一種激光矯直的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種基于激光沖擊波技術(shù)的工件矯直的方法和裝置，工件矯形精度高，對(duì)工件原有表面損傷小，矯形后的工件不需要后續(xù)加工。本發(fā)明的一種激光矯直方法是在工件用水、油脂或清漆作為約束層，然后用強(qiáng)激光束輻照工件特定部位，使工件在沖擊波作用下發(fā)生彎曲變形，從而達(dá)到矯直的目的。激光矯直裝置由回轉(zhuǎn)臺(tái)、光學(xué)測量儀、激光發(fā)生器、尾架、平動(dòng)工作臺(tái)、工作臺(tái)控制裝置、計(jì)算機(jī)、激光發(fā)生器控制裝置組成。其中回轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在平動(dòng)工作臺(tái)的左側(cè)，尾架安裝在工作臺(tái)的右側(cè)；平動(dòng)工作臺(tái)及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)均與工作臺(tái)控制裝置連接；工作臺(tái)控制裝置與計(jì)算機(jī)連接；激光發(fā)生器與激光發(fā)生器控制裝置連接，激光發(fā)生器控制裝置與計(jì)算機(jī)連接；光學(xué)測量儀與計(jì)算機(jī)連接。
【專利說明】一種激光矯直的方法和裝置
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械加工領(lǐng)域，特指一種基于激光沖擊波技術(shù)的機(jī)械工件矯直的方法和裝置。
【背景技術(shù)】:
[0002]常用工件矯直方法有熱壓、冷壓或敲擊法。冷壓法所需壓力較大，需要專用壓力機(jī)；熱壓只適用于工件尺寸精度較低且不需熱處理的工件，否則需重新進(jìn)行熱處理和外形修整加工，而敲擊法只適用于尺寸不大的工件。常規(guī)的工件矯直精度都比較低，但對(duì)于精確度要求高的大工件，則上述方法均不適用。張?jiān)戚x等提出的“軸件量測矯直自動(dòng)化系統(tǒng)”(中國專利申請?zhí)?97103751.5 )包括進(jìn)料機(jī)構(gòu)、量測與矯直機(jī)構(gòu)及、收料機(jī)構(gòu)，藉由進(jìn)料機(jī)構(gòu)將軸件依序進(jìn)料，再以該量測機(jī)構(gòu)搜尋出軸件的最高偏擺量及其角度位置，并依據(jù)所得的偏擺量決定矯直機(jī)構(gòu)所需進(jìn)行的矯直量，于矯直后，量測機(jī)構(gòu)再一次量測出軸件最高偏擺量及偏擺角度，由此以建立自我學(xué)習(xí)模態(tài)，藉由不斷修正矯直量，以縮短矯直時(shí)間。該發(fā)明為一種冷壓矯直方法，矯直精度較高，但該發(fā)明的裝置為一種專用的矯直設(shè)備，投資較大，對(duì)于單件或小批量零件矯直，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于激光沖擊波技術(shù)的工件矯直的方法和裝置，工件矯形精度高，對(duì)工件原有表面損傷小，矯形后的工件不需要后續(xù)加工。
[0004]技術(shù)方案，原理是在工件表面噴涂黑漆作為吸收層，如果對(duì)工件的激光沖擊部位表面精度無要求，可以不噴涂黑漆，用水、油脂或清漆作為約束層，然后用強(qiáng)激光束輻照工件特定部位，使工件在沖擊波作用下發(fā)生彎曲變形，從而達(dá)到矯直的目的。
[0005]本發(fā)明實(shí)施的裝置是:包括回轉(zhuǎn)臺(tái)、光學(xué)測量儀、激光發(fā)生器、尾架、平動(dòng)工作臺(tái)、工作臺(tái)控制裝置、計(jì)算機(jī)、激光發(fā)生器控制裝置組成。
[0006]其中回轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在平動(dòng)工作臺(tái)的左側(cè)，尾架安裝在工作臺(tái)的右側(cè)；工件一端安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，另一端安裝尾架上，將光學(xué)測量儀安裝在工件軸線所在水平面上，并使光學(xué)測量儀發(fā)出的光束與工件軸線垂直平動(dòng)工作臺(tái)及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)均與工作臺(tái)控制裝置連接；工作臺(tái)控制裝置與計(jì)算機(jī)連接；激光發(fā)生器與激光發(fā)生器控制裝置連接，激光發(fā)生器控制裝置與計(jì)算機(jī)連接；光學(xué)測量儀與計(jì)算機(jī)連接。
[0007]本發(fā)明的實(shí)施過程如下:
[0008]1.在工件表面噴涂黑漆作為吸收層，干燥后噴涂一層清漆作為約束層，或在黑色表面涂布一層礦物油作為約束層；
[0009]2.將工件一端安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，另一端安裝尾架上；
[0010]3.將光學(xué)測量儀安裝在工件軸線所在水平面上，并使光學(xué)測量儀發(fā)出的光束與工件軸線垂直；
[0011]4.計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置，工作臺(tái)控制裝置控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，光學(xué)測量儀檢測工件的圓跳動(dòng)，并將檢測數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)；
[0012]5.計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置，工作臺(tái)控制裝置控制平動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一定距離；
