CN109504849A - 叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法 - Google Patents

叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109504849A
CN109504849A CN201811640413.0A CN201811640413A CN109504849A CN 109504849 A CN109504849 A CN 109504849A CN 201811640413 A CN201811640413 A CN 201811640413A CN 109504849 A CN109504849 A CN 109504849A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
robot
laser beam
angle
shock
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811640413.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109504849B (zh
Inventor
张永康
刘俊
吴清源
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Radium Laser Technology Co Ltd
Original Assignee
Guangdong Radium Laser Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Radium Laser Technology Co Ltd filed Critical Guangdong Radium Laser Technology Co Ltd
Priority to CN201811640413.0A priority Critical patent/CN109504849B/zh
Publication of CN109504849A publication Critical patent/CN109504849A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109504849B publication Critical patent/CN109504849B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
    • C21D10/005—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation by laser shock processing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Abstract

本发明公开了一种叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法，属于激光冲击强化领域，包括以下步骤：将零件模型和夹具模型导入机器人仿真软件中；通过机器人仿真软件采取离散点离线编程方式编写激光冲击强化时夹持机器人的运动轨迹；c．根据轨迹参数、不同部位搭接率的不同以及离线编程中每一个点的激光束的空间坐标，通过向量公式确定每个点的激光功率密度参数；d．持续修改夹持机器人的轨迹参数、激光器的冲击强化参数；e．将仿真软件中夹持机器人的运动轨迹程序导入机器人系统，按照仿真软件中的预设状态对实际零件进行激光冲击强化处理。本发明通能够解决小空间大倾角叶轮的叶片与激光光束之间的干涉问题。

