CN106929663B - 可移动在线激光冲击加工装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了可移动在线激光冲击加工装置和方法，该装置包括激光平台、激光器、反射镜基座、连接件、导光臂、激光头、吸收层喷管和约束层喷管，激光平台底部设有滚轮和液压柱，激光器设于激光平台上，反射镜基座一端与激光器连接，另一端通过连接件与激光头连接，激光平台上设有吸收层容器、约束层容器，吸收层喷管和约束层喷管为万向管，并在与吸收层容器和约束层容器的连接处设有阀门；本发明能够实现在在线激光冲击加工过程中，将激光器的移动、吸收层和约束层的喷涂集成到同一装置中，且可在线调节激光头与待加工部位的距离和角度，以及吸收层和约束层喷涂头与待加工部位的距离和角度，本发明适用场合广，操作简便，效率高。

Description

可移动在线激光冲击加工装置和方法
技术领域
本发明涉及激光冲击加工领域，尤其涉及可移动在线激光冲击加工装置和方法。
背景技术
激光冲击加工包括激光冲击强化、激光冲击成形等，广泛应用于各行各业，如汽车制造业、机床制造业、航空航天制造业等等，但现有激光冲击加工装置存在如下不足：大多激光冲击加工装置为离线激光冲击加工，即待冲击对象必须要离线放置于激光冲击工作台上；尤其，对已经组装完成投入使用，并且难以移动的待加工对象难以进行实时、在线的加工修复，因此限制了激光冲击加工技术于在线方面的应用。然而实际工程应用中，很多场合都需要实施在线加工或者在线修复零部件，如飞机机翼钢板焊接接头处相对脆弱部位的强化、船舶发动机叶片的强化修复、飞机蒙皮冷整形等等。
针对在线激光冲击加工技术，研究者们努力探寻了一些可以进行在线应用的方法或装置。如在线激光清洗方面的应用，中国专利公开号CN 102327885 B，名称为：一种用于石质文物的便携式激光清洗机，公开了一种用于石质文物清洗的便携式激光清洗机，该清洗机能够实现在线清洗文物，通过将激光器、激光能量监测系统和可见光指示系统集成一个装置中，并且激光能量监测系统和可见光指示系统及时反馈激光能量和文物表面状况实现其便携和在线功能，但该装置的在线功能的实现方式不符合在线激光冲击强化、在线激光冲击成形等在线激光加工工艺要求。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种具有可移动、能够实现在线加工的激光冲击加工装置，该激光冲击加工装置可整体移动、具有柔性外光路系统，并设有与柔性外光路系统适应的吸收层和约束层喷涂系统，可实现在线冲击强化或者其它在线冲击加工功能。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
可移动在线激光冲击加工装置，包括激光平台、激光器、反射镜基座、连接件、导光臂、激光头、吸收层喷管和约束层喷管；
所述激光平台底部设有滚轮和液压柱，激光器固定于激光平台上，所述反射镜基座与激光器固定连接，反射镜基座上设有入光口和出光口，反射镜基座的入光口与激光器的出光口对准；所述连接件内部设有通孔，所述通孔的一端对准反射镜基座的出光口，通孔的另一端与导光臂的一端连接，导光臂的另一端与激光头连接，导光臂中的反射镜的表面镀膜，所述膜能承受高峰值功率密度激光；
所述激光平台上设有吸收层容器、约束层容器和液压泵，分别为吸收层喷管和约束层喷管提供吸收层和约束层，所述吸收层喷管和约束层喷管的一端分别与激光头的两侧可拆卸连接，另一端分别与吸收层容器和约束层容器连接，并在连接处分别设有吸收层喷管阀门和约束层喷管阀门，所述吸收层喷管和约束层喷管均为万向管，均可自由调整其长度和角度。
优选地，所述激光平台底部的滚轮为万向轮或麦克纳姆轮。
优选地，所述反射镜基座上的入光口的中心轴线与出光口的中心轴线垂直，在两条轴线的交点处，设有反射镜，所述入光口的中心轴线和出光口的中心轴线均与反射镜成45°角度。
优选地，所述激光头内部设有聚焦透镜，通过改变激光头与加工工件的距离能够控制照射在工件上光斑的大小。
优选地，所述吸收层为短时间内可快速干燥的、对入射激光强烈吸收的液体。
