整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于葉盤激光沖擊強(qiáng)化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備。包括上位機(jī)與軌跡機(jī)器人、激光器、光路系統(tǒng)、激光頭、送水系統(tǒng)、送水機(jī)器人系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)連接；葉盤通過夾具與軌跡機(jī)器人手臂末端連接，激光器射出的激光經(jīng)光路系統(tǒng)傳輸后通過激光頭照射到葉盤表面的加工區(qū)域，送水系統(tǒng)的軟管與送水機(jī)器人系統(tǒng)送水機(jī)器人手臂末端的噴嘴連接，噴嘴射出水至葉盤表面的加工區(qū)域。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、安全可靠、加工效率高等優(yōu)點(diǎn)，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，保證了沖擊強(qiáng)化質(zhì)量的均勻性和穩(wěn)定性。
【專利說明】整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤葉片強(qiáng)化處理領(lǐng)域，具體地說是一種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤的激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]葉片是發(fā)動(dòng)機(jī)中能量轉(zhuǎn)換的主要部件，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)最為核心和關(guān)鍵的零件之一，被譽(yù)為“心臟中的心臟”。葉片在高溫、高速、高壓及腐蝕等條件下服役，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了大多數(shù)材料的耐受極限。為了防止在高溫、高速、高壓及腐蝕介質(zhì)等環(huán)境下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片因表面局部損壞而報(bào)廢，提高葉片的可靠性、安全性，延長使用壽命，世界各國都在積極研究和應(yīng)用葉片的表面處理技術(shù)。
[0003]整體葉盤把葉片和輪盤設(shè)計(jì)為一個(gè)零件，代替通常葉片榫齒與輪盤榫槽再加鎖片的連接結(jié)構(gòu)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的氣動(dòng)效率、推重比及可靠性。單個(gè)葉片的傳統(tǒng)強(qiáng)化技術(shù)是噴丸強(qiáng)化，噴丸強(qiáng)化對(duì)表面不規(guī)則部件實(shí)施困難，容易引起薄壁件的變形，對(duì)表面粗糙度和尺寸可能產(chǎn)生影響。激光沖擊強(qiáng)化可以克服噴丸強(qiáng)化的不足，尤其適用于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的整體葉盤。
[0004]激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)是利用強(qiáng)激光束產(chǎn)生的等離子沖擊波，提高金屬材料的抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕能力的一種高新技術(shù)。由于它與現(xiàn)有的冷擠壓、噴丸等金屬材料表面強(qiáng)化手段相比，具有非接觸、無熱影響區(qū)、可控性強(qiáng)以及強(qiáng)化效果顯著等突出優(yōu)點(diǎn)，自產(chǎn)生之日起就得到了廣泛的關(guān)注和研究。
[0005]針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)備還不成熟、生產(chǎn)效率低、工藝參數(shù)難以選擇等問題，本發(fā)明開發(fā)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，可以大幅度提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉盤的抗疲勞和抗拉應(yīng)力腐蝕等性能指標(biāo)。本成套裝備的應(yīng)用，對(duì)于解決飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪疲勞斷裂問題，提高其可靠性將具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備。該航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備能夠有效地在葉片表面引入壓應(yīng)力層，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉盤的抗疲勞和拉應(yīng)力腐蝕等性能指標(biāo)。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，包括:上位機(jī)與軌跡機(jī)器人、激光器、光路系統(tǒng)、激光頭、送水系統(tǒng)、送水機(jī)器人系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)連接；葉盤通過夾具與軌跡機(jī)器人手臂末端連接，激光器射出的激光經(jīng)光路系統(tǒng)傳輸后通過激光頭照射到葉盤表面的加工 區(qū)域，送水系統(tǒng)的軟管與送水機(jī)器人系統(tǒng)的送水機(jī)器人手臂末端的噴嘴連接，噴嘴射出水至葉盤表面的加工區(qū)域。
[0008]所述夾具包括異形螺母、連接法蘭、錐體支撐件、等分錐體、開口脹圈、壓蓋、拉桿及周向定位裝置，其中異形螺母安裝于連接法蘭的一端，所述連接法蘭的另一端與錐體支撐件一端的端面連接，所述等分錐體套裝于錐體支撐件的另一端，所述開口脹圈套裝與等分錐體的外側(cè)，葉盤套裝于開口脹圈的外側(cè)，葉盤排氣側(cè)的端面與錐體支撐件一端的端面相配合，所述壓蓋設(shè)置于等分錐體的上端，所述拉桿穿過壓蓋、錐體支撐件及連接法蘭與異形螺母螺紋連接，在旋緊拉桿的過程中，開口脹圈不斷向外膨脹，實(shí)現(xiàn)葉盤的軸向定位和徑向定位；所述周向定位裝置與錐體支撐件和葉盤連接。
[0009]周向定位裝置包括銷釘、連接板及錐形銷釘，其中連接板的一端通過銷釘與錐體支撐件的另一端連接，連接板的另一端通過錐形銷釘與葉盤的外圓周連接。
[0010]所述銷釘和錐形銷釘與連接板之間采用過盈配合。
[0011]所述壓蓋與葉盤之間設(shè)有膠墊。
[0012]所述錐體支撐件和等分錐體相配合的錐面的錐度為7:24。
[0013]所述等分錐體比錐體支撐件軸向長4.5mm，旋緊拉桿后，等分錐體的下端與錐體支撐件一端的端面之間有間隙，錐體支撐件的另一端與壓蓋之間有間隙。
[0014]所述拉桿和壓蓋之間設(shè)有平墊。
[0015]所述錐體支撐件和錐形銷釘采用硬鋁合金材料，所述連接法蘭采用不銹鋼材料，脹圈采用銅材料。
[0016]所述連接法蘭與軌跡機(jī)器人法蘭盤的連接定位。
[0017]所述送水系統(tǒng)包括:儲(chǔ)水箱的箱體上部連接有進(jìn)水管和溢流管；進(jìn)水管上連接有進(jìn)水電磁閥，進(jìn)水電磁閥與上位機(jī)連接，進(jìn)水管末端通過水閥與水源連接；溢流管末端與下水連接；儲(chǔ)水箱底部安裝球 閥A，球閥A通過排污管與下水連接；儲(chǔ)水箱的箱體外表面下部設(shè)置有水位傳感器，水位傳感器與上位機(jī)連接；儲(chǔ)水箱的箱體下部連有出水管，出水管上連接有球閥B，出水管末端與水泵進(jìn)水口連接，出水口通過水流傳感器與軟管連接。
[0018]所述激光頭包括數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、擺臂、激光頭末端、大聚焦鏡、小聚焦鏡、小反射鏡及小反射鏡鏡座；其中:數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和大聚焦鏡分別通過螺釘和鏡架安裝在光學(xué)平臺(tái)上，擺臂的一端固定安裝在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)上；擺臂的另一端與激光頭末端相連接，小反射鏡鏡座固定在激光頭末端的端部，小反射鏡鑲嵌在小反射鏡鏡座的槽中，激光頭末端的端部側(cè)面上設(shè)置出光口，小聚焦鏡固定在激光頭末端的出光口處；小反射鏡鏡座與出光口設(shè)置的位置使得照射到小反射鏡上的入射光與通過小反射鏡反射出的反射光之間夾角為30-34°。
[0019]所述擺臂由連接板、連接管和導(dǎo)光管組成；其中:連接板與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)之間通過螺釘固定；連接板與連接管之間通過軸肩定位，并由鎖緊螺釘固定；導(dǎo)光管與連接管之間通過軸肩定位，并由鎖緊螺釘固定。
[0020]所述連接板與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)固定前在其之間墊一層膠墊保證擺臂水平；所述導(dǎo)光管與連接管連接前，在連接管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)光管，用于調(diào)整激光頭末端的出光口處輸出激光的方向，然后再擰緊螺釘進(jìn)行固定。
[0021]所述擺臂的導(dǎo)光管與激光頭末端之間通過軸肩定位，并由鎖定螺釘A緊固。
[0022]在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)上通過螺釘安裝有配重塊，用于平衡擺臂的重量，擺臂、激光頭末端和小反射鏡鏡座均采用鋁合金材料，配重塊采用不銹鋼材料。
[0023]所述小反射鏡鏡座通過M3的平頭螺釘固定在激光頭末端的端部；其中:小反射鏡鏡座采用沉頭孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；擰緊平頭螺釘之前，在螺釘螺紋處、小反射鏡鏡座與激光頭末端的端部的結(jié)合面處涂一層紫外固化膠，擰緊螺釘后，放入紫外固化箱中固化30s，對(duì)結(jié)合面進(jìn)行密封。[0024]所述小反射鏡鍍高反射膜，R > 99.8@1064nm ;損傷閾值為脈沖25J/cm2，10ns、2Hz，入射角為α=16±2°，波長532nm及1064nm激光在其上的16±2 °角反射率達(dá)到99.5%以上。
[0025]所述小聚焦鏡通過鎖定螺釘B固定在激光頭的末端的出光口處，采用軸肩定位的方式進(jìn)行定位；其中:擰緊鎖定螺釘B之前，在鎖定螺釘B螺紋處、小聚焦鏡邊緣與激光頭末端出光口處的結(jié)合面處涂一層紫外固化膠，擰緊鎖定螺釘B后，放入紫外固化箱中固化30s,對(duì)結(jié)合面進(jìn)行密封。
[0026]所述小聚焦鏡的鏡片損傷閾值:脈沖25J/cm2、10ns、2Hz，波長532nm及1064nm激光在其上的透射率達(dá)到99.5%以上。
[0027]用于將大聚焦鏡固定在光學(xué)平臺(tái)上的鏡架其裝調(diào)機(jī)構(gòu)均采用4維調(diào)整機(jī)構(gòu)，大聚焦鏡的鏡片損傷閾值:脈沖25J/cm2、10ns、2HZ，波長532nm及1064nm激光在其上的透射率達(dá)到99.5%以上。
[0028]所述送水機(jī)器人系統(tǒng)包括送水機(jī)器人及支架、流量閥、電磁閥和噴嘴；送水機(jī)器人底座固定于支架末端，流量閥和電磁閥電磁閥安裝在支架上，送水系統(tǒng)的軟管依次通過流量閥、電磁閥與送水機(jī)器人末端固定的噴嘴進(jìn)水口連接；流量閥、電磁閥、以及安裝在送水機(jī)器人關(guān)節(jié)處的位置傳感器均與上位機(jī)連接。
[0029]所述監(jiān)控系統(tǒng)包括聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和加工過程監(jiān)控系統(tǒng)；聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)與上位機(jī)連接，并固定在送水機(jī)器人系統(tǒng)的支架上，并與加工的葉盤同等高度，用于接收葉盤加工時(shí)的聲波信息；加工過程監(jiān)控系統(tǒng)與上位機(jī)連接并固定于送水機(jī)器人系統(tǒng)的支架末端，用于接收葉盤加工的視頻信息。
[0030]所述聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)采用聲音傳感器；加工過程監(jiān)控系統(tǒng)采用攝像機(jī)。
[0031]所述光路系統(tǒng)包 括:安裝在光學(xué)平臺(tái)上的光路一與光路二切換滑臺(tái)、光路三與光路四切換滑臺(tái)以及出光口滑臺(tái)；安裝在激光器內(nèi)部用于光路切換的數(shù)控滑臺(tái)；安裝在光學(xué)平臺(tái)上的光路三轉(zhuǎn)臺(tái)和光路一轉(zhuǎn)臺(tái)；安裝在光學(xué)平臺(tái)上的光路三與光路四校驗(yàn)滑臺(tái)和光路一與光路二校驗(yàn)滑臺(tái)；安裝在光學(xué)平臺(tái)上的光路二反射鏡、光路四反射鏡、反射鏡A和反射鏡B ;安裝在光學(xué)平臺(tái)上的光路一聚焦鏡、光路三聚焦鏡、光路二聚焦鏡和光路四聚焦鏡，安裝在光學(xué)平臺(tái)上的光路二勻光鏡片和光路四勻光鏡片，所述光路二聚焦鏡和光路二勻光鏡片組成光路二勻光聚焦鏡組，所述光路四聚焦鏡和光路四勻光鏡片組成光路四勻光聚焦鏡組；分別安裝在光路一轉(zhuǎn)臺(tái)和光路三轉(zhuǎn)臺(tái)上的光路一擺臂和光路三擺臂；分別安裝在光路一擺臂末端和光路三擺臂末端的光路一小反射鏡和光路三小反射鏡；分別安裝在光路一與光路二切換滑臺(tái)和光路三與光路四切換滑臺(tái)上的光路一反射鏡和光路三反射鏡；安裝在出光口滑臺(tái)上的反射鏡C和反射鏡D ;安裝在數(shù)控滑臺(tái)上的反射鏡E ;安裝在激光器內(nèi)部的合束鏡；分別安裝在光路三與光路四校驗(yàn)滑臺(tái)和光路一與光路二校驗(yàn)滑臺(tái)上的光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)和光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)；安裝在光學(xué)平臺(tái)上的防護(hù)板、防護(hù)罩和導(dǎo)光管。
[0032]所述反射鏡E在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在數(shù)控滑臺(tái)上滑動(dòng)；激光器上設(shè)置出光口 A和出光口 B ;當(dāng)反射鏡E處在出光口 A正前方時(shí)，激光束A經(jīng)反射鏡E反射至合束鏡，再經(jīng) 合束鏡反射出的激光與激光束B均由出光孔B輸出；當(dāng)反射鏡E處在出光口 A和出光口 B之間的位置時(shí)，激光束A和激光束B分別從出光口 A和出光口 B輸出。