Description

叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法
技术领域
本发明涉及激光冲击强化技术领域，特别是涉及一种叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法和消力管道。
背景技术；
激光冲击强化技术是利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的一种高新技术。它具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点。
航空发动机叶轮作为航空发动机的关键零部件，叶轮是为了满足高性能航空发动机而设计的新型结构件，其将发动机转子叶片和轮盘形成一体，省去了传统连接中的榫头、榫槽及锁紧装置等，减少结构重量及零件数量，避免榫头气流损失，提高气动效率，使发动机结构大为简化，现已在各国军用和民用航空发动机上得到广泛应用。但是在实际工作过程中在叶根部位容易出现断裂等问题，而采用激光冲击强化技术能很好地解决这些问题，提高叶轮的使用寿命。
但是叶轮整体结构复杂，特别是大倾角叶轮，叶片与叶片间的空隙较小，在激光冲击过程中，要充分考虑光束对于冲击部位的可达性，以及斜冲击的角度大小，激光功率密度补偿，机器人位置补偿等因素，给叶轮的激光冲击强化处理带来了很大的难度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法，包括以下步骤：
a．将零件模型和夹具模型导入机器人仿真软件中，并安装在夹持机器人的末端；
b．通过机器人仿真软件采取离散点离线编程方式编写激光冲击强化时夹持机器人的运动轨迹，对于零件不同部位，不同角度采取不同的光斑搭接率，实现夹持机器人的移动位置点的补偿；
c．根据轨迹参数、不同部位搭接率的不同以及离线编程中每一个点的激光束的空间坐标，通过向量公式计算出每个点的斜冲击角度大小，确定每个点的激光功率密度参数；
d．持续修改夹持机器人的轨迹参数、激光器的冲击强化参数，实现最优冲击强化参数和夹持机器人运动轨迹参数；
e．将仿真软件中夹持机器人的运动轨迹程序导入机器人系统，同时将激光冲击强化参数导入激光喷丸系统，按照仿真软件中的预设状态对实际零件进行激光冲击强化处理。
作为本发明的进一步改进，步骤b中，激光冲击时激光束与零件遮挡部位不干涉，零件上每一个点的激光光束可达，确保激光束空间能量分布的形状与叶片曲面的最佳贴合。
作为本发明的进一步改进，步骤b中还包括编写涂水机器人的涂水轨迹程序的步骤，以实现涂水机器人和夹持机器人的联动，避免激光反射造成的能量损失，该涂水机器人安装对零件喷水的喷水器。
作为本发明的进一步改进，步骤d中还包括持续修改涂水机器人轨迹参数的步骤，实现最优冲击强化参数和涂水机器人运动轨迹参数。
作为本发明的进一步改进，步骤e中包括将仿真软件中涂水机器人的运动轨迹程序导入机器人系统的步骤。
作为本发明的进一步改进，激光喷丸系统的激光光束平顶分布。
作为本发明的进一步改进，激光光斑大小为2~3mm，激光能量不大于10J，激光功率密度不大于10GW/cm2。
本发明的有益效果是：本发明通过离散点离线编程的方式能够控制每一个冲击点的光斑搭接率，每一个冲击点的斜冲击角度，而且通过离散点的编程方式，能够解决小空间大倾角叶轮的叶片与激光光束之间的干涉问题，保证激光光束对于冲击部位的可达，进一步通过机器人位置补偿和激光功率密度补偿能够针对每一个点的参数进行优化，保证每一个点的残余应力达到工艺要求。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是机器人、叶轮零件以及激光喷丸系统的整体布局图；
图2是两个机器人、叶轮零件、激光光束空间位置示意图；
图3是大倾角叶片局部图；
图4是激光冲击强化光束最小入射角时的示意图；
图5是激光冲击强化光束最大入射角时的示意图；
图6是叶轮叶片激光冲击强化区域示意图。
具体实施方式
本实施例中的方法无论是仿真或者是实际激光冲击强化的过程均可以采用以下的布置去进行。如图1和图2所示，叶轮1（零件）安装在夹具2上，夹具装配在机械手3上，机械手3可以是夹持机器人4的一部分。夹持机器人4的对向侧为涂水机器人7，涂水机器人7的机械臂上设有喷水器6。激光发生器8的输出端朝向叶轮1。激光器电源柜9和激光器控制柜10靠近激光发生器8并对其供电、控制；一激光喷丸系统控制系统12，用于控制设置在激光发生器输出端的激光喷丸系统；一机器人控制柜11用于控制夹持机器人4和涂水机器人7的动作。待强化的叶轮零件如图3至图6所示，其中图6中的椭圆形代表激光的投影，入射激光光束如标号5所示。。
实施例的补偿方法可以按以下步骤实现：
（1）将叶轮三维模型和夹具模型通过SolidWorks或者其他三维软件进行装配，保存为hsf格式，并导入机器人仿真软件MotoSim EG-VRC中，在仿真软件中安装在MH-400II机器人的末端；
（2）通过机器人仿真软件MotoSim EG-VRC采取离散点编程方式离线编写激光冲击强化时夹持机器人MH-400II的运动轨迹，分别针对大叶片和小叶片的不同部位、不同角度（如图4的最小入射角或图5的最大入射角）、不同弯曲曲率采取不同的光斑搭接率，实现夹持机器人的移动位置点的补偿，使得激光冲击时激光束与零件遮挡部位不干涉，确保零件上每一个点的激光光束可达，确保激光束空间能量分布的形状与叶片曲面的最佳贴合；
（3）在离线编写夹持机器人MH-400II轨迹的同时，编写涂水机器人MH-12的涂水程序，实现两个机器人的联动，确保不会因为斜冲击角度过大而造成激光反射，导致激光能量的损失；
（4）根据轨迹参数、不同部位搭接率的不同以及离线编程中每一个点的激光束的空间坐标，通过向量公式计算出每个点的斜冲击角度大小，从而确定每个点的激光功率密度参数；
（5）不断的修改两个机器人的轨迹参数、激光器的冲击强化参数，实现最优冲击强化参数和机器人运动轨迹参数，解决斜入射造成的激光能量密度不均匀，零件表面冲击强化凹坑深度不均匀的问题，即在椭圆形的范围内能量变动最小；
（6）将机器人的运动轨迹程序导入机器人系统，同时将激光冲击强化参数导入PROCUDO®200激光喷丸系统的控制系统，按照仿真软件MotoSim EG-VRC中零件及夹具体安装的位置，在实际MH-400II机械手臂上安装好涂好黑漆保护层的叶轮，对叶轮进行激光冲击强化处理。
其中激光喷丸系统的激光光束平顶分布；激光光斑大小为2~3mm，激光能量不大于10J，激光功率密度不大于10GW/cm2。
实施例中的方法
（1）通过离散点离线编程的方式能够控制每一个点的光斑搭接率，每一个点的斜冲击角度；
（2）通过离散点的编程方式，能够解决小空间大倾角叶轮的叶片与激光光束之间的干涉问题，保证激光光束对于冲击部位的可达；
（3）通过机器人位置补偿和激光功率密度补偿能够针对每一个点的参数进行优化，保证每一个点的残余应力达到工艺要求；
（4）通过机器人位置补偿能够保证激光束空间能量分布的形状与叶片曲面的最佳贴合，即在椭圆形的范围内激光能量变动最小。
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
a．将零件模型和夹具模型导入机器人仿真软件中，并安装在夹持机器人的末端；
b．通过机器人仿真软件采取离散点离线编程方式编写激光冲击强化时夹持机器人的运动轨迹，对于零件不同部位，不同角度采取不同的光斑搭接率，实现夹持机器人的移动位置点的补偿；
c．根据轨迹参数、不同部位搭接率的不同以及离线编程中每一个点的激光束的空间坐标，通过向量公式计算出每个点的斜冲击角度大小，确定每个点的激光功率密度参数；
d．持续修改夹持机器人的轨迹参数、激光器的冲击强化参数，实现最优冲击强化参数和夹持机器人运动轨迹参数；
e．将仿真软件中夹持机器人的运动轨迹程序导入机器人系统，同时将激光冲击强化参数导入激光喷丸系统，按照仿真软件中的预设状态对实际零件进行激光冲击强化处理。
2.根据权利要求1所述的叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法，其特征在于：步骤b中，激光冲击时激光束与零件遮挡部位不干涉，零件上每一个点的激光光束可达，确保激光束空间能量分布的形状与叶片曲面的最佳贴合。
3.根据权利要求2所述的叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法，其特征在于：步骤b中还包括编写涂水机器人的涂水轨迹程序的步骤，以实现涂水机器人和夹持机器人的联动，避免激光反射造成的能量损失，该涂水机器人安装对零件喷水的喷水器。
4.根据权利要求3所述的叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法，其特征在于：步骤d中还包括持续修改涂水机器人轨迹参数的步骤，实现最优冲击强化参数和涂水机器人运动轨迹参数。
5.根据权利要求4所述的叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法，其特征在于：步骤e中包括将仿真软件中涂水机器人的运动轨迹程序导入机器人系统的步骤。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法，其特征在于：激光喷丸系统的激光光束平顶分布。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法，其特征在于：激光光斑大小为2~3mm，激光能量不大于10J，激光功率密度不大于10GW/cm2。
CN201811640413.0A 2018-12-29 2018-12-29 叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法 Active CN109504849B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811640413.0A CN109504849B (zh) 2018-12-29 2018-12-29 叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811640413.0A CN109504849B (zh) 2018-12-29 2018-12-29 叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109504849A true CN109504849A (zh) 2019-03-22
CN109504849B CN109504849B (zh) 2020-05-19

