一種適用于激光沖擊處理的光路轉換裝置制造方法
【專利摘要】一種適用于激光沖擊處理的光路轉換裝置，該光路轉換裝置包括光路反射裝置、光路折射裝置和光路轉換裝置支架；將光路折射裝置固定在光路轉換裝置支架的中間位置；將光路反射裝置固定在光路轉換裝置支架的上端，調節(jié)光路反射裝置的位置使激光指示光位于平面鏡的中心位置；通過不斷調節(jié)光路折射裝置與光路反射裝置之間的距離得到所需要的光斑大??；光路轉換裝置能將激光器發(fā)出的激光經過反射和折射到達待沖擊試件的表面，對其進行激光沖擊處理。本發(fā)明能夠實現將激光簡單高效地作用于待沖擊試件表面，對其進行激光沖擊處理，從而改善材料的性能。
【專利說明】一種適用于激光沖擊處理的光路轉換裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械制造與激光加工應用【技術領域】，尤其涉及一種適用于激光沖擊處理的光路轉換裝置。

【背景技術】
[0002]激光沖擊處理技術是高功率密度、短脈沖的激光束與物質相互作用產生強沖擊波來改善材料表面物理及機械性能的一種新穎的表面處理技術。激光沖擊處理產生的高壓力學效應使金屬表面產生高應變率的塑性變形，從而改善材料表面的微觀組織并產生高幅值的殘余壓應力，提高材料的抗疲勞、抗腐蝕等性能。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是為實現激光沖擊處理提供光路轉換裝置。由于進行激光沖擊處理的試件表面要進行涂黑，并要將涂黑的試件放入盛有水的器皿內，這導致水平方向上發(fā)射出的激光很難照射到試件表面。為了使水平發(fā)射出的激光能夠垂直地作用于物體表面，就需要引入光路轉換裝置，從而實現激光沖擊處理，改善材料的抗疲勞、抗腐蝕等性能。
[0004]為實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為一種適用于激光沖擊處理的光路轉換裝置，該裝置包括光路反射裝置1、光路折射裝置2、待沖擊試件3、光路轉換裝置支架4、激光器5 ;其中，光路反射裝置I包括光路反射裝置支座11、平面鏡固定架12、平面鏡13 ;光路折射裝置2包括光路折射裝置支座21、調節(jié)滑塊22、凸透鏡23、凸透鏡固定架24 ;具體而言，激光器5向光路反射裝置I發(fā)射激光，經由光路反射裝置I反射后進入光路折射裝置2，并對待沖擊試件3進行激光沖擊處理；所述平面鏡13安裝在平面鏡固定架12上，平面鏡固定架12安裝在反射裝置支座11上，反射裝置支座11安裝在光路轉換裝置支架4頂部，且平面鏡13與水平面呈45°夾角，可將水平射入的激光豎直方向進行反射；
[0005]凸透鏡23固定在凸透鏡固定架24上且水平布置，調節(jié)滑塊22固定在光路折射裝置支座21上，凸透鏡固定架24安裝在光路折射裝置支座21上；所述光路折射裝置2安裝在光路轉換裝置支架4中間位置；待沖擊試件3置于光路轉換裝置支架4的底部工作臺上。
[0006]該裝置的具體實施步驟如下:
[0007]步驟I)提供光路反射裝置1、光路折射裝置2和光路轉換裝置支架4，所述光路反射裝置I包括光路反射裝置支座11、平面鏡固定架12和平面鏡13 ;光路折射裝置2包括光路折射裝置支座21、調節(jié)滑塊22、凸透鏡23和凸透鏡固定架24 ；
[0008]步驟2)取出光路轉換裝置支架4，豎直放置在工作臺上；
[0009]步驟3)通過擰緊螺栓將光路折射裝置支座21固定于光路轉換裝置支架4的中間位置；
[0010]步驟4)將調節(jié)滑塊22插入光路折射裝置支座21的滑槽內；
[0011]步驟5)將凸透鏡23固定架的手柄插入調節(jié)滑塊的內孔中，旋轉手柄使凸透鏡23固定架處于水平狀態(tài)；
[0012]步驟6)手持凸透鏡23，將凸透鏡23輕放于凸透鏡固定架24的方形框內；
[0013]步驟7)通過擰緊螺栓將光路反射裝置支座11固定于光路轉換裝置支架4的上端;
[0014]步驟8)將背面涂有膠水的平面鏡13放入平面鏡固定架12的方形殼內，待膠水干透后進行下一步；
[0015]步驟9)將平面鏡13固定架的手柄插入光路反射裝置支座11的另一個內孔中，通過螺栓固定；
[0016]步驟10)通過調整光路反射裝置支座11的高度以及轉動平面鏡固定架12手柄，使激光指示光照射在平面鏡13的中心位置；
