CN110091053B - 一种金属板料激光喷丸成形动态监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属板料激光喷丸成形动态监测装置及方法，激光加工技术领域。所述装置包括包括硬质板料、阵列薄膜、数据采集与充电夹头、数据采集转化与反馈系统、充电装置、集成控制与监测系统、夹持与调节装置；所述硬质板料和金属板料大小相同且对称安装在夹持与调节装置上；所述硬质板料的正面和金属板料的背面设置有阵列薄膜；所述阵列薄膜连接有数据采集与充电夹头；所述数据采集与充电夹头分别连接数据采集转化与反馈系统和充电装置；所述数据采集转化与反馈系统和充电装置同时连接集成控制与监测系统。

Description

一种金属板料激光喷丸成形动态监测装置及方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种金属板料激光喷丸成形动态监测装置。

背景技术

在进行金属板料激光喷丸成形的过程中，为了提高板料成形的加工质量，提高成形精度，通常会在激光喷丸板料成形的加工过程中引入动态监测装置对加工板料的成形情况进行动态实时监控，以便于实现加工过程的实时调节和控制。

目前，已有的专利中有涉及到动态监测装置和方法的内容。申请号为2018108352971的发明涉及一种激光加工的多功能监测系统及监测方法。该系统包括分光模块、监测镜头、成像组件、运动模块和信号处理模块；分光模块安装在激光加工光路中，激光光束经分光模块分为两路，其中一路被分光模块折转90°进入监测镜头，另一路穿过分光模块实现激光加工；监测镜头、成像组件设置在分光模块的反射光路上；运动模块实现成像组件的移动；监测镜头包括光学系统；成像组件包括探测器和成像电路板；信号处理模块与探测器连接。该系统虽然实现了激光加工监测系统达到使用要求。但在传统激光加工监测装置中，样品每次摆放的位置无法保证在同一位置中，这会使反射光无法准确地作用在监测镜头上，从而对监测数据造成更大的误差甚至出现错误。另外，传统的监测装置在不同角度反射下，不能保证反射光全部可收集，这大大增加了监测的误差和复杂程度。申请号为2018100831821的发明涉及一种激光微纳加工差动共焦在线监测一体化方法与装置。该发明将高轴向分辨的激光差动共焦轴向监测模块与飞秒激光加工系统有机融合，利用差动共焦系统曲线零点对样品轴向位置进行纳米级监测和样品轴向加工尺寸测量。该发明实现了样品轴向位置的实时定焦和加工后微纳结构尺寸的高精度测量，但其监测工艺过程复杂，监测效率低，不能满足动态监测这样的要求。申请号为2012100046383的发明涉及一种激光加工装置及监测方法。该发明通过图像摄取单元连续摄取激光堆积过程中，激光光头和工作台之间的图像，并通过图像处理计算出激光光头和工作台之间的间距，完成在线的实时监测并控制激光光头的工作位置，保证了加工工件的品质。但图像摄取单元不够稳定，处理成像慢，增加了监测的误差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金属板料激光喷丸成形动态监测装置及方法，以解决现有技术中存在的监测数据误差较大、监测过程复杂、监测效率低下的问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种金属板料激光喷丸成形动态监测装置，包括硬质板料、阵列薄膜、数据采集与充电夹头、数据采集转化与反馈系统、充电装置、集成控制与监测系统、夹持与调节装置；