优选地，所述吸收层为快干液态黑漆。
优选地，所述激光头上设有把手，推动把手使得导光臂各关节协同变化，能够将激光头移动到与待加工部位成合适距离与角度的位置
使用可移动在线激光冲击加工装置的方法，包括以下步骤：
步骤一：移动激光平台到合适的位置，将液压柱升起，液压柱将激光平台顶起，固定激光平台，通过手持把手来调节导光臂，将激光头移动到与待加工部位有合适距离，且成合适的角度；
步骤二：手动调节吸收层喷管，使吸收层喷管与待加工部位保持合适距离和角度，开启并调节吸收层喷管阀门，控制吸收层的喷涂量，喷涂完毕后关闭吸收层喷管阀门；
步骤三：手动调节约束层喷管，使约束层喷管与待加工部位保持合适距离和角度，开启并调节约束层喷管阀门，控制约束层的流量；
步骤四：开启激光器，调节激光器的输出能量，实施在线激光冲击加工，冲击完毕后，关闭激光器，关闭约束层喷管阀门，将液压柱缩短，推动激光平台至另一个加工区域，实施新一轮的激光冲击加工。
本发明的有益效果：
1)本发明提供的方法和装置，能够实现在在线激光冲击加工过程中，将激光器的移动、吸收层和约束层的喷涂集成到同一装置中，且可在线调节激光头与待加工部位的距离和角度，以及吸收层和约束层喷管头与待加工部位的距离和角度；
2)本发明适用场合广，操作简便，效率高，尤其适用于在线激光冲击强化、在线激光冲击整形、在线激光冲击修复等场合。
附图说明
图1为本发明所述的可移动在线激光冲击加工装置的结构示意图。
图2为图1中A区域的局部放大图。
其中：
1.激光平台；2.激光器；3.反射镜基座；4.连接件；5.导光臂；6.激光头；7.吸收层喷管；8.把手；9.约束层喷管；10.吸收层喷管阀门；11.液压柱；12.约束层喷管阀门。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的可移动在线激光冲击加工装置，包括激光平台1、激光器2、反射镜基座3、连接件4、导光臂5、激光头6、吸收层喷管7、把手8、约束层喷管9和液压柱11。
本实施例中所述激光平台1底部设有万向轮和液压柱11，激光平台1移动时液压柱11处于缩短状态，通过万向轮将激光平台转动移到合适位置，准备加工时，液压柱11升长顶起激光平台1，固定整个装置。
激光器2固定于激光平台1上，所述反射镜基座3与激光器2固定连接，反射镜基座3上设有入光口和出光口，反射镜基座3上的入光口的中心轴线与出光口的中心轴线垂直，在两条轴线的交点处，设有反射镜，所述入光口的中心轴线和出光口的中心轴线均与反射镜成45°角度，反射镜基座3的入光口与激光器2的出光口对准。
所述连接件4内部设有通孔，所述通孔的一端对准反射镜基座3的出光口，通孔的另一端与导光臂5的一端连接，导光臂5的另一端与激光头6连接，导光臂5中的反射镜的表面镀膜，所述膜需能承受高峰值功率密度激光，所述激光头6内部设有聚焦透镜，通过改变激光头6与加工工件的距离能够控制照射在工件上光斑的大小。
所述激光平台1上设有吸收层容器、约束层容器和液压泵，本实施例中吸收层采用快干液态黑漆，约束层采用水。所述吸收层喷管7和约束层喷管9为万向管，均可自由调整其长度和角度，以确保在线加工过程中，吸收层喷管7与约束层喷管9与待加工部位成合适的距离和角度，进而达到激光冲击加工过程中吸收层与约束层的工艺要求。
如图2所示，吸收层喷管7和约束层喷管9的一端分别与激光头6的两侧可拆卸连接，吸收层喷管7的另一端与吸收层容器连接，并在连接处设有吸收层喷管阀门10，约束层喷管9的另一端与约束层容器连接，并在连接处设有约束层喷管阀门12；把手8固定于激光头6上，推动把手8使得导光臂5各关节协同变化，能够将激光头6移动到与待加工部位成合适距离与角度的位置。
应用上述可移动在线激光冲击加工装置的方法：
步骤一：操作者推动激光平台1到待工作区域的合适位置，然后升起液压柱11固定整个装置；握住把手8，将激光头6移到待加工位置，且可调节激光头6相对于待加工部位距离和角度，在本案例中调节激光头6，使得照射在待加工部位的光斑直径为1mm左右，保持激光正入射照到待加工部位；