[0017]步驟11)通過滑動調節(jié)滑塊22，改變其在光路折射裝置支座21的滑槽內的位置以及轉動凸透鏡固定架23手柄，使經過平面鏡13反射的激光指示光照射在凸透鏡23的中心位置；
[0018]步驟12)通過上下調節(jié)光路折射裝置支座21的高度，得到指定尺寸的光斑；
[0019]進一步，步驟5) 所述的凸透鏡固定架24要處于水平狀態(tài)；步驟10)所述的平面鏡13與入射激光指示光呈45°且入射激光指示光要照射在平面鏡13的中心位置；步驟11)所述的經平面鏡13反射后的激光指示光要照射在凸透鏡23的中心位置。
[0020]本文發(fā)明的光路轉換裝置的創(chuàng)新在于:進行激光沖擊處理的試件表面需要覆蓋涂覆層，并放入盛有水的器皿內，而激光器發(fā)出的激光束是水平的，難以照射到試件表面。本文發(fā)明的光路轉換裝置實現了將水平發(fā)射的激光垂直地作用到試件表面，進行激光沖擊處理，從而改善材料的抗腐蝕、抗疲勞等性能。
[0021]本發(fā)明的有益效果在于:不但實現了將水平發(fā)射出的激光垂直地作用于試件表面，而且該裝置成品低，安裝簡單，實用性強。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明中光路轉換裝置的原理圖。
[0023]圖2為本發(fā)明中光路轉換裝置的示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明中激光沖擊處理的示意圖。
[0025]圖中:1、光路反射裝置，2、光路折射裝置，3、待沖擊試件，4、光路轉換裝置支架，5、激光器，11、光路反射裝置支座，12、平面鏡固定架，13、平面鏡，21、光路折射裝置支座，22、調節(jié)滑塊，23、凸透鏡，24、凸透鏡固定架。

【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖，通過舉例進一步闡明本發(fā)明的具體操作流程，請參閱圖1至圖3。激光沖擊處理修復承受最大主應力為HOMPa的脈動循環(huán)且已存在40%損傷程度的銅薄膜缺口試件，其步驟為:
[0027]步驟I)提供光路反射裝置1、光路折射裝置2和光路轉換裝置支架4，所述光路反射裝置I包括光路反射裝置支座11、平面鏡固定架12和平面鏡13 ;光路折射裝置2包括光路折射裝置支架21、調節(jié)滑塊22、凸透鏡23和凸透鏡固定架24 ；
[0028]步驟2)取出光路轉換裝置支架4，豎直放置在工作臺上；
[0029]步驟3)通過擰緊螺栓將光路折射裝置支座21固定于光路轉換裝置支架4的中間位置；
[0030]步驟4)將調節(jié)滑塊22插入光路折射裝置支座21的滑槽內；
[0031]步驟5)將凸透鏡固定架24的手柄插入調節(jié)滑塊22的內孔中，旋轉手柄使凸透鏡固定架24處于水平狀態(tài)，其中凸透鏡固定架24手柄的尺寸與調節(jié)滑塊22內孔的尺寸相同，間隙極??；
[0032]步驟6)手持凸透鏡23，將凸透鏡23輕放于凸透鏡固定架24的方形框內；
[0033]步驟7)通過擰緊螺栓將光路反射裝置支座11固定于光路轉換裝置支架4的上端;
[0034]步驟8)將背面涂有膠水的平面鏡13放入平面鏡固定架12的方形殼內，待膠水干透后進行下一步；
[0035]步驟9)將平面鏡固定架12的手柄插入光路反射裝置支座11的另一個內孔中，通過螺栓固定，其中平面鏡固定架12手柄的尺寸以及與其配合的光路反射裝置支座11的內孔尺寸相同，間隙極小；
[0036]步驟10)通過調整光路反射裝置支座11的高度以及轉動平面鏡固定架12手柄，使激光指示光照射在平面鏡13的中心位置，且平面鏡13與入射激光指示光呈45° ;
[0037]步驟11)通過滑動調節(jié)滑塊22，改變其在光路折射裝置支座21的滑槽內的位置以及轉動凸透鏡固定架24手柄，使經過平面鏡13反射的激光指示光照射在凸透鏡23的中心位置；
[0038]步驟12)通過上下調節(jié)光路折射裝置支座21的高度，使光斑大小為45*lmm2 ；
[0039]步驟13)在待沖擊試件3，即存在40%損傷程度的銅薄膜缺口試件的表面噴一層厚度為50-100微米的黑色涂層以增加材料對激光的吸收率，待黑色涂層干透后，將其固定到金屬基體上，并將金屬基體放入盛有水的培養(yǎng)皿中，往培養(yǎng)皿中注入清水，直至在銅薄膜表面形成一層厚度為1-1.5毫米的水層，即約束層，將培養(yǎng)皿放在工作臺上，調節(jié)培養(yǎng)皿的位置，使經凸透鏡23折射后的激光指示光照射在銅薄膜缺口試件的缺口處；
