CN106216843A - 一种基于大数据平台的自适应激光喷丸校形装置及方法 - Google Patents

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苏波勇
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    • B23K26/702—Auxiliary equipment

Abstract

本发明公开了一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形装置及方法，包括：(1)输入标准工件及需校形工件的表面曲率数据，分别建立三维曲率模型；(2)通过激光喷丸校形大数据平台自适应计算最佳校形方案；(3)根据所述的最佳校形方案对工件进行校形，并通过三维形貌测量仪对校形后工件进行表面曲率检测，数据输入大数据平台；(4)通过大数据平台对校形效果进行评估，确定是否需二次校形，如需，则重复步骤(1)～(3)，直至达到最终加工要求，实现工件的自适应激光喷丸校形。

Description

一种基于大数据平台的自适应激光喷丸校形装置及方法
技术领域
本发明涉及金属结构校形领域，具体是涉及一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形装置及方法。
背景技术
金属结构零件在加工和使用过程中，普遍存在着因材料性质、毛坯初始应力状态、加工工艺、零件的几何结构和使用条件等因素的相互作用而产生的变形问题。传统的金属工件校形是对已变形的工件在适当位置反复施加反向作用力，使工件变形区域受到挤压，产生反向塑性变形，直至达到所需的校形结果。
但在实际应用中，变形金属材料板状工件本身的结构或变形的原因常常较为复杂，比如工件本身不是简单的平板，而是具有凸起等结构的复杂板型、通过焊接联接在一起的杆件；或者工件存在多处程度不同的局部变形等等。在这些情况下，单纯靠局部或大面积挤压很难获得理想的工件平整度；校形后的工件局部残余应力较大，不利于工件的稳定性及后续加工；这样的校形还会改变工件本应具有的几何尺寸，因此也不适用于对精度要求高的工件进行校形。
发明内容
针对传统金属结构工件校形存在的问题，本发明提出了一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形装置及方法。
一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形装置及方法，属于金属成形制造领域。本方法包括：(1)输入标准工件及需校形工件的表面曲率数据，分别建立三维曲率模型；(2)通过激光喷丸校形大数据平台自适应计算最佳校形方案；(3)根据所述的最佳校形方案对工件进行校形，并通过三维形貌测量仪对校形后工件进行表面曲率检测，数据输入大数据平台；(4)通过大数据平台对校形效果进行评估，确定是否需二次校形，如需，则重复步骤(1)～(3)，直至达到最终加工要求，实现工件的自适应激光喷丸校形。
本发明实现金属浮雕工艺品的无模数字化成形的专用装置包括工控机系统1、激光器控制系统2、激光发生器3、光路调控装置4、导光系统5、脉冲激光6、工件系统7、夹具8、多轴联动控制台9、运动控制系统10、三维形貌扫描仪11。所述工件系统包括约束层、能量吸收层、金属薄板，所述工作台系统包括沿X、Y、Z方向移动的工作台及固定金属薄板的专用夹具。所述运动控制系统直接采用数控系统。运动控制系统控制激光头、工作台，并使激光头、工作台产生运动，通过编制CNC程序，实现工件系统与激光束产生预设的相对移动。
本发明的积极进步效果在于：采用本方法可解决传统金属材料板状工件校形存在的工件平整度不高、局部残余应力较大、不适于高精度要求的工件校形等问题，能够实现复杂曲率金属板料的校形，校形效果良好，可实现复杂曲率金属板料的整体、局部或分区的高精度校形。
附图说明
图1为本实施例某航空发动机支架三维示意图；
图2为本实施例一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形方法流程图；
图3为本实施例一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形装置示意图；
各部分注释如下：1.工控机系统、2.激光器控制系统、3.激光发生器、4.光路调控装置、5.导光系统、6.脉冲激光、7.工件、8.夹具、9.多轴联动控制台、10.运动控制系统、11.三维形貌检测系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明，但不应以此限定本发明的保护范围。
如附图1所示，采用本发明一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形装置及方法对某航空发动机支架进行校形。
支架在焊接完成后进行热处理，焊缝因残余应力变化出现变形现象，导致支架无法与航空发动机进行安装对接，采用本发明方法，具体包括以下步骤：
(1)输入标准支架及变形支架的三维形貌模型，建立表面曲率方程，分析支架产生变形的节点及区域；
(2)通过激光喷丸校形大数据平台针对不同区域及节点分别计算最佳校形方案；
(3)根据所述的最佳校形方案对变形支架进行校形，并通过三维形貌测量仪对校形后支架进行表面曲率检测，数据输入大数据平台；
(4)通过大数据平台对校形效果进行评估，确定是否需二次校形，如需，则重复步骤(1)～(3)，直至达到最终加工要求，实现支架的自适应激光喷丸校形。
图2为本实施例一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形方法流程图
图3为一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形装置示意图，包括大数据平台及控制系统1、激光器控制系统2、激光发生器3、光路调控装置4、导光系统5、脉冲激光束6、工件系统7、夹具8、多轴联动控制台9、运动控制系统10、三维形貌扫描仪11。所述工件系统包括约束层、能量吸收层、需校形工件，所述工作台系统包括沿X、Y、Z方向移动的工作台及固定校形工件的专用夹具。所述运动控制系统直接采用数控系统。运动控制系统控制激光头、工作台，并使激光头、工作台产生运动，通过编制CNC程序，实现工件系统与激光束产生预设的相对移动。
一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形装置及方法的具体实施方式是：三维形貌扫描仪11测量需校形工件的表面曲率参数，将所测参数及标准工件表面曲率参数输入大数据平台及控制系统1，通过大数据平台对比校形工件及标注工件的表面曲率参数，确定需校形的区域，并规划最佳校形方案；将最佳校形方案导入控制系统及激光发生器3，激光发生器根据方案发出的激光，经过光路调控装置4及导光系统5导出激光束6，激光束6穿过透明的约束层，作用于需校形工件的表面，使工件产生所需的变形效果，达到校形的效果。
在不脱离本发明精神或必要特性的情况下，可以其它特定形式来体现本发明。应将所述具体实施例各方面仅视为解说性而非限制性。因此，本发明的范畴如随附申请专利范围所示而非如前述说明所示。所有落在申请专利范围的等效意义及范围内的变更应视为落在申请专利范围的范畴内。