[0033]所述反射鏡C和反射鏡D在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠同時(shí)在出光口滑臺(tái)上滑動(dòng)汸出光口和B出光孔同時(shí)出光時(shí)，當(dāng)反射鏡C和反射鏡D分別正處于出光孔A和出光孔B的正后方時(shí)，A出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡C的反射能夠反射到反射鏡C左方的反射鏡A上，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡D的反射能夠反射到反射鏡D右方的反射鏡B上；只有B出光孔出光時(shí)，當(dāng)反射鏡C和反射鏡D分別正處于出光孔A和出光孔B的后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡D的反射可以反射到反射鏡D右方的反射鏡B上；只有B出光孔出光時(shí)，當(dāng)只有反射鏡C正處于出光孔B的后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡C的反射可以反射到反射鏡C左方的反射鏡A上。
[0034]所述光路一反射鏡在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在光路一與光路二切換滑臺(tái)上滑動(dòng)；當(dāng)反射鏡B上有激光束反射出來時(shí)，光路一反射鏡正處于反射鏡B反射光路的正后方時(shí),反射鏡B反射來激光經(jīng)光路一反射鏡反射到光路一反射鏡左方的光路I聚焦鏡上；當(dāng)反射鏡B上有激光束反射出來時(shí),光路一反射鏡不處于反射鏡B反射光路的正后方時(shí)，反射鏡B反射來激光經(jīng)光路二反射鏡反射到光路二反射鏡左方的光路二勻光聚焦鏡組上。
[0035]所述光路三反射鏡在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在光路三與光路四切換滑臺(tái)上滑動(dòng)；當(dāng)反射鏡A上有激光束反射出來時(shí)，光路三反射鏡正處于反射鏡A反射光路的正后方時(shí),反射鏡A反射來的激光經(jīng)光路三反射鏡反射到光路三反射鏡右方的光路三聚焦鏡上；當(dāng)反射鏡A上有激光束反射出來時(shí)，光路三反射鏡不處于反射鏡A反射光路的正后方時(shí)，反射鏡A反射來的激光經(jīng)光路四反射鏡反射到光路四反射鏡右方的光路四勻光聚焦鏡組上。
[0036]所述光路一擺臂在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)旁的旋鈕，能夠圍繞光路一轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)光路一聚焦鏡有激光輸出時(shí)，光路一擺臂擺至光路一小反射鏡正好處于光路一聚焦鏡輸出光路的正左方時(shí)，光路一小反射鏡將經(jīng)光路一聚焦鏡輸出的激光反射到工件表面，形成直徑為2-5mm的光強(qiáng)均勻的圓形光斑；當(dāng)不需光路一工作時(shí)，光路一擺臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至光學(xué)平臺(tái)上。
[0037]所述光路三擺臂在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)旁的旋鈕，能夠圍繞光路三轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)光路三聚焦鏡有激光輸出時(shí)，光路三擺臂擺至光路三小反射鏡正好處于光路三聚焦鏡輸出光路的正右方時(shí)，光路三小反射鏡將經(jīng)光路三聚焦鏡輸出的激光反射到工件表面，形成直徑為2-5mm的光強(qiáng)均勻的圓形光斑；當(dāng)不需光路三工作時(shí)，光路三擺臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至光學(xué)平臺(tái)上。
[0038]當(dāng)光路二勻光聚焦鏡組有激光束輸入時(shí)，光路二聚焦鏡輸出的激光照射到工件表面，形成邊長為2-5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑。
[0039]當(dāng)光路四勻光聚焦鏡組有激光束輸入時(shí)，光路四聚焦鏡輸出的激光照射到工件表面，形成邊長為2-5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑。
[0040]所述光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在光路一與光路二校驗(yàn)滑臺(tái) 上滑動(dòng)；光路一擺臂和光路三擺臂均處于不工作狀態(tài)，校驗(yàn)光路一的完好性時(shí)，光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)移動(dòng)到光路一聚焦鏡的正后方，選擇從光路一中輸出激光，測(cè)量光路一輸出的能量，與激光器輸出的能量做對(duì)比；校驗(yàn)光路二的完好性時(shí)，光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)移動(dòng)到光路二聚焦鏡的正后方，選擇從光路二中輸出激光，測(cè)量光路二輸出的能量，與激光器輸出的能量做對(duì)比；當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行沖擊強(qiáng)化加工時(shí)，光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)移動(dòng)到不遮擋光路的地方。
[0041]所述光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在光路三與光路四校驗(yàn)滑臺(tái)上滑動(dòng)；光路一擺臂和光路三擺臂均處于不工作狀態(tài)，校驗(yàn)光路三的完好性時(shí)，光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)移動(dòng)到光路三聚焦鏡的正后方，選擇從光路三中輸出激光，測(cè)量光路三輸出的能量，與激光器輸出的能量做對(duì)比；校驗(yàn)光路四的完好性時(shí)，光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)移動(dòng)到光路四聚焦鏡的正后方，選擇從光路四中輸出激光，測(cè)量光路四輸出的能量，與激光器輸出的能量做對(duì)比；當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行沖擊強(qiáng)化加工時(shí)，光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)移動(dòng)到不遮擋光路的地方。
[0042]當(dāng)只由出光口 B出光時(shí)，當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8-25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路一或光路三能夠輸出激光光斑直徑為2-5mm的光強(qiáng)均勻的圓形光斑；當(dāng)只由出光口 B出光時(shí)，當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8-25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路二或光路四能夠輸出激光光斑為邊長2-5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑。
[0043]當(dāng)出光口 A和出光口 B同時(shí)出光時(shí)，當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8-25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路一和光路三能夠輸出激光光斑直徑為2-5mm的光強(qiáng)均勻的圓形光斑；當(dāng)出光口 A和出光口 B同時(shí)出光時(shí)，當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8_25ns、光束直徑< 27臟，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路二和光路四能夠輸出激光光斑為邊長2-5_的光強(qiáng)均勻的方形光斑。
[0044]當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8_25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路一和光 路三的能量損失< 6% ;當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8-25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路二和光路四的能量損失< 10%。
[0045]所述激光器102產(chǎn)生脈寬8~25ns的短脈沖、頻率O~IOHz、光束直徑< 27mm、單脈沖能量< 25J的激光。
[0046]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為:
[0047]1.本發(fā)明采用6自由度軌跡機(jī)器人帶動(dòng)葉盤運(yùn)動(dòng)，在滿足運(yùn)動(dòng)加工的同時(shí)，大大簡化了設(shè)備的復(fù)雜性，同時(shí)增加了設(shè)備的柔性，不但可以加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤，還可以加工其他結(jié)構(gòu)形式的零件。
[0048]2.本發(fā)明采用6自由度送水機(jī)器人和自動(dòng)控制的送水系統(tǒng)，能夠適應(yīng)復(fù)雜零件的加工，保證工件加工區(qū)域表面的約束層厚度在I~2_內(nèi)可調(diào)、厚度均勻。
[0049]3.本發(fā)明采用聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)加工質(zhì)量的在線無損檢測(cè)，大大降低了質(zhì)量檢測(cè)的成本。
[0050]4.本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)車間內(nèi)無人化工作，保證了人員和設(shè)備的安全。
[0051]5.本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、安全可靠、加工效率高等優(yōu)點(diǎn)，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，保證了沖擊強(qiáng)化質(zhì)量的均勻性和穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】[0052]圖1為本發(fā)明的設(shè)備總體方案圖；
[0053]圖2為設(shè)備布局示意圖；
[0054]圖3為圖2中局部放大的送水機(jī)器人系統(tǒng)105結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖4為圖2中局部放大的光路系統(tǒng)103和激光頭109的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖5為軌跡機(jī)器人106的工作示意圖；
[0057]其中，107為葉盤，111為噴嘴，115為激光束；
[0058]圖6為送水系統(tǒng)101的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖7為硬件組成示意圖；
[0060]圖8為本發(fā)明的夾具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061]圖9為本發(fā)明中夾具連接法蘭的俯視圖；
[0062]圖10為圖9的A-A剖視圖；
[0063]圖11為本發(fā)明中夾具錐體支撐件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0064]圖12為本發(fā)明中夾具開口脹圈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0065]圖13為圖12的俯視圖；
[0066]圖14為本發(fā)明中夾具等分錐體的俯視圖；
[0067]圖15為圖14的A-A剖視圖；
[0068]圖16為本發(fā)明中夾具壓蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0069]圖17為本發(fā)明中夾具異形螺母的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0070]圖18為圖17的俯視圖；
[0071]其中:1為異形螺母，2為螺釘，3為連接法蘭，4為螺釘，5為錐體支撐件，6為等分錐體，7為開口脹圈，8為葉盤,9為膠墊，10為壓蓋,11為平墊，12為拉桿，13為銷釘,14為連接板，15為錐形銷釘；
[0072]圖19為本發(fā)明的安裝激光頭的光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0073]圖20為本發(fā)明的安裝于光路系統(tǒng)中的激光頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0074]圖21為本發(fā)明的激光頭部分光路系統(tǒng)光路示意圖；
[0075]圖22為激光頭末端結(jié)構(gòu)示意圖；
[0076]圖23為小反射鏡鏡座示意圖；
[0077]其中:102為激光器，515為光學(xué)平臺(tái)，903為導(dǎo)光管A，511為大聚焦鏡，905為數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，906為擺臂，907為激光頭末端，908為導(dǎo)光管，909為連接管，910為連接板，911為配重塊，912為小聚焦鏡，913為鎖定螺釘B，914為小反射鏡，915為平頭螺釘，916為鎖定螺釘A，917為小反射鏡鏡座，918為出光口 ；
[0078]圖24為本發(fā)明的設(shè)備 工作原理圖；
[0079]圖25為本發(fā)明的光路系統(tǒng)簡圖；
[0080]圖26為本發(fā)明的光路系統(tǒng)俯視圖；
[0081]圖27為本發(fā)明的光路系統(tǒng)立體圖；
[0082]圖28為光學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡圖；