[0040]步驟14)通過激光器5的控制系統調整單脈沖能量為10000J/m2，脈沖個數為18，進行激光沖擊處理。
[0041] 激光器發(fā)射出的激光經過光路轉換裝置中平面鏡的反射以及凸透鏡的折射，穿過水層照射到黑色涂層上，從而在缺口銅薄膜試件表面上產生沖擊壓力，極大地改善了材料的抗疲勞性能。激光沖擊處理后繼續(xù)進行最大主應力為HOMPa的脈動循環(huán)，直至試件斷裂。試驗結果顯示:銅薄膜缺口試件循環(huán)至52292才斷裂，已知該缺口試件的原始壽命為10322，由此可知該損傷程度為40%的銅薄膜缺口試件經激光沖擊處理后殘余疲勞壽命提聞了 5.1倍ο
【權利要求】
1.一種適用于激光沖擊處理的光路轉換裝置，其特征在于:該裝置包括光路反射裝置(1)、光路折射裝置(2)、待沖擊試件(3)、光路轉換裝置支架(4)、激光器(5);其中，光路反射裝置(I)包括光路反射裝置支座(11)、平面鏡固定架(12)、平面鏡(13);光路折射裝置(2)包括光路折射裝置支座(21)、調節(jié)滑塊(22)、凸透鏡(23)、凸透鏡固定架(24);具體而言，激光器(5)向光路反射裝置(I)發(fā)射激光，經由光路反射裝置(I)反射后進入光路折射裝置(2)，并對待沖擊試件(3)進行激光沖擊處理；所述平面鏡(13)安裝在平面鏡固定架(12)上，平面鏡固定架(12)安裝在反射裝置支座(11)上，反射裝置支座(11)安裝在光路轉換裝置支架(4)頂部，且平面鏡(13)與水平面呈45°夾角，可將水平射入的激光豎直方向進行反射； 凸透鏡(23)固定在凸透鏡固定架(24)上且水平布置，調節(jié)滑塊(22)固定在光路折射裝置支座(21)上，凸透鏡固定架(24)安裝在光路折射裝置支座(21)上；所述光路折射裝置(2)安裝在光路轉換裝置支架(4)中間位置；待沖擊試件(3)置于光路轉換裝置支架(4)的底部工作臺上。
2.根據權利要求1所述的一種適用于激光沖擊處理的光路轉換裝置，其特征在于:該裝置的具體實施步驟如下: 步驟I)提供光路反射裝置(I)、光路折射裝置(2)和光路轉換裝置支架(4)，所述光路反射裝置(I)包括光路反射裝置支座(11)、平面鏡固定架(12)和平面鏡(13);光路折射裝置(2)包括光路折射裝置支座(21)、調節(jié)滑塊(22)、凸透鏡(23)和凸透鏡固定架(24)；步驟2)取出光路轉換裝置支架(4)，豎直放置在工作臺上； 步驟3)通過擰緊螺栓將光路折射裝置支座(21)固定于光路轉換裝置支架(4)的中間位置； 步驟4)將調節(jié)滑塊(22)插入光路折射裝置支座(21)的滑槽內； 步驟5)將凸透鏡(23)固定架的手柄插入調節(jié)滑塊的內孔中，旋轉手柄使凸透鏡(23)固定架處于水平狀態(tài)； 步驟6)手持凸透鏡(23)，將凸透鏡(23)輕放于凸透鏡固定架(24)的方形框內； 步驟7)通過擰緊螺栓將光路反射裝置支座(11)固定于光路轉換裝置支架(4)的上端; 步驟8)將背面涂有膠水的平面鏡(13)放入平面鏡固定架(12)的方形殼內，待膠水干透后進行下一步； 步驟9)將平面鏡(13)固定架的手柄插入光路反射裝置支座(11)的另一個內孔中，通過螺栓固定； 步驟10)通過調整光路反射裝置支座(11)的高度以及轉動平面鏡固定架(12)手柄，使激光指示光照射在平面鏡(13)的中心位置； 步驟11)通過滑動調節(jié)滑塊(22)，改變其在光路折射裝置支座(21)的滑槽內的位置以及轉動凸透鏡固定架(23)手柄，使經過平面鏡(13)反射的激光指示光照射在凸透鏡(23)的中心位置； 步驟12)通過上下調節(jié)光路折射裝置支座(21)的高度，得到指定尺寸的光斑。
3.根據權利要求1所述的一種適用于激光沖擊處理的光路轉換裝置，其特征在于:步驟5)所述的凸透鏡固定架(24)要處于水平狀態(tài)；步驟10)所述的平面鏡(13)與入射激光指示光呈45°且入射激光指示光要照射在平面鏡(13)的中心位置； 步驟11)所述 的經平面鏡(13)反射后的激光指示光要照射在凸透鏡(23)的中心位置。
【文檔編號】C21D10/00GK104073622SQ201410286001
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權日:2014年6月24日
【發(fā)明者】尚德廣, 劉鳳珠, 劉小冬, 張海萌 申請人:北京工業(yè)大學