一種整體葉盤激光沖擊強化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種整體葉盤激光沖擊強化方法，該方法首先將整體葉盤通過夾具安裝在軌跡機器人末端的法蘭盤上，然后將光路系統(tǒng)依次設(shè)定為光路三（9）工作、光路一（15）工作、光路四（10）工作、光路二（14）工作、光路四（10）工作和光路二（14）工作，依次分別對整體葉盤葉片的葉背后緣區(qū)域（3）、葉盆前緣區(qū)域（6）、葉盆后緣區(qū)域（4）、葉背前緣區(qū)域（1）、葉盆葉尖區(qū)域（5）和葉背葉尖區(qū)域（2）進行激光沖擊強化。本發(fā)明激光沖擊強化方法簡單，葉盤激光沖擊強化后，殘余壓應(yīng)力可達300MPa以上，高頻振動疲勞壽命提高約6～30倍以上，工件變形較小。
【專利說明】一種整體葉盤激光沖擊強化方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用在航空發(fā)動機整體葉盤葉片表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種整體葉盤激光沖擊強化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光沖擊強化技術(shù)是利用強激光束產(chǎn)生的等離子沖擊波，可在深度大于Imm的工件表面產(chǎn)生壓縮表面殘余應(yīng)力，提高葉片的抗損傷裕度及疲勞性能，與冷擠壓、噴丸等金屬材料表面強化手段相比，具有非接觸、無熱影響區(qū)、可控性強以及強化效果顯著等突出優(yōu)點。經(jīng)激光沖擊強化的葉片的抗異物破壞能力和疲勞性能大幅度提升，甚至已強化葉片邊緣缺口小于3mm時，其使用壽命仍與完好的未強化葉片相當(dāng)。
[0003]整體葉盤把葉片和輪盤設(shè)計為一個零件，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)動機的氣動效率、推重比及可靠性。單個葉片的傳統(tǒng)強化技術(shù)是噴丸強化，噴丸強化對表面不規(guī)則部件實施困難，容易引起薄壁件的變形，對表面粗糙度和尺寸可能產(chǎn)生影響。
[0004]激光沖擊強化具有可控性，可以對零件上指定的區(qū)域進行強化，本發(fā)明針對航空發(fā)動機整體葉盤提出了一種激光沖擊強化方法，在葉片表面形成壓應(yīng)力層、可以大幅度提高航空發(fā)動機葉盤的抗疲勞和抗拉應(yīng)力腐蝕等性能指標(biāo)。本發(fā)明的應(yīng)用，對于解決飛機發(fā)動機整體葉盤疲勞斷裂問題，提高其可靠性將具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供用于航空發(fā)動機的一種整體葉盤激光沖擊強化方法，該激光沖擊強化方法簡單，強化質(zhì)量好、工件變形較小、生產(chǎn)效率高。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]一種整體葉盤激光沖擊強化方法，該方法首先將整體葉盤通過夾具安裝在軌跡機器人末端的法蘭盤上，然后將光路系統(tǒng)依次設(shè)定為光路三工作、光路一工作、光路四工作、光路二工作、光路四工作和光路二工作，依次分別對整體葉盤葉片的葉背后緣區(qū)域、葉盆前緣區(qū)域、葉盆后緣區(qū)域、葉背前緣區(qū)域、葉盆葉尖區(qū)域和葉背葉尖區(qū)域進行激光沖擊強化。具體包括如下步驟:
[0008](1)葉背后緣區(qū)域加工:光路系統(tǒng)切換到光路三工作，軌跡機器人帶著葉盤運動，從葉背后緣區(qū)域的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，由軌跡機器人控制自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止；
[0009](2)葉盆前緣區(qū)域加工:光路系統(tǒng)切換到光路一工作，軌跡機器人帶著葉盤運動，從葉盆前緣區(qū)域的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，由軌跡機器人控制自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止；
[0010](3)葉盆后緣區(qū)域加工:光路系統(tǒng)切換到光路四工作，軌跡機器人帶著葉盤運動，從葉盆后緣區(qū)域的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，由軌跡機器人控制自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止；
[0011](4)葉背前緣區(qū)域加工:光路系統(tǒng)切換到光路二工作，軌跡機器人帶著葉盤運動，從葉背前緣區(qū)域的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，由軌跡機器人控制自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止；
[0012](5)葉盆葉尖區(qū)域加工:光路系統(tǒng)切換到光路四工作，軌跡機器人帶著葉盤運動，從葉盆葉尖區(qū)域的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，由軌跡機器人控制自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止；
[0013](6)葉背葉尖區(qū)域加工:光路系統(tǒng)切換到光路二工作，軌跡機器人帶著葉盤運動，從葉背葉尖區(qū)域的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，由軌跡機器人控制自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止。
[0014]所述光路系統(tǒng)包括:安裝在光學(xué)平臺上的光路一與光路二切換滑臺、光路三與光路四切換滑臺以及出光口滑臺；安裝在激光器內(nèi)部用于光路切換的數(shù)控滑臺；安裝在光學(xué)平臺上的光路三轉(zhuǎn)臺和光路一轉(zhuǎn)臺；安裝在光學(xué)平臺上的光路三與光路四校驗滑臺和光路一與光路二校驗滑臺；安裝在光學(xué)平臺上的光路二反射鏡、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)臺和光路三轉(zhuǎn)臺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和光路三與光路四切換滑臺上的光路一反射鏡和光路三反射鏡；安裝在出光口滑臺上的反射鏡C和反射鏡D ;安裝在數(shù)控滑臺上的反射鏡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滑臺和光路一與光路二校驗滑臺上的光路三與光路四校驗?zāi)芰坑嫼凸饴芬慌c光路二校驗?zāi)芰坑?；安裝在光學(xué)平臺上的防護板、防護罩和導(dǎo)光管。
[0015]所述反射鏡E在伺服電機的驅(qū)動下或手動旋轉(zhuǎn)伺服電機后端的旋鈕，能夠在數(shù)控滑臺上滑動；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，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，激光束A和激光束B分別從出光口 A和出光口 B輸出。
[0016]所述光路系統(tǒng)切換到光路三工作是指:當(dāng)光路一擺臂不處在工作位置，當(dāng)反射鏡E處在A出光口正前方時，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，同時當(dāng)反射鏡C正處于出光孔B的后方時，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，同時當(dāng)光路三反射鏡正處于反射鏡A反射光路的正后方時，反射鏡A反射來激光經(jīng)光路三反射鏡反射到光路三聚焦鏡上，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，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2-5_的光強均勻的圓形光斑，加工航空發(fā)動機葉盤的葉背后緣區(qū)域； [0017]所述光路系統(tǒng)切換到光路一工作是指:當(dāng)光路三擺臂不處在工作位置，當(dāng)反射鏡E處在出光口 A正前方時，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，同時當(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，出光孔B輸出的激光經(jīng)反射鏡D的反射反射到反射鏡D右方的反射鏡B上，同時當(dāng)光路一反射鏡正處于反射鏡B反射光路的正后方時，反射鏡B反射來激光經(jīng)光路一反射鏡反射到光路一聚焦鏡上，同時當(dāng)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，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的光強均勻的圓形光斑，加工航空發(fā)動機葉盤的葉盆前緣區(qū)域；
[0018]所述光路系統(tǒng)切換到光路四工作是指:當(dāng)光路一擺臂和光路三擺臂均不處在工作位置，當(dāng)反射鏡E處在A出光口正前方時，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，同時當(dāng)反射鏡C正處于出光孔B的后方時，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，同時當(dāng)光路三反射鏡不處于反射鏡A反射光路的正后方時，反射鏡A反射來激光經(jīng)光路四反射鏡反射到光路四勻光聚焦鏡組上，形成邊長2-5mm的光強均勻的方形光斑，加工航空發(fā)動機葉盤的葉盆后緣區(qū)域和葉盆葉尖區(qū)域；[0019]所述光路系統(tǒng)切換到光路二工作是指:當(dāng)光路一擺臂和光路三擺臂均不處在工作位置，當(dāng)反射鏡E處在出光口 A正前方時，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，同時當(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，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡D的反射反射到反射鏡D正右方的反射鏡B上，同時當(dāng)光路一反射鏡不處于反射鏡B反射光路的正后方時,反射鏡B反射來激光經(jīng)光路二反射鏡反射到光路二勻光聚焦鏡組上，形成邊長2-5_的光強均勻的方形光斑，加工航空發(fā)動機葉盤的葉背前緣區(qū)域和葉背葉尖區(qū)域。