[0083]圖29為光路傳輸?shù)募す馐Ч麍D；
[0084]其中:501為光路一與光路二切換滑臺(tái)，502為光路二反射鏡，503為光路一反射鏡，504為光路二勻光聚焦鏡組，505為光路一聚焦鏡，506為光路一轉(zhuǎn)臺(tái)，507為光路一小反射鏡，508為光路三小反射鏡，509為光路三轉(zhuǎn)臺(tái)，510為光路四勻光聚焦鏡組，511為光路三聚焦鏡，512為光路四反射鏡，513為光路三反射鏡，514為光路三與光路四切換滑臺(tái)，515為光學(xué)平臺(tái)；516為反射鏡A，517為出光口滑臺(tái)，518為反射鏡C，102為激光器，520為反射鏡E，521為數(shù)控滑臺(tái)，522為反射鏡D，523為反射鏡B，524為光路二勻光鏡片，525為光路二聚焦鏡，526為光路三與光路四校驗(yàn)滑臺(tái)，527為光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)，528為光路一擺臂，529為光路三擺臂，530為光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)，531為光路一與光路二校驗(yàn)滑臺(tái)，532為光路四聚焦鏡，533為光路四勻光鏡片，534為防護(hù)板，535為防護(hù)罩，903為導(dǎo)光管A，537為合束鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0085]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0086]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和布局如圖2所示，送水系統(tǒng)101與送水機(jī)器人系統(tǒng)110連接，實(shí)現(xiàn)按照指定方向和大小將水送至葉盤107的加工區(qū)域；激光器102發(fā)出的激光束，通過安裝在激光器102正前方的光路系統(tǒng)103直接傳輸?shù)饺~盤107的加工區(qū)域或者通過光路系統(tǒng)103和激光頭109傳輸?shù)饺~盤107的加工區(qū)域，其中激光器102的出光口與光路系統(tǒng)103的入光口對(duì)齊；聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)316安裝在支架105上并與葉盤107加工區(qū)域同高，用于監(jiān)測(cè)葉盤的加工質(zhì)量；安裝在支架105上加工過程監(jiān)控系統(tǒng)313用于監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，葉盤107通過夾具108安裝在軌跡機(jī)器人106手臂末端上，由軌跡機(jī)器人帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)，激光器102通過激光器控制器113與上位機(jī)112連接，送水機(jī)器人110和軌跡機(jī)器人通過機(jī)器人控制器114與上位機(jī)連接，所述的送水系統(tǒng)101、激光器102、質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)104、送水機(jī)器人110、軌跡機(jī)器人106、光路系統(tǒng)103由上位機(jī)112統(tǒng)一控制。
[0087]如圖1-7所示，本發(fā)明包括激光器102、夾持葉盤107沿指定軌跡相對(duì)于激光束運(yùn)動(dòng)的軌跡機(jī)器人106、夾持噴嘴111沿指定軌跡運(yùn)動(dòng)將水送至加工區(qū)域的送水機(jī)器人
110、控制水量大小以及自動(dòng)啟停的約束層送水系統(tǒng)(包括送水系統(tǒng)101和送水機(jī)器人系統(tǒng)105)、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)加工質(zhì)量的聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)104、監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備正常運(yùn)行的加工過程監(jiān)控系統(tǒng)313、將激光器102發(fā)出的激光束整形并傳輸至加工位置的光路系統(tǒng)103。
[0088]其中:激光器102用于產(chǎn)生脈寬8~25ns的短脈沖、頻率O~10Hz、光束直徑
<27_、單脈沖能量< 25J的激光，經(jīng)后續(xù)的光路系統(tǒng)聚焦，能夠產(chǎn)生高峰值功率密度(>109w/cm2)的激光，從而在金屬靶材和約束層之間形成等離子體。
[0089]將工件(葉盤)固定在軌跡機(jī)器人106的末端夾具108上，依靠機(jī)器人的帶動(dòng)使工件運(yùn)動(dòng)進(jìn)入加工空間，并且根據(jù)強(qiáng)化加工軌跡不斷地調(diào)整工件的位置和姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)工件不同位置的激光沖擊強(qiáng)化。同時(shí)，在機(jī)器人的末端夾具上還實(shí)現(xiàn)葉盤的分度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)葉盤上不同葉片的激光沖擊強(qiáng)化加工。
[0090]將噴嘴111安裝在送水機(jī)器人110末端的法蘭上，依靠機(jī)器人的帶動(dòng)使噴嘴111運(yùn)動(dòng)進(jìn)入加工空間，并且根據(jù)強(qiáng)化加工軌跡不斷地調(diào)整噴嘴的位置和姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)加工區(qū)域的水流穩(wěn)定均勻。
[0091]約束層送水系統(tǒng)由水箱624、水泵627、電磁閥618、流量閥311、液位傳感器(水位傳感器)623、流量傳感器(水流傳感器)626、集水箱314等組成。通過液位傳感器626和電磁閥312監(jiān)測(cè)控制水箱624里的去離子水的儲(chǔ)水量，水量不足時(shí)自動(dòng)補(bǔ)水，水量超過設(shè)定值時(shí)自動(dòng)關(guān)閉電磁閥312停止補(bǔ)水；恒壓水泵627從水箱624里將去離子水抽送至流量閥311，保證流量閥311進(jìn)水口處的壓力恒定；通過恒壓水泵627調(diào)整噴嘴111處的流量大小；通過流量傳感器626監(jiān)測(cè)水泵出口處有沒有去離子水流通；通過噴嘴111前的電磁閥312控制水流的通斷。
[0092]聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)316通過監(jiān)測(cè)激光沖擊的沖擊波能量表征激光沖擊處理的效果，在葉盤加工過程中，每沖擊加工一次都記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)，為工藝參數(shù)的調(diào)整提供參考。
[0093]加工過程監(jiān)控系統(tǒng)313對(duì)激光沖擊的加工過程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)控，實(shí)現(xiàn)送水機(jī)器人和軌跡機(jī)器人運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，激光器102運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)無人化、遠(yuǎn)程監(jiān)控。
[0094]光路系統(tǒng)103將激光傳輸?shù)街付ㄎ恢?，并整形成所需大小形狀的光斑，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)單雙面加工任意切換、圓形光斑與方形光斑任意切換。
[0095]如圖1-5所示，整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，包括可以輸出激光束的激光器102、帶動(dòng)葉盤沿指定軌跡相對(duì)于激光束運(yùn)動(dòng)的軌跡機(jī)器人106、夾持噴頭沿指定軌跡運(yùn)動(dòng)將水送至加工區(qū)域的送水機(jī)器人系統(tǒng)104、控制水量大小以及自動(dòng)啟停的約束層送水系統(tǒng)101、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)加工質(zhì)量的聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)316、監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備正常運(yùn)行的加工過程監(jiān)控系統(tǒng)313、將激光器發(fā)出的激光束整形并傳輸至加工位置的光路系統(tǒng)103。激光器102發(fā)出的激光通過光路系統(tǒng)103引到工件的表面,激光器102的出光孔和光路系統(tǒng)的進(jìn)光孔配合，保證激光束完全垂直進(jìn)入光路系統(tǒng)103。送水系統(tǒng)101將水送到噴嘴111處，送水機(jī)器人110帶動(dòng)噴嘴111，將水噴到工件107的加工位置處，過程監(jiān)控系統(tǒng)313時(shí)刻監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行方式，聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)316檢測(cè)工件的加工質(zhì)量，并反饋給工控機(jī)，來調(diào)整工藝參數(shù)，使得加工質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)。上述各子系統(tǒng)的緊密配合和軟件的協(xié)作，組成激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)葉盤的激光沖擊強(qiáng)化處理，提高工件的疲勞壽命。
[0096]本發(fā)明的激光器功能如下: [0097]輸出激光束的激光器102可以輸出波長為532nm、直徑為3mm,光強(qiáng)為0.1-2mJ/cm2的引導(dǎo)光，用于觀察激光束和光斑的位置，同時(shí)可以輸出波長1064nm、直徑為27mm、單脈沖能量25J、頻率為0-5Hz、脈寬為8-25nns的脈沖激光，用于激光沖擊強(qiáng)化。
[0098]激光器102輸出的波長532nm的激光束和波長1064nm的激光束同軸度
<0.5mrad。
[0099]激光器102的工作方式為單臺(tái)雙路且可單路工作，即激光器有兩個(gè)出光孔A和B，A出光孔和B出光孔可以同時(shí)輸出激光，也可以只從B出光孔輸出激光。選擇A、B出光孔同時(shí)出光時(shí)，A、B出光孔最大可同時(shí)輸出波長1064nm、直徑為27mm、單脈沖能量12.5J、頻率為0-5Hz、脈寬為8-25nns的脈沖激光，同時(shí)可以輸出波長為532nm、直徑為3mm，光強(qiáng)為
0.1-2mJ/cm2的引導(dǎo)光；選擇只從B出光孔出光時(shí)，B出光孔最大可同時(shí)輸出波長1064nm、直徑為27mm、單脈沖能量25J、頻率為0_5Hz、脈寬為8_25nns的脈沖激光，同時(shí)可以輸出波長為532nm、直徑為3mm,光強(qiáng)為0.l_2mj/cm2的引導(dǎo)光。
[0100]激光器102的兩個(gè)出光孔A和B的中心距為231mm，B出光孔的中心距激光器左側(cè)邊緣250mm。A和B出光孔在同一水平面上，距地面高度為895mm。
[0101]激光器102上A出光孔、B出光孔同時(shí)出光或只有B出光孔出光的切換方式:可以手動(dòng)滑動(dòng)A出光孔前的45°全 反射鏡，也可數(shù)控滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)A出光孔前的45°全反射鏡切入或切出光路實(shí)現(xiàn)。
[0102]激光器102 的尺寸大小為 2400mmX 1200mmX 1300mm。
[0103]本發(fā)明的采用的機(jī)器人包括:
[0104]軌跡機(jī)器人106夾持葉盤107沿指定軌跡相對(duì)于激光束運(yùn)動(dòng)的。軌跡機(jī)器人106為6自由度機(jī)器人、型號(hào)為RX270，最大負(fù)載為250Kg、可達(dá)距離為2900mm、重復(fù)定位精度為±0.09mm,防護(hù)等級(jí)為IP65。
[0105]送水機(jī)器人110夾持噴頭沿指定軌跡將水送至加工區(qū)域。送水機(jī)器人110為6自由度機(jī)器人、型號(hào)為TX40,最大負(fù)載為2Kg、可達(dá)距離為500mm、重復(fù)定位精度為±0.02mm,防護(hù)等級(jí)為IP65。
[0106]本發(fā)明的送水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能如下:
[0107]如圖6所示，控制水量大小以及自動(dòng)啟停的約束層送水系統(tǒng)將去離子水送至噴嘴
111。約束層送水系統(tǒng)由水源615、水閥616、進(jìn)水管617、進(jìn)水電磁閥618、溢流口 619、溢流管620、球閥A621、排污管622、水位傳感器623、儲(chǔ)水箱624、球閥B625、水流傳感器626、水泵627、流量閥311、電磁閥312、噴嘴111組成。水閥616連接在水源615上，實(shí)現(xiàn)水源與進(jìn)水管617之間的水流的通斷，進(jìn)水電磁閥618安裝在進(jìn)水管617和儲(chǔ)水箱624之間，溢流管620安裝在溢流口 619上，排污管622通過球閥A621連接在儲(chǔ)水箱624上，水位傳感器623安裝在儲(chǔ)水箱的底部。球閥B625安裝在儲(chǔ)水箱624的底部并與水泵627通過水管連接在一起。水流傳感器626安裝在水泵627的出口端，用水管將水流傳感器626出口處的水引到流量閥311上，電磁閥312控制流量閥311出水口的通斷，用水管將電磁閥312和噴嘴111連接起來。從而實(shí)現(xiàn)將水源615處的水送到噴嘴111處。噴嘴111噴出的水通過集水箱624收集起來，和溢流管620、排污管622出來的水一起送入水處理廠。
[0108]通過進(jìn)水電磁閥617和水位傳感器623和工控機(jī)相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)水箱624自動(dòng)補(bǔ)水，保證儲(chǔ)水箱624里的水量始終保持在儲(chǔ)水箱624總?cè)萘康?0%-80%。同時(shí)，由于安裝了溢流管620，使得送水系統(tǒng)更加安全可靠。
[0109]通過進(jìn)水流傳感器626、恒壓水泵627、流量閥311、電磁閥312控制噴嘴111中流量的大小，并能實(shí)時(shí)控制。
