CN106270005A - 一种叶片激光喷丸校形的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叶片激光喷丸校形的方法与装置，其特征在于：首先借助三维轮廓扫描仪将叶片的测量模型与CAD模型对齐，分别计算叶片的扭曲度误差和弯曲度误差，通过数据采集系统传递给计算机控制系统，采用数据挖掘方式确定激光喷丸参数和校形路径，实现叶片的扭转和弯曲校形。实施该方法的装置包括计算机控制系统，激光器电源，激光器，透射镜，吸收层，叶片，三维轮廓扫描仪，数据采集系统，涂水机器人，涂水机器人控制系统，叶片零件机器人，叶片零件机器人控制系统，本发明所述校形方法及装置能够实现对叶片校形的控制，对叶片进行精密校形，校形精度高，适用于飞机叶片的校形。
Description
技术领域
本发明涉及激光喷丸校形技术领域，尤其是涉及叶片的激光喷丸校形处理领域，具体为一种叶片激光喷丸校形的方法与装置。
背景技术
叶片是航空发动机中的重要部件，发动机的性能很大程度上取决于叶片型面的设计和制造水平。叶片属于典型的变截面薄壁结构零件，它的制造精度直接决定了发动机的推进效率，在加工过程中，叶片精度难以保证，容易产生变形，从而需要对叶片进行校形处理，传统的校形方法有锤击、热校形、机械喷丸校形，但上述方法很难实现精确校形，特别是针对变截面薄壁结构件，此类校形方法很难满足要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种叶片激光喷丸校形的方法与装置，利用高功率的脉冲激光作用于表面涂有吸收层的叶片，使吸收层气化电离并形成冲击波，由于水约束层的作用，高压冲击波作用于材料表面，产生的冲击波峰值压力超过材料的动态屈服强度，产生残余压应力，然后通过多点冲击形成大面积的残余应力区域的分布，最终达到叶片精确校形的目的。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
步骤1，借助三维轮廓扫描仪对叶片进行三维扫描，将实际测试获得的三维结果与产品的三维CAD模型进行坐标对齐，计算出扭曲度误差和弯曲度误差，分别与允许误差作对比，进而确定激光喷丸校形位置及校形量；
步骤2，通过试验建立激光喷丸参数与叶片扭曲度误差、弯曲度误差之间的一一对应关系，得到激光喷丸参数分别与弯曲扭转变形量之间的关系库，计算机根据需校形部位的变形量，采用数据挖掘的方法，查找和确定需校形部位的激光喷丸参数；
步骤3，利用激光喷丸设备，对叶片进行扭转校形，按计算机确定好的激光喷丸校形参数和校形路径对叶片需扭转校形部位进行激光喷丸校形处理；
步骤4，将激光喷丸校形后的叶片再次进行三维扫描，将实际测试结果与CAD模型进行坐标对齐，计算扭曲度误差，如果超过尺寸公差，则依次重复步骤2、3，逐步逼近，直至达到设计要求；
步骤5，利用激光喷丸设备，对叶片进行弯曲校形，按计算机确定好的激光喷丸校形参数和校形路径对叶片需弯曲校形部位进行激光喷丸校形处理；
步骤6，将激光喷丸校形后的叶片再次进行三维扫描，将实际测试结果与CAD模型进行坐标对齐，计算弯曲度误差，如果超过尺寸公差，则依次重复步骤2、5，逐步逼近，直至达到设计要求。
一种叶片激光喷丸校形的装置，其特征在于，包括计算机控制系统(1)，激光器电源(2)，激光器(3)，透射镜(4)，吸收层(5)，叶片(6)，三维轮廓扫描仪(7)，数据采集系统(8)，叶片零件机器人控制系统(9)，叶片零件机器人(10)，涂水机器人(11)，涂水机器人控制系统(12)。数据采集系统(8)，涂水机器人(11)，叶片零件机器人(10)，叶片零件机器人控制系统(9)分别与计算机控制系统(1)相连。
借助三维轮廓扫描仪对叶片进行扫描，将测量模型与CAD模型进行坐标对齐，从CAD模型截面线转到测量模型截面线重合所需要的角度，即为所求的扭曲度误差；弯曲度为指的是所要进行分析的截面形心到叶片的上下截面(通常选取叶片顶部、根部的截面)形心连线的距离，分别计算出处测量数据模型与CAD设计模型的对应弯曲度，求出二者的差值，即为弯曲度误差。
激光喷丸校形参数分别与弯曲度误差及扭曲度误差之间的对应关系，需要通过大量试验获得。
本发明具有以下技术优势：
(1)通过三维轮廓扫描仪将测量模型与CAD模型进行坐标对齐，进而分别计算弯曲度误差和扭曲度误差，通过大数据挖掘的方式确定激光喷丸校形参数，能够实现激光喷丸的精确控制。
(2)通过控制叶片机器人，可以方便的调节透射镜和叶片之间的距离，从而调节光班大小，同时也可以实现叶片不同位置处的校形。
(3)涂水机器人根据叶片的空间位置作相应的移动或转动，保证了水约束层厚度的冲击区域的一致性，提高激光喷丸校形效果。
(4)对叶片表面进行激光喷丸校形后表面形成了具有一定深度的高幅值残余压应力，可显著提高其抗疲劳寿命。
附图说明
图1是叶片激光喷丸校形示意图；
图2是叶片示意图；
图3是扭曲度误差示意图；
