CN105316473A - 一种基于工件振动频率的激光冲击处理在线检测纠正系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于工件振动频率的激光冲击处理在线检测系统，包括延迟系统、控制和振动传感系统；所述延迟系统包括光电触发器和延时器，光电触发器产生脉冲信号发送至延时器，光电触发器的脉冲信号作为振动传感器的触发脉冲信号控制振动传感器的时间段；所述控制和振动传感系统包括振动传感器、计算机、自动控制器和激光器，振动传感器采集目标材料振动的信号，通过A／D转换，将数字信号传给计算机，通过与数据库中正常冲击时振动频率的比对进行判断，将信号传给自动控制器来调整激光器的功率；本发明能实现对激光冲击的在线检测自动纠正，提高了冲击速度和效率，对外部环境要求低，成本低廉，稳定可靠。

Description

一种基于工件振动频率的激光冲击处理在线检测纠正系统

技术领域

本发明涉及激光器件及激光冲击加工质量检测领域，主要适用于用来强化材料表面的激光冲击加工领域，具体是一种基于工件振动频率的激光冲击处理在线检测系统，特别适应用于高强激光冲击处理过程中对目标材料的实时保护检测，激光能量的自动控制方面。

背景技术

激光冲击处理是一项新兴的材料表面强化技术，在某些场合具有不可替代的作用,存在巨大的经济市场；在许多技术领域，如薄膜激光溅射技术、同位素激光富集技术、激光痕量分析技术等研究中都涉及到激光冲击处理问题；激光冲击喷射（LSP）也称作激光冲击处理，是利用强脉冲激光产生冲击波进行强化处理的，在这个过程中，工件表面由不透明层（能量吸收层）和透明层（约束层）覆盖，在工作期间，大功率脉冲激光光束聚焦于工件的表面上；激光脉冲穿过透明覆层并且被吸收层吸收，引起对吸收层的快速烧蚀，产生等离子体，从工件表面喷出等离子体生成高振幅压力冲击波，冲击波最终结合来使工件发生塑性应变，导致工件变形并产生残余压应力，正是工件中的这些残余压应力有效的降低了工件中的裂纹扩展率，从而改进工件的疲劳特性；然而，由于激光冲击强度和材料吸收层不能达到完美匹配，当激光强度太大或者吸收层涂得太薄的时候，目标材料会受到激光的损伤，影响质量；目前对LSP质量最直接的检测手段是进行高频疲劳试验HCF，从而得到经LSP处理后的疲劳寿命，并以此作为质量判断的依据，但是该试验是破坏性的，在实际生产中不可能推广应用，而且HCF测试是随机抽样技术，是粗糙的统计测量，无法实现在线质量监测；因此，要把激光冲击处理技术推广到工业应用当中，对激光冲击强化处理进行在线检测技术的研究是十分必要的，美国通用公司在2005年和2007年申报了两项专利：用于监视激光冲击处理的系统和方法、飞行时间监控的激光冲击强化系统，前者根据激光冲击产生的等离子体辐射的线谱特征，后者根据激光冲击过程中冲击波的飞行时间特征，实现了激光冲击的实时在线检测，但这两种方法不仅成本很高而且对环境的要求比较高，环境中光线的强弱，温度的变化，空气的湿度等都会影响谱线的的特征和冲击波的飞行时间，造成检测错误；基于上述原因，需要研发一种更优良的检测激光冲击加工质量的装置或系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于工件振动频率的激光冲击处理在线检测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于工件振动频率的激光冲击处理在线检测系统，包括延迟系统、控制和振动传感系统；所述延迟系统包括光电触发器和延时器，光电触发器产生脉冲信号发送至延时器，光电触发器的脉冲信号作为振动传感器的触发脉冲信号控制振动传感器的时间段；所述控制和振动传感系统包括振动传感器、振动传感器触头、计算机、自动控制器和激光器，振动传感器通过振动传感器触头采集目标材料振动的信号，通过A／D转换，将数字信号传给计算机，通过与数据库中正常冲击时振动频率的比对进行判断，将信号传给自动控制器来调整激光器的功率。