[0110]通過約束層送水系統(tǒng)、送水機(jī)器人110控制噴嘴111中流量的大小、噴嘴的位置和姿態(tài)，使得加工區(qū)域葉盤表面的水層厚度為1-2_，且均勻穩(wěn)定，連續(xù)可調(diào)。
[0111]本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能如下:
[0112]聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)316對(duì)激光沖擊強(qiáng)化的加工質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲得加工效果的數(shù)據(jù)。聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)為3通道聲發(fā)射傳感器、通過連接放大器與工控機(jī)(上位機(jī))的數(shù)據(jù)采集卡連接，工控機(jī)內(nèi)還插有PC1-1780定時(shí)計(jì)數(shù)卡，ET-3000TIL激光探測(cè)器固定在激光器的出光口處；定時(shí)計(jì)數(shù)卡保證激光器102和聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)316在同一時(shí)鐘下工作，當(dāng)激光102器發(fā)出激光時(shí)，激光探測(cè)器探測(cè)到激光，探測(cè)器發(fā)送信號(hào)至工控機(jī)，工控機(jī)開啟數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將聲發(fā)射傳感器的獲得信號(hào)存儲(chǔ)，工控機(jī)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析，判斷加工質(zhì)量的好壞。
[0113]監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備正常運(yùn) 行包括:加工過程監(jiān)控系統(tǒng)313的攝像頭與上位機(jī)連接，用來監(jiān)控航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤的加工情況；安裝在激光器102內(nèi)部的溫度傳感器與上位機(jī)連接，用來監(jiān)控激光器是否正常工作；安裝在送水機(jī)器人110和軌跡機(jī)器人106關(guān)節(jié)處的位置傳感器和編碼器與上位機(jī)連接，用來監(jiān)控軌跡機(jī)器人、送水機(jī)器人的位置；安裝在光路系統(tǒng)內(nèi)出光口的光電傳感器與上位機(jī)連接，用來監(jiān)控光路系統(tǒng)是否正常工作；送水系統(tǒng)101的壓力傳感器(水位傳感器)與上位機(jī)連接，監(jiān)測(cè)儲(chǔ)水箱內(nèi)的水位是否正常，上位機(jī)對(duì)整個(gè)設(shè)備實(shí)時(shí)進(jìn)行控制，通過數(shù)據(jù)線將他們聯(lián)為一個(gè)整體。
[0114]本發(fā)明的工作原理如下:
[0115]如圖24所示，上位機(jī)的功能主要由機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、加工過程仿真、加工過程監(jiān)控、加工質(zhì)量監(jiān)控、工藝數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制等組成，在上位機(jī)的控制下，送水系統(tǒng)產(chǎn)生水流并輸送至噴頭，送水機(jī)器人系統(tǒng)控制水流量的大小、通斷，并帶動(dòng)噴頭運(yùn)動(dòng)將水送至葉盤指定的加工區(qū)域，在指定位置形成約束層；軌跡機(jī)器人帶動(dòng)裝在夾具上的葉盤按照指定加工路徑運(yùn)動(dòng)；激光器輸出激光，傳輸至光路系統(tǒng)中，從光路系統(tǒng)中出來的激光照射在葉盤加工區(qū)域的表面或者經(jīng)過激光頭照射在加工區(qū)域的表面；監(jiān)控系統(tǒng)中的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和視頻/報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)分別監(jiān)測(cè)葉盤激光沖擊強(qiáng)化的質(zhì)量和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。上述系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)整個(gè)葉盤的激光沖擊強(qiáng)化加工，提高葉盤的疲勞壽命和抗應(yīng)力腐蝕性能。
[0116]光路系統(tǒng)103將激光器發(fā)出的激光束整形并傳輸至加工位置。光路系統(tǒng)103包括數(shù)控滑臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、反射鏡、聚焦鏡、勻光鏡、擺臂組成。從激光器102輸出的激光束進(jìn)入光路系統(tǒng)103,可以從光路系統(tǒng)輸出方形光斑或圓形光斑,其中，輸出方形光斑的光路有2套組成，且結(jié)構(gòu)上相對(duì)稱，輸出圓形光斑的光路有2套組成，且結(jié)構(gòu)上相對(duì)稱。4套光路可以根據(jù)加工需要，任意切換為其中的一套光路工作，也可以切換為2套相對(duì)稱的輸出方形光斑的光路同時(shí)工作。
[0117]當(dāng)選擇激光器102的A、B出光孔同時(shí)出光時(shí)，A、B出光孔輸出同時(shí)輸出波長1064nm、直徑為27mm、單脈沖能量0-12.5J、頻率為0_5Hz、脈寬為8_25nns的脈沖激光，輸出波長為532nm、直徑為3mm,光強(qiáng)為0.l-2mj/cm2的引導(dǎo)光,選擇2套相對(duì)稱的輸出方形光斑的光路同時(shí)工作時(shí)，可在工件表面形成邊長約2-4mm的方形光斑。
[0118]當(dāng)選擇激光器1 02只有B出光孔出光時(shí)，B出光孔輸出輸出波長1064nm、直徑為27mm、單脈沖能量0-25J、頻率為0_5Hz、脈寬為8_25nns的脈沖激光，輸出波長為532nm、直徑為3mm,光強(qiáng)為0.l-2mj/cm2的引導(dǎo)光,選擇2套相對(duì)稱的輸出方形光斑的光路任意一套光路工作時(shí)，可在工件表面形成邊長約2-4mm的方形光斑。
[0119]當(dāng)選擇激光器102只有B出光孔出光時(shí)，B出光孔輸出輸出波長1064nm、直徑為27mm、單脈沖能量0-25J、頻率為0_5Hz、脈寬為8_25nns的脈沖激光，輸出波長為532nm、直徑為3mm,光強(qiáng)為0.l-2mj/cm2的引導(dǎo)光,選擇2套相對(duì)稱的輸出圓形光斑的光路任意一套光路工作時(shí),可在工件表面形成直徑約2-4_的圓形光斑。
[0120]激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備可以加尺寸< 1000mmX 1000mmX 400mm，重量< 250Kg的高溫合金、鋼、鋁合金等材料的整體葉盤或結(jié)構(gòu)件。
[0121]激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備的軟件系統(tǒng)包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃模塊、加工過程仿真模塊、加工過程監(jiān)控模塊、加工質(zhì)量監(jiān)控模塊、工藝數(shù)據(jù)庫管理模塊、系統(tǒng)集成模塊，保證加工路徑最優(yōu)，最安全、最可靠。
[0122]本發(fā)明的工件加工過程為:
[0123]使用時(shí)，首先將整體葉 盤107安裝在夾具108上；接著將夾具108安裝在軌跡機(jī)器人106末端的法蘭上；接著，在整體葉盤107的待加工區(qū)域粘貼一層吸收層，用于吸收激光能量；接著，將選擇任意一套光路或2套輸出方形光斑的光路處于工作狀態(tài)；接著，軌跡機(jī)器人帶著整體葉盤進(jìn)入加工位置；接著，送水機(jī)器人110帶著噴頭111進(jìn)入加工位置；接著開啟送水系統(tǒng)101，在葉盤加工區(qū)域的表面形成一層均勻、穩(wěn)定、厚度為l-2mm的去離子水；接著，開啟激光器102 ;最后，軌跡機(jī)器人106和送水機(jī)器人110按照事先制定的軌跡運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤的激光沖擊強(qiáng)化。
[0124]夾具的結(jié)構(gòu)具體如下:
[0125]如圖8-18所示，本發(fā)明的夾具包括異形螺母1、連接法蘭3、錐體支撐件5、等分錐體6、開口脹圈7、膠墊9、壓蓋10、平墊11、拉桿12、周向定位裝置及螺釘2，其中周向定位裝置包括銷釘13、連接板14和錐形銷釘15，銷釘13和錐形銷釘15分別安裝在連接板兩端的銷孔中，銷釘13和錐形銷釘15與連接板14之間采用過盈配合，既保證在拆裝葉盤8的過程中銷釘13、錐形銷釘15和連接板14始終為一體，又保證定位可靠。異形螺母I通過螺釘2安裝在連接法蘭3的一端，錐體支撐件5 —端的端面通過螺釘4和銷釘定位安裝在連接法蘭3的另一端。等分錐體6套裝在錐體支撐件5的另一端外側(cè)，等分錐體6的下端沿圓周方向均布開設(shè)多個(gè)豁口，各豁口均沿錐體母線方向開設(shè)，使等分錐體6具有彈性。開口脹圈7套裝在等分錐體6的外側(cè)，葉盤8套裝在開口脹圈7的外側(cè)，葉盤8排氣側(cè)的端面與錐體支撐件5 —端的端面相配合。膠墊9通過螺釘固定在壓蓋10上，保證在加緊的過程中對(duì)葉盤8無劃傷。壓蓋10設(shè)置于等分錐體6的上端。轉(zhuǎn)動(dòng)葉盤8，將錐形銷釘15和銷釘13分別插入葉盤8和錐體支撐件5的銷孔中；在壓蓋10的外側(cè)放上平墊11，保證在加緊的過程中對(duì)壓蓋10受力均勻。拉桿12穿過平墊11、壓蓋10、錐體支撐件5及連接法蘭3與異形螺母I螺紋連接。在旋緊拉桿12的過程中，開口脹圈7不斷向外膨脹，實(shí)現(xiàn)葉盤8軸向定位和徑向定位、加緊固定。連接法蘭3通過螺釘和定位銷實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人法蘭盤的連接、定位。
[0126]錐體支撐件5和等分錐體6相配合的錐面的錐度為7:24，等分錐體6比錐體支撐件5軸向長4.5mm,加緊后，等分錐體6的下端面距錐體支撐件5 —端的端面始終有間隙，錐體支撐件5的另一端與壓蓋10之間始終有間隙，保證相配合的錐面加緊可靠，葉盤8加緊可靠。
[0127]脹圈7采用銅材料，錐體支撐件5和錐形銷釘15采用硬鋁合金材料，保證對(duì)葉盤8無劃傷。連接法蘭3采用不銹鋼材料，保證整體夾具的剛性。
[0128]本發(fā)明的夾具工作過程是:
[0129]使用時(shí)，首先，將異形螺母I通過螺釘2安裝在連接法蘭3上，連接法蘭3和錐體支撐件5通過銷釘和螺釘4安裝在一起，膠墊9和壓蓋10通過螺釘安裝在一起，銷釘13和錐形銷釘15與連接板14安裝在一起；接著，將連接法蘭3通過螺釘和定位銷和機(jī)器人法蘭盤安裝在一起；接著，將等分錐體6套裝在錐體支撐件5的外側(cè)；接著，將開口脹圈7套裝在等分錐體6的外側(cè)；接著，將葉盤8套裝在開口脹圈7的外側(cè)，葉盤8的排氣端端面與錐體支撐件5的端面貼合，實(shí)現(xiàn)端面定位；接著，旋轉(zhuǎn)葉盤8，將銷釘13和銷釘15分別安裝在葉盤8的定位孔和錐體支撐件5的定位孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)葉盤8周向定位；接著，將平墊11套在拉桿12上，且靠近螺母的一端的光軸上；接著，將拉桿12通過螺紋旋入異形螺母I中；最后，不斷的擰緊拉桿12，此時(shí)，壓蓋10不斷向葉盤8方向移動(dòng)，錐體支撐件5和等分錐體6接觸面積越來越大，不斷驅(qū)使開口脹圈7向外膨脹，脹緊葉盤8，實(shí)現(xiàn)軸心定位，同時(shí)，壓蓋10通過膠墊9不斷壓緊在葉盤8的端面上，實(shí)現(xiàn)加緊。
[0130]當(dāng)加工完成后，拆卸葉盤8時(shí)，旋掉拉桿12，取下平墊11，取下連接在一起的銷釘
13、連接板14和錐形銷釘15，取下壓蓋10，便可取下葉盤8。
[0131]本發(fā)明的夾具通過拉桿對(duì)葉盤進(jìn)行夾緊定位，夾緊定位過程快速簡單，拆裝葉盤時(shí)間不超過2分鐘；；能夠?qū)崿F(xiàn)裝載最大重量約IOOkg的整體葉盤；采用銷軸、端面和脹芯定位的方法，重復(fù)定位精度高，且定位可靠；夾緊定位可靠，極大地提高了葉盤激光沖擊強(qiáng)化的質(zhì)量和生產(chǎn)效率；具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、使用方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，保證了沖擊強(qiáng)化質(zhì)量的均勻性和穩(wěn)定性；與葉盤接觸的部位采用了膠墊、銅和鋁合金材料，夾具主體采用不銹鋼材料，保證了對(duì)葉盤無劃傷，夾具在浸在水里的工作情況下不生銹。
[0132]激光頭結(jié)構(gòu)具體如下:
[0133]本發(fā)明整體葉盤遮蔽部位激光沖擊強(qiáng)化用激光頭結(jié)構(gòu)如圖19-23所示，該激光頭包括數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)905、擺臂906、激光頭末端907、大聚焦鏡511、小聚焦鏡912、小反射鏡914及小反射鏡鏡座917 ;其中:數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)905和大聚焦鏡511分別通過螺釘和鏡架安裝在光學(xué)平臺(tái)515上，擺臂906的一端固定安裝在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)905上，通過手動(dòng)或自動(dòng)的方式可以使擺臂906進(jìn)入工作位和離開工作位；擺臂906的另一端與激光頭末端907相連接，小反射鏡鏡座917固定在激光頭末端907的端部，小反射鏡914鑲嵌在小反射鏡鏡座917的槽中，激光頭末端907的端部側(cè)面上設(shè)置出光口 918，小聚焦鏡912固定在激光頭末端907的出光口 918處；小反射鏡鏡座917與出光口 918設(shè)置的位置使得照射到小反射鏡914上的入射光與通過小反射鏡914反射出的反射光之間夾角為30-34°。