所述硬质板料和金属板料大小相同且对称安装在夹持与调节装置上；

所述硬质板料的正面和金属板料的背面设置有阵列薄膜；

所述阵列薄膜连接有数据采集与充电夹头；

所述数据采集与充电夹头分别连接数据采集转化与反馈系统和充电装置；

所述数据采集转化与反馈系统和充电装置同时连接集成控制与监测系统。

进一步的，还包括工作平台，所述夹持与调节装置固定安装在工作平台上。

进一步的，还包括和所述集成控制与监测系统连接的激光器控制系统；

所述激光器控制系统连接有激光器；

所述激光器正对着金属板料的正面。

进一步的，所述阵列薄膜包括塑料薄膜和压置于塑料薄膜中间的金属薄片；

所述金属薄片上连接有金属导线；

所述金属薄片阵列排列在塑料薄膜中；

所述金属薄片为正方形。

所述阵列薄膜具有防水功能。

进一步的，所述数据采集与充电夹头通过金属导线和阵列薄膜连接。

进一步的，所述充电装置为直流充电电源，使粘贴在金属板背面及硬质板料正面的金属薄片阵列形成阵列电容信号。

一种金属板料激光喷丸成形动态监测方法，所述方法包括如下步骤：

对阵列薄膜进行充电，然后断电，所述阵列薄膜中的金属薄片阵列之间分别形成独立的电容阵列单元；

通过数据采集转化与反馈系统对电容阵列单元的电压信息进行实时收集与监测并将电压信息反馈至集成控制与监测系统；

所述集成控制与监测系统收集并分析采集的电压信息，通过电压信息分析获得金属板料的成形信息并将成形信息反馈给激光器控制系统；

所述激光器控制系统根据成形信息对激光器加工参数作出及时的调整。

进一步的，所述金属板料正面对着加工激光器，所述硬质板料安装在金属板料的正后方，两者之间保持适当的距离。

进一步的，所述数据采集与充电夹头和阵列薄膜配套使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过阵列薄膜的应用，对阵列薄膜进行充电、断电设置，在阵列薄膜中的金属薄片阵列之间形成独立的电容阵列单元，通过电容阵列单元的电压信息来反应金属板料激光喷丸成形过程状态，并根据电压信息的变化实时调整加工参数，实现动态监测的目的，该技术解决了现有技术存在的监测数据误差较大、监测过程复杂、监测效率低下的问题，获得了低成本、高效率、实时动态监测金属板料成形过程的效果；在进行激光喷丸金属板料成形时，能够实现对金属板料产生的形态变化的实时动态监测功能。

附图说明

图1为金属板料激光喷丸成形动态监测装置示意图；

图2为金属板料成形动态监测原理图；

图3为阵列薄膜结构示意图。

附图标记：1-金属板料；2-硬质板料；3-阵列薄膜；4-数据采集与充电夹头；5-数据采集转化与反馈系统；6-夹持与调节装置；7-充电装置；8-工作平台；9-激光器控制系统；10-激光器；11-集成控制与监测系统；12-金属薄片电容阵列单元；13-金属薄片；14-塑料薄膜；15-金属导线。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明工作原理和技术方案做进一步的详细的描述。

如图1、图3所示，一种金属板料激光喷丸成形动态监测装置，包括硬质板料2、阵列薄膜3、数据采集与充电夹头4、数据采集转化与反馈系统5、充电装置7，充电装置7为直流充电电源、集成控制与监测系统11、夹持与调节装置6、工作平台8；硬质板料2和金属板料1大小相同且对称安装在夹持与调节装置6上，夹持与调节装置6固定安装在工作平台8上；硬质板料2的正面和金属板料1的背面设置有阵列薄膜3；阵列薄膜3连接有数据采集与充电夹头4；数据采集与充电夹头4分别连接数据采集转化与反馈系统5和充电装置7；数据采集转化与反馈系统5和充电装置7同时连接集成控制与监测系统11。

阵列薄膜3包括塑料薄膜14和压置于塑料薄膜14中间的金属薄片13；金属薄片13上连接有金属导线15；金属薄片13阵列排列在塑料薄膜14中；金属薄片13为正方形，数据采集与充电夹头4通过金属导线15和阵列薄膜3连接。

该装置还包括和集成控制与监测系统11连接的激光器控制系统9；激光器控制系统9连接有激光器10；激光器10正对着金属板料1的正面。

如图2所示，金属板料1成形动态监测原理图，金属板料1与硬质板料2通过夹持与调节装置6固定安装在激光喷丸加工工作平台8上，金属板料1正面对着加工激光，硬质板料2安装在金属板料1的正后方，两者之间保持适当的距离。

如图3所示，为阵列薄膜3的结构示意图，阵列薄膜3是由正方形金属薄片13压置于塑料薄膜14中间，金属薄片13按照一定的阵列排列，同时通过金属导线15连接，从而形成具有防水功能的覆塑金属薄片阵列薄膜。