[0020]對整體葉盤進行激光沖擊強化前，先對光路系統(tǒng)的光路三(9)、光路四(10)、光路二( 14)和光路一(15)進行校驗，確保均能正常工作。
[0021]對整體葉盤各個區(qū)域加工前，先在待加工區(qū)域上粘貼厚度為IOOym的、寬度為14_的黑膠帶作為吸收層，對該區(qū)域加工完成后，清除其上的黑膠帶。
[0022]所述激光沖擊強化過程中，采用去離子水作為約束層；去離子水的電阻率為18兆，約束層的厚度為l_2mm，且厚度均勻。
[0023]激光束A和激光束B為輸入波長為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，所述光路三(9)和光路一(15)輸出單脈沖能量6-10J、脈寬15-20ns、光斑直徑大小為3mm的圓形激光束。
[0024]激光束A和激光束B為輸入波長為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，所述光路四(10)和光路二( 14)輸出單脈沖能量7-10J、脈寬15-20ns、光斑大小為邊長3mm的方形激光束。
[0025]所述軌跡機器人的重復(fù)定位精度為±0.09mm。所述激光沖擊強化的方式采用軌跡機器人移動一下，激光沖擊一下的方式進行加工，即逐點進行加工。
[0026]所述激光沖擊強化中，圓形光斑的搭接率為20% -30%，方形光斑的搭接率為5% -15%。所述整體葉盤的激光沖擊強化區(qū)域為葉背前緣12mm內(nèi)的區(qū)域，葉背葉尖12mm內(nèi)的區(qū)域,葉背后緣12mm內(nèi)的區(qū)域，葉盆后緣12mm內(nèi)的區(qū)域，葉盆葉尖12mm的區(qū)域，葉盆前緣12_的區(qū)域，即葉片周邊12_內(nèi)的區(qū)域范圍，葉根區(qū)域不進行加工。
[0027]所述預(yù)定軌跡是指:整體葉盤的激光沖擊強化，針對每個前緣和后緣的加工區(qū)域，沖擊強化的先后次序為:首先在邊緣處從葉根方向向葉尖方向加工，然后向葉片內(nèi)部偏移指定距離再從葉根方向向葉尖方向加工，共往復(fù)4次；針對每個葉尖的加工區(qū)域，沖擊強化的先后次序為:首先在葉尖處從前緣方向向后緣方向加工，然后向葉片內(nèi)部偏移指定距離再從前緣方向向后緣方向加工，共往復(fù)4次；所述指定距離是指按照圓形光斑或方形光斑的搭接率向葉片內(nèi)部偏移。
[0028]所述整體葉盤的激光沖擊強化，針對靠近葉片內(nèi)部的最后一道加工，能量比前3道所用的能量低20%。
[0029]本發(fā)明有益效果如下:
[0030]1、方形光斑和圓形光斑的自動、快速切換，沖擊強化加工的效率高。
[0031]2、工件的變形量小。
[0032]3、葉盤激光沖擊強化后，殘余壓應(yīng)力可達300MPa以上。
[0033]4、激光沖擊強化處理后的葉盤高頻振動疲勞壽命提高約20~30倍以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明方法所用設(shè)備總體方案圖；
[0035]圖2為發(fā)明方法所用設(shè)備布局示意圖； [0036]圖3為圖2中局部放大的送水機器人系統(tǒng)105結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]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；
[0038]圖5為本發(fā)明軌跡機器人106的工作示意圖；
[0039]其中，107為葉盤，111為噴嘴，115為激光束；
[0040]圖6為所用設(shè)備中送水系統(tǒng)101的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖7為所用設(shè)備硬件組成示意圖；
[0042]圖8為本發(fā)明所用設(shè)備的夾具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖9為本發(fā)明所用設(shè)備中夾具連接法蘭的俯視圖；
[0044]圖10為圖9的A-A剖視圖；
[0045]圖11為本發(fā)明所用設(shè)備中夾具錐體支撐件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖12為本發(fā)明所用設(shè)備中夾具開口脹圈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖13為圖12的俯視圖；
[0048]圖14為本發(fā)明所用設(shè)備中夾具等分錐體的俯視圖；
[0049]圖15為圖14的A-A剖視圖；
[0050]圖16為本發(fā)明所用設(shè)備中夾具壓蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖17為本發(fā)明所用設(shè)備中夾具異形螺母的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖18為圖17的俯視圖；
[0053]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；
[0054]圖19為本發(fā)明所用設(shè)備中激光頭部分的光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0055]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；
[0056]圖21為本發(fā)明中激光頭部分光路系統(tǒng)光路示意圖；[0057]圖22為激光頭末端結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖23為小反射鏡鏡座示意圖；
[0059]其中:102為激光器，515為光學(xué)平臺，903為導(dǎo)光管A，511為大聚焦鏡，905為數(shù)控轉(zhuǎn)臺，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 ；
[0060]圖24為本發(fā)明的設(shè)備工作原理圖；
[0061]圖25為本發(fā)明的光路系統(tǒng)簡圖；
[0062]圖26為本發(fā)明的光路系統(tǒng)俯視圖；
[0063]圖27為本發(fā)明的光路系統(tǒng)立體圖；
[0064]圖28為光學(xué)平臺結(jié)構(gòu)簡圖；
[0065]圖29為光路傳輸?shù)募す馐Ч麍D；
[0066]其中:501為光路一與光路二切換滑臺，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，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，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，515為光學(xué)平臺；516為反射鏡A，517為出光口滑臺，518為反射鏡C，102為激光器，520為反射鏡E，521為數(shù)控滑臺，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滑臺，527為光路三與光路四校驗?zāi)芰坑嫞?28為光路一擺臂，529為光路三擺臂，530為光路一與光路二校驗?zāi)芰坑嫞?31為光路一與光路二校驗滑臺，532為光路四聚焦鏡，533為光路四勻光鏡片，534為防護板，535為防護罩，903為導(dǎo)光管A，537為合束鏡。
[0067]圖30是本發(fā)明整體葉盤激光沖擊強化區(qū)域；其中:圖(a)為整體葉盤葉片的凸面視圖；圖(b)為整體葉盤葉片的凹面視圖；。
[0068]圖31是本發(fā)明圓形光斑搭接示意圖。
[0069]圖32是本發(fā)明方形光斑搭接示意圖。
[0070]其中:401為葉背前緣區(qū)域，402為葉背葉尖區(qū)域，403為葉背后緣區(qū)域，404為葉盆后緣區(qū)域，405為葉盆葉尖區(qū)域，406為葉盆前緣區(qū)域，409為光路三，410為光路四，414為光路二，415為光路一。
【具體實施方式】
[0071]下面結(jié)合附圖及實施例詳述本發(fā)明。
[0072]本發(fā)明激光沖擊強化方法所用一優(yōu)選的設(shè)備如下:
[0073]該設(shè)備的結(jié)構(gòu)和布局如圖2所示，送水系統(tǒng)101與送水機器人系統(tǒng)110連接，實現(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)備的運行狀態(tài)，葉盤107通過夾具108安裝在軌跡機器人106手臂末端上，由軌跡機器人帶動其運動，激光器102通過激光器控制器113與上位機112連接，送水機器人110和軌跡機器人通過機器人控制器114與上位機連接，所述的送水系統(tǒng)101、激光器102、質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)104、送水機器人110、軌跡機器人106、光路系統(tǒng)103由上位機112統(tǒng)一控制。
[0074]如圖1-7所示，本發(fā)明所用設(shè)備包括激光器102、夾持葉盤107沿指定軌跡相對于激光束運動的軌跡機器人106、夾持噴嘴111沿指定軌跡運動將水送至加工區(qū)域的送水機器人110、控制水量大小以及自動啟停的約束層送水系統(tǒng)(包括送水系統(tǒng)101和送水機器人系統(tǒng)105)、實時在線監(jiān)測加工質(zhì)量的聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)104、監(jiān)測和控制設(shè)備正常運行的加工過程監(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。