[0134]所述擺臂906由連接板910、連接管909和導(dǎo)光管908組成；其中:連接板910與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)905之間通過螺釘固定，連接板910與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)905之間通過墊一層膠墊保證擺臂水平；連接板910與連接管909之間通過軸肩定位，并由鎖緊螺釘固定；導(dǎo)光管908與連接管909之間通過軸肩定位，并由鎖緊螺釘固定；導(dǎo)光管908與連接管909連接前，可事先在連接管909內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)光管908，調(diào)整激光頭末端907輸出激光的方向，本發(fā)明中是通過轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)光管908用來保證出光口處激光水平方向輸出，然后再擰緊螺釘進(jìn)行固定防止轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0135]所述擺臂906的導(dǎo)光管908與激光頭末端907之間通過軸肩定位，并由鎖定螺釘A916緊固。
[0136]在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)905上通過螺釘安裝有配重塊911，用于平衡擺臂906的重量，保證數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)905正常工作，同時(shí)為了減輕擺臂906的重量，擺臂906、激光頭末端907和小反射鏡鏡座917均采用鋁合金材料，配重塊911采用不銹鋼材料，在保證重量的同時(shí)，防止在潮濕空氣中生銹。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)(905)與電機(jī)同軸連接，電機(jī)由上位機(jī)(I 12)控制，電機(jī)的編碼器與上位機(jī)(I 12)連接。
[0137]所述小反射鏡鏡座917通過M3的平頭螺釘915固定在激光頭末端907的尾部；其中:小反射鏡鏡座917采用沉頭孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；擰緊平頭螺釘915之前，在平頭螺釘915螺紋處、小反射鏡鏡座917與激光頭末端907的尾部的結(jié)合面處涂一層紫外固化膠，擰緊螺釘后，放入紫外固化箱中固化30s，對(duì)結(jié)合面進(jìn)行密封，防止激光沖擊強(qiáng)化加工過程中，有水進(jìn)入激光頭內(nèi)部fe壞鏡片。
[0138]大小為10mmX9mmX2mm的小反射鏡914鑲嵌在小反射鏡鏡座917上大小為IOmmX 9mmX 2mm的槽中。其中，小反射鏡:鍍高反射膜，反射膜R > 99.8@1064nm，損傷閾值為脈沖25J/cm2、10ns、2HZ ;入射角為α =16±2°，波長532nm及1064nm激光在其上的反射率均可達(dá)到99.5%以上。
[0139]小聚焦鏡912通過鎖定螺釘B913固定在激光頭的末端907的出光口 918處，采用軸肩定位的方式進(jìn)行定位；其中:擰緊鎖定螺釘B913之前，在鎖定螺釘B913螺紋處、小聚焦鏡912邊緣與激光頭末端907出光口 918處的結(jié)合面處涂一層紫外固化膠，擰緊鎖定螺釘B913后，放入紫外固化箱中固化30s，對(duì)結(jié)合面進(jìn)行密封，防止激光沖擊強(qiáng)化加工過程中，有水進(jìn)入激光頭內(nèi)部損壞鏡片；小聚焦鏡912的鏡片損傷閾值:脈沖25J/cm2、10ns、2Hz，波長532nm及1064nm激光在其上的透射率均可達(dá)到99.5%以上。
[0140]大聚焦鏡511通過鏡架固定在光學(xué)平臺(tái)515上。其中:用于將大聚焦鏡511固定在光學(xué)平臺(tái)515上的鏡架其裝調(diào)機(jī)構(gòu)均采用4維調(diào)整機(jī)構(gòu)，具有鎖緊功能，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的水平移動(dòng)及兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而能夠調(diào)整激光束正好垂直從大聚焦鏡的中心穿過；大聚焦鏡511的鏡片損傷閾值:脈沖25J/cm2、10ns、2Hz，波長532nm及1064nm激光在其上的透射率均可達(dá)到99.5%以上。
[0141]小聚焦鏡912的直徑為IOmm,焦距為IOmm,厚度為7mm。
[0142]大聚焦鏡511的直徑為50mm,焦距為1300mm,厚度為4mm。
[0143]擺臂906安裝在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)905上，通過自動(dòng)控制或手動(dòng)的方式控制數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)在90°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，激光頭可以切入工作位和離開工作位。
[0144]激光頭末端907端部的大小為23X21X19mm，保證其在葉片間運(yùn)動(dòng)自如，和葉片
無碰撞。
[0145]當(dāng)有光束直徑< 27 mm、波長為1064nm、發(fā)散角< 3mrad、脈寬8_25ns、頻率0_5Hz的激光束進(jìn)入激光頭，在距激光頭出光孔2mm處形成直徑大小約為3mm、平頂分布的圓形光斑。
[0146]上述激光頭在使用時(shí)，首先通過自動(dòng)控制或手動(dòng)控制的方式使數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)905旋轉(zhuǎn)工作，將擺臂906和激光頭末端907進(jìn)入工作位，即讓激光頭進(jìn)入工作位置。當(dāng)有光束直徑
<27mm、波長為1064nm、發(fā)散角< 3mrad的激光束垂直入射到直徑為50mm、焦距為1300mm的大聚焦鏡上時(shí)，大聚焦鏡將光束聚焦到大小為IOmmX9mmX2mm的小反射鏡上,通過小反射鏡的反射，將激光束進(jìn)入直徑為10mm、焦距為IOmm的小聚焦鏡中，通過小聚焦鏡將光束聚焦在葉片表面，葉片距鏡片外表面為2mm，在葉片表面形成直徑大小約為3mm、平頂分布的圓形光斑。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整體葉盤遮蔽部位的激光沖擊沖擊強(qiáng)化。
[0147]本發(fā)明的激光頭能夠?qū)娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤遮蔽部位進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，解決了航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤遮蔽部位不能被加工的難題；結(jié)構(gòu)小巧，安全可靠，加工位置調(diào)整方便；輸出的激光束均勻，保證了加工質(zhì)量的均勻可靠；使用方便、加工效率高。
[0148]光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具體如下:
[0149]如圖25-29所示，本發(fā)明整體葉盤單/雙面激光沖擊強(qiáng)化光路系統(tǒng)包括:安裝在光學(xué)平臺(tái)515上的光路一與光路二切換滑臺(tái)501、光路三與光路四切換滑臺(tái)514以及出光口滑臺(tái)517 ;安裝在激光器102內(nèi)部用于光路切換的數(shù)控滑臺(tái)521 ;安裝在光學(xué)平臺(tái)515上的光路三轉(zhuǎn)臺(tái)509和光路一轉(zhuǎn)臺(tái)506 ;安裝在光學(xué)平臺(tái)515上的光路三與光路四校驗(yàn)滑臺(tái)526和光路一與光路二校驗(yàn)滑臺(tái)531 ; 安裝在光學(xué)平臺(tái)515上的光路二反射鏡502、光路四反射鏡512、反射鏡A516和反射鏡B523 ;安裝在光學(xué)平臺(tái)515上的光路一聚焦鏡505、光路三聚焦鏡511、光路二聚焦鏡525和光路四聚焦鏡532，安裝在光學(xué)平臺(tái)515上的光路二勻光鏡片524和光路四勻光鏡片533，所述光路二聚焦鏡525和光路二勻光鏡片524組成光路二勻光聚焦鏡組504，所述光路四聚焦鏡532和光路四勻光鏡片533組成光路四勻光聚焦鏡組510 ;分別安裝在光路一轉(zhuǎn)臺(tái)506和光路三轉(zhuǎn)臺(tái)509上的光路一擺臂528和光路三擺臂529 ；分別安裝在光路一擺臂528末端和光路三擺臂529末端的光路一小反射鏡507和光路三小反射鏡508 ;分別安裝在光路一與光路二切換滑臺(tái)501和光路三與光路四切換滑臺(tái)514上的光路一反射鏡503和光路三反射鏡513 ;安裝在出光口滑臺(tái)517上的反射鏡C518和反射鏡D522 ;安裝在數(shù)控滑臺(tái)521上的反射鏡E520 ;安裝在激光器102內(nèi)部的合束鏡537 ;分別安裝在光路三與光路四校驗(yàn)滑臺(tái)526和光路一與光路二校驗(yàn)滑臺(tái)531上的光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)527和光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)530 ;安裝在光學(xué)平臺(tái)515上的防護(hù)板534、防護(hù)罩535和導(dǎo)光管A903。數(shù)控滑臺(tái)的電機(jī)由上位機(jī)進(jìn)行控制。
[0150]所述防護(hù)板534是用于防止加工過程中的水濺射到光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)527、光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)530、光路三與光路四校驗(yàn)滑臺(tái)526和光路一與光路二校驗(yàn)滑臺(tái)531上；所述防護(hù)罩535和導(dǎo)光管A903是用來防止車間內(nèi)的灰塵污染光路系統(tǒng)里的光學(xué)鏡片。
[0151]所述反射鏡E520在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在數(shù)控滑臺(tái)521上滑動(dòng)；激光器上設(shè)置出光口 A和出光口 B ;當(dāng)反射鏡E520處在出光口 A正前方時(shí)，激光束A經(jīng)反射鏡E520反射至合束鏡537，再經(jīng)合束鏡537反射出的激光與激光束B均由出光孔B輸出；當(dāng)反射鏡E520處在出光口 A和出光口 B之間的位置時(shí)，激光束A和激光束B分別從出光口 A和出光口 B輸出。
[0152]所述反射鏡C518和反射鏡D522在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠同時(shí)在出光口滑臺(tái)517上滑動(dòng)汸出光口和B出光孔同時(shí)出光時(shí)，當(dāng)反射鏡C518和反射鏡D522分別正處于出光孔A和出光孔B的正后方時(shí)，A出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡C518的反射能夠反射到反射鏡C518左方的反射鏡A516上，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡D522的反射能夠反射到反射鏡D522右方的反射鏡B523上；只有B出光孔出光時(shí)，當(dāng)反射鏡C518和反射鏡D522分別正處于出光孔A和出光孔B的后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡D522的反射可以反射到反射鏡D522右方的反射鏡B523上；只有B出光孔出光時(shí)，當(dāng)只有反射鏡C518正處于出光孔B的后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡C518的反射可以反射到反射鏡C518左方的反射鏡A516上。
[0153]所述光路一反射鏡503在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在光路一與光路二切換滑臺(tái)501上滑動(dòng)；當(dāng)反射鏡B523上有激光束反射出來時(shí)，光路一反射鏡3正處于反射鏡B523反射光路的正后方時(shí)，反射鏡B523反射來激光經(jīng)光路一反射鏡503反射到光路一反射鏡503左方的光路501聚焦鏡505上；當(dāng)反射鏡B523上有激光束反射出來時(shí)，光路一反射鏡503不處于反射鏡B523反射光路的正后方時(shí)，反射鏡B523反射來激光經(jīng)光路二反射鏡502反射到光路二反射鏡502左方的光路二勻光聚焦鏡組504上。
[0154] 所述光路三反射鏡513在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在光路三與光路四切換滑臺(tái)514上滑動(dòng)；當(dāng)反射鏡A516上有激光束反射出來時(shí)，光路三反射鏡513正處于反射鏡A516反射光路的正后方時(shí),反射鏡A516反射來的激光經(jīng)光路三反射鏡513反射到光路三反射鏡513右方的光路三聚焦鏡511上；當(dāng)反射鏡A516上有激光束反射出來時(shí)，光路三反射鏡513不處于反射鏡A516反射光路的正后方時(shí)，反射鏡A516反射來的激光經(jīng)光路四反射鏡512反射到光路四反射鏡512右方的光路四勻光聚焦鏡組510上。
[0155]所述光路一擺臂528在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)旁的旋鈕，能夠圍繞光路一轉(zhuǎn)臺(tái)506的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)光路一聚焦鏡505有激光輸出時(shí)，光路一擺臂528擺至光路一小反射鏡507正好處于光路一聚焦鏡505輸出光路的正左方時(shí),光路一小反射鏡507將經(jīng)光路一聚焦鏡505輸出的激光反射到工件表面，形成直徑為2-5_的光強(qiáng)均勻的圓形光斑；當(dāng)不需光路一工作時(shí)，光路一擺臂528順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至光學(xué)平臺(tái)上。
[0156]所述光路三擺臂529在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)旁的旋鈕，能夠圍繞光路三轉(zhuǎn)臺(tái)509的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)光路三聚焦鏡511有激光輸出時(shí)，光路三擺臂529擺至光路三小反射鏡508正好處于光路三聚焦鏡511輸出光路的正右方時(shí)，光路三小反射鏡508將經(jīng)光路三聚焦鏡511輸出的激光反射到工件表面，形成直徑為2-5_的光強(qiáng)均勻的圓形光斑；當(dāng)不需光路三工作時(shí)，光路三擺臂529逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至光學(xué)平臺(tái)上。
