出的同步觸發(fā)信號通過信號電纜8經(jīng)過延時電路后輸出給電磁線圈的控制電
4路6，控制電磁線圈14快速吸合金屬擋光片13，通過擋光片11位置1光路閉合狀態(tài); 和位置2光路開啟狀態(tài)的交替變換；從而實現(xiàn)光路的自動開關。在實際工作中，防污 裝置和沖擊工件之間工作距離控制在1.2m到1.5m左右，這是考慮到?jīng)_擊強化的飛濺 污物的初速度很大，約在km/s量級。假定按照沖擊后的飛行污物初速度為1000m/s， 經(jīng)過lm距離后速度衰減為100 m/s因受空氣阻力和水層等因素的阻礙，實際速度衰減 更快計算，整個飛行過程平均時間約2ms左右，而我們的電磁線圈的響應時間可以控 制在lms左右，即在工作距離內整個飛濺污物飛行時間小于電磁線圈的控制響應時間， 這樣電磁線圈防污裝置就可保證有效工作。
于此同時，考慮到在下一激光脈沖同步信號觸發(fā)之前，為不阻擋沖擊光束的通過 以及能保證遮擋后續(xù)的飛行噴濺物。電磁線圈14吸和應保持一定的延時1 3ms，該 過程的吸合時間可根據(jù)工作實踐通過計算機控制軟件和電磁線圈控制電路6中給出合 適的延遲時間參數(shù)。在電磁線圈14保持一定的吸和時間后，金屬擋光片13依靠彈簧 9回力回復到原位。該恢復過程的時間，根據(jù)所選簧片倔強系數(shù)K大小有關，實際工 作中該恢復時間一般可控制在50 100 ms。
如此周期循環(huán)，在每個同步觸發(fā)脈沖后，金屬擋光片13通過電磁線圈14的吸合 關閉光路，而在下個同步觸發(fā)脈沖之前打開，讓激光束通過。這樣既不妨礙沖擊強化 工作，同時也防止了飛行噴濺物對光學鏡片的污染，起到了鏡片的作用。
通過上述具體描述，可以計算整個防噴濺裝置的響應時間約100ms，比實際工作 中的激光脈沖頻率lHz,即激光脈沖間隔為1000 ms小很多，說明本裝置能滿足工業(yè) 生產(chǎn)的要求。最后，本發(fā)明裝置在實際沖擊強化的工作距離控制在1.5m左右，也是考 慮到上述時間響應情況。目的是使控制過程的響應時間更寬裕。
權利要求
1、激光沖擊強化系統(tǒng)光學膜片防噴濺裝置，包括機械固定裝置、固定回力彈簧、擋光片和電磁線圈，其特征在于擋光片為一端帶有不透光板的長桿，不透光板位于激光沖擊強化系統(tǒng)的激光光路上且面積大于激光光斑面積；長桿的另一端為能被磁力吸引的金屬，通過固定回力彈簧連接在機械固定裝置上，與固定回力彈簧相對的位置有一電磁線圈固定在機械固定裝置上，電磁線圈的控制電路連接至激光沖擊強化系統(tǒng)的控制計算機，彈簧的彈力和電磁線圈的作用力方向相反，兩作用力方向與擋光片構成的平面垂直于激光方向。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光沖擊強化系統(tǒng)光學膜片防噴濺裝置，包括機械固定裝置、固定回力彈簧、擋光片和電磁線圈，擋光片為一端帶有不透光板的長桿，不透光板位于激光沖擊強化系統(tǒng)的激光光路上且面積大于激光光斑面積；長桿的另一端為能被磁力吸引的金屬，通過固定回力彈簧連接在機械固定裝置上，與固定回力彈簧相對的位置有一電磁線圈固定在機械固定裝置上，電磁線圈的控制電路連接至激光沖擊強化系統(tǒng)的控制計算機，彈簧的彈力和電磁線圈的作用力方向相反，兩作用力方向與擋光片構成的平面垂直于激光方向。本發(fā)明能夠實現(xiàn)快速自動防噴濺功能，結構設計簡單、可靠。
文檔編號B23K26/00GK101474725SQ20091002100
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權日2009年1月21日
發(fā)明者張連勝, 李國杰 申請人:西安天瑞達光電技術發(fā)展有限公司