[0075]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(>IOVcm2)的激光，從而在金屬靶材和約束層之間形成等離子體。
[0076]將工件(葉盤)固定在軌跡機器人106的末端夾具108上，依靠機器人的帶動使工件運動進入加工空間，并且根據(jù)強化加工軌跡不斷地調(diào)整工件的位置和姿態(tài)，從而實現(xiàn)工件不同位置的激光沖擊強化。同時，在機器人的末端夾具上還實現(xiàn)葉盤的分度旋轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)葉盤上不同葉片的激光沖擊強化加工。
[0077]將噴嘴111安裝在送水機器人110末端的法蘭上，依靠機器人的帶動使噴嘴111運動進入加工空間，并且根據(jù)強化加工軌跡不斷地調(diào)整噴嘴的位置和姿態(tài)，從而實現(xiàn)加工區(qū)域的水流穩(wěn)定均勻。
[0078]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)測控制水箱624里的去離子水的儲水量，水量不足時自動補水，水量超過設(shè)定值時自動關(guān)閉電磁閥312停止補水；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。
[0079]聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)316通過監(jiān)測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。
[0080]加工過程監(jiān)控系統(tǒng)313對激光沖擊的加工過程參數(shù)進行實時監(jiān)測預(yù)控，實現(xiàn)送水機器人和軌跡機器人運動實時監(jiān)測，激光器102運行狀態(tài)實時監(jiān)測，實現(xiàn)車間內(nèi)無人化、遠程監(jiān)控。
[0081]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，同時可以實現(xiàn)單雙面加工任意切換、圓形光斑與方形光斑任意切換。
[0082]如圖1-5所示，整體葉盤激光沖擊強化設(shè)備，包括可以輸出激光束的激光器102、帶動葉盤沿指定軌跡相對于激光束運動的軌跡機器人106、夾持噴頭沿指定軌跡運動將水送至加工區(qū)域的送水機器人系統(tǒng)104、控制水量大小以及自動啟停的約束層送水系統(tǒng)101、實時在線監(jiān)測加工質(zhì)量的聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)316、監(jiān)測和控制設(shè)備正常運行的加工過程監(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)的進光孔配合，保證激光束完全垂直進入光路系統(tǒng)103。送水系統(tǒng)101將水送到噴嘴111處，送水機器人110帶動噴嘴111，將水噴到工件107的加工位置處，過程監(jiān)控系統(tǒng)313時刻監(jiān)測和控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)和運行方式，聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)316檢測工件的加工質(zhì)量，并反饋給工控機，來調(diào)整工藝參數(shù)，使得加工質(zhì)量達到最優(yōu)。上述各子系統(tǒng)的緊密配合和軟件的協(xié)作，組成激光沖擊強化設(shè)備，實現(xiàn)葉盤的激光沖擊強化處理，提高工件的疲勞壽命。
[0083]本發(fā)明所用設(shè)備中的激光器功能如下:
[0084]輸出激光束的激光器102可以輸出波長為532nm、直徑為3mm,光強為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，用于激光沖擊強化。
[0085]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。
[0086]激光器102的工作方式為單臺雙路且可單路工作，即激光器有兩個出光孔A和B，A出光孔和B出光孔可以同時輸出激光，也可以只從B出光孔輸出激光。選擇A、B出光孔同時出光時，A、B出光孔最大可同時輸出波長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，同時可以輸出波長為532nm、直徑為3mm，光強為
0.1-2mJ/cm2的引導(dǎo)光；選擇只從B出光孔出光時，B出光孔最大可同時輸出波長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，同時可以輸出波長為532nm、直徑為3mm,光強為0.l_2mj/cm2的引導(dǎo)光。
[0087]激光器102的兩個出光孔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。
[0088]激光器102上A出光孔、B出光孔同時出光或只有B出光孔出光的切換方式:可以手動滑動A出光孔前的45°全反射鏡，也可數(shù)控滑臺驅(qū)動A出光孔前的45°全反射鏡切入或切出光路實現(xiàn)。
[0089]激光器102 的尺寸大小為 2400mmX 1200mmX 1300mm。
[0090]本發(fā)明采用的機器人包括:
[0091]軌跡機器人106夾持葉盤107沿指定軌跡相對于激光束運動的。軌跡機器人106為6自由度機器人、型號為RX270，最大負載為250Kg、可達距離為2900mm、重復(fù)定位精度為±0.09mm,防護等級為IP65。
[0092]送水機器人110夾持噴頭沿指定軌跡將水送至加工區(qū)域。送水機器人110為6自由度機器人、型號為TX40,最大負載為2Kg、可達距離為500mm、重復(fù)定位精度為±0.02mm,防護等級為IP65。
[0093]本發(fā)明所用設(shè)備中送水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能如下:
[0094]如圖6所示，控制水量大小以及自動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、進水管617、進水電磁閥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，實現(xiàn)水源與進水管617之間的水流的通斷，進 水電磁閥618安裝在進水管617和儲水箱624之間，溢流管620安裝在溢流口 619上，排污管622通過球閥A621連接在儲水箱624上，水位傳感器623安裝在儲水箱的底部。球閥B625安裝在儲水箱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。
[0095]通過進水電磁閥617和水位傳感器623和工控機相互協(xié)作，實現(xiàn)儲水箱624自動補水，保證儲水箱624里的水量始終保持在儲水箱624總?cè)萘康?0% -80%。同時，由于安裝了溢流管620，使得送水系統(tǒng)更加安全可靠。
[0096]通過進水流傳感器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，并能實時控制。
[0097]通過約束層送水系統(tǒng)、送水機器人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)。
[0098]本發(fā)明所用設(shè)備中監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能如下:
[0099] 聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)316對激光沖擊強化的加工質(zhì)量進行實時監(jiān)測，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(上位機)的數(shù)據(jù)采集卡連接，工控機內(nèi)還插有PC1-1780定時計數(shù)卡，ET-3000TIL激光探測器固定在激光器的出光口處；定時計數(shù)卡保證激光器102和聲壓質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)316在同一時鐘下工作，當(dāng)激光102器發(fā)出激光時，激光探測器探測到激光，探測器發(fā)送信號至工控機，工控機開啟數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集，將聲發(fā)射傳感器的獲得信號存儲，工控機對采集的信號進行分析，判斷加工質(zhì)量的好壞。
[0100]監(jiān)測和控制設(shè)備正常運行包括:加工過程監(jiān)控系統(tǒng)313的攝像頭與上位機連接，用來監(jiān)控航空發(fā)動機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連接，用來監(jiān)控激光器是否正常工作；安裝在送水機器人110和軌跡機器人106關(guān)節(jié)處的位置傳感器和編碼器與上位機連接，用來監(jiān)控軌跡機器人、送水機器人的位置；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)與上位機連接，監(jiān)測儲水箱內(nèi)的水位是否正常，上位機對整個設(shè)備實時進行控制，通過數(shù)據(jù)線將他們聯(lián)為一個整體。
[0101]本發(fā)明所用設(shè)備的工作原理如下:
[0102]如圖24所示，上位機的功能主要由機器人運動規(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，在上位機的控制下，送水系統(tǒng)產(chǎn)生水流并輸送至噴頭，送水機器人系統(tǒng)控制水流量的大小、通斷，并帶動噴頭運動將水送至葉盤指定的加工區(qū)域，在指定位置形成約束層；軌跡機器人帶動裝在夾具上的葉盤按照指定加工路徑運動；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/報警監(jiān)控系統(tǒng)分別監(jiān)測葉盤激光沖擊強化的質(zhì)量和系統(tǒng)運行狀態(tài)。上述系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合實現(xiàn)整個葉盤的激光沖擊強化加工，提高葉盤的疲勞壽命和抗應(yīng)力腐蝕性能。