[0157]當(dāng)光路二勻光聚焦鏡組504有激光束輸入時(shí)，光路二聚焦鏡525輸出的激光照射到工件表面，形成邊長為2-5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑。
[0158]當(dāng)光路四勻光聚焦鏡組510有激光束輸入時(shí)，光路四聚焦鏡532輸出的激光照射到工件表面，形成邊長為2-5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑。
[0159]所述光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)530在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在光路一與光路二校驗(yàn)滑臺(tái)531上滑動(dòng)；光路一擺臂528和光路三擺臂529均處于不工作狀態(tài)，校驗(yàn)光路一的完好性時(shí)，光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)530移動(dòng)到光路一聚焦鏡505的正后方,選擇從光路一中輸出激光,測(cè)量光路一輸出的能量,與激光器輸出的能量做對(duì)比；校驗(yàn)光路二的完好性時(shí)，光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)530移動(dòng)到光路二聚焦鏡525的正后方,選擇從光路二中輸出激光,測(cè)量光路二輸出的能量,與激光器輸出的能量做對(duì)比；當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行沖擊強(qiáng)化加工時(shí)，光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)530移動(dòng)到不遮擋光路的地方。
[0160]所述光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)527在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在光路三與光路四校驗(yàn)滑臺(tái)526上滑動(dòng)；光路一擺臂528和光路三擺臂529均處于不工作狀態(tài)，校驗(yàn)光路三的完好性時(shí)，光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)502移動(dòng)到光路三聚焦鏡511的正后方,選擇從光路三中輸出激光,測(cè)量光路三輸出的能量,與激光器輸出的能量做對(duì)比；校驗(yàn)光路四的完好性時(shí)，光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)527移動(dòng)到光路四聚焦鏡532的正后方，選擇從光路四中輸出激光，測(cè)量光路四輸出的能量，與激光器輸出的能量做對(duì)比；當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行沖擊強(qiáng)化加工時(shí)，光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)527移動(dòng)到不遮擋光路的地方。
[0161]當(dāng)只由出光口 B出光時(shí) ，當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8-25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路一或光路三能夠輸出激光光斑直徑為2-5mm的光強(qiáng)均勻的圓形光斑；當(dāng)只由出光口 B出光時(shí)，當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8-25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路二或光路四能夠輸出激光光斑為邊長2-5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑。[0162]當(dāng)出光口 A和出光口 B同時(shí)出光時(shí)，當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8-25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路一和光路三能夠輸出激光光斑直徑為2-5mm的光強(qiáng)均勻的圓形光斑；當(dāng)出光口 A和出光口 B同時(shí)出光時(shí)，當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8_25ns、光束直徑< 27臟，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路二和光路四能夠輸出激光光斑為邊長2-5_的光強(qiáng)均勻的方形光斑。
[0163]當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8_25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路一和光路三的能量損失< 6% ;當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8-25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路二和光路四的能量損失< 10%。
[0164]上述光路系統(tǒng)使用時(shí):
[0165]1、當(dāng)光路三擺臂529不處在工作位置，當(dāng)反射鏡E520處在出光口 A正前方時(shí)，激光束A經(jīng)反射鏡E520反射，至合束鏡537，再經(jīng)合束鏡537反射出的激光與激光束B均由出光孔B輸出，同時(shí)當(dāng)反射鏡C518和反射鏡D522分別正處于出光孔A和出光孔B的正后方時(shí)，出光孔B輸出的激光經(jīng)反射鏡D522的反射反射到反射鏡D522右方的反射鏡B523上，同時(shí)當(dāng)光路一反射鏡503正處于反射鏡B523反射光路的正后方時(shí)，反射鏡B523反射來激光經(jīng)光路一反射鏡503反射到光路一聚焦鏡505上，同時(shí)當(dāng)光路一擺臂528擺至光路一小反射鏡507正好處于光路一聚焦鏡505輸出光路的正左方時(shí),光路一小反射鏡507將經(jīng)光路一聚焦鏡505輸出的激光反射到工件表面，形成直徑為2-5mm的光強(qiáng)均勻的圓形光斑，加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉盤的葉盆前緣區(qū)域。
[0166]2、當(dāng)光路一擺臂528和光路三擺臂529均不處在工作位置，當(dāng)反射鏡E520處在出光口 A正前方時(shí)，激光束A經(jīng)反射鏡E520反射，激光束A和激光束B將全部由出光孔B輸出，同時(shí)當(dāng)反射鏡C518和反射鏡D522分別正處于出光孔A和出光孔B的后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡D522的反射反射到反射鏡D522正右方的反射鏡B523上，同時(shí)當(dāng)光路一反射鏡503不處于反射鏡B5 23反射光路的正后方時(shí)，反射鏡B523反射來激光經(jīng)光路二反射鏡502反射到光路二勻光聚焦鏡組504上，形成邊長2-5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑，加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉盤的葉背前緣區(qū)域和葉背葉尖邊緣區(qū)域。
[0167]3、當(dāng)光路一擺臂528不處在工作位置，當(dāng)反射鏡E520處在A出光口正前方時(shí)，激光束經(jīng)反射鏡E520反射，激光束將全部由B出光孔輸出，同時(shí)當(dāng)反射鏡C518正處于出光孔B的后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡C518的反射可以反射到反射鏡C518左方的反射鏡A516上，同時(shí)當(dāng)光路三反射鏡513正處于反射鏡A516反射光路的正后方時(shí)，反射鏡A516反射來激光經(jīng)光路三反射鏡513反射到光路三聚焦鏡511上，光路三擺臂529擺至光路三小反射鏡508正好處于光路三聚焦鏡511輸出光路的正右方時(shí)，光路三小反射鏡508將經(jīng)光路三聚焦鏡511輸出的激光反射到工件表面，形成直徑為2-5mm的光強(qiáng)均勻的圓形光斑，加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉盤的葉背后緣區(qū)域。
[0168]4、當(dāng)光路一擺臂528和光路三擺臂529均不處在工作位置，當(dāng)反射鏡E520處在A出光口正前方時(shí)，激光束經(jīng)反射鏡E520反射，激光束將全部由B出光孔輸出，同時(shí)當(dāng)反射鏡C518正處于出光孔B的后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡C518的反射可以反射到反射鏡C518左方的反射鏡A516上，同時(shí)當(dāng)光路三反射鏡513不處于反射鏡A516反射光路的正后方時(shí)，反射鏡A516反射來激 光經(jīng)光路四反射鏡512反射到光路四勻光聚焦鏡組510上，形成邊長2-5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑，加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉盤的后緣區(qū)域和葉盆葉尖邊緣區(qū)域。
[0169]5、當(dāng)光路一擺臂528和光路三擺臂529均不處在工作位置，當(dāng)反射鏡E520處在A出光口和出光口 B中間的位置時(shí)，出光口 A和出光口 B均輸出激光束，同時(shí)當(dāng)反射鏡C518和反射鏡D522分別正處于出光孔A和出光孔B的后方時(shí)，A出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡C518的反射可以反射到反射鏡C518左方的反射鏡A516上，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡D522的反射可以反射到反射鏡D522右方的反射鏡B523上，同時(shí)當(dāng)光路一反射鏡503不處于反射鏡B523反射光路的正后方時(shí)，反射鏡B523反射來激光經(jīng)光路二反射鏡502反射到光路二勻光聚焦鏡組504上，同時(shí)當(dāng)光路三反射鏡513不處于反射鏡A516反射光路的正后方時(shí)，反射鏡A516反射來激光經(jīng)光路四反射鏡512反射到光路四勻光聚焦鏡組510上，形成邊長2-5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑，可以同時(shí)加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉盤的“葉盆進(jìn)氣邊和葉盆葉尖邊緣區(qū)域”與“葉背排氣邊和葉背葉尖邊緣區(qū)域”。
[0170]6、當(dāng)反射鏡E520處在A出光口正前方時(shí)，激光束經(jīng)反射鏡E520反射，激光束將全部由B出光孔輸出，同時(shí)當(dāng)反射鏡C518和反射鏡D522分別正處于出光孔A和出光孔B的后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡D522的反射反射到反射鏡D522右方的反射鏡B523上，同時(shí)當(dāng)光路一反射鏡3正處于反射鏡B523反射光路的正后方時(shí)，反射鏡B523反射來激光經(jīng)光路一反射鏡503反射到光路一聚焦鏡505上，同時(shí)光路一擺臂528和光路三擺臂529不處在工作位置，激光束照射到光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)530上，對(duì)光路一進(jìn)行校驗(yàn)。
[0171]7、當(dāng)反射鏡E520處在A出光口正前方時(shí)，激光束經(jīng)反射鏡E520反射，激光束將全部由B出光孔輸出，同時(shí)當(dāng)反射鏡C518和反射鏡D522分別正處于出光孔A和出光孔B的正后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡D522的反射反射到反射鏡D522右方的反射鏡B523上，同時(shí)當(dāng)光路一反射鏡503不處于反射鏡B523反射光路的正后方時(shí)，反射鏡B523反射來激光經(jīng)光路二反射鏡502反射到光路二勻光聚焦鏡組504上，同時(shí)光路一擺臂528和光路三擺臂529不處在工作位置，激光束照射到光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)530上，對(duì)光路二進(jìn)行校驗(yàn)。
[0172]8、當(dāng)反射鏡E520處在A出光口正前方時(shí)，激光束經(jīng)反射鏡E520反射，激光束將全部由B出光孔輸出，同時(shí)當(dāng)反射鏡C518正處于出光孔B的正后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡C518的反射可以反射到反射鏡C518左方的反射鏡A516上，同時(shí)當(dāng)光路三反射鏡513正處于反射鏡A516反射光路的正后方時(shí)，反射鏡A516反射來激光經(jīng)光路三反射鏡513反射到光路三聚焦鏡511上，同時(shí)光路一擺臂528和光路三擺臂529不處在工作位置，激光束照射到光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)527上，對(duì)光路三進(jìn)行校驗(yàn)。
[0173]9、當(dāng)反射鏡E520處在A出光口正前方時(shí)，激光束經(jīng)反射鏡E520反射，激光束將全部由B出光孔輸出，同時(shí)當(dāng)反射鏡C518正處于出光孔B的后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡C518的反射可以反射到反射鏡C518左方的反射鏡A516上，同時(shí)當(dāng)光路三反射鏡513不處于反射鏡A16反射光路的正后方時(shí),反射鏡A516反射來激光經(jīng)光路四反射鏡512反射到光路四勻光聚焦鏡組510上，同時(shí)光路一擺臂528和光路三擺臂529不處在工作位置，激光束照射到光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)527上，對(duì)光路四進(jìn)行校驗(yàn)。