Claims (5)

1.一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形的方法，该加工方法包括以下步骤：
(1)输入标准工件及需校形工件的表面曲率数据，分别建立三维曲率模型；
(2)通过激光喷丸校形大数据平台自适应计算最佳校形方案；
(3)根据所述的最佳校形方案对工件进行校形，并通过三维形貌测量仪对校形后工件进行表面曲率检测，数据输入大数据平台；
(4)通过大数据平台对校形效果进行评估，确定是否需二次校形，如需，则重复步骤(1)～(3)，直至达到最终加工要求，实现工件的自适应激光喷丸校形。
2.如权利要求1所述的一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形装置及方法，所述方法步骤(1)中的三维曲率模型，具体为，根据三维测量系统测量的标准工件和需校形工件的部分点坐标，建立曲面方程，通过参数变换分别获得标准工件和需校形工件的曲面参数方程Σ标：其中，Σ为曲面的符号表示，为曲面的向量函数方程，u,v分别为曲面的参数坐标。
3.如权利要求1所述的一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形装置及方法，所述方法步骤(2)、(3)，具体为：将曲面参数方程数据输入大数据平台，并通过云计算对曲面参数方程进行对比，确定需校形的区域，规划最佳校形方案。
4.如权利要求1所述的专用装置，其特征在于包括：1)大数据平台、2)激光器控制系统、3)激光发生器、4)光路调控装置、5)导光系统、6)脉冲激光、7)工件、8)夹具、9)多轴联动控制台、10)运动控制系统、11)三维形貌扫描仪。
5.如权利要求4所述的专用装置，所述大数据平台由数据采集模块、分布式计算架构和云计算模块组成。
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