一種基于爆轟波壓力和溫度預(yù)測(cè)激光修整砂輪質(zhì)量的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于等離子體爆轟波壓力和溫度測(cè)量，預(yù)測(cè)激光修整砂輪質(zhì)量的方法，包括以下步驟：步驟1、調(diào)整平面反射鏡片（2）的位置，使激光光源成45°入射角入射；步驟2、利用水平儀，調(diào)整平面反射鏡片（2）、擴(kuò)束鏡片（3）、凹面反射鏡片（4）、球面反射鏡（5）的位置，使得各鏡片的中心線在同一水平面上，擴(kuò)束鏡片（3）到凹面反射鏡片（4）的光程為凹面反射鏡片（4）的焦距；步驟3、調(diào)整球面反射鏡（5）的位置使得平行光成45°入射角照射到球面反射鏡5，且球面反射鏡（5）發(fā)射出的平行光路經(jīng)過等離子體爆轟波被測(cè)區(qū)域。
【專利說明】一種基于爆轟波壓力和溫度預(yù)測(cè)激光修整砂輪質(zhì)量的方法
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于爆轟波壓力和溫度的測(cè)量，預(yù)測(cè)砂輪質(zhì)量的方法，尤其涉及一種基于等離子體爆轟波壓力和溫度預(yù)測(cè)激光修整砂輪質(zhì)量的方法。
[0002]背景發(fā)明
[0003]激光修整作為一種新型修整方法，是基于激光輻照在砂輪表面發(fā)生熔化、氣化(或升華)和相關(guān)的質(zhì)量遷移現(xiàn)象(即燒蝕)。用激光修整砂輪時(shí)，因?yàn)榻Y(jié)合劑材料與超硬磨料的物理性質(zhì)相差較大，使超硬磨料達(dá)到熔點(diǎn)的激光功率密度比使結(jié)合劑達(dá)到熔點(diǎn)的激光功率密度高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此通過控制修整的激光工藝參數(shù)，可以選擇性去除結(jié)合劑或磨粒，獲得良好的地形地貌?；诩す饩哂邢喔尚院谩紊院谩⒛芰棵芏燃械葍?yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的加工工藝相比較與機(jī)械法、電火花法等傳統(tǒng)的修整方法相比，其具有適應(yīng)范圍廣、修整精度高、熱影響區(qū)域小、高效環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]等離子體爆轟波是激光束聚焦介質(zhì)，當(dāng)聚焦點(diǎn)的激光功率密度達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí)，介質(zhì)將被擊穿變成高溫等離子體，等離子體進(jìn)一步吸收激光能量后，沿激光入射角的方向形成爆轟波。激光修整砂輪時(shí)，被激光輻照區(qū)域的溫升十分迅速，瞬時(shí)急劇熔化、氣化產(chǎn)生爆炸，使金屬蒸氣和熔融物從加工區(qū)高速噴射出來，熔融物高速噴射所產(chǎn)生的反沖力，又在加工區(qū)形成強(qiáng)烈的沖擊波，使熔融材料飛濺出來，此過程便產(chǎn)生等離子體爆轟波，所產(chǎn)生的等離子體爆轟波對(duì)激光能量的傳輸、機(jī)理研究起著至關(guān)重要的作用。具體到激光燒蝕砂輪時(shí)，等離子爆轟波的狀態(tài)、壓力分布和溫度分布反映著砂輪表面的燒蝕情況。因此，研究等離子爆轟波溫度和壓力有助于解決激光修整砂輪質(zhì)量在線檢測(cè)。
[0005]文獻(xiàn)《激光作用鋁靶爆轟波流場(chǎng)觀測(cè)與理論分析》中，觀測(cè)強(qiáng)激光作用鋁靶時(shí)爆轟波流場(chǎng)演化過程，分析爆轟波衰減規(guī)律。光學(xué)儀器中心位置在同一條直線上，這不利于消除慧差和像散誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的旨在找到一種基于等離子體爆轟波壓力和溫度測(cè)量，預(yù)測(cè)激光修整砂輪質(zhì)量的方法，該方法將被測(cè)的等離子體爆轟波置于由激光光源和光學(xué)元件構(gòu)建成的平行光路中，通過等離子體爆轟波流場(chǎng)對(duì)光線的偏折程度反映流場(chǎng)的密度梯度分布，再根據(jù)沖擊波運(yùn)動(dòng)的自相似性，采用點(diǎn)爆炸模型和沖擊波基本關(guān)系式，得到修整時(shí)波陣面壓力和溫度隨時(shí)間變化的規(guī)律，修整后采用超景深拍攝砂輪表面質(zhì)量，多次試驗(yàn)得到等離子體爆轟波溫度和壓力的最大值與激光修整砂輪表面質(zhì)量相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，根據(jù)已做的實(shí)驗(yàn)可知，有以下三種規(guī)律:①當(dāng)爆轟波壓力和溫度最大值分別小于60Mpa和1.3 X IO7K時(shí)，砂輪表面突出磨粒較少，且金剛石磨粒突出高度沒有達(dá)到磨粒的2/3，砂輪表面沒有合適的容屑空間，金剛石磨粒沒有產(chǎn)生微裂紋和石墨化層，砂輪不具有良好的磨削性能，如圖1所示；②當(dāng)爆轟波壓力和溫度最大值分別大于60Mpa和1.3 X IO7K而小于85Mpa和2.8 X IO7K時(shí)，砂輪表面金剛石磨粒突出合適的高度，突出的磨粒數(shù)量較多，砂輪表面具有合適的容屑空間，金剛石磨粒沒有產(chǎn)生微裂紋和石墨化層，砂輪具有良好的磨削性能，如圖2所示；③當(dāng)爆轟波壓力和溫度最大值分別大于85Mpa和2.8 X IO7K時(shí)，砂輪表面金剛石磨粒突出數(shù)量較多，金剛石磨粒石墨化程度劇烈，同時(shí)有明顯的裂紋產(chǎn)生，大大降低了砂輪的磨削能力，如圖3所示。