[0103]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、數(shù)控轉(zhuǎn)臺、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)上相對稱，輸出圓形光斑的光路有2套組成，且結(jié)構(gòu)上相對稱。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套相對稱的輸出方形光斑的光路同時工作。
[0104]當(dāng)選擇激光器102的A、B 出光孔同時出光時，A、B出光孔輸出同時輸出波長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,光強為0.l-2mj/cm2的引導(dǎo)光,選擇2套相對稱的輸出方形光斑的光路同時工作時，可在工件表面形成邊長約2-4mm的方形光斑。
[0105]當(dāng)選擇激光器102只有B出光孔出光時，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,光強為0.l-2mj/cm2的引導(dǎo)光,選擇2套相對稱的輸出方形光斑的光路任意一套光路工作時，可在工件表面形成邊長約2-4mm的方形光斑。
[0106]當(dāng)選擇激光器102只有B出光孔出光時，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,光強為0.l-2mj/cm2的引導(dǎo)光,選擇2套相對稱的輸出圓形光斑的光路任意一套光路工作時,可在工件表面形成直徑約2-4_的圓形光斑。
[0107]激光沖擊強化設(shè)備可以加尺寸< 1000_X1000_X400Tm，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。
[0108]激光沖擊強化設(shè)備的軟件系統(tǒng)包括機器人運動軌跡規(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。
[0109]利用該設(shè)備對工件加工的過程為:
[0110]使用時，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，軌跡機器人帶著整體葉盤進入加工位置；接著，送水機器人110帶著噴頭111進入加工位置；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，軌跡機器人106和送水機器人110按照事先制定的軌跡運動，實現(xiàn)航空發(fā)動機整體葉盤的激光沖擊強化。
[0111]夾具的結(jié)構(gòu)具體如下:
[0112]如圖8-18所示，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 一端的端面相配合。膠墊9通過螺釘固定在壓蓋10上，保證在加緊的過程中對葉盤8無劃傷。壓蓋10設(shè)置于等分錐體6的上端。轉(zhuǎn)動葉盤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現(xiàn)與機器人法蘭盤的連接、定位。
[0113]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。
[0114]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。
[0115]所用夾具的使用方法為:
[0116]使用時，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，壓蓋10不斷向葉盤8方向移動，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，實現(xiàn)軸心定位，同時，壓蓋10通過膠墊9不斷壓緊在葉盤8的端面上，實現(xiàn)加緊。
[0117]當(dāng)加工完成后，拆卸葉盤8時，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。
[0118]所用夾具通過拉桿對葉盤進行夾緊定位，夾緊定位過程快速簡單，拆裝葉盤時間不超過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，在提高生產(chǎn)效率的同時，保證了沖擊強化質(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，保證了對葉盤無劃傷，夾具在浸在水里的工作情況下不生銹。
[0119]激光頭結(jié)構(gòu)具體如下:
[0120]本發(fā)明整體葉盤遮蔽部位激光沖擊強化用激光頭結(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905和大聚焦鏡511分別通過螺釘和鏡架安裝在光學(xué)平臺515上，擺臂906的一端固定安裝在數(shù)控轉(zhuǎn)臺905上，通過手動或自動的方式可以使擺臂906進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°。
[0121]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905之間通過螺釘固定，連接板910與數(shù)控轉(zhuǎn)臺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，然后再擰緊螺釘進行固定防止轉(zhuǎn)動。
[0122]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。
[0123]在數(shù)控轉(zhuǎn)臺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905正常工作，同時為了減輕擺臂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，防止在潮濕空氣中生銹。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(905 )與電機同軸連接，電機由上位機(112 )控制，電機的編碼器與上位機(I 12)連接。
[0124]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；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，對結(jié)合面進行密封，防止激光沖擊強化加工過程中，有水進入激光頭內(nèi)部fe壞鏡片。
[0125]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到99.5%以上。
[0126]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，對結(jié)合面進行密封，防止激光沖擊強化加工過程中，有水進入激光頭內(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到99.5%以上。
[0127]大聚焦鏡511通過鏡架固定在光學(xué)平臺515上。其中:用于將大聚焦鏡511固定在光學(xué)平臺515上的鏡架其裝調(diào)機構(gòu)均采用4維調(diào)整機構(gòu)，具有鎖緊功能，可以實現(xiàn)兩個方向的水平移動及兩個方向的轉(zhuǎn)動，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到99.5%以上。
[0128]小聚焦鏡912的直徑為10mm，焦距為10mm，厚度為7mm。
[0129]大聚焦鏡511的直徑為50mm,焦距為1300mm,厚度為4mm。
[0130]擺臂906安裝在數(shù)控轉(zhuǎn)臺905上，通過自動控制或手動的方式控制數(shù)控轉(zhuǎn)臺在90°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，激光頭可以切入工作位和離開工作位。
[0131]激光頭末端907端部的大小為23X21X19mm，保證其在葉片間運動自如，和葉片
無碰撞。
[0132]當(dāng)有光束直徑< 27mm、波長為1064nm、發(fā)散角< 3mrad、脈寬8_25ns、頻率0_5Hz的激光束進入激光頭，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。[0133]上述激光頭在使用時，首先通過自動控制或手動控制的方式使數(shù)控轉(zhuǎn)臺905旋轉(zhuǎn)工作，將擺臂906和激光頭末端907進入工作位，即讓激光頭進入工作位置。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，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。從而實現(xiàn)對整體葉盤遮蔽部位的激光沖擊沖擊強化。
[0134]上述激光頭能夠?qū)娇瞻l(fā)動機整體葉盤遮蔽部位進行激光沖擊強化，解決了航空發(fā)動機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。
[0135]所用設(shè)備的整體光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具體如下:
[0136]如圖25-29所示，整體葉盤單/雙面激光沖擊強化光路系統(tǒng)包括:安裝在光學(xué)平臺515上的光路一與光路二切換滑臺501、光路三與光路四切換滑臺514以及出光口滑臺517 ;安裝在激光器102內(nèi)部用于光路切換的數(shù)控滑臺521 ;安裝在光學(xué)平臺515上的光路三轉(zhuǎn)臺509和光路一轉(zhuǎn)臺506 ;安裝在光學(xué)平臺515上的光路三與光路四校驗滑臺526和光路一與光路二校驗滑臺531 ;安裝在光學(xué)平臺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506和光路三轉(zhuǎn)臺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501和光路三與光路四切換滑臺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517上的反射鏡C518和反射鏡D522 ；安裝在數(shù)控滑臺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滑臺526和光路一與光路二校驗滑臺531上的光路三與光路四校驗?zāi)芰坑?27和光路一與光路二校驗?zāi)芰坑?30 ;安裝在光學(xué)平臺515上的防護板534、防護罩535和導(dǎo)光管A903。數(shù)控滑臺的電機由上位機進行控制。