[0013]6.計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置，工作臺(tái)控制裝置控制回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周，光學(xué)測量儀測量工件的圓跳動(dòng)，并將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)；
[0014]7.重復(fù)步驟5、6，直至將工件檢測完畢；
[0015]8.計(jì)算機(jī)根據(jù)檢測數(shù)據(jù)建立工件三維模型，計(jì)算工件彎曲量和彎曲方向，并確定激光沖擊位置和各沖擊點(diǎn)的激光參數(shù)；
[0016]9.計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置，使平動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)到指定位置；
[0017]10.計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給激光發(fā)生器控制裝置，激光發(fā)生器控制裝置控制激光發(fā)生器按計(jì)算機(jī)指令參數(shù)發(fā)出激光脈沖；激光脈沖穿過工件表面的清漆或油脂、水等約束層后，輻照在工件表面的黑漆吸收層上，吸收層材料吸收激光能量后發(fā)生爆炸，產(chǎn)生沖擊波，工件在沖擊波作用下發(fā)生彎曲變形；
[0018]所示步驟10中的激光參數(shù)和工件變形分為兩種情況:
[0019]10.1當(dāng)工件尺寸較小時(shí)，采用大能量激光脈沖，使工件在激光沖擊波作用下發(fā)生小曲率塑性彎曲變形，如圖5所示；
[0020]10.2當(dāng)工件尺度較大時(shí)，采用較小能量激光脈沖，工件表面在激光沖擊波作用下發(fā)生局部塑性變形，塑性變形區(qū)對(duì)周圍材料產(chǎn)生擠壓形成壓應(yīng)力，如圖3所示，在激光脈沖結(jié)束后，塑性變形區(qū)周圍材料積蓄的彈性變形能釋放，使工件發(fā)生沿激光輻照方向拱起的反向彎曲變形，如圖4所示；
[0021]11.計(jì)算機(jī)按照步驟8確定的沖擊點(diǎn)和激光參數(shù)，發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置，工作臺(tái)控制裝置控制平動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨后計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給激光發(fā)生器控制裝置控制激光發(fā)生器按指令規(guī)定參數(shù)發(fā)出激光脈沖，對(duì)下一點(diǎn)進(jìn)行沖擊；
[0022]12.重復(fù)步驟9?11，裝置步驟確定的沖擊點(diǎn)全部沖擊完成；
[0023]13.重復(fù)步驟4?11，對(duì)工件進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)矯正。
[0024]有益效果:本發(fā)明的裝置及方法因激光參數(shù)可控性好，可根據(jù)工件形狀和彎曲變形量調(diào)節(jié)激光參數(shù)，能夠達(dá)到較高的矯正精度，且對(duì)工件表面損傷小，矯正后只需去除殘存黑漆即可投入使用，另外，本發(fā)明的裝置硬件上只需在原有激光設(shè)備基礎(chǔ)上增加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)和一個(gè)尾架即可用于工件矯直，工件矯直成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0025]下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0026]圖1激光矯直裝置結(jié)構(gòu)圖
[0027]圖2激光矯直裝置俯視圖
[0028]圖3大尺度工件表面塑性變形示意圖
[0029]圖4大尺度工件表面回彈使工件發(fā)生反向彎曲示意圖
[0030]圖5小尺度工件沖擊彎曲示意圖
[0031]1.回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 2.工件 3.光學(xué)測量儀 4.測量光束 5.激光發(fā)生器
6.激光束 7.尾架8.平動(dòng)工作臺(tái) 9.工作臺(tái)控制裝置 10.計(jì)算機(jī) 11.激光發(fā)生器控制裝置 12.塑性變形區(qū) 13.塑性變形區(qū)邊界 14.壓應(yīng)力【具體實(shí)施方式】:
[0032]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明提出的具體裝置的細(xì)節(jié)和工作情況。
[0033]本發(fā)明實(shí)施的裝置由回轉(zhuǎn)臺(tái)1、光學(xué)測量儀3、激光發(fā)生器5、尾架7、平動(dòng)工作臺(tái)8、工作臺(tái)控制裝置9、計(jì)算機(jī)10、激光發(fā)生器控制裝置11組成。