阵列薄膜3分别粘贴在金属板料1的背面与硬质板料2的正面。

数据采集与充电夹头4与阵列薄膜3配套使用；数据采集与充电夹头4夹持在阵列薄膜3的一端，连接金属薄片阵列的金属导线15，另一端与数据采集转化与反馈系统5、充电装置7分别连接，数据采集转化与反馈系统5与集成控制与监测系统11连接。

集成控制与监测系统11同时连接数据采集转化与反馈系统5、激光器控制系统9；集成控制与监测系统11收集并分析采集的信号数据，反馈出金属板料1的成形状况，同时将信号反馈给激光器控制系统9，激光器控制系统9通过控制激光器对激光加工参数作出及时的调整。

充电装置7为阵列薄膜3提供直流充电电源，使粘贴在金属板背面1及硬质板料2正面的金属薄片阵列形成阵列电容信号。

在进行激光喷丸金属板料1前，先将阵列薄膜3分别粘贴在金属板料1背面与硬质板料2正面，并将数据采集与充电夹头4夹持在阵列薄膜3的一端，数据采集与充电夹头4同时与数据采集转化与反馈系统5、充电装置7分别连接；加工前，通过充电装置7对列薄膜3进行充电，然后断电，使粘贴在金属板料1背面与硬质板料2正面的金属薄片阵列各两两相对金属薄片形成稳定的电容。

其工作原理如下：

在激光喷丸金属板料1成形前，先进行充电，然后断电。按照电容计算的定义式：

此时粘贴在金属板料1背面与硬质板料2正面的阵列薄膜3内的金属薄片阵列各对之间分别形成一个独立的金属薄片电容阵列单元12，如图2所示。进一步，结合平板电容的决定式计算公式：

其中，C为电容，Q为极板电量，U为点压，ε为介质介电电常数，S为金属薄片两极板正对面积，k为静电力常量，d为金属薄片两极板间垂直距离，π为圆周率。

可以得到，当进行金属板料1激光喷丸成形时，金属板料1的变形会改其背面金属薄片阵列间的电容极板间距，如图2所示。由于电量Q一定，极板间距的变化，会诱导两极板间电压的变化。由于每一个金属薄片电容阵列单元12是相互独立的，各个电容的电压变化就反映了金属板料1激光冲击成形过程中板料的实时变形情况。通过数据采集与充电夹头4和数据采集转化与反馈系统5，对每一个金属薄片电容阵列单元12的电压情况进行实时收集与监测，就可以实现对金属板料1激光喷丸成形的动态监测。

上述实施例仅用于说明本发明技术方案，但其并不是用来限定本发明。任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的内容对本发明所提出的方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明的技术内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种金属板料激光喷丸成形动态监测方法，其特征在于，所述方法采用金属板料激光喷丸成形动态监测装置实现；所述金属板料激光喷丸成形动态监测装置包括硬质板料、阵列薄膜、数据采集与充电夹头、数据采集转化与反馈系统、充电装置、集成控制与监测系统、夹持与调节装置；所述硬质板料和金属板料大小相同且对称安装在夹持与调节装置上；所述硬质板料的正面和金属板料的背面设置有阵列薄膜；所述阵列薄膜连接有数据采集与充电夹头；所述数据采集与充电夹头分别连接数据采集转化与反馈系统和充电装置；所述数据采集转化与反馈系统和充电装置同时连接集成控制与监测系统；

所述方法包括如下步骤：

对阵列薄膜进行充电，然后断电，所述阵列薄膜中的金属薄片阵列之间分别形成独立的电容阵列单元；

通过数据采集转化与反馈系统对电容阵列单元的电压信息进行实时收集与监测并将电压信息反馈至集成控制与监测系统；

所述集成控制与监测系统收集并分析采集的电压信息，通过电压信息分析获得金属板料的成形信息并将成形信息反馈给激光器控制系统；

所述激光器控制系统根据成形信息对激光器加工参数作出及时的调整。

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