图4是弯曲度误差示意图；
图中：计算机控制系统(1)，激光器电源(2)，激光器(3)，透射镜(4)，吸收层(5)，叶片(6)，三维轮廓扫描仪(7)，数据采集系统(8)，叶片零件机器人控制系统(9)，叶片零件机器人(10)，涂水机器人(11)，涂水机器人控制系统(12)。
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。
本发明的叶片激光喷丸校形的方法包括如下步骤：
步骤1，借助三维轮廓扫描仪(7)对叶片(6)进行三维扫描，将实际测试获得的三维结果与产品的三维CAD模型进行坐标对齐，计算出扭曲度误差和弯曲度误差，分别与允许误差作对比，进而确定激光喷丸校形位置及校形量，通过数据采集系统(8)传递给计算机控制系统(1)；
步骤2，通过试验建立激光喷丸参数与叶片扭曲度误差、弯曲度误差之间的一一对应关系，得到激光喷丸参数分别与弯曲扭转变形量之间的关系库，计算机控制系统(1)根据需校形部位的变形量，采用数据挖掘的方法，查找和确定需校形部位的激光喷丸参数；
步骤3，利用激光器(3)，对叶片(6)进行扭转校形，按计算机控制系统(1)确定好的激光喷丸校形参数和校形路径对叶片需扭转校形部位进行激光喷丸校形处理；
步骤4，将激光喷丸校形后的叶片再次进行三维扫描，将实际测试结果与CAD模型进行坐标对齐，计算扭曲度误差，如果超过允许误差，则依次重复步骤2、3，逐步逼近，直至达到设计要求；
步骤5，利用激光器(3)，对叶片(6)进行弯曲校形，按计算机控制系统(1)确定好的激光喷丸校形参数和校形路径对叶片需弯曲校形部位进行激光喷丸校形处理；
步骤6，将激光喷丸校形后的叶片再次进行三维扫描，将实际测试结果与CAD模型进行坐标对齐，计算弯曲度误差，如果超过允许误差，则依次重复步骤2、5，逐步逼近，直至达到设计要求。
一种叶片激光喷丸校形的装置如图1所示，包括计算机控制系统(1)，激光器电源(2)，激光器(3)，透射镜(4)，吸收层(5)，叶片(6)，三维轮廓扫描仪(7)，数据采集系统(8)，叶片零件机器人控制系统(9)，叶片零件机器人(10)，涂水机器人(11)，涂水机器人控制系统(12)。数据采集系统(8)，涂水机器人(11)，叶片零件机器人(10)，叶片零件机器人控制系统(9)分别与计算机控制系统(1)相连。
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 (4)
1.一种叶片激光喷丸校形的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：
步骤1，借助三维轮廓扫描仪对叶片进行三维扫描，将实际测试获得的三维结果与产品的三维CAD模型进行坐标对齐，计算出扭曲度误差和弯曲度误差，分别与允许误差对比，进而确定激光喷丸校形位置及校形量；
步骤2，通过试验建立激光喷丸参数与叶片扭曲度误差、弯曲度误差之间的一一对应关系，得到激光喷丸参数分别与弯曲扭转变形量之间的关系库，计算机根据需校形部位的变形量，采用线性插值的方法，查找和确定需校形部位的激光喷丸参数；
步骤3，利用激光喷丸设备，对叶片进行扭转校形，按计算机确定好的激光喷丸校形参数和校形路径对叶片需扭转校形部位进行激光喷丸校形处理；
步骤4，将激光喷丸校形后的叶片再次进行三维扫描，将实际测试结果与CAD模型进行坐标对齐，计算扭曲度误差，如果超过尺寸公差，则依次重复步骤2、3，逐步逼近，直至达到设计要求；
步骤5，利用激光喷丸设备，对叶片进行弯曲校形，按计算机确定好的激光喷丸校形参数和校形路径对叶片需弯曲校形部位进行激光喷丸校形处理；
步骤6，将激光喷丸校形后的叶片再次进行三维扫描，将实际测试结果与CAD模型进行坐标对齐，计算弯曲度误差，如果超过尺寸公差，则依次重复步骤2、5，逐步逼近，直至达到设计要求。
2.根据权利要求1所述的叶片激光喷丸校形的方法，其特征在于，激光能量E在5-10J之间，采用矩形光斑，大小为3mm-8mm,激光脉冲宽度为8ns-16ns，脉冲重复率20Hz。
3.根据权利要求1所述的叶片激光喷丸校形的的方法，其特征在于，借助三维轮廓扫描仪对叶片进行扫描，将测量模型与CAD模型对齐，从CAD截面线转到测量模型截面线重合所需要的角度，即为所求的扭曲度误差；弯曲度指的是所要进行分析的截面形心到叶片的上下截面形心连线的距离，分别计算出处测量数据模型与设计模型对应弯曲度，求出二者的差值，即为弯曲度误差。
4.一种叶片激光喷丸校形的装置，其特征在于，包括计算机控制系统，激光器电源，激光器，透射镜，吸收层，叶片，三维轮廓扫描仪，数据采集系统，叶片零件机器人控制系统，叶片零件机器人，涂水机器人，涂水机器人控制系统；数据采集系统，涂水机器人，叶片零件机器人，叶片零件机器人控制系统分别与计算机控制系统相连。
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