[0034]其中回轉(zhuǎn)臺(tái)I安裝在平動(dòng)工作臺(tái)8的左側(cè)，尾架7安裝在平動(dòng)工作臺(tái)8的右側(cè)，工件2 —端安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)I上，另一端安裝尾架7上，將光學(xué)測量儀3安裝在工件2軸線所在水平面上，并使光學(xué)測量儀3發(fā)出的光束與工件2軸線垂直；平動(dòng)工作臺(tái)8及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)I均與工作臺(tái)控制裝置9連接；工作臺(tái)控制裝置9與計(jì)算機(jī)10連接；激光發(fā)生器5與激光發(fā)生器控制裝置11連接，激光發(fā)生器控制裝置11與計(jì)算機(jī)10連接；光學(xué)測量儀3與計(jì)算機(jī)10連接。如圖1、圖2所示。
[0035]實(shí)施例一:
[0036]1.在工件2表面噴涂黑漆作為吸收層，干燥后噴涂一層清漆作為約束層；
[0037]2.將工件2 —端安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)I上，另一端安裝尾架7上；
[0038]3.將光學(xué)測量儀3安裝在工件2軸線所在水平面上，并使光學(xué)測量儀3發(fā)出的光束與工件2軸線垂直；
[0039]4.計(jì)算機(jī)10發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置9，工作臺(tái)控制裝置9控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)I轉(zhuǎn)動(dòng)一周，光學(xué)測量儀3檢測工件2的圓跳動(dòng)，并將檢測數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)10 ；
[0040]5.計(jì)算機(jī)10發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置9，工作臺(tái)控制裝置9控制平動(dòng)工作臺(tái)8
移動(dòng)一定距離；
[0041]6.計(jì)算機(jī)10發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置9，工作臺(tái)控制裝置9控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)I旋轉(zhuǎn)一周，光學(xué)測量儀3測量工件2的圓跳動(dòng)，并將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)10 ；
[0042]7.重復(fù)步驟5、6，直至將工件2檢測完畢；
[0043]8.計(jì)算機(jī)10根據(jù)檢測數(shù)據(jù)建立工件2三維模型，計(jì)算工件2彎曲量和彎曲方向，并確定激光沖擊位置和各沖擊點(diǎn)的激光參數(shù)；
[0044]9.計(jì)算機(jī)10發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置9，使平動(dòng)工作臺(tái)8移動(dòng)到指定位置；
[0045]10.計(jì)算機(jī)10發(fā)出指令給激光發(fā)生器控制裝置11，激光發(fā)生器控制裝置11控制激光發(fā)生器5按計(jì)算機(jī)10的指令參數(shù)發(fā)出激光脈沖；激光脈沖穿過工件2表面的清漆約束層后，輻照在工件2表面的黑漆吸收層上，吸收層材料吸收激光能量后發(fā)生爆炸，產(chǎn)生沖擊波，工件2在沖擊波作用下發(fā)生彎曲變形；如圖3、圖4所示。
[0046]所示步驟10中的激光參數(shù)和工件2的變形分為兩種情況:
[0047]10.1當(dāng)工件2尺度較小時(shí)，采用大能量激光脈沖，使工件2在激光沖擊波作用下發(fā)生小曲率塑性彎曲變形，如圖5所示；
[0048]10.2當(dāng)工件2尺度較大時(shí)，采用較小能量激光脈沖，工件2表面在激光沖擊波作用下發(fā)生局部塑性變形，塑性變形區(qū)12對(duì)周圍材料產(chǎn)生擠壓形成壓應(yīng)力，如圖3所示，在激光脈沖結(jié)束后，塑性變形區(qū)周圍材料積蓄的彈性變形能釋放，使工件2發(fā)生沿激光輻照方向拱起的反向彎曲變形，如圖4所示；
[0049]11.計(jì)算機(jī)10按照步驟8確定的沖擊點(diǎn)和激光參數(shù)，發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置9，工作臺(tái)控制裝置9控制平動(dòng)工作臺(tái)8移動(dòng)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)I轉(zhuǎn)動(dòng)，隨后計(jì)算機(jī)10發(fā)出指令給激光發(fā)生器控制裝置11控制激光發(fā)生器5按指令規(guī)定參數(shù)發(fā)出激光脈沖，對(duì)下一點(diǎn)進(jìn)行沖擊；
[0050]12.重復(fù)步驟9?11，裝置步驟確定的沖擊點(diǎn)全部沖擊完成；
[0051]13.重復(fù)步驟4?11，對(duì)工件2進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)矯正。
[0052]實(shí)施例二:
[0053]在工件2表面噴涂黑漆作為吸收層，干燥后涂布一層礦物油作為約束層；其他步驟與實(shí)施例一相同。
【權(quán)利要求】