[0174]本發(fā)明的光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方面，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，保證了激光沖擊強(qiáng)化質(zhì)量的均勻性和穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)的四套光路，可以根據(jù)需要，任意選擇一套光路或者兩套光路工作，可以適應(yīng)多種結(jié)構(gòu)形狀的工件加工；提供的方形光斑對(duì)于加工平面等結(jié)構(gòu)簡單的工件，尤為適用，在方便路徑規(guī)劃的同時(shí)，能夠保證加工質(zhì)量均勻穩(wěn)定，同時(shí)效率較高；提供的圓形光斑對(duì)于加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜、被工件其他部位遮擋的加工區(qū)域尤為適用，使得難加工、不能加工的區(qū)域變得能夠被加工；提供的光路校驗(yàn)，能夠快速有效的檢查光路的完好性，能夠快速的診斷光路系統(tǒng)運(yùn)行是否正常；提供的防護(hù)板、防護(hù)罩、導(dǎo)光管能夠有效的防止水、灰塵污染能量計(jì)和鏡片，從而保證了設(shè)備長期穩(wěn)定的運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于包括:上位機(jī)(112)與軌跡機(jī)器人(106)、激光器(102)、光路系統(tǒng)(103)、激光頭(109)、送水系統(tǒng)(101)、送水機(jī)器人系統(tǒng)(105)、監(jiān)控系統(tǒng)(104)連接；葉盤(107)通過夾具(108)與軌跡機(jī)器人(106)手臂末端連接，激光器(102)射出的激光經(jīng)光路系統(tǒng)(103)傳輸后通過激光頭(109)照射到葉盤(107)表面的加工區(qū)域，送水系統(tǒng)(101)的軟管與送水機(jī)器人系統(tǒng)(105)的送水機(jī)器人(110)手臂末端的噴嘴(111)連接，噴嘴(111)射出水至葉盤(107)表面的加工區(qū)域。
2.按權(quán)利要求1所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述夾具包括異形螺母(I)、連接法蘭(3)、錐體支撐件(5)、等分錐體(6)、開口脹圈(7)、壓蓋(10)、拉桿(12)及周向定位裝置，其中異形螺母(I)安裝于連接法蘭(3)的一端，所述連接法蘭(3)的另一端與錐體支撐件(5) —端的端面連接，所述等分錐體(6)套裝于錐體支撐件(5)的另一端，所述開口脹圈(7)套裝與等分錐體(6)的外側(cè)，葉盤(8)套裝于開口脹圈(7)的外側(cè)，葉盤(8)排氣側(cè)的端面與錐體支撐件(5)—端的端面相配合，所述壓蓋(10)設(shè)置于等分錐體(6)的上端，所述拉桿(12)穿過壓蓋(10)、錐體支撐件(5)及連接法蘭(3)與異形螺母(I)螺紋連接，在旋緊拉桿(12)的過程中，開口脹圈(7)不斷向外膨脹，實(shí)現(xiàn)葉盤(8)的軸向定位和徑向定位；所述周向定位裝置與錐體支撐件(5 )和葉盤(8 )連接。
3.按權(quán)利要求2所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述周向定位裝置包括銷釘(13)、連接板(14)及錐形銷釘(15)，其中連接板(14)的一端通過銷釘(13)與錐體支撐件(5)的另一端連接，連接板(14)的另一端通過錐形銷釘(15)與葉盤(8)的外圓周連接。
4.按權(quán)利要求3所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述銷釘(13)和錐形銷釘(15)與連接板(14)之間采用過盈配合。
5.按權(quán)利要求2所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述壓蓋(10)與葉盤(8)之間設(shè)有膠墊(9)。
6.按權(quán)利要求2所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述錐體支撐件(5)和等分錐體(6)相配合的錐面的錐度為7:24。
7.按權(quán)利要求2所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述等分錐體(6)t匕錐體支撐件(5)軸向長4.5mm,旋緊拉桿(12)后,等分錐體(6)的下端與錐體支撐件(5) —端的端面之間有間隙，錐體支撐件(5)的另一端與壓蓋(10)之間有間隙。
8.按權(quán)利要求2所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述拉桿(12)和壓蓋(10)之間設(shè)有平墊(11)。
9.按權(quán)利要求2所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述錐體支撐件(5)和錐形銷釘(15)采用硬鋁合金材料，所述連接法蘭(3)采用不銹鋼材料，脹圈(7)采用銅材料。
10.按權(quán)利要求2所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述連接法蘭(3)與軌跡機(jī)器人法蘭盤的連接定位。
11.按權(quán)利要求1所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述送水系統(tǒng)(101)包括:儲(chǔ)水箱(624)的箱體上部連接有進(jìn)水管(617)和溢流管(620);進(jìn)水管(617)上連接有進(jìn)水電磁閥(618 )，進(jìn)水電磁閥(618 )與上位機(jī)(112)連接，進(jìn)水管(617)末端通過水閥(616)與水源(615)連接；溢流管(620)末端與下水連接；儲(chǔ)水箱(624)底部安裝球閥A(621)，球閥A (621)通過排污管(622)與下水連接；儲(chǔ)水箱(624)的箱體外表面下部設(shè)置有水位傳感器(623)，水位傳感器(623)與上位機(jī)(112)連接；儲(chǔ)水箱(624)的箱體下部連有出水管(628)，出水管(628)上連接有球閥B (625)，出水管(628)末端與水泵(627)進(jìn)水口連接，出水口通過水流傳感器(626)與軟管(629)連接。
12.按權(quán)利要求1所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述激光頭(109)包括數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)(905)、擺臂(906)、激光頭末端(907)、大聚焦鏡(511)、小聚焦鏡(912)、小反射鏡(914 )及小反射鏡鏡座(917 );其中:數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)(905 )和大聚焦鏡(511)分別通過螺釘和鏡架安裝在光學(xué)平臺(tái)(515)上，擺臂(906)的一端固定安裝在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)(905)上；擺臂(906)的另一端與激光頭末端(907)相連接，小反射鏡鏡座(917)固定在激光頭末端(907)的端部，小反射鏡(914)鑲嵌在小反射鏡鏡座(917)的槽中，激光頭末端(907)的端部側(cè)面上設(shè)置出光(918)，小聚焦鏡(912)固定在激光頭末端(907)的出光(918)處；小反射鏡鏡座(917)與出光(918)設(shè)置的位置使得照射到小反射鏡(914)上的入射光與通過小反射鏡(914)反射出的反射光之間夾角為30-34°。
13.按權(quán)利要求12所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述擺臂(906)由連接板(910)、連接管(909)和導(dǎo)光管(908)組成；其中:連接板(910)與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)(905)之間通過螺釘固定；連接板(910)與連接管(909)之間通過軸肩定位，并由鎖緊螺釘固定；導(dǎo)光管(908)與連接管(909)之間通過軸肩定位，并由鎖緊螺釘固定。
14.按權(quán)利要求13所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述連接板(910)與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)(905)固定前在其之間墊一層膠墊保證擺臂水平；所述導(dǎo)光管(908)與連接管(909 )連接前，在連接管(909 )內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)光管(908 )，用于調(diào)整激光頭末端(7 )的出光(918 )處輸出激光的方向， 然后再擰緊螺釘進(jìn)行固定。
15.按權(quán)利要求13所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述擺臂(906)的導(dǎo)光管(908)與激光頭末端(907)之間通過軸肩定位，并由鎖定螺釘A (916)緊固。
16.按權(quán)利要求12或13所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)(905)上通過螺釘安裝有配重塊(911)，用于平衡擺臂(906)的重量，擺臂(906)、激光頭末端(907)和小反射鏡鏡座(917)均采用鋁合金材料，配重塊(911)采用不銹鋼材料。
17.按權(quán)利要求12所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述小反射鏡鏡座(917)通過M3的平頭螺釘(915)固定在激光頭末端(907)的端部；其中:小反射鏡鏡座(917)采用沉頭孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；擰緊平頭螺釘(915)之前，在螺釘(915)螺紋處、小反射鏡鏡座(917)與激光頭末端(907)的端部的結(jié)合面處涂一層紫外固化膠，擰緊螺釘后，放入紫外固化箱中固化30s，對(duì)結(jié)合面進(jìn)行密封。
18.按權(quán)利要求12所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述小反射鏡(914)鍍高反射膜，R > 99.8@1064nm ;損傷閾值為脈沖25J/cm2，10ns、2Hz，入射角為α=16±2°，波長532nm及1064nm激光在其上的16±2°角反射率達(dá)到99.5%以上。
19.按權(quán)利要求12所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述小聚焦鏡(912)通過鎖定螺釘B (913)固定在激光頭的末端(907)的出光(918)處，采用軸肩定位的方式進(jìn)行定位；其中:擰緊鎖定螺釘B (913)之前，在鎖定螺釘B (913)螺紋處、小聚焦鏡(912)邊緣與激光頭末端(907)出光(918)處的結(jié)合面處涂一層紫外固化膠，擰緊鎖定螺釘B (913)后，放入紫外固化箱中固化30s，對(duì)結(jié)合面進(jìn)行密封。
20.按權(quán)利要求12所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述小聚焦鏡(912)的鏡片損傷閾值:脈沖25J/cm2、10ns、2Hz，波長532nm及1064nm激光在其上的透射率達(dá)到99.5%以上。
21.按權(quán)利要求12所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:用于將大聚焦鏡(511)固定在光學(xué)平臺(tái)(902)上的鏡架其裝調(diào)機(jī)構(gòu)均采用4維調(diào)整機(jī)構(gòu)，大聚焦鏡(511)的鏡片損傷閾值:脈沖25J/cm2、10ns、2Hz，波長532nm及1064nm激光在其上的透射率達(dá)到99.5%以上。
22.按權(quán)利要求1所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述送水機(jī)器人系統(tǒng)(105)包括送水機(jī)器人(110)及支架(315)、流量閥(311)、電磁閥(312)和噴嘴(111);送水機(jī)器人(110)底座固定于支架(315)末端，流量閥(311)和電磁閥(312)固定于支架(315)上，送水系統(tǒng)(101)的軟管(629)依次通過流量閥(311)、電磁閥(312)與送水機(jī)器人(110)末端固定的噴嘴(111)進(jìn)水口連接；流量閥(311)、電磁閥(312 )與上位機(jī)(112)連接。
23.按權(quán)利要求1所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述監(jiān)控系統(tǒng)(104)包括聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)(316)和加工過程監(jiān)控系統(tǒng)(313);聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)(316)與上位機(jī)(112)連接，固定在送水機(jī)器人系統(tǒng)(105)的支架(315)上，并與加工的葉盤(107)同等高度，用于接收葉盤(107)加工時(shí)的聲波信息；加工過程監(jiān)控系統(tǒng)(313)與上位機(jī)(112)連接并固定于送水機(jī)器人系統(tǒng)(105)的支架(315)末端，用于接收葉盤(107)加工的視頻息。
24.按權(quán)利要求1所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)(316)采用聲音傳感器；加工過程監(jiān)控系統(tǒng)(313)采用攝像機(jī)。
