CN104792960A - 基于羟自由基含量测量的激光空化强化效果实时检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于羟自由基含量测量的激光空化强化效果实时检测装置和方法，包括水箱和位于所述水箱内的载物台，所述水箱安置在六轴工作台上，所述水箱上方安装有激光空化强化装置，激光空化强化装置和所述六轴工作台均与控制中心连接，所述载物台上安装有羟自由基含量检测装置，所述羟自由基含量检测装置通过数据采集卡与所述控制中心连接。激光束与水产生空化效应时，诱导产生空化泡，空化泡溃灭后产生的高压冲击波和微射流会对金属工件产生强化作用；与此同时，空化泡溃灭后产生的高温高压作用会造成水分子分解而产生羟自由基，本发明将羟自由基的含量作为特征参量来判断激光空化强化效果。使测量结果更佳准确。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术应用领域，尤其涉及一种激光空化强化效果进行最优化检测测量的装置和方法。
背景技术
金属材料的失效形式主要是材料表面的疲劳断裂、腐蚀和磨损，材料表面性能对于材料的性能及寿命有着很重要的影响，直接影响到了材料的综合性能。因此，国内外的许多学者对于金属表面的强化技术及其应用进行了深入的研究，并取得了很大的进展，使金属材料冲击强化技术在航空航天、石油化工等领域得到了广泛的应用。
目前，传统的冲击强化技术包括喷丸、滚压、挤压、锻打等方法，最近兴起了一种激光冲击强化技术。该技术是一种新型的材料表面强化技术，具有高压、高能、超快和超高应变率等特点，具有常规加工方法无法比拟的优点，因此成为了近些年的重点研究方向。
随着相关激光技术的发展，产生了一种利用激光诱导产生空化泡的冲击强化技术。目前利用激光诱导产生空化泡来强化金属材料的相关文献和专利目前还特别少，仅仅查到了“申请号为201410086462X，名称为一种基于激光诱导空化的金属表面强化装置及方法”这一个专利。
激光空化强化的实时检测方法和装置对于激光空化强化的工程应用有着深远的影响，而目前这方面的检测方法和装置的相关文献和专利尚未检索到。
发明内容
为填补背景技术中提到的技术空白，本发明提供了一种基于羟自由基含量测量的激光空化强化效果实时检测装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案：基于羟自由基含量测量的激光空化强化效果实时检测装置，包括水箱和位于所述水箱内的载物台，所述水箱安置在六轴工作台上，所述水箱上方安装有激光空化强化装置，激光空化强化装置和所述六轴工作台均与控制中心连接，所述载物台上安装有羟自由基含量检测装置，所述羟自由基含量检测装置通过数据采集卡与所述控制中心连接。
上述方案中，所述激光空化强化装置包括透镜组，所述透镜组由一组凸透镜和凹透镜组成，所述透镜组上方装有激光器，所述激光器与激光器控制器连接，所述激光器控制器与控制中心连接。
上述方案中，所述羟自由基含量检测装置包括羟自由基含量检测装置A和羟自由基含量检测装置B，所述羟自由基含量检测装置A和所述羟自由基含量检测装置B对称分布于载物台上工件两侧。
本发明还提供了基于羟自由基含量测量的激光空化强化效果实时检测装置进行检测测量的方法，包括如下步骤：
S1 打开激光器，通过调节透镜组，使激光器产生的激光束聚焦于金属工件待加工区域的上方，放置羟自由基含量检测装置A和羟自由基含量检测装置B在载物台上的金属工件两侧；
S2 利用控制中心，通过激光器控制器来调节激光器的参数；
S3 脉冲激光每次对金属工件产生激光空化强化作用时，羟自由基含量检测装置A和羟自由基含量检测装置B都会采集到相应的数据，并通过数据采集卡进行处理，再传送到控制中心中，每次作用后测量金属工件相应冲击区域的表面残余应力，选择出现最佳残余应力值时对应的最佳激光空化强化效果的羟自由基含量值作为标准值；
S4 根据金属工件的形状，通过控制中心控制六轴工作台的作业行程，从而实现对整个金属工件进行激光空化强化处理；在每次冲击后，羟自由基含量检测装置A和羟自由基含量检测装置B采集到的数据，经过数据采集卡处理后，最终传入到控制中心中，与步骤S3的标准值进行比较，若检测值与标准值一致，则进行下一个脉冲的激光空化强化操作；若检测值与标准值不一致，则通过控制中心记录下该加工点的相应信息，等待整个金属工件加工完成后，再根据记录进行再加工。
上述方案中，所述步骤S3中数据采集卡对于采集到的数据进行如下处理：将两羟自由基含量检测装置得到的数据进行求和平均。
本发明有益效果如下：（1）目前激光空化强化是一种新型的强化技术，这方面的研究还很少，还没有一种检测激光空化强化效果的实时检测方法和装置，随着该方面的研究逐渐受到重视，迫切的需要一种用于激光空化强化效果的实时监测方法和装置。本发明的出现，为这一问题的解决提供了一种解决方案。（2）羟自由基存在时间极短，少于1μs，当激光空化效应完成后随即消失，因此不会因为羟自由基的残留问题造成数据干扰，测量结果较准确。（3）通过两个羟自由基含量检测装置来检测激光空化强化过程中金属工件附近的羟自由基含量，并进行平均处理取值，避免了由于金属工件上加工区域的变化而造成的数据误差，使测量结果更佳准确。（4）通过本方法可迅速记录下激光空化强化效果不理想的地方，在整个金属工件加工完成后，根据检测值对激光器参数进行调节，再对不理想的地方进行再处理，完成整个金属工件的加工。
附图说明
图1为基于羟自由基含量测量的激光空化强化效果实时检测装置的示意图。
图中：1.激光器，2.激光器控制器，3.数据采集卡，4.羟自由基含量检测装置A，5.控制中心，6.工作液，7.六轴工作台，8.水箱，9.载物台，10.羟自由基含量检测装置B，11.金属工件，12.空化泡，13.凸透镜，14.透镜组，15.凹透镜，16.激光束。
具体实施方式
为更好说明本专利的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明基于羟自由基含量测量的激光空化强化效果实时检测装置，如图1所示，包括1.激光器，2.激光器控制器，3.数据采集卡，4.羟自由基含量检测装置A，5.控制中心，6.工作液，7.六轴工作台，8.水箱，9.载物台，10. 羟自由基含量检测装置B，11.金属工件，12.空化泡，13.凸透镜，14.透镜组，15.凹透镜，16.激光束；所述水箱8内盛装有工作液6、在所述水箱8中放置有载物台9、安装于所述载物台9上的金属工件11、在所述水箱8上方安装有一透镜组14、所述透镜组14上方装有一脉冲激光器1、所述水箱8安置在六轴工作台7上、控制中心5与所述六轴工作台7相连接，用于控制六轴工作台7的转动和移动，所述激光器1与激光器控制器2连接，用于对激光器1的参数进行控制、所述激光器控制器2与控制中心5相连接，进而对激光器1产生的激光束16进行控制。
较佳地，在载物台9上紧靠工件处，安装有羟自由基含量检测装置A4和羟自由基含量检测装置B10，通过光缆，将羟自由基含量检测装置A4和羟自由基含量检测装置B10采集到的羟自由基数据传到与其相连接的数据采集卡3，数据采集卡3与控制中心5连接。
较佳地，所述激光器1，激光束16、透镜组（14）、空化泡12、金属工件11、水箱8、工作液6、六轴工作台7组成冲击单元，能对金属工件11实现激光空化强化效果。
更佳地，所述两羟自由基含量检测装置A4和羟自由基含量检测装置B10对称分布于金属工件11两侧。
使用如上所述装置来实时检测激光空化强化效果时，所述方法包括如下步骤：
1）打开激光器1，通过调节透镜组14，使激光器1产生的激光束16聚焦于金属工件11待加工区域的上方，放置羟自由基含量检测装置A4和羟自由基含量检测装置B10在载物台9上的金属工件11两侧。
2）利用控制中心5，通过激光器控制器2来调节激光器1的参数。
3）脉冲激光16每次对金属工件11产生激光空化强化作用时，羟自由基含量检测装置A4和羟自由基含量检测装置B10都会采集到相应的数据，并通过数据采集卡3进行处理，传送到控制中心5中，每次作用后测量金属工件11相应冲击区域的表面残余应力，选择出现最佳残余应力值，呈现最佳激光空化强化效果的羟自由基含量作为标准值。
4）根据金属工件11的形状，通过控制中心5控制六轴工作台7以最佳行程作业，从而对整个金属工件11进行激光空化强化处理，在每次冲击后，羟自由基含量检测装置A4和羟自由基含量检测装置B10采集到的数据，经数据采集卡3处理后，最终传入到控制中心5中，与标准值进行比较，若检测值与标准值一致，则进行下一个脉冲的激光空化强化操作；若检测值与标准值不一致，则通过控制中心记录下该加工点的相应信息，等待整个金属工件加工完成后，再根据记录进行再加工。
较佳地，所述步骤3）中数据采集卡3对于采集到的数据进行如下处理：将两羟自由基含量检测装置得到的数据进行求和平均。
更佳地，所述步骤3）中作为标准值的数据来自于上述较佳实施方式中用数据采集卡3采集到的数值。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.基于羟自由基含量测量的激光空化强化效果实时检测装置，包括水箱（8）和位于所述水箱（8）内的载物台（9），所述水箱（8）安置在六轴工作台（7）上，所述水箱（8）上方安装有激光空化强化装置，激光空化强化装置和所述六轴工作台（7）均与控制中心（5）连接，所述载物台（9）上安装有羟自由基含量检测装置，所述羟自由基含量检测装置通过数据采集卡（3）与所述控制中心（5）连接。
2.根据权利要求1所述的基于羟自由基含量测量的激光空化强化效果实时检测装置，其特征在于，所述激光空化强化装置包括透镜组（14），所述透镜组（14）由一组凸透镜（13）和凹透镜（15）组成，所述透镜组（14）上方装有激光器（1），所述激光器（1）与激光器控制器（2）连接，所述激光器控制器（2）与控制中心（5）连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于羟自由基含量测量的激光空化强化效果实时检测装置，其特征在于，所述羟自由基含量检测装置包括羟自由基含量检测装置A（4）和羟自由基含量检测装置B（10），所述羟自由基含量检测装置A（4）和所述羟自由基含量检测装置B（10）对称分布于载物台（9）上工件两侧。
4.基于羟自由基含量测量的激光空化强化效果实时检测装置进行检测测量的方法，包括如下步骤：
打开激光器（1），通过调节透镜组（14），使激光器（1）产生的激光束（16）聚焦于金属工件（11）待加工区域的上方，放置羟自由基含量检测装置A（4）和羟自由基含量检测装置B（10）在载物台（9）上的金属工件（11）两侧；
利用控制中心（5），通过激光器控制器（2）来调节激光器（1）的参数；
脉冲激光（16）每次对金属工件（11）产生激光空化强化作用时，羟自由基含量检测装置A（4）和羟自由基含量检测装置B（10）都会采集到相应的数据，并通过数据采集卡（3）进行处理，再传送到控制中心（5）中，每次作用后测量金属工件（11）相应冲击区域的表面残余应力，选择出现最佳残余应力值时对应的最佳激光空化强化效果的羟自由基含量值作为标准值；
根据金属工件（11）的形状，通过控制中心（5）控制六轴工作台（7）的作业行程，从而实现对整个金属工件（11）进行激光空化强化处理；在每次冲击后，羟自由基含量检测装置A（4）和羟自由基含量检测装置B（10）采集到的数据，经过数据采集卡（3）处理后，最终传入到控制中心（5）中，与步骤3）的标准值进行比较，若检测值与标准值一致，则进行下一个脉冲的激光空化强化操作；若检测值与标准值不一致，则通过控制中心记录下该加工点的相应信息，等待整个金属工件加工完成后，再根据记录进行再加工。
5.根据权利要求4所述的基于羟自由基含量测量的激光空化强化效果实时检测装置进行检测测量的方法，其特征在于，所述步骤3）中数据采集卡（3）对于采集到的数据进行如下处理：将两羟自由基含量检测装置得到的数据进行求和平均。
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