1.一種激光矯直裝置，包括回轉(zhuǎn)臺(tái)(1)、光學(xué)測量儀(3)、激光發(fā)生器(5)、尾架(7)、平動(dòng)工作臺(tái)(8)、工作臺(tái)控制裝置(9)、計(jì)算機(jī)(10)、激光發(fā)生器控制裝置(1)，回轉(zhuǎn)臺(tái)(1)安裝在平動(dòng)工作臺(tái)(8)的一側(cè)，尾架(7)安裝在平動(dòng)工作臺(tái)(8)的另一側(cè)；工件(2)—端安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(1)上，另一端安裝尾架(7)上，將光學(xué)測量儀(3)安裝在工件(2)軸線所在水平面上，并使光學(xué)測量儀(3)發(fā)出的光束與工件(2)軸線垂直；平動(dòng)工作臺(tái)(8)及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(1)均與工作臺(tái)控制裝置(9)連接；工作臺(tái)控制裝置(9)與計(jì)算機(jī)(10)連接；激光發(fā)生器(5 )與激光發(fā)生器控制裝置(11)連接，激光發(fā)生器控制裝置(11)與計(jì)算機(jī)(10 )連接；光學(xué)測量儀(3)與計(jì)算機(jī)(10)連接，計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)有可調(diào)節(jié)能量激光脈沖的軟件。
2.一種激光沖擊矯直的方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1所述的激光矯直裝置，在工件表面用水或油脂或清漆作為約束層，然后用強(qiáng)激光束輻照工件特定部位，使工件在沖擊波作用下發(fā)生彎曲變形，從而達(dá)到矯直的目的，具體過程如下: (O噴涂一層清漆作為約束層，或在黑色表面涂布一層礦物油作為約束層； (2)將工件一端安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，另一端安裝尾架上； (3)將光學(xué)測量儀安裝在工件軸線所在水平面上，并使光學(xué)測量儀發(fā)出的光束與工件軸線垂直； (4)計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置，工作臺(tái)控制裝置控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，光學(xué)測量儀檢測工件的圓跳動(dòng)，并將檢測數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)； (5)計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置，工作臺(tái)控制裝置控制平動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一定距離； (6)計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置，工作臺(tái)控制裝置控制回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周，光學(xué)測量儀測量工件的圓跳動(dòng)，并將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)； (7)重復(fù)步驟(5)、(6)，直至將工件檢測完畢； (8)計(jì)算機(jī)根據(jù)檢測數(shù)據(jù)建立工件三維模型，計(jì)算工件彎曲量和彎曲方向，并確定激光沖擊位置和各沖擊點(diǎn)的激光參數(shù)； (9)計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置，使平動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)到指定位置； (10)計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給激光發(fā)生器控制裝置，激光發(fā)生器控制裝置控制激光發(fā)生器按計(jì)算機(jī)指令參數(shù)發(fā)出激光脈沖；激光脈沖穿過工件表面的清漆或油脂或水約束層后，輻照在工件表面的黑漆吸收層上，吸收層材料吸收激光能量后發(fā)生爆炸，產(chǎn)生沖擊波，工件在沖擊波作用下發(fā)生彎曲變形； 所示步驟(10)中的激光參數(shù)和工件變形分為兩種情況: (10.1)當(dāng)工件尺寸較小時(shí)，采用大能量激光脈沖，使工件在激光沖擊波作用下發(fā)生小曲率塑性彎曲變形，如圖5所示； (10.2)當(dāng)工件尺度較大時(shí)，采用較小能量激光脈沖，工件表面在激光沖擊波作用下發(fā)生局部塑性變形，塑性變形區(qū)對(duì)周圍材料產(chǎn)生擠壓形成壓應(yīng)力，如圖3所示，在激光脈沖結(jié)束后，塑性變形區(qū)周圍材料積蓄的彈性變形能釋放，使工件發(fā)生沿激光輻照方向拱起的反向彎曲變形； (11)計(jì)算機(jī)按照步驟(8)確定的沖擊點(diǎn)和激光參數(shù)，發(fā)出指令給工作臺(tái)控制裝置，工作臺(tái)控制裝置控制平動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨后計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給激光發(fā)生器控制裝置控制激光發(fā)生器按指令規(guī)定參數(shù)發(fā)出激光脈沖，對(duì)下一點(diǎn)進(jìn)行沖擊；(12)重復(fù)步驟(9)~(11)，裝置步驟確定的沖擊點(diǎn)全部沖擊完成； (13).重復(fù)步驟(4)~(11)，對(duì)工件進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)矯正。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種激光沖擊矯直的方法，其特征在于工件表面噴涂黑漆作為吸收層。
【文檔編號(hào)】B23K26/00GK103722289SQ201310716660
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】顧永玉, 馮愛新, 張永康, 肖愛民 申請人:江蘇大學(xué)