CN112204158A - 隐藏表面激光喷丸设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种与具有空腔的工件一起使用的激光冲击喷丸设备。所述设备包括管状主体，所述管状主体被配置为用于从所述空腔向内纵向插入。所述管状主体具有界定激光传输通道的外围壁，并且具有穿过所述外围壁从所述激光传输通道到达外部的孔。光学器件位于所述激光传输通道中。所述光学器件被配置为将激光束向外引导穿过所述孔。此外，所述外围壁具有限定水传送通道的内部表面，所述水传送通道被配置为将覆盖水流输送至所述孔。

Description

隐藏表面激光喷丸设备

相关申请

本申请要求于2018年4月23日提交的美国临时专利申请62/661,161的优先权，所述美国专利申请通过引用并入本文。

技术领域

本技术包括一种激光束传输装置和一种用于支撑所述装置与工件可操作地接合的设备。

背景技术

在激光冲击喷丸操作中，有时有必要对隐藏或在直接视线之外的表面进行激光喷丸，以供来自工件外部的激光束接近。例如，此类表面可存在于工件中的空腔内部。

发明内容

提供了一种与具有空腔的工件一起使用的激光冲击喷丸设备。所述设备包括管状主体，所述管状主体被配置为用于从所述空腔向内纵向插入。所述管状主体具有界定激光传输通道的外围壁。孔穿过所述外围壁从所述激光传输通道到达外部。光学器件位于所述激光传输通道中，并且将激光束向外引导穿过所述孔。此外，所述外围壁具有限定水传送通道的内部表面，所述水传送通道用于将覆盖水流输送至所述孔。

支撑设备被配置为在安装位置中与所述工件接合，在所述安装位置中所述支撑设备可拆解地附接至所述工件。当处于所述安装位置时，所述支撑设备将所述传输装置支撑为与所述空腔对准。在给定示例中，所述支撑设备可在真空压力的力下可拆解地保持在所述安装位置。

附图说明

图1是用激光冲击喷丸处理的工件的剖视图。

图2是用于在激光冲击喷丸中使用的装置的剖视图。

图3是图2的线3-3上截取的剖视图。

图4是用于与图2的装置一起使用的设备的前视图。

图5是图4所示的部分的放大剖视图。

图6是用于通过激光冲击喷丸处理一个或多个工件的便携式系统中所包括的部件的视图。

具体实施方式

附图中所示的结构为权利要求中列举的结构元件的示例部分。因此所示的结构包括本领域普通技术人员如何制造并使用要求保护的发明示例。在此描述这些示例在不施加权利要求中未列举的限制的情况下，能够满足专利法规定的实现和最佳实施例要求。根据本发明的任何特定实现方式的需要，一个实施例的一个或多个元件可与另一个实施例的一个或多个元件组合或替代使用。

图1所示的工件10是进行激光冲击喷丸处理工作的工件。工件10具有带开口15的外表面12。工件的内表面16限定从外表面12向内延伸的空腔17。给定示例中的空腔17是孔。工件10可具有多个重叠部分20，并且孔17可在一个这种部分20处具有开口内端23。

如图1所示，内表面16和孔17是以轴线25为中轴线的圆柱形状，并且以均匀的直径D1从外表面12处的开口15连续地穿过工件10，到达外表面12的开口内端23。孔17被配置为容纳将部分20紧固在一起的紧固件，诸如铆钉等。因此，为了适合于在最初或替换时与紧固件的接合，工件10可能需要在孔17中沿内表面16的长度进行激光冲击喷丸处理。

图2和图3所示的设备100是用于激光冲击喷丸处理工件的激光束传输装置。可被称为定标装置的传输装置100被配置为在工件空腔内的表面处将激光束引导到工件上。参考图1所示的示例，传输装置100被配置为将激光束传输至工件10，在孔17的内表面16处进行激光冲击喷丸处理。

在示例中，传输装置100具有包括管状主体102和端盖104的单独部分。管状主体102具有细长外围壁106，该外周壁是以轴线109为中轴线的圆柱形状的。外围壁106的外表面110具有均匀外径D2。传输装置100上的外径D2小于工件10上的内径D1。

端盖104的开口顶部112连接至管状体102的开口底部114。端盖104为圆柱形状，其外表面118具有均匀外径D2，并且如在图2所示的垂直方向，沿轴线109同心向下突出。

传输装置100的凸缘部分120位于管状主体102的上端处。凸缘120具有平行于轴线109的相对侧表面122和124，其具有直径D3、轴线109为中轴线的圆形外围边缘126。

直径D3大于直径D2，并且大于工件10的外表面12处的开口15的直径。孔127穿过凸缘120，使紧固件在支撑设备中安装传输装置100，所述支撑装置在工件10的外表面12处穿过开口15将传输装置100插入孔17中。支撑装置可包括图4所示的施加器装置128。

内壁130笔直穿过管状主体102。内壁130成形为弦，所述弦将内部空间分成形状为弓形段的第一通道133和第二通道135。第一通道133在管状主体102的顶处具有开口上端137，并且具有距管状主体102的底部114向上隔开一小段距离的开口下端139。第二通道135具有上端141和下端143，分别在第一通道133的上端和下端旁边。圆柱下端室145位于在通道133和通道135与开口底部114之间。

镜座150以一个预定路径安放于内壁130上，所述路径由激光束穿过开口上端137直接进入第一通道133中获取得到的。在示例中，预定路径以轴线109为中心。反射镜152安装在镜座150上，并且倾斜至轴线109，从而引导激光束穿过第一通道133，到达穿过外围壁106的光束传输狭槽155(图2)。

如图2和图3进一步所示，外围壁106具有内表面，该内表面在外围壁的厚度内限定第三通道157。第三通道157在第一通道133的开口上端137旁边具有开口上端159，并且穿过外围壁106纵向向下到达光束传输狭槽155。

如上所述，传输装置100被配置为用于插入工件10中的孔17中。管状主体然后在孔17内轴向延伸，光束传输狭槽155与工件10的内表面16紧密相邻。从光束传输狭槽155发射的激光束，通过围绕旋转轴109的传输装置100来逐步对准内表面16的整个区域，并且使激光束围绕内表面16周向运动以及通过沿轴25移动传输装置100，可以使激光束沿长度为内表面16的路径穿过孔17深度移动。

当激光束施加至工件10的内表面16上时，同时施加水作为内表面16处的透明覆盖物。这通过将水流引导流入并穿过第三通道157来实现。从第三通道157排出的水流沿轴向向下流经光束传输狭槽155。水流因此被沿轴向流过在光束传输狭槽155旁边的相邻内表面16。

一些覆盖水将通过在工件的内表面16与管状主体102的外表面110之间径向空间逸出。但是，部分或大部分水将继续从光束传输狭槽155向下流动，流经下端室145，最终流入端盖14中。因此，作为用于从传输装置100去除水的装置，第一通道133同时提供向下穿过的加压的空气流。加压的空气流从第一通道133的开口下端139排出，并且向下继续穿过端室145至端盖14，在所述端盖14中加压的空气向上折回且穿过第二通道135的开口下端。将以其他方式聚集在端盖14中的水由加压的空气流携带，以使得空气和水都被向上和向外驱动穿过第二通道135。优选地，加压的空气流在第二通道135的出口端处通过真空压力器驱动。

传输装置100的特定特征涉及反射镜152相对于传输狭槽155的位置。如图2所示，在所述示例中反射镜152与传输狭槽155沿轴向上间隔。这有助于将反射镜152保持与在传输狭槽155处从第三通道157排出的水流湍流相距一段距离，并因此有助于确保反射的激光束不会受水的不利影响。

如图4所示，施加器装置128用于将传输装置100插入至孔17中，其具有支撑在框架200上的多个部件。这些部件包括外壳202，所述外壳202具有用于将施加器装置128可拆解地附接至工件的真空密封室203。在给定示例中，施加器装置128附接至图1的工件10。施加器装置128的其他部分包括用于向装置100提供放大的光束的激光束放大器204，以及电动旋转驱动器206和电动垂直驱动器208用于如上文所述的将传输装置100在孔17内移动。在图4的示例中还提供了具有用户接口的控制器210。

外壳202限定密封室203的闭合边界，而且为密封室203提供开口底部214。密封环216完全围绕开口底部214。在图4的安装位置中，开口底部214面向工件10的外表面12，密封环216覆盖外表面12。泵218(图中所示)在密封室203内提供真空压力。在工件10的外表面12有效限定密封室203的底部处的闭合边界，真空压力在外表面12上将施加器装置128保持在适当位置。密封环216与外表面12的轮廓相一致，以便根据需要在安装位置进行气密密封。还可提供吸盘220以确保安装好的设备128牢固地保持在适当的位置。

如图5所示，传输装置100固定在密封室203内的平台230上。连接件232被配置为将传输装置100与从覆盖水源延伸的液压线路和从加压空气源延伸来驱动水穿过传输装置100的气动线路互连。

连接件232还被配置为接合使传输装置100与激光束放大器204互连的光纤。放大器204与远程激光束源互连，所述远程激光束源被脉冲发出来在工件10的内表面16处进行激光冲击喷丸处理。通过在施加器装置128而不是远程激光源处定位放大器204，图4的布置减小了光纤的放大光束必须行进穿过以到达传输装置100的长度。这相应地减少放大器204与传输装置100之间的能量损失。

在使用中，施加器装置128可在工件10的外表面12上到处移动，从而在大量孔17中的每一个上执行激光冲击喷丸操作。施加器装置128首先定位在所选择的孔17上方，与目标装置100对准但从孔17向上缩回。在控制器210的影响下，垂直驱动器208和真空泵218将施加器装置128固定就位并且将传输装置100纵向移动至孔17中。放大器204、远程激光源以及水源和压缩空气源随后可由控制器210致动，以如上文描述而执行激光喷丸操作。当激光喷丸操作完成时，可去停用真空泵218以拆解施加器装置128来移动至另一个位置。

图6示出了用于在一个或多个工件上的多个表面位置处执行激光喷丸的系统300的示例。系统300尤其适用于在飞行器机翼的多个翼梁紧固件孔的内表面处执行激光喷丸。系统300包括被配置为便携式部件，该便携式部件用于在多个表面位置上部署光束传输设备100。系统300的便携式部件包括施加器装置310形式的支撑设备。便携式部件还包括外壳320、验证支架330、除水真空器340和反渗透水系统350。

不同于上文描述的施加器装置128，施加器装置310的此示例不包括具有用户接口的控制器。但是，施加器装置310以其他方式配置有基本上与图4的施加器装置128相同的结构和功能。施加器装置310因此被配置为用于与工件可拆解地连接，以上述相同方式支持和移动类似于该输送装置100的输送装置。施加器装置可因此部署在飞行器机翼的上表面上的多个孔位置之间。

如上文描述，外壳320具有用于向施加器装置310提供激光束、电力、覆盖水和用于除水的空气流的部件。外壳320还具有用户接口和控制器，所述用户接口和控制器用于向施加器装置310提供将施加器装置310附接至工件的真空泵的控制信号，以及用于操作在工件孔中使传输装置插入、前进、缩回和旋转的马达的控制信号。如图所示，外壳320在此示例中具有用于跨底板滚动的轮子360。

验证支架330插入在外壳320与施加器装置310之间。系统300的部件包括控制器，所述控制器用于评估施加器装置310处的激光束以验证诸如光斑大小、能量、时间曲线等特性。脐带件362将外壳320与施加器装置310和验证支架330进行连通，以传输外壳320操作施加器装置310和验证支架330所需的电力、覆盖水、空气和控制信号。在此示例中，验证支架也可具有用于跨底板滚动的轮子。也可在剪叉式升降机或用于相对于飞行器机翼的接近度和操纵性的其他合适的起重装置上承载验证支架330。

除水真空器340包括由从外壳320提供的空气流驱动穿过空气线路370的文丘里管装置。真空空气线路372从除水真空器340延伸至需要收集并去除来自激光束传输装置的过量水的位置。

反渗透水系统360包括在系统300中，以净化从车间获得的水源并将净化的水提供给外壳中的水箱。

本书面描述提出了本发明的最佳实施例，并且描述了本发明以便使得本领域普通技术人员能够通过呈现权利要求中列举的要素的示例来制造和使用本发明。对这些要素的详细描述并没有施加权利要求中没有列举的限制，无论是字面上的，还是等同原则下的限制。

Claims (20)

