CN103722289A

CN103722289A - 一种激光矫直的方法和装置

Info

Publication number: CN103722289A
Application number: CN201310716660.5A
Authority: CN
Inventors: 顾永玉; 冯爱新; 张永康; 肖爱民
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2033-12-23
Also published as: CN103722289B

Abstract

一种基于激光冲击波技术的工件矫直的方法和装置，工件矫形精度高，对工件原有表面损伤小，矫形后的工件不需要后续加工。本发明的一种激光矫直方法是在工件用水、油脂或清漆作为约束层，然后用强激光束辐照工件特定部位，使工件在冲击波作用下发生弯曲变形，从而达到矫直的目的。激光矫直装置由回转台、光学测量仪、激光发生器、尾架、平动工作台、工作台控制装置、计算机、激光发生器控制装置组成。其中回转台安装在平动工作台的左侧，尾架安装在工作台的右侧；平动工作台及回转工作台均与工作台控制装置连接；工作台控制装置与计算机连接；激光发生器与激光发生器控制装置连接，激光发生器控制装置与计算机连接；光学测量仪与计算机连接。

Description

一种激光矫直的方法和装置

所属技术领域：

本发明涉及机械加工领域，特指一种基于激光冲击波技术的机械工件矫直的方法和装置。

背景技术：

常用工件矫直方法有热压、冷压或敲击法。冷压法所需压力较大，需要专用压力机；热压只适用于工件尺寸精度较低且不需热处理的工件，否则需重新进行热处理和外形修整加工，而敲击法只适用于尺寸不大的工件。常规的工件矫直精度都比较低，但对于精确度要求高的大工件，则上述方法均不适用。张云辉等提出的“轴件量测矫直自动化系统”（中国专利申请号：97103751.5）包括进料机构、量测与矫直机构及、收料机构，藉由进料机构将轴件依序进料，再以该量测机构搜寻出轴件的最高偏摆量及其角度位置，并依据所得的偏摆量决定矫直机构所需进行的矫直量，于矫直后，量测机构再一次量测出轴件最高偏摆量及偏摆角度，由此以建立自我学习模态，藉由不断修正矫直量，以缩短矫直时间。该发明为一种冷压矫直方法，矫直精度较高，但该发明的装置为一种专用的矫直设备，投资较大，对于单件或小批量零件矫直，成本较高。

发明内容:

本发明的目的是提供一种基于激光冲击波技术的工件矫直的方法和装置，工件矫形精度高，对工件原有表面损伤小，矫形后的工件不需要后续加工。

技术方案，原理是在工件表面喷涂黑漆作为吸收层，如果对工件的激光冲击部位表面精度无要求，可以不喷涂黑漆，用水、油脂或清漆作为约束层，然后用强激光束辐照工件特定部位，使工件在冲击波作用下发生弯曲变形，从而达到矫直的目的。

本发明实施的装置是：包括回转台、光学测量仪、激光发生器、尾架、平动工作台、工作台控制装置、计算机、激光发生器控制装置组成。

其中回转台安装在平动工作台的左侧，尾架安装在工作台的右侧；工件一端安装在回转工作台上，另一端安装尾架上，将光学测量仪安装在工件轴线所在水平面上，并使光学测量仪发出的光束与工件轴线垂直平动工作台及回转工作台均与工作台控制装置连接；工作台控制装置与计算机连接；激光发生器与激光发生器控制装置连接，激光发生器控制装置与计算机连接；光学测量仪与计算机连接。

本发明的实施过程如下：

1.在工件表面喷涂黑漆作为吸收层，干燥后喷涂一层清漆作为约束层，或在黑色表面涂布一层矿物油作为约束层；

2.将工件一端安装在回转工作台上，另一端安装尾架上；

3.将光学测量仪安装在工件轴线所在水平面上，并使光学测量仪发出的光束与工件轴线垂直；

4.计算机发出指令给工作台控制装置，工作台控制装置控制回转工作台转动一周，光学测量仪检测工件的圆跳动，并将检测数据传输给计算机；

5.计算机发出指令给工作台控制装置，工作台控制装置控制平动工作台移动一定距离；

6.计算机发出指令给工作台控制装置，工作台控制装置控制回转台旋转一周，光学测量仪测量工件的圆跳动，并将数据传输给计算机；

7.重复步骤5、6，直至将工件检测完毕；

8.计算机根据检测数据建立工件三维模型，计算工件弯曲量和弯曲方向，并确定激光冲击位置和各冲击点的激光参数；

9.计算机发出指令给工作台控制装置，使平动工作台移动到指定位置；

10.计算机发出指令给激光发生器控制装置，激光发生器控制装置控制激光发生器按计算机指令参数发出激光脉冲；激光脉冲穿过工件表面的清漆或油脂、水等约束层后，辐照在工件表面的黑漆吸收层上，吸收层材料吸收激光能量后发生爆炸，产生冲击波，工件在冲击波作用下发生弯曲变形；

所示步骤10中的激光参数和工件变形分为两种情况：

10.1当工件尺寸较小时，采用大能量激光脉冲，使工件在激光冲击波作用下发生小曲率塑性弯曲变形，如图5所示；

10.2当工件尺度较大时，采用较小能量激光脉冲，工件表面在激光冲击波作用下发生局部塑性变形，塑性变形区对周围材料产生挤压形成压应力，如图3所示，在激光脉冲结束后，塑性变形区周围材料积蓄的弹性变形能释放，使工件发生沿激光辐照方向拱起的反向弯曲变形，如图4所示；

11.计算机按照步骤8确定的冲击点和激光参数，发出指令给工作台控制装置，工作台控制装置控制平动工作台移动和回转工作台转动，随后计算机发出指令给激光发生器控制装置控制激光发生器按指令规定参数发出激光脉冲，对下一点进行冲击；

12.重复步骤9～11，装置步骤确定的冲击点全部冲击完成；

13.重复步骤4～11，对工件进行进一步精细矫正。

有益效果：本发明的装置及方法因激光参数可控性好，可根据工件形状和弯曲变形量调节激光参数，能够达到较高的矫正精度，且对工件表面损伤小，矫正后只需去除残存黑漆即可投入使用，另外，本发明的装置硬件上只需在原有激光设备基础上增加一个转动工作台和一个尾架即可用于工件矫直，工件矫直成本低。

附图说明：

下面结合图1对本发明作进一步说明：

图1激光矫直装置结构图

图2激光矫直装置俯视图

图3大尺度工件表面塑性变形示意图

图4大尺度工件表面回弹使工件发生反向弯曲示意图

图5小尺度工件冲击弯曲示意图

1.回转工作台 2.工件 3.光学测量仪 4.测量光束 5.激光发生器 6.激光束 7.尾架8.平动工作台 9.工作台控制装置 10.计算机 11.激光发生器控制装置 12.塑性变形区 13.塑性变形区边界 14.压应力

具体实施方式：

下面结合附图详细说明本发明提出的具体装置的细节和工作情况。

本发明实施的装置由回转台1、光学测量仪3、激光发生器5、尾架7、平动工作台8、工作台控制装置9、计算机10、激光发生器控制装置11组成。

其中回转台1安装在平动工作台8的左侧，尾架7安装在平动工作台8的右侧，工件2一端安装在回转工作台1上，另一端安装尾架7上，将光学测量仪3安装在工件2轴线所在水平面上，并使光学测量仪3发出的光束与工件2轴线垂直；平动工作台8及回转工作台1均与工作台控制装置9连接；工作台控制装置9与计算机10连接；激光发生器5与激光发生器控制装置11连接，激光发生器控制装置11与计算机10连接；光学测量仪3与计算机10连接。如图1、图2所示。

实施例一：

1.在工件2表面喷涂黑漆作为吸收层，干燥后喷涂一层清漆作为约束层；

2.将工件2一端安装在回转工作台1上，另一端安装尾架7上；

3.将光学测量仪3安装在工件2轴线所在水平面上，并使光学测量仪3发出的光束与工件2轴线垂直；

4.计算机10发出指令给工作台控制装置9，工作台控制装置9控制回转工作台1转动一周，光学测量仪3检测工件2的圆跳动，并将检测数据传输给计算机10；

5.计算机10发出指令给工作台控制装置9，工作台控制装置9控制平动工作台8移动一定距离；

6.计算机10发出指令给工作台控制装置9，工作台控制装置9控制回转工作台1旋转一周，光学测量仪3测量工件2的圆跳动，并将数据传输给计算机10；

7.重复步骤5、6，直至将工件2检测完毕；

8.计算机10根据检测数据建立工件2三维模型，计算工件2弯曲量和弯曲方向，并确定激光冲击位置和各冲击点的激光参数；

9.计算机10发出指令给工作台控制装置9，使平动工作台8移动到指定位置；

10.计算机10发出指令给激光发生器控制装置11，激光发生器控制装置11控制激光发生器5按计算机10的指令参数发出激光脉冲；激光脉冲穿过工件2表面的清漆约束层后，辐照在工件2表面的黑漆吸收层上，吸收层材料吸收激光能量后发生爆炸，产生冲击波，工件2在冲击波作用下发生弯曲变形；如图3、图4所示。

所示步骤10中的激光参数和工件2的变形分为两种情况：

10.1当工件2尺度较小时，采用大能量激光脉冲，使工件2在激光冲击波作用下发生小曲率塑性弯曲变形，如图5所示；

10.2当工件2尺度较大时，采用较小能量激光脉冲，工件2表面在激光冲击波作用下发生局部塑性变形，塑性变形区12对周围材料产生挤压形成压应力，如图3所示，在激光脉冲结束后，塑性变形区周围材料积蓄的弹性变形能释放，使工件2发生沿激光辐照方向拱起的反向弯曲变形，如图4所示；

11.计算机10按照步骤8确定的冲击点和激光参数，发出指令给工作台控制装置9，工作台控制装置9控制平动工作台8移动和回转工作台1转动，随后计算机10发出指令给激光发生器控制装置11控制激光发生器5按指令规定参数发出激光脉冲，对下一点进行冲击；

12.重复步骤9～11，装置步骤确定的冲击点全部冲击完成；

13.重复步骤4～11，对工件2进行进一步精细矫正。

实施例二：

在工件2表面喷涂黑漆作为吸收层，干燥后涂布一层矿物油作为约束层；其他步骤与实施例一相同。

Claims

1.一种激光矫直装置，包括回转台（1）、光学测量仪（3）、激光发生器（5）、尾架（7）、平动工作台（8）、工作台控制装置（9）、计算机（10）、激光发生器控制装置（1），回转台（1）安装在平动工作台（8）的一侧，尾架（7）安装在平动工作台（8）的另一侧；工件（2）一端安装在回转工作台（1）上，另一端安装尾架（7）上，将光学测量仪（3）安装在工件（2）轴线所在水平面上，并使光学测量仪（3）发出的光束与工件（2）轴线垂直；平动工作台（8）及回转工作台（1）均与工作台控制装置（9）连接；工作台控制装置（9）与计算机（10）连接；激光发生器（5）与激光发生器控制装置（11）连接，激光发生器控制装置（11）与计算机（10）连接；光学测量仪（3）与计算机（10）连接，计算机内设有可调节能量激光脉冲的软件。

2.一种激光冲击矫直的方法，其特征在于，利用权利要求1所述的激光矫直装置，在工件表面用水或油脂或清漆作为约束层，然后用强激光束辐照工件特定部位，使工件在冲击波作用下发生弯曲变形，从而达到矫直的目的，具体过程如下：

（1）喷涂一层清漆作为约束层，或在黑色表面涂布一层矿物油作为约束层；

（2）将工件一端安装在回转工作台上，另一端安装尾架上；

（3）将光学测量仪安装在工件轴线所在水平面上，并使光学测量仪发出的光束与工件轴线垂直；

（4）计算机发出指令给工作台控制装置，工作台控制装置控制回转工作台转动一周，光学测量仪检测工件的圆跳动，并将检测数据传输给计算机；

（5）计算机发出指令给工作台控制装置，工作台控制装置控制平动工作台移动一定距离；

（6）计算机发出指令给工作台控制装置，工作台控制装置控制回转台旋转一周，光学测量仪测量工件的圆跳动，并将数据传输给计算机；

（7）重复步骤（5）、（6），直至将工件检测完毕；

（8）计算机根据检测数据建立工件三维模型，计算工件弯曲量和弯曲方向，并确定激光冲击位置和各冲击点的激光参数；

（9）计算机发出指令给工作台控制装置，使平动工作台移动到指定位置；

（10）计算机发出指令给激光发生器控制装置，激光发生器控制装置控制激光发生器按计算机指令参数发出激光脉冲；激光脉冲穿过工件表面的清漆或油脂或水约束层后，辐照在工件表面的黑漆吸收层上，吸收层材料吸收激光能量后发生爆炸，产生冲击波，工件在冲击波作用下发生弯曲变形；

所示步骤（10）中的激光参数和工件变形分为两种情况：

（10.1）当工件尺寸较小时，采用大能量激光脉冲，使工件在激光冲击波作用下发生小曲率塑性弯曲变形，如图5所示；

（10.2）当工件尺度较大时，采用较小能量激光脉冲，工件表面在激光冲击波作用下发生局部塑性变形，塑性变形区对周围材料产生挤压形成压应力，如图3所示，在激光脉冲结束后，塑性变形区周围材料积蓄的弹性变形能释放，使工件发生沿激光辐照方向拱起的反向弯曲变形；

（11）计算机按照步骤（8）确定的冲击点和激光参数，发出指令给工作台控制装置，工作台控制装置控制平动工作台移动和回转工作台转动，随后计算机发出指令给激光发生器控制装置控制激光发生器按指令规定参数发出激光脉冲，对下一点进行冲击；

（12）重复步骤（9）～（11），装置步骤确定的冲击点全部冲击完成；

（13）.重复步骤（4）～（11），对工件进行进一步精细矫正。

3.根据权利要求2所述的一种激光冲击矫直的方法，其特征在于工件表面喷涂黑漆作为吸收层。