當(dāng)激光修整砂輪時(shí)，計(jì)算爆轟波壓力和溫度的最大值，根據(jù)以上三種規(guī)律便可實(shí)現(xiàn)激光修整砂輪表面質(zhì)量的在線檢測(cè)。 [0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是提供了一種測(cè)量激光修整砂輪等離子體爆轟波壓力和溫度，預(yù)測(cè)砂輪質(zhì)量的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1、調(diào)整平面反射鏡片2的位置，使激光光源成45°入射角入射。
[0009]步驟2、利用水平儀，調(diào)整平面反射鏡片2、擴(kuò)束鏡片3、凹面反射鏡片4、球面反射鏡5的位置，使得各鏡片的中心線在同一水平面上，擴(kuò)束鏡片3到凹面反射鏡片4的光程為凹面反射鏡片4的焦距。
[0010]步驟3、調(diào)整球面反射鏡5的位置使得平行光成45°入射角照射到球面反射鏡5，且球面反射鏡5發(fā)射出的平行光路經(jīng)過等離子體爆轟波被測(cè)區(qū)域。
[0011]步驟4、在等離子體爆轟波另一端安裝球面反射鏡7，調(diào)整球面反射鏡7使得平行光成45°入射角入射后照射到凹面反射鏡片8。
[0012]步驟5、在凹面反射鏡片8的焦點(diǎn)位置安裝刀口 9，調(diào)整刀口 9使得其切割光源的像。
[0013]步驟6、調(diào)整聞速相機(jī)10的位直以犾取聞質(zhì)量圖像。
[0014]步驟7、將脈沖發(fā)生器14與光纖激光器13和激光光源I連接，控制器12分別于脈沖發(fā)生器14和高速攝影機(jī)10相連。
[0015]步驟8、接通電源，將光纖激光器功率值、重復(fù)頻率、修整時(shí)間、磨床軸向進(jìn)給速度以及砂輪轉(zhuǎn)速設(shè)置為所需值。
[0016]步驟9、控制臺(tái)啟動(dòng)高速攝影機(jī),當(dāng)相機(jī)轉(zhuǎn)鏡達(dá)到4X 105-6X 105r/min的穩(wěn)定高轉(zhuǎn)速后，啟動(dòng)脈沖信號(hào)發(fā)生器。
[0017]步驟10、計(jì)算機(jī)中導(dǎo)出由高速攝影機(jī)拍攝的圖像；
[0018]步驟11、根據(jù)提取的圖片數(shù)據(jù)，按照以下公式計(jì)算出波陣面的傳播距離R(t)
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種基于等離子體爆轟波壓力和溫度的測(cè)量，預(yù)測(cè)激光修整砂輪質(zhì)量的方法，包括以下步驟: 步驟1、調(diào)整平面反射鏡片(2)的位置，使激光光源成45°入射角入射； 步驟2、利用水平儀，調(diào)整平面反射鏡片(2)、擴(kuò)束鏡片(3)、凹面反射鏡片(4)、球面反射鏡(5)的位置，使得各鏡片的中心線在同一水平面上，擴(kuò)束鏡片(3)到凹面反射鏡片(4)的光程為凹面反射鏡片(4)的焦距； 步驟3、調(diào)整球面反射鏡(5)的位置使得平行光成45°入射角照射到球面反射鏡(5)，且球面反射鏡(5)發(fā)射出的平行光路經(jīng)過等離子體爆轟波被測(cè)區(qū)域； 步驟4、在等離子體爆轟波另一端安裝球面反射鏡(7)，調(diào)整球面反射鏡7使得平行光成45°入射角入射后照射到凹面反射鏡片(8); 步驟5、在凹面反射鏡片(8)的焦點(diǎn)位置安裝刀口(9)，調(diào)整刀口(9)使得其切割光源的像； 步驟6、調(diào)整聞速相機(jī)(10)的位置以獲取聞質(zhì)量圖像； 步驟7、將脈沖發(fā)生器(14)與光纖激光器(13)、激光光源(I)連接，控制器(12)分別與脈沖發(fā)生器(14)和高速攝影機(jī)(10)相連； 步驟8、接通電源，將光纖激光器(13 )功率值、重復(fù)頻率、修整時(shí)間、磨床軸向進(jìn)給速度以及砂輪轉(zhuǎn)速設(shè)置為所需值； 步驟9、控制臺(tái)啟動(dòng)高速攝影機(jī)(10),當(dāng)相機(jī)轉(zhuǎn)鏡達(dá)到4X 105-6X 105r/min的穩(wěn)定高轉(zhuǎn)速后，啟動(dòng)脈沖信號(hào)發(fā)生器，其中，一路信號(hào)啟動(dòng)光纖激光器(13),另一路信號(hào)啟動(dòng)激光光源(I); 步驟10、計(jì)算機(jī)(11)中導(dǎo)出由高速攝影機(jī)(10)拍攝的圖像； 步驟11、根據(jù)提取的圖片數(shù)據(jù)，按照以下公式計(jì)算出波陣面的傳播距離R(t)
【文檔編號(hào)】B23K26/36GK103612013SQ201310593927
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】周聰, 張玲, 陳根余, 鄧輝, 周興才, 王大偉, 陳俊, 張勇, 蔡頌 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)