作为本发明进一步的方案：所述延时器采用DG645数字延时器。

作为本发明再进一步的方案：所述激光器发射激光至目标材料，目标材料上涂覆有吸收层和约束层，所述目标材料放置在运动平台上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明根据零件内部存在残余应力时，零件的固有频率会发生较大变化这一特性，将实时检测的工件频率与不同情况下的频率如激光冲击目标材料时出现的频率进行对比，判断出激光强度是否合适，并通过控制系统调节激光器的电压，完成对激光能量的自动控制，从而实现对激光冲击的在线检测自动纠正；通过检测振动传感器采集到的振动的频率信号，实现对激光冲击加工的实时在线检测，避免了冲击过程中频繁的取下目标材料对吸收层以及目标材料进行检测和评估，大大提高了冲击速度和效率；本发明受环境中光线强弱、温度变化、空气湿度的影响较小，对外部环境要求低，而且成本低廉，稳定可靠；光电触发器产生的脉冲信号经过延时器作为振动传感器的触发脉冲信号，可根据需要精确控制在线检测的时间段。

附图说明

图1为本发明的工作原理框图。

其中，1-运动平台；2-目标材料；3-吸收层；4-约束层；5-光电触发器；6-延时器；7-振动传感器；8-振动传感器触头；9-计算机；10-自动控制器；11-激光器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1，一种基于工件振动频率的激光冲击处理在线检测系统，包括延迟系统、控制和振动传感系统；所述延迟系统包括光电触发器5和延时器6，光电触发器5产生脉冲信号发送至延时器6，光电触发器5的脉冲信号作为振动传感器7的触发脉冲信号控制振动传感器7的时间段；所述控制和振动传感系统包括振动传感器7、振动传感器触头8、计算机9、自动控制器10和激光器11，振动传感器7通过振动传感器触头8采集目标材料2振动的信号，通过A／D转换，将数字信号传给计算机9，通过与数据库中正常冲击时振动频率的比对进行判断，将信号传给自动控制器10来调整激光器11的功率。

所述延时器7采用DG645数字延时器。

所述激光器11发射激光至目标材料2，目标材料2上涂覆有吸收层3和约束层4，所述目标材料2放置在运动平台1上。

本发明的工作原理为：本发明通过检测振动传感器7采集到的振动的频率信号，和不同情况下的振动频率对比，判断光强是否合适，实现对激光冲击加工的实时在线检测；激光器11发射强激光至目标材料2，激光脉冲穿过约束层4并且被吸收层3吸收，引起对吸收层3的快速烧蚀，产生等离子体，在强激光冲击目标材料2的同时光电触发器5产生一脉冲信号至延时器6，该脉冲信号作为振动传感器7的触发脉冲信号，从而控制振动传感器的时间段；振动传感器7采集目标材料2振动的信号，通过A／D转换，将数字信号传给计算机9，通过与计算机9数据库中正常冲击时振动频率的比对进行判断，并将判断结果以信号形式传给自动控制器10来调整激光器11的功率，使之控制在不伤害目标材料的范围内；如果出现激光冲击目标材料2的振动频率，那么说明对于所涂吸收层3而言，激光器11发射光强过强，吸收层3已经完全被汽化，使目标材料2被激光烧蚀而受到损伤；这种情况下，计算机9反馈一信号给自动控制器10，用来减小激光器11的电压，逐步减小激光器11的发射光强，以达到在不改变吸收层3的情况下不伤害靶标材料的目的；如果只出现激光冲击约束层4的振动频率，那么说明对于所涂吸收层3而言，激光器11发射光强过弱，吸收层3未被冲击，这种情况下，计算机9反馈一信号给自动控制器10，用来增大激光器11的电压，逐步增大激光器11的发射光强，最终使激光处在合理的光强范围内，达到激光冲击处理实现在线检测并及时纠正的目的。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种基于工件振动频率的激光冲击处理在线检测系统，包括延迟系统、控制和振动传感系统；其特征在于：所述延迟系统包括光电触发器（5）和延时器（6），光电触发器（5）产生脉冲信号发送至延时器（6），光电触发器（5）的脉冲信号作为振动传感器（7）的触发脉冲信号控制振动传感器（7）的时间段；所述控制和振动传感系统包括振动传感器（7）、振动传感器触头（8）、计算机（9）、自动控制器（10）和激光器（11），振动传感器（7）通过振动传感器触头（8）采集目标材料（2）振动的信号，通过A／D转换，将数字信号传给计算机（9），通过与数据库中正常冲击时振动频率的比对进行判断，将信号传给自动控制器（10）来调整激光器（11）的功率。

2.根据权利要求1所述的基于工件振动频率的激光冲击处理在线检测系统，其特征在于，所述延时器（7）采用DG645数字延时器。

3.根据权利要求1所述的基于工件振动频率的激光冲击处理在线检测系统，其特征在于，所述激光器（11）发射激光至目标材料（2），目标材料（2）上涂覆有吸收层（3）和约束层（4），所述目标材料（2）放置在运动平台（1）上。