[0137]所述防護板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?zāi)芰坑?27、光路一與光路二校驗?zāi)芰坑?30、光路三與光路四校驗滑臺526和光路一與光路二校驗滑臺531上；所述防護罩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。
[0138]所述反射鏡E520在伺服電機的驅(qū)動下或手動旋轉(zhuǎn)伺服電機后端的旋鈕，能夠在數(shù)控滑臺521上滑動；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，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，激光束A和激光束B分別從出光口 A和出光口 B輸出。
[0139]所述反射鏡C518和反射鏡D522在伺服電機的驅(qū)動下或手動旋轉(zhuǎn)伺服電機后端的旋鈕，能夠同時在出光口滑臺517上滑動汸出光口和B出光孔同時出光時，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，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，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，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，當(dāng)只有反射鏡C518正處于出光孔B的后方時，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。
[0140]所述光路一反射鏡503在伺服電機的驅(qū)動下或手動旋轉(zhuǎn)伺服電機后端的旋鈕，能夠在光路一與光路二切換滑臺501上滑動；當(dāng)反射鏡B523上有激光束反射出來時，光路一反射鏡3正處于反射鏡B523反射光路的正后方時，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，光路一反射鏡503不處于反射鏡B523反射光路的正后方時，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。
[0141]所述光路三反射鏡513在伺服電機的驅(qū)動下或手動旋轉(zhuǎn)伺服電機后端的旋鈕，能夠在光路三與光路四切換滑臺514上滑動；當(dāng)反射鏡A516上有激光束反射出來時，光路三反射鏡513正處于反射鏡A516反射光路的正后方時,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，光路三反射鏡513不處于反射鏡A516反射光路的正后方時，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。
[0142]所述光路一擺臂528在伺服電機的驅(qū)動下或手動旋轉(zhuǎn)伺服電機旁的旋鈕，能夠圍繞光路一轉(zhuǎn)臺506的軸線轉(zhuǎn)動；當(dāng)光路一聚焦鏡505有激光輸出時，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,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_的光強均勻的圓形光斑；當(dāng)不需光路一工作時，光路一擺臂528順時針旋轉(zhuǎn)至光學(xué)平臺上。
[0143]所述光路三擺臂529在伺服電機的驅(qū)動下或手動旋轉(zhuǎn)伺服電機旁的旋鈕，能夠圍繞光路三轉(zhuǎn)臺509的軸線轉(zhuǎn)動；當(dāng)光路三聚焦鏡511有激光輸出時，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，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_的光強均勻的圓形光斑；當(dāng)不需光路三工作時，光路三擺臂529逆時針旋轉(zhuǎn)至光學(xué)平臺上。
[0144]當(dāng)光路二勻光聚焦鏡組504有激光束輸入時，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的光強均勻的方形光斑。
[0145]當(dāng)光路四勻光聚焦鏡組510有激光束輸入時，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的光強均勻的方形光斑。
[0146]所述光路一與光路二校驗?zāi)芰坑?30在伺服電機的驅(qū)動下或手動旋轉(zhuǎn)伺服電機后端的旋鈕，能夠在光路一與光路二校驗滑臺531上滑動；光路一擺臂528和光路三擺臂529均處于不工作狀態(tài)，校驗光路一的完好性時，光路一與光路二校驗?zāi)芰坑?30移動到光路一聚焦鏡505的正后方,選擇從光路一中輸出激光,測量光路一輸出的能量,與激光器輸出的能量做對比；校驗光路二的完好性時，光路一與光路二校驗?zāi)芰坑?30移動到光路二聚焦鏡525的正后方,選擇從光路二中輸出激光，測量光路二輸出的能量，與激光器輸出的能量做對比；當(dāng)對工件進行沖擊強化加工時，光路一與光路二校驗?zāi)芰坑?30移動到不遮擋光路的地方。
[0147]所述光路三與光路四校驗?zāi)芰坑?27在伺服電機的驅(qū)動下或手動旋轉(zhuǎn)伺服電機后端的旋鈕，能夠在光路三與光路四校驗滑臺526上滑動；光路一擺臂528和光路三擺臂529均處于不工作狀態(tài)，校驗光路三的完好性時，光路三與光路四校驗?zāi)芰坑?02移動到光路三聚焦鏡511的正后方,選擇從光路三中輸出激光,測量光路三輸出的能量,與激光器輸出的能量做對比；校驗光路四的完好性時，光路三與光路四校驗?zāi)芰坑?27移動到光路四聚焦鏡532的正后方，選擇從光路四中輸出激光，測量光路四輸出的能量，與激光器輸出的能量做對比；當(dāng)對工件進行沖擊強化加工時，光路一與光路二校驗?zāi)芰坑?27移動到不遮擋光路的地方。
[0148]當(dāng)只由出光口 B出光時，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，光路一 415或光路三409能夠輸出激光光斑直徑為2-5mm的光強均勻的圓形光斑；當(dāng)只由出光口 B出光時，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，光路二 414或光路四410能夠輸出激光光斑為邊長2-5mm的光強均勻的方形光斑。 [0149]當(dāng)出光口 A和出光口 B同時出光時，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，光路一 415和光路三409能夠輸出激光光斑直徑為2-5mm的光強均勻的圓形光斑；當(dāng)出光口 A和出光口 B同時出光時，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，光路二 414和光路四410能夠輸出激光光斑為邊長2_5mm的光強均勻的方形光斑。
[0150]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，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，光路二和光路四的能量損失< 10%。
[0151]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，保證了激光沖擊強化質(zhì)量的均勻性和穩(wěn)定性；設(shè)計的四套光路，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，能夠保證加工質(zhì)量均勻穩(wěn)定，同時效率較高；提供的圓形光斑對于加工結(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，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)運行是否正常；提供的防護板、防護罩、導(dǎo)光管能夠有效的防止水、灰塵污染能量計和鏡片，從而保證了設(shè)備長期穩(wěn)定的運行。
[0152]利用上述設(shè)備對航空發(fā)動機整體葉盤進行激光沖擊強化的方法為:該方法首先將整體葉盤通過夾具安裝在軌跡機器人末端的法蘭盤上，然后將光路系統(tǒng)依次設(shè)定為光路三409工作、光路一 415工作、光路四410工作、光路二 414工作、光路四410工作和光路二414工作，依次分別對整體葉盤葉片的葉背后緣區(qū)域403、葉盆前緣區(qū)域406、葉盆后緣區(qū)域404、葉背前緣區(qū)域401、葉盆葉尖區(qū)域405和葉背葉尖區(qū)域402進行激光沖擊強化。該方法具體步驟如下:
[0153](I)上料和貼吸收層:在上料位(上料位是指將整體葉盤安裝到軌跡機器人及其在加工區(qū)域粘貼及清除吸收層的位置)將整體葉盤107通過夾具安裝在軌跡機器人106末端的法蘭盤上，在葉背后緣區(qū)域403粘貼厚度為100 μ m的、寬度為14mm的黑膠帶作為吸收層；
[0154](2)進入加工準(zhǔn)備點Ptl和切換到光路三409:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到加工準(zhǔn)備點Ptl，光路系統(tǒng)103切換到光路三409工作；
[0155](3)進入葉背后緣403聚焦加工位置:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到葉背后緣403聚焦加工位置，這是由于聚焦光路擺臂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，將激光頭逐步進入到葉片之間，到達葉背后緣403聚焦加工位置；