步骤二：将吸收层喷管7对准待加工位置，打开吸收层喷管阀门10，并调节吸收层喷管阀门10控制喷涂于待加工部位表面的黑漆层厚度为100μm-200μm，喷涂完毕后关闭吸收层喷管阀门10；
步骤三：黑漆喷涂完毕，并且干燥后，将约束层喷管9以合适的距离与角度对准待加工部位，调整约束层喷管阀门12控制合适的水流速，喷射约束层，使得在待加工表面形成2-3mm厚的流动水膜；
步骤四：启动激光器2，调节激光器2至合适单脉冲能量，若单脉冲能量为10J，相当于对待加工部位进行激光功率密度为127GW/cm2的激光冲击强化，该部位激光冲击强化完成后，关闭激光器2，关闭约束层喷管阀门12，将液压柱11缩短至离地面合适的高度，将激光平台1移动到下一个待工作区域的合适位置，重复上述实施方式，进行另一部位的激光冲击强化。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.可移动在线激光冲击加工装置，包括激光平台(1)、激光器(2)、连接件(4)、导光臂(5)和激光头(6)，其特征在于，还包括反射镜基座(3)、吸收层喷管(7)和约束层喷管(9)；
所述激光平台(1)底部设有滚轮和液压柱(11)，激光器(2)固定于激光平台(1)上，所述反射镜基座(3)与激光器(2)固定连接，反射镜基座(3)上设有入光口和出光口，反射镜基座(3)的入光口与激光器(2)的出光口对准；所述连接件(4)内部设有通孔，所述通孔的一端对准反射镜基座(3)的出光口，通孔的另一端与导光臂(5)的一端连接，导光臂(5)的另一端与激光头(6)连接，导光臂(5)中的反射镜的表面镀膜，所述膜能承受高峰值功率密度激光；
所述激光平台(1)上设有吸收层容器、约束层容器和液压泵，所述吸收层喷管(7)和约束层喷管(9)的一端分别与激光头(6)的两侧可拆卸连接，吸收层喷管(7)的另一端与吸收层容器连接，并在连接处设有吸收层喷管阀门(10)，约束层喷管(9)的另一端与约束层容器连接，并在连接处设有约束层喷管阀门(12)，所述吸收层喷管(7)和约束层喷管(9)均为万向管。
2.根据权利要求1所述的可移动在线激光冲击加工装置，其特征在于，所述激光平台(1)底部的滚轮为万向轮或麦克纳姆轮。
3.根据权利要求1所述的可移动在线激光冲击加工装置，其特征在于，所述反射镜基座(3)上的入光口的中心轴线与出光口的中心轴线垂直，在两条轴线的交点处，设有反射镜，所述入光口的中心轴线和出光口的中心轴线均与反射镜成45°角度。
4.根据权利要求1所述的可移动在线激光冲击加工装置，其特征在于，所述激光头(6)内部设有聚焦透镜。
5.根据权利要求1所述的可移动在线激光冲击加工装置，其特征在于，所述吸收层为短时间内可快速干燥的、对入射激光强烈吸收的液体。
6.根据权利要求5所述的可移动在线激光冲击加工装置，其特征在于，所述吸收层为快干液态黑漆。
7.根据权利要求1所述的可移动在线激光冲击加工装置，其特征在于，所述激光头(6)上设有把手(8)。
8.使用权利要求1所述的可移动在线激光冲击加工装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：移动激光平台(1)到合适的位置，将液压柱(11)升起，液压柱(11)将激光平台(1)顶起，固定激光平台(1)，通过手持把手(8)来调节导光臂(5)，将激光头(6)移动到与待加工部位有合适距离，且成合适的角度；
步骤二：手动调节吸收层喷管(7)，使吸收层喷管(7)与待加工部位保持合适距离和角度，开启并调节吸收层喷管阀门(10)，控制吸收层的喷涂量，喷涂完毕后关闭吸收层喷管阀门(10)；
步骤三：手动调节约束层喷管(9)，使约束层喷管(9)与待加工部位保持合适距离和角度，开启并调节约束层喷管阀门(12)，控制约束层的流量；
步骤四：开启激光器(2)，调节激光器(2)的输出能量，实施在线激光冲击加工，冲击完毕后，关闭激光器(2)，关闭约束层喷管阀门(12)，将液压柱(11)缩短，推动激光平台(1)至另一个加工区域，实施新一轮的激光冲击加工。
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