1.一种用于与工件一起使用的设备，所述工件中的空腔内具有表面，所述设备包括：

管状主体，所述管状主体被配置用于在所述工件的内表面旁边从所述空腔向内纵向插入，所述管状主体包括界定激光传输通道的外围壁，孔穿过所述外围壁从所述激光传输通道到达外部；以及光学器件，所述光学器件位于所述激光传输通道中并且被配置为将激光束向外引导穿过所述孔；

其中所述外围壁具有限定水传送通道的内部表面，所述水传送通道被配置为将覆盖水流输送至所述孔。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述管状主体具有水-空气出口，并且限定水-空气回流通道，所述水-空气回流通道独立于所述激光传输通道，将所述孔与所述水-空气出口连通。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述水-空气出口位于所述管状主体的外端部。

4.根据权利要求2所述的设备，其包括连接件，所述连接件被配置为用于连接光纤与所述激光传输通道，连接气动线路与所述激光传输通道，并且连接液压线路与所述水传送通道。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述光学器件与所述孔纵向间隔开。

6.一种用于与工件一起使用的设备，所述工件中的空腔内具有表面，所述设备包括：

光束传输装置，所述光束传输装置被配置用于在所述工件的内表面旁边插入在所述空腔中，所述管状主体包括界定激光传输通道的外围壁，孔穿过所述外围壁从所述激光传输通道到达外部；

光学器件，所述光学器件定位在所述激光传输通道中并且被配置为将激光束向外引导穿过所述孔；以及

一种支撑设备，所述支撑设备被配置为在安装位置处与所述工件接合，在所述安装位置处所述支撑设备可拆解地附接至所述工件，并且在所述空腔中支撑所述传输装置。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述支撑设备被配置为将所述传输装置插入至所述空腔中。

8.根据权利要求6所述的设备，其中所述支撑设备被配置为将所述传输装置在所述空腔内移动。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述支撑设备被配置为使所述传输装置在所述空腔内旋转。

10.根据权利要求8所述的设备，其中所述支撑设备被配置为改变所述传输装置在所述空腔内的深度。

11.根据权利要求8所述的设备，其中所述支撑设备包括可压缩元件，所述可压缩元件被配置为在所述支撑设备处于所述安装位置时与所述工件的外表面的轮廓一致。

12.根据权利要求6所述的设备，其中所述支撑设备包括用于在真空压力的力下使所述支撑设备保持在所述安装位置的装置。

13.根据权利要求6所述的设备，其中所述支撑设备包括限定具有开口侧的真空室的闭合边界的外壳，并且被配置为用于所述工件的外表面，在所述支撑设备处于所述安装位置时使所述真空室的所述开口侧闭合。

14.根据权利要求6所述的设备，其中所述支撑设备被配置为用于将所述传输装置与从安装结构到达激光源的光纤连接。

15.根据权利要求6所述的设备，其中所述支撑设备被配置为用于将所述传输装置与覆盖水源连接。

16.根据权利要求6所述的设备，其还包括所述支撑设备上的激光束放大器。

17.一种用于与工件一起使用的设备，所述工件具有开口的外表面和限定从所述开口向内的空腔的内表面，所述设备包括：

光束传输装置，所述光束传输装置被配置用于在所述工件的内表面旁边从所述空腔向内插入，所述管状主体包括界定激光传输通道的外围壁，孔穿过所述外围壁从所述激光传输通道到达外部；

光学器件，所述光学器件定位在所述激光传输通道中并且被配置为将激光束向外引导穿过所述孔；以及

支撑设备，所述支撑设备被配置为在安装位置与所述工件接合，在所述安装位置中所述支撑设备在所述空腔内部支撑所述传输装置，其中所述支撑设备包括电动驱动器，所述电动驱动器与所述传输装置互连，使所述传输装置在所述空腔内移动；

激光束源，所述激光束源远离所述支撑设备；以及

光纤，所述光纤将所述支撑设备与所述激光束源互连。

18.根据权利要求17所述的设备，其中所述支撑设备包括激光束放大器。

19.根据权利要求17所述的设备，其中所述支撑设备包括可压缩元件，所述可压缩元件被配置为在所述支撑设备处于所述安装位置时与所述工件的外表面的轮廓一致。

20.根据权利要求17所述的设备，其中所述支撑设备包括限定具有开口侧的真空室的闭合边界的外壳，并且被配置用于使所述工件的外表面，在所述支撑设备处于所述安装位置时使所述真空室的所述开口侧闭合。

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