[0156]( 4)葉背后緣403聚焦加工:從葉背后緣403的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止；
[0157](5)回到加工準(zhǔn)備點Ptl和光路三409回原位:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到加工準(zhǔn)備點Ptl，光路系統(tǒng)103的光路三409回到原位；
[0158](6)軌跡機器人回到上料位貼吸收層:將軌跡機器人106運動到上料位，將葉背后緣區(qū)域403殘余的黑膠帶用丙酮棉球擦除干凈，在葉盆前緣區(qū)域406粘貼厚度為100 μ m的、寬度為14_的黑膠帶作為吸收層；
[0159](7)進入加工準(zhǔn)備點Ptl和切換到光路一 415:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到加工準(zhǔn)備點Ptl，光路系統(tǒng)103切換到光路一 415工作；
[0160](8)進入葉盆前緣406聚焦加工位置:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到葉盆前緣406聚焦加工位置，這是由于聚焦光路擺臂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，將激光頭逐步進入到葉片之間，到達葉盆前緣406聚焦加工位置；
[0161](9)葉盆前緣406聚焦加工:從葉盆前緣406的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止；
[0162](10)回到加工準(zhǔn)備點Ptl和光路一 415回原位:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到加工準(zhǔn)備點Ptl，光路系統(tǒng)103的光路一 415回到原位；
[0163](11)軌跡機器人回到上料位貼吸收層:將軌跡機器人106運動到上料位，將葉盆前緣406殘余的黑膠帶用丙酮棉球擦除干凈，在葉盆后緣區(qū)域404粘貼厚度為100 μ m的、寬度為14_的黑膠帶作為吸收層；
[0164](12)進入加工準(zhǔn)備點Ptl和切換到光路四410:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到加工準(zhǔn)備點Ptl，光路系統(tǒng)103切換到光路四410工作；
[0165](13)進入葉盆后緣404勻光加工位置:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到葉盆后緣404勻光加工位置；[0166](14)葉盆后緣404勻光加工:從葉盆后緣404的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止；
[0167](15)回到加工準(zhǔn)備點Ptl和光路四410回原位:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到加工準(zhǔn)備點Ptl，光路系統(tǒng)103的光路四410回到原位；
[0168](16)軌跡機器人回到上料位貼吸收層:將軌跡機器人106運動到上料位，將葉盆后緣404殘余的黑膠帶用丙酮棉球擦除干凈，在葉背前緣區(qū)域401粘貼厚度為100 μ m的、寬度為14_的黑膠帶作為吸收層；
[0169](17)進入加工準(zhǔn)備點Ptl和切換到光路二 414:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到加工準(zhǔn)備點Ptl，光路系統(tǒng)103切換到光路二 414工作；
[0170](18)進入葉背前緣401勻光加工位置:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到葉背前緣401勻光加工位置；
[0171](19)葉背前緣401勻光加工:從葉背前緣401的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止；
[0172](20)回到加工準(zhǔn)備點Ptl和光路二 414回原位:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到加工準(zhǔn)備點Ptl，光路系統(tǒng)103的光路二 414回到原位；
[0173](21)軌跡機器人回到上料位貼吸收層:將軌跡機器人106運動到上料位，將葉背前緣401殘余的黑膠帶用丙酮棉球擦除干凈，在葉盆葉尖區(qū)域405粘貼厚度為100 μ m的、寬度為14_的黑膠帶作為吸 收層；
[0174](22)進入加工準(zhǔn)備點Ptl和切換到光路四410:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到加工準(zhǔn)備點Ptl，光路系統(tǒng)103切換到光路四410工作；
[0175](23)進入葉盆葉尖405勻光加工位置:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到葉盆葉尖405勻光加工位置；
[0176](24)葉盆葉尖405勻光加工:從葉盆葉尖405的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止；
[0177](25)回到加工準(zhǔn)備點Ptl和光路四410回原位:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到加工準(zhǔn)備點Ptl，光路系統(tǒng)103的光路四410回到原位；
[0178](26)軌跡機器人回到上料位貼吸收層:將軌跡機器人106運動到上料位，將葉盆葉尖405殘余的黑膠帶用丙酮棉球擦除干凈，在葉背葉尖區(qū)域402粘貼厚度為100 μ m的、寬度為14_的黑膠帶作為吸收層；
[0179](27)進入加工準(zhǔn)備點Ptl和切換到光路二 414:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到加工準(zhǔn)備點Ptl，光路系統(tǒng)103切換到光路二 414工作；
[0180](28)進入葉背葉尖402勻光加工位置:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到葉背葉尖402勻光加工位置；
[0181](29)葉背葉尖402勻光加工:從葉背葉尖402的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止；
[0182](30)回到加工準(zhǔn)備點Ptl和光路二 414回原位:軌跡機器人106帶著葉盤107運動到加工準(zhǔn)備點Ptl，光路系統(tǒng)103的光路二 414回到原位；
[0183](31)軌跡機器人回到上料位下料:將軌跡機器人106運動到上料位，將葉背葉尖402殘余的黑膠帶用丙酮棉球擦除干凈，拆下葉盤107，完成加工。[0184]將葉盤安裝在軌跡機器人上之前對其進行清洗、除塵:先用丙酮清洗干凈，除去表面的油污，然后放入風(fēng)淋室中風(fēng)淋5min，除去葉盤107表面的灰塵。
[0185]所述加工準(zhǔn)備點Ptl是指整體葉盤處于光路系統(tǒng)的工件加工位置。
[0186]所述聚焦加工位置是指激光頭處于相鄰的葉片之間。
[0187]光路系統(tǒng)103的初始位置默認為處于光路二 414的工作狀態(tài)，所述回到原位即指回到初始位置。
[0188]所述光路系統(tǒng)103切換到光路三409工作是指: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，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，同時當(dāng)反射鏡C518正處于出光孔B的后方時，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，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，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_的光強均勻的圓形光斑，加工航空發(fā)動機葉盤的葉背后緣區(qū)域403 ；
[0189]所述光路系統(tǒng)103切換到光路一 415工作是指: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，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，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 ，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，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的光強均勻的圓形光斑，加工航空發(fā)動機葉盤的葉盆前緣區(qū)域406 ；
[0190]所述光路系統(tǒng)103切換到光路四410工作是指: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，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，同時當(dāng)反射鏡C518正處于出光孔B的后方時，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，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的光強均勻的方形光斑，加工航空發(fā)動機葉盤的葉盆后緣區(qū)域404和葉盆葉尖區(qū)域405 ；