25.按權(quán)利要求1所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述光路系統(tǒng)包括:安裝在光學(xué)平臺(tái)(515)上的光路一與光路二切換滑臺(tái)(501)、光路三與光路四切換滑臺(tái)(514)以及出光口滑臺(tái)(517);安裝在激光器(102)內(nèi)部用于光路切換的數(shù)控滑臺(tái)(521)；安裝在光學(xué)平臺(tái)(515)上的光路三轉(zhuǎn)臺(tái)(509)和光路一轉(zhuǎn)臺(tái)(506);安裝在光學(xué)平臺(tái)(515)上的光路三與光路四校驗(yàn)滑臺(tái)(526)和光路一與光路二校驗(yàn)滑臺(tái)(531);安裝在光學(xué)平臺(tái)(515 )上的光路二反射鏡(502 )、光路四反射鏡(512)、反射鏡A (516 )和反射鏡B (523 );安裝在光學(xué)平臺(tái)(515)上的光路一聚焦鏡(505)、光路三聚焦鏡(511)、光路二聚焦鏡(525)和光路四聚焦鏡(532)，安裝在光學(xué)平臺(tái)(515)上的光路二勻光鏡片(524)和光路四勻光鏡片(533)，所述光路二聚焦鏡(525)和光路二勻光鏡片(524)組成光路二勻光聚焦鏡組(504)，所述光路四聚焦鏡(532)和光路四勻光鏡片(533)組成光路四勻光聚焦鏡組(510);分別安裝在光路一轉(zhuǎn)臺(tái)(506)和光路三轉(zhuǎn)臺(tái)(509)上的光路一擺臂(528)和光路三擺臂(529);分別安裝在光路一擺臂(528)末端和光路三擺臂(529)末端的光路一小反射鏡(507)和光路三小反射鏡(508);分別安裝在光路一與光路二切換滑臺(tái)(501)和光路三與光路四切換滑臺(tái)(514 )上的光路一反射鏡(503 )和光路三反射鏡(513 );安裝在出光口滑臺(tái)(517 )上的反射鏡C (518)和反射鏡D (522);安裝在數(shù)控滑臺(tái)(521)上的反射鏡E (520);安裝在激光器(102)內(nèi)部的合束鏡(537);分別安裝在光路三與光路四校驗(yàn)滑臺(tái)(526)和光路一與光路二校驗(yàn)滑臺(tái)(531)上的光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)(527)和光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)(30);安裝在光學(xué)平臺(tái)(515)上的防護(hù)板(534)、防護(hù)罩(535)和導(dǎo)光管(536)。
26.按權(quán)利要求25所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述反射鏡E(520)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在數(shù)控滑臺(tái)(521)上滑動(dòng)；激光器上設(shè)置出光口 A和出光口 B ;當(dāng)反射鏡E (520)處在出光口 A正前方時(shí)，激光束A經(jīng)反射鏡E (520)反射至合束鏡(537)，再經(jīng)合束鏡(537)反射出的激光與激光束B均由出光孔B輸出；當(dāng)反射鏡E (520)處在出光口 A和出光口 B之間的位置時(shí)，激光束A和激光束B分別從出光口 A和出光口 B輸出。
27.按權(quán)利要求26所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述反射鏡C(518)和反射鏡D (522)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠同時(shí)在出光口滑臺(tái)(517)上滑動(dòng)汸出光口和B出光孔同時(shí)出光時(shí)，當(dāng)反射鏡C (518)和反射鏡D(522)分別正處于出光孔A和出光孔B的正后方時(shí)，A出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡C (518)的反射能夠反射到反射鏡C (518)左方的反射鏡A (516)上，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡D (522)的反射能夠反射到反射鏡D (522)右方的反射鏡B (523)上；只有B出光孔出光時(shí)，當(dāng)反射鏡C (518)和反射鏡D (522)分別正處于出光孔A和出光孔B的后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡D (522)的反射可以反射到反射鏡D (522)右方的反射鏡B (523)上；只有B出光孔出光時(shí)，當(dāng)只有反射鏡C (518)正處于出光孔B的后方時(shí)，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡C (518)的反射可以反射到反射鏡C (518)左方的反射鏡A (516)上。
28.按權(quán)利要求27所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述光路一反射鏡(503)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在光路一與光路二切換滑臺(tái)(501)上滑動(dòng)；當(dāng)反射鏡B (523)上有激光束反射出來時(shí)，光路一反射鏡(503)正處于反射鏡B (523)反射光路的正后方時(shí)，反射鏡B (523)反射來激光經(jīng)光路一反射鏡(503)反射到光路一反射鏡(503)左方的光路I聚焦鏡(505)上；當(dāng)反射鏡B (523)上有激光束反射出來時(shí)，光路一反射鏡(503)不處于反射鏡B (523)反射光路的正后方時(shí)，反射鏡B (523)反射來激光經(jīng)光路二反射鏡(502)反射到光路二反射鏡(502)左方的光路二勻光聚焦鏡組(504)上。
29.按權(quán)利要 求27所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述光路三反射鏡(513)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在光路三與光路四切換滑臺(tái)(514)上滑動(dòng)；當(dāng)反射鏡A (516)上有激光束反射出來時(shí)，光路三反射鏡(513)正處于反射鏡A (516)反射光路的正后方時(shí)，反射鏡A (516)反射來的激光經(jīng)光路三反射鏡(513)反射到光路三反射鏡(513)右方的光路三聚焦鏡(511)上；當(dāng)反射鏡A (516)上有激光束反射出來時(shí)，光路三反射鏡(513)不處于反射鏡A (516)反射光路的正后方時(shí),反射鏡A (516)反射來的激光經(jīng)光路四反射鏡(512)反射到光路四反射鏡(512)右方的光路四勻光聚焦鏡組(510)上。
30.按權(quán)利要求28所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述光路一擺臂(528)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)旁的旋鈕，能夠圍繞光路一轉(zhuǎn)臺(tái)(506)的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)光路一聚焦鏡(505)有激光輸出時(shí)，光路一擺臂(528)擺至光路一小反射鏡(507)正好處于光路一聚焦鏡(505)輸出光路的正左方時(shí)，光路一小反射鏡(507)將經(jīng)光路一聚焦鏡(505)輸出的激光反射到工件表面，形成直徑為2-5mm的光強(qiáng)均勻的圓形光斑；當(dāng)不需光路一工作時(shí)，光路一擺臂(528)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至光學(xué)平臺(tái)上。
31.按權(quán)利要求29所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述光路三擺臂(529)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)旁的旋鈕，能夠圍繞光路三轉(zhuǎn)臺(tái)(509)的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)光路三聚焦鏡(511)有激光輸出時(shí)，光路三擺臂(529)擺至光路三小反射鏡(508)正好處于光路三聚焦鏡(511)輸出光路的正右方時(shí)，光路三小反射鏡(508)將經(jīng)光路三聚焦鏡(511)輸出的激光反射到工件表面，形成直徑為2-5mm的光強(qiáng)均勻的圓形光斑；當(dāng)不需光路三工作時(shí)，光路三擺臂(529)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至光學(xué)平臺(tái)上。
32.按權(quán)利要求28所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:當(dāng)光路二勻光聚焦鏡組(504)有激光束輸入時(shí)，光路二聚焦鏡(525)輸出的激光照射到工件表面，形成邊長為2-5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑。
33.按權(quán)利要求29所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:當(dāng)光路四勻光聚焦鏡組(510 )有激光束輸入時(shí)，光路四聚焦鏡(532 )輸出的激光照射到工件表面，形成邊長為2-5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑。
34.按權(quán)利要求25所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)(530)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在光路一與光路二校驗(yàn)滑臺(tái)(531)上滑動(dòng)；光路一擺臂(528)和光路三擺臂(529)均處于不工作狀態(tài)，校驗(yàn)光路一的完好性時(shí)，光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)(530)移動(dòng)到光路一聚焦鏡(505)的正后方，選擇從光路一中輸出激光，測(cè)量光路一輸出的能量，與激光器輸出的能量做對(duì)比；校驗(yàn)光路二的完好性時(shí)，光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)(530)移動(dòng)到光路二聚焦鏡(525)的正后方，選擇從光路二中輸出激光，測(cè)量光路二輸出的能量，與激光器輸出的能量做對(duì)比；當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行沖擊強(qiáng)化加工時(shí)，光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)(530)移動(dòng)到不遮擋光路的地方。
35.按權(quán)利要求25所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)(527)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下或手動(dòng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)后端的旋鈕，能夠在光路三與光路四校驗(yàn) 滑臺(tái)(526)上滑動(dòng)；光路一擺臂(528)和光路三擺臂(529)均處于不工作狀態(tài)，校驗(yàn)光路三的完好性時(shí)，光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)(502)移動(dòng)到光路三聚焦鏡(511)的正后方，選擇從光路三中輸出激光，測(cè)量光路三輸出的能量，與激光器輸出的能量做對(duì)比；校驗(yàn)光路四的完好性時(shí)，光路三與光路四校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)(527)移動(dòng)到光路四聚焦鏡(532)的正后方，選擇從光路四中輸出激光，測(cè)量光路四輸出的能量，與激光器輸出的能量做對(duì)比；當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行沖擊強(qiáng)化加工時(shí)，光路一與光路二校驗(yàn)?zāi)芰坑?jì)(527)移動(dòng)到不遮擋光路的地方。
36.按權(quán)利要求30-33任一所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:當(dāng)只由出光口 B出光時(shí)，當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8_25ns、光束直徑<27mm,發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路一或光路三能夠輸出激光光斑直徑為2_5mm的光強(qiáng)均勻的圓形光斑；當(dāng)只由出光口 B出光時(shí)，當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8-25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路二或光路四能夠輸出激光光斑為邊長2_5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑。
37.按權(quán)利要求30-33任一所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:當(dāng)出光口A和出光口 B同時(shí)出光時(shí)，當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8_25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路一和光路三能夠輸出激光光斑直徑為2_5mm的光強(qiáng)均勻的圓形光斑；當(dāng)出光口 A和出光口 B同時(shí)出光時(shí)，當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8-25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路二和光路四能夠輸出激光光斑為邊長2-5mm的光強(qiáng)均勻的方形光斑。
38.按權(quán)利要求30-33任一所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8_25ns、光束直徑< 27臟，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路一和光路三的能量損失< 6% ;當(dāng)輸入波長為1064nm、單脈沖能量為3-20J、脈寬為8-25ns、光束直徑< 27mm，發(fā)散角< 3mrad的激光束時(shí)，光路二和光路四的能量損失< 10% 。
39.按權(quán)利要求1所述的整體葉盤激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述激光器(102)產(chǎn)生脈寬8~25ns 的短脈沖、頻率O~10Hz、光束直徑< 27mm、單脈沖能量< 25J的激光。
【文檔編號(hào)】C21D10/00GK103882188SQ201210566152
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月24日
【發(fā)明者】喬紅超, 劉偉軍, 趙吉賓, 于彥鳳 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所