Family

ID=65756969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811640413.0A Active CN109504849B (zh) 2018-12-29 2018-12-29 叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109504849B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110394554A (zh) * 2019-06-14 2019-11-01 广东镭奔激光科技有限公司 一种叶轮盘激光冲击强化的机器人运动轨迹离线编程方法
CN110732777A (zh) * 2019-10-18 2020-01-31 扬州镭奔激光科技有限公司 一种双机器人联动的无干涉激光冲击强化方法
CN111549214A (zh) * 2020-05-29 2020-08-18 济南大学 飞机叶片隼部激光冲击强化装置
WO2020248661A1 (zh) * 2019-06-14 2020-12-17 广东镭奔激光科技有限公司 高温合金小尺寸涡轮盘榫槽部位激光冲击强化方法
CN112760584A (zh) * 2020-09-30 2021-05-07 中信戴卡股份有限公司 一种用于铝合金车轮的激光喷丸强化方法
CN113386149A (zh) * 2021-05-14 2021-09-14 中国航发北京航空材料研究院 一种面向排气机匣的激光喷丸机器人运动轨迹控制方法
US20220097175A1 (en) * 2020-09-30 2022-03-31 Citic Dicastal Co., Ltd. Method for extending service life of a sacrificial-layer-free aluminum alloy wheel by laser shock