[0191]所述光路系統(tǒng)103切換到光路二 414工作是指: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，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，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，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的光強均勻的方形光斑,加工航空發(fā)動機葉盤的葉背前緣區(qū)域401和葉背葉尖區(qū)域402。
[0192]對整體葉盤進行激光沖擊強化前，先對光路系統(tǒng)的光路三409、光路四410、光路二 414和光路一 415進行校驗，確保均能正常工作。具體校驗過程如下:
[0193](I)當(dāng)反射鏡E520處在A出光口正前方時，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，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，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?zāi)芰坑?30上，對光路一進行校驗。
[0194](2)當(dāng)反射鏡E520處在A出光口正前方時，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，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，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?zāi)芰坑?30上，對光路二進行校驗。
[0195](3)當(dāng)反射鏡E520處在A出光口正前方時，激光束經(jīng)反射鏡E520反射，激光束將全部由B出光孔輸出，同時當(dāng)反射鏡C518正處于出光孔B的正后方時，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，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?zāi)芰坑?27上，對光路三進行校驗。
[0196](4)當(dāng)反射鏡E520處在A出光口正前方時，激光束經(jīng)反射鏡E520反射，激光束將全部由B出光孔輸出，同時當(dāng)反射鏡C518正處于出光孔B的后方時，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,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?zāi)芰坑?27上，對光路四進行校驗。
[0197]激光束A和激光束B為輸入波長為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，此時光路三(9)和光路一(15)輸出單脈沖能量6-10J、脈寬15-20ns、光斑直徑大小為3mm的圓形激光束，光路四(10)和光路二(14)輸出單脈沖能量7-10J、脈寬15-20ns、光斑大小為邊長3mm的方形激光束，如圖31-32所示。
[0198]激光沖擊強化過程中，采用去離子水作為約束層；去離子水的電阻率為18兆，約束層的厚度為且厚度均勻。所述軌跡機器人的重復(fù)定位精度為±0.09mm。所述激光沖擊強化的方式采用軌跡機器人移動一下，激光沖擊一下的方式進行加工，即逐點進行加工。所述激光沖擊強化中，圓形光斑的搭接率為20% -30%，方形光斑的搭接率為5% -15%。
[0199]所述整體葉盤的激光沖擊強化區(qū)域為葉背前緣12mm內(nèi)的區(qū)域，葉背葉尖12mm內(nèi)的區(qū)域,葉背后緣12mm內(nèi)的區(qū)域，葉盆后緣12mm內(nèi)的區(qū)域，葉盆葉尖12mm的區(qū)域，葉盆前緣12_的區(qū)域，即葉片周邊12_內(nèi)的區(qū)域范圍，葉根區(qū)域不進行加工，如圖30所示。[0200]所述預(yù)定軌跡是指:整體葉盤的激光沖擊強化，針對每個前緣和后緣的加工區(qū)域，沖擊強化的先后次序為:首先在邊緣處從葉根方向向葉尖方向加工，然后向葉片內(nèi)部偏移指定距離再從葉根方向向葉尖方向加工，共往復(fù)4次；針對每個葉尖的加工區(qū)域，沖擊強化的先后次序為:首先在葉尖處從前緣方向向后緣方向加工，然后向葉片內(nèi)部偏移指定距離再從前方向向后緣方向加工，共往復(fù)4次；所述指定距離是指按照圓形光斑或方形光斑的搭接率向葉片內(nèi)部偏移。
[0201]所述整體葉盤的激光沖擊強化，針對靠近葉片內(nèi)部的最后一道加工，能量比前3道所用的能量低20%。
[0202]實施例1
[0203]試件材料:TC17鈦合金整體葉盤。
[0204]工件的預(yù)處理:先用丙酮清洗干凈，除去表面的油污，然后放入風(fēng)淋室中風(fēng)淋5min,除去葉盤(13)表面的灰塵。
[0205]激光沖擊強化工藝參數(shù):①約束層用水采用去離子水，去離子水的電阻率達到18兆，約束層的厚度為1mm，且厚度均勻左聚焦光路和右聚焦光路輸出單脈沖能量6J、脈寬15ns、圓形光斑直徑為3mm，左勻光光路和右勻光光路輸出單脈沖能量7J、脈寬15ns、方形光斑邊長為3mm ;圓形光斑的搭接率為30%，方形光斑的搭接率為15%。
[0206]實施例2
[0207]工件的預(yù)處理:先用丙酮清洗干凈，除去表面的油污，然后放入風(fēng)淋室中風(fēng)淋5min,除去葉盤(13)表面的灰塵。
[0208]激光沖擊強化工藝參數(shù):①約束層用水采用去離子水，去離子水的電阻率達到18兆，約束層的厚度為2mm，且厚度均勻左聚焦光路和右聚焦光路輸出單脈沖能量10J、脈寬120ns、圓形光斑直徑為3mm，左勻光光路和右勻光光路輸出單脈沖能量10J、脈寬20ns、方形光斑邊長為3mm ;圓形光斑的搭接率為20%，方形光斑的搭接率為5%。
[0209]實施例3
[0210]工件的預(yù)處理:先用丙酮清洗干凈，除去表面的油污，然后放入風(fēng)淋室中風(fēng)淋5min,除去葉盤(13)表面的灰塵。
[0211]激光沖擊強化工藝參數(shù):①約束層用水采用去離子水，去離子水的電阻率達到18兆，約束層的厚度為1.5mm，且厚度均勻左聚焦光路和右聚焦光路輸出單脈沖能量8J、脈寬18ns、圓形光斑直徑為3_，左勻光光路和右勻光光路輸出單脈沖能量9J、脈寬17ns、方形光斑邊長為3mm ;圓形光斑的搭接率為24%，方形光斑的搭接率為8%。
[0212]上述實施例1- 3整體葉盤激光沖擊強化前后的力學(xué)性能如表1所示。
[0213]表1整體葉盤激光沖擊強化前后的力學(xué)性能
[0214]
【權(quán)利要求】
1.一種整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:該方法首先將整體葉盤(107)通過夾具安裝在軌跡機器人末端的法蘭盤上，然后將光路系統(tǒng)(103)依次設(shè)定為光路三(409)工作、光路一(415)工作、光路四(410)工作、光路二(414)工作、光路四(410)工作和光路二(414)工作，依次分別對整體葉盤葉片的葉背后緣區(qū)域(403)、葉盆前緣區(qū)域(406)、葉盆后緣區(qū)域(404)、葉背前緣區(qū)域(401)、葉盆葉尖區(qū)域(405)和葉背葉尖區(qū)域(402)進行激光沖擊強化。
2.按照權(quán)利要求1所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:該方法具體包括如下步驟: Cl)葉背后緣區(qū)域(403)加工:光路系統(tǒng)(103)切換到光路三(409)工作，軌跡機器人(106)帶著葉盤(107)運動，從葉背后緣區(qū)域(403)的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，由軌跡機器人控制自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止； (2)葉盆前緣區(qū)域(406)加工:光路系統(tǒng)(103)切換到光路一(415)工作，軌跡機器人(106)帶著葉盤(107 )運動,從葉盆前緣區(qū)域(406)的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，由軌跡機器人控制自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止； (3)葉盆后緣區(qū)域(404)加工:光路系統(tǒng)(103)切換到光路四(410)工作，軌跡機器人(106)帶著葉盤(107)運動，從葉盆后緣區(qū)域(404)的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，由軌跡機器人控制自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止； (4)葉背前緣區(qū)域(401)加工:光路系統(tǒng)(103)切換到光路二(414)工作，軌跡機器人(106)帶著葉盤(107 )運動,從葉背前緣區(qū)域(401)的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，由軌跡機器人控制自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止； (5)葉盆葉尖區(qū)域(405)加工:光路系統(tǒng)(103)切換到光路四(410)工作，軌跡機器人(106)帶著葉盤(107)運動，從葉盆葉尖區(qū)域(405)的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，由軌跡機器人控制自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止； (6)葉背葉尖區(qū)域(402)加工:光路系統(tǒng)(103)切換到光路二(414)工作，軌跡機器人(106)帶著葉盤(107)運動，從葉背葉尖區(qū)域(402)的葉根處開始按照預(yù)定軌跡逐點向葉尖方向加工，加工完一個葉片后，由軌跡機器人控制 自動切換到下一葉片進行加工，直至加工完成為止。
3.按照權(quán)利要求2所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:所述光路系統(tǒng)包括:安裝在光學(xué)平臺(515)上的光路一與光路二切換滑臺(501)、光路三與光路四切換滑臺(514)以及出光口滑臺(517);安裝在激光器(102)內(nèi)部用于光路切換的數(shù)控滑臺(521)；安裝在光學(xué)平臺(515)上的光路三轉(zhuǎn)臺(509)和光路一轉(zhuǎn)臺(506);安裝在光學(xué)平臺(515)上的光路三與光路四校驗滑臺(526)和光路一與光路二校驗滑臺(531);安裝在光學(xué)平臺(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(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(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(506 )和光路三轉(zhuǎn)臺(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(501)和光路三與光路四切換滑臺(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(517)上的反射鏡C (518)和反射鏡D (522);安裝在數(shù)控滑臺(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滑臺(526)和光路一與光路二校驗滑臺(531)上的光路三與光路四校驗?zāi)芰坑?527)和光路一與光路二校驗?zāi)芰坑?530);安裝在光學(xué)平臺(515)上的防護板(534)、防護罩(535)和導(dǎo)光管(903);所述反射鏡E (520)在伺服電機的驅(qū)動下或手動旋轉(zhuǎn)伺服電機后端的旋鈕，能夠在數(shù)控滑臺(521)上滑動；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，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，激光束A和激光束B分別從出光口 A和出光口 B輸出。
4.按照權(quán)利要求3所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:所述光路系統(tǒng)(103)切換到光路三(409)工作是指:當(dāng)光路一擺臂(528)不處在工作位置，當(dāng)反射鏡E(520)處在A出光口正前方時，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，同時當(dāng)反射鏡C(518)正處于出光孔B的后方時，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，同時當(dāng)光路三反射鏡(513)正處于反射鏡A (516)反射光路的正后方時，反射鏡A (516)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，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的光強均勻的圓形光斑，加工航空發(fā)動機葉盤的葉背后緣區(qū)域(403)； 所述光路系統(tǒng)(103)切換到光路一(415)工作是指:當(dāng)光路三擺臂(529)不處在工作位置，當(dāng)反射鏡E (520)處在出光口 A正前方時，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，同時當(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，出光孔B輸出的激光經(jīng)反射鏡D (522)的反射反射到反射鏡D (522)右方的反射鏡B (523)上，同時當(dāng)光路一反射鏡(503)正處于反射鏡B (523)反射光路的正后方時，反射鏡B (523)反射來激光經(jīng)光路一反射鏡(503 )反射到光路一聚焦鏡(505 )上，同時當(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,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的光強均勻的圓形光斑，加工航空發(fā)動機葉盤的葉盆前緣區(qū)域(406)； 所述光路系統(tǒng)(103)切換到光路四(410)工作是指: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E (520)處在A出光口正前方時，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，同時當(dāng)反射鏡C (518)正處于出光孔B的后方時，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，同時當(dāng)光路三反射鏡(513)不處于反射鏡A (516)反射光路的正后方時，反射鏡A (516)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的光強均勻的方形光斑，加工航空發(fā)動機葉盤的葉盆后緣區(qū)域(404)和葉盆葉尖區(qū)域(405)； 所述光路系統(tǒng)(103)切換到光路二(414)工作是指: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E (520 )處在出光口 A正前方時，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，同時當(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，B出光孔輸出的激光經(jīng)反射鏡D (522)的反射反射到反射鏡D (522)正右方的反射鏡B (523)上，同時當(dāng)光路一反射鏡(503)不處于反射鏡B (523)反射光路的正后方時，反射鏡B (523)反射來激光經(jīng)光路二反射鏡(502)反射到光路二勻光聚焦鏡組(504)上，形成邊長2-5mm的光強均勻的方形光斑，加工航空發(fā)動機葉盤的葉背前緣區(qū)域(401)和葉背葉尖區(qū)域(402)。
5.按照權(quán)利要求4所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:對整體葉盤進行激光沖擊強化前，先對光路系統(tǒng)的光路三(409)、光路四(410)、光路二(414)和光路一(415)進行校驗，確保均能正常工作。
6.按照權(quán)利要求2所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:對整體葉盤各個區(qū)域加工前，先在待加工區(qū)域上粘貼厚度為IOOym的、寬度為14mm的黑膠帶作為吸收層，對該區(qū)域加工完成后，清除其上的黑膠帶。
7.按照權(quán)利要求2所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:所述激光沖擊強化過程中，采用去離子水作為約束層；去離子水的電阻率為18兆，約束層的厚度為l-2mm，且厚度均勻。
8.按照權(quán)利要求4所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:激光束A和激光束B為輸入波長為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，所述光路三(409)和光路一(415)輸出單脈沖能量6-10J、脈寬15-20ns、光斑直徑大小為3mm的圓形激光束。
9.按照權(quán)利要求4所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:激光束A和激光束B為輸入波長為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，所述光路四(410)和光路二(414)輸出單脈沖能量7-10J、脈寬15-20ns、光斑大小為邊長3mm的方形激光束。
10.按照權(quán)利要求1所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:所述軌跡機器人的重復(fù)定位精度為±0.09mm。
11.按照權(quán)利要求1所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:所述激光沖擊強化的方式采用軌跡機器人移動一下，激光沖擊一下的方式進行加工，即逐點進行加工。
12.按照權(quán)利要求4所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:所述激光沖擊強化中，圓形光斑的搭接率為20% -30%，方形光斑的搭接率為5% -15%。
13.按照權(quán)利要求12所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:所述整體葉盤的激光沖擊強化區(qū)域為葉背前緣12_內(nèi)的區(qū)域，葉背葉尖12_內(nèi)的區(qū)域，葉背后緣12mm內(nèi)的區(qū)域，葉盆后緣12_內(nèi)的區(qū)域,葉盆葉尖12_的區(qū)域,葉盆前緣12_的區(qū)域,即葉片周邊12_內(nèi)的區(qū)域范圍，葉根區(qū)域不進行加工。
14.按照權(quán)利要求13所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:所述預(yù)定軌跡是指:整體葉盤的激光沖擊強化，針對每個前緣和后緣的加工區(qū)域，沖擊強化的先后次序為:首先在邊緣處從葉根方向向葉尖方向加工，然后向葉片內(nèi)部偏移指定距離再從葉根方向向葉尖方向加工，共往復(fù)4次；針對每個葉尖的加工區(qū)域，沖擊強化的先后次序為:首先在葉尖處從前緣 方向向后緣方向加工，然后向葉片內(nèi)部偏移指定距離再從前緣方向向后緣方向加工，共往復(fù)4次；所述指定距離是指按照圓形光斑或方形光斑的搭接率向葉片內(nèi)部偏移。
15.按照權(quán)利要求14所述的整體葉盤激光沖擊強化方法，其特征在于:所述整體葉盤的激光沖擊強化，針對靠近葉片內(nèi)部的最后一道加工，能量比前3道所用的能量低20%。
【文檔編號】C21D7/00GK103898297SQ201210568051
【公開日】2014年7月2日 申請日期: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 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所