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994015747A1 (en) * 1993-01-14 1994-07-21 Fanuc Ltd Laser beam machining control method and apparatus
US20020000428A1 (en) * 1999-01-20 2002-01-03 Lsp Technologies, Inc. Oblique angle laser shock processing
CN103882188A (zh) * 2012-12-24 2014-06-25 中国科学院沈阳自动化研究所 整体叶盘激光冲击强化设备
CN105385839A (zh) * 2014-09-09 2016-03-09 中国科学院沈阳自动化研究所 一种激光冲击强化自动化控制系统和方法
CN105861810A (zh) * 2016-04-21 2016-08-17 江苏大学 一种多参数集成控制的激光冲击强化系统
CN106191422A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 广东工业大学 汽车增压器铸造铝合金叶轮强化延寿的方法与装置
CN108517400A (zh) * 2018-05-18 2018-09-11 广东工业大学 一种能量补偿等功率密度激光斜冲击方法
CN108517479A (zh) * 2018-04-11 2018-09-11 北京工业大学 一种机器人等材制造超声多头冲击装置及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994015747A1 (en) * 1993-01-14 1994-07-21 Fanuc Ltd Laser beam machining control method and apparatus
US20020000428A1 (en) * 1999-01-20 2002-01-03 Lsp Technologies, Inc. Oblique angle laser shock processing
CN103882188A (zh) * 2012-12-24 2014-06-25 中国科学院沈阳自动化研究所 整体叶盘激光冲击强化设备
CN105385839A (zh) * 2014-09-09 2016-03-09 中国科学院沈阳自动化研究所 一种激光冲击强化自动化控制系统和方法
CN105861810A (zh) * 2016-04-21 2016-08-17 江苏大学 一种多参数集成控制的激光冲击强化系统
CN106191422A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 广东工业大学 汽车增压器铸造铝合金叶轮强化延寿的方法与装置
CN108517479A (zh) * 2018-04-11 2018-09-11 北京工业大学 一种机器人等材制造超声多头冲击装置及方法
CN108517400A (zh) * 2018-05-18 2018-09-11 广东工业大学 一种能量补偿等功率密度激光斜冲击方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110394554A (zh) * 2019-06-14 2019-11-01 广东镭奔激光科技有限公司 一种叶轮盘激光冲击强化的机器人运动轨迹离线编程方法
WO2020248661A1 (zh) * 2019-06-14 2020-12-17 广东镭奔激光科技有限公司 高温合金小尺寸涡轮盘榫槽部位激光冲击强化方法
CN110732777A (zh) * 2019-10-18 2020-01-31 扬州镭奔激光科技有限公司 一种双机器人联动的无干涉激光冲击强化方法
CN110732777B (zh) * 2019-10-18 2021-11-16 扬州镭奔激光科技有限公司 一种双机器人联动的无干涉激光冲击强化方法
CN111549214A (zh) * 2020-05-29 2020-08-18 济南大学 飞机叶片隼部激光冲击强化装置
CN112760584A (zh) * 2020-09-30 2021-05-07 中信戴卡股份有限公司 一种用于铝合金车轮的激光喷丸强化方法
US20220097175A1 (en) * 2020-09-30 2022-03-31 Citic Dicastal Co., Ltd. Method for extending service life of a sacrificial-layer-free aluminum alloy wheel by laser shock
CN114318195A (zh) * 2020-09-30 2022-04-12 中信戴卡股份有限公司 一种无牺牲层的铝合金车轮的激光冲击延寿方法
CN113386149A (zh) * 2021-05-14 2021-09-14 中国航发北京航空材料研究院 一种面向排气机匣的激光喷丸机器人运动轨迹控制方法
CN113386149B (zh) * 2021-05-14 2022-06-28 中国航发北京航空材料研究院 一种面向排气机匣的激光喷丸机器人运动轨迹控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109504849B (zh) 2020-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109504849A (zh) 叶轮大倾角激光斜冲击激光束空间能量分布补偿方法
CN103831224B (zh) 一种涡轮导向叶片自动化喷涂工艺
CA2368288C (en) Laser shock peening integrally bladed rotor blade edges
CN101760719B (zh) 一种激光冲击与热喷涂复合制备涂层的方法和装置
CN106312323B (zh) 一种变形叶片的激光喷丸校形方法及装置
CN105385839A (zh) 一种激光冲击强化自动化控制系统和方法
CN105862046A (zh) 航空发动机零件表面强化的装置及方法
EP1905852B1 (en) Varying fluence as a function of thickness during laser shock peening
CN103146893A (zh) 一种激光冲击处理曲面的方法
CN112903233B (zh) 一种两级串联伺服油缸驱动迎角机构精确定位的优化方法
CN104164643B (zh) 一种具有网状结构粘结层的热障涂层及其制备方法
CN109093619A (zh) 一种曲面均匀热喷涂的机器人轨迹规划方法
CN113088678B (zh) 一种小尺寸整体叶盘的叶片的激光冲击强化方法
CN109468572A (zh) 热喷涂/激光复合增材再制造系统制备涂层的方法
BRPI0100222B1 (pt) método e sistema para martelada de impacto duplo a laser de um artigo
CN204385279U (zh) 一种燃气轮机叶片热障涂层喷涂装置
CN103737451A (zh) 离轴非球面反射镜的砂轮原位自动整形铣磨加工方法
CN103555928B (zh) 一种车载激光冲击强化装置
Vundru et al. A comprehensive analytical-computational model of laser directed energy deposition to predict deposition geometry and integrity for sustainable repair
CN107794362A (zh) 一种在线实时变脉宽的叶片激光冲击强化控形方法
WO2020248660A1 (zh) 一种叶轮盘激光冲击强化的机器人运动轨迹离线编程方法
CN106624353A (zh) 一种激光喷丸制品表面制造系统
CN115301512B (zh) 一种适用于燃气轮机涡轮叶片的自动喷涂方法
CN107354417A (zh) 一种机械手自动热喷涂制备导向叶片组件涂层的方法
CN207109087U (zh) 基于激光熔覆的注塑模具修复系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant