CN113618247A - 一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，包括：底座，所述底座上设有上下料机械手、工作机械手、反求机构、涂敷装置和激光冲击强化装置；所述上下料机械手用于抓取叶片并将叶片放置到反求机构上，所述反求机构包括相互连接的反求仪和控制器，所述反求仪能够生成所述叶片的三维数字量，所述控制器根据三维数字量生成用于涂敷和激光冲击强化的工作路径，并将所述工作路径传输至工作机械手；上下料机械手将叶片放入随行夹具内，由工作机械手按照所述工作路径带动叶片至相应的位置完成涂敷和激光冲击强化操作。本发明随行夹具与叶片，随行夹具与机械手的独立的定位夹紧系统使叶片相对于机械手的位置固定。

Description

一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统
技术领域
本发明涉及激光冲击技术领域，尤其涉及一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
激光冲击强化技术广泛应用于航空航天、船舶、化工等方面，对于航空发动机叶片而言，工作环境温度高、负荷大、应力状态复杂、工作环境非常恶劣，所以表面强化必不可少，对于表面强化而言，早期技术主要以喷丸强化为主，喷丸强化以其设备简单，成本低廉而受到广泛采用，但随着航空航天技术的发展使得叶片工作环境更加极端、对叶片抗疲劳能力的需求不断提高，喷丸强化便逐渐不再作为高精尖叶片表面处理技术的主要手段；
激光冲击强化是在传统喷丸基础上发展起来的新型强化技术。其采用高频、高功率、短脉冲激光束穿过中间约束层(水)冲击带有吸收层(黑漆)的工件表面，吸收层受激光辐照迅速气化、电离，形成等离子体。等离子体持续吸收能量体积急剧膨胀，其膨胀过程受到约束层的约束作用，产生向靶材内部传播的强冲击波。由于冲击波的峰值压力(GPa级)远远高于材料的动态屈服强度，可引起材料表层内部组织的改变，进而改善材料的微观结构及其应力分布，提高其抗疲劳、抗磨损和抗应力腐蚀等性能。
现有技术公开了一种叶片定位和固定装置，采用六个类“支承钉”实现六点定位原理,并且以叶片榫头的两个支承钉作为主定位平面，在主定位平面的一侧设有顶杆，手动拧动顶杆实现夹紧，但顶杆与两个支承钉的夹紧导致叶片在榫头部位产生弯矩，导致叶身部位因此而产生微小位移，激光聚焦位置发生偏移，影响激光冲击强化效果，并且采用紧定螺钉作为锁紧装置，但在激光冲击强化过程中，每次脉冲都会存在一次振动，多次振动的累加使得紧定螺钉产生松动，造成夹紧不可靠。
现有技术公开了一种飞机叶片夹具，该夹具采用与榫头形状相同的成型夹具，该夹具虽可同时实现定位与夹紧，但在夹具的加工制造过程中，其成型夹具的加工难度几乎等同于再一次加工汽轮机轮盘，并且夹具需要反复夹紧不同的飞机叶片，不同的飞机叶片存在不同的误差，所以每一次夹紧后的相对位置都有微小变化，甚至还有夹不紧的状况产生，如此会使激光冲击强化效果减弱，严重者更会在强化过程中出现掉落，从而伤害到操作人员。
现有技术公开了一种随动式激光冲击强化处理装置和方法，该专利公开了一种光水同轴的随动式激光冲击强化装置，将吸收层构成的吸收带紧贴于激光冲击头，通过电机转动来输送吸收带，虽然该专利使用的吸收带不贴附于工件表面，但是该专利智能应用于大平面的激光冲击强化，面对具有自由平面的叶片，尤其是在叶根部位，吸收带便无法贴附叶片表面，导致激光冲击强化效果不佳，叶片的抗疲劳寿命降低，叶片的工作时长也会大大减少。
综上所述，目前的航空发动机叶片激光冲击强化过程中，存在如下技术问题：
(1)运动夹持机构在激光脉冲过程中会产生松动的情况，从而影响激光冲击强化效果；
(2)夹持部分的形状设计更是直接影响重复夹装的精度，致使每次激光冲击强化加工效果都不一样，良莠不齐；
(3)由于夹具的设计精度不高，容易导致机械手在调整角度过程中干涉激光，产生事故。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化，上下料机械手通过与漫反射光电传感器的联动，完成反求工作的叶片的装夹，通过反求仪生成航空发动机叶片叶身部位的三维数字量，电脑根据激光冲击强化的不同位置，筛选出不同的加工位置，生成相应的加工路径，并将该加工路径数据传输到工作机械手上，工作机械手通过与两个漫反射光电传感器的联动实现随行夹具的夹装，确定叶片与机械手的相对坐标，通过该加工路径，完成吸收层的涂敷与激光冲击强化。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，包括：底座，所述底座上设有上下料机械手、工作机械手、反求机构、涂敷装置和激光冲击强化装置；
所述上下料机械手用于抓取叶片并将叶片放置到反求机构上，所述反求机构包括相互连接的反求仪和控制器，所述反求仪能够生成所述叶片的三维数字量，所述控制器根据三维数字量生成用于涂敷和激光冲击强化的工作路径，并将所述工作路径传输至工作机械手；
所述工作机械手上设有用于夹紧叶片的随行夹具；上下料机械手将叶片放入随行夹具内，由工作机械手按照所述工作路径带动叶片至相应的位置完成涂敷和激光冲击强化操作。
进一步地，还包括：用于存放待处理叶片的上料架和用于存放激光冲击强化处理后叶片的下料架；所述上料架或者下料架包括气缸、夹紧件和漫反射光电开关；所述漫反射光电开关检测到上下料机械臂后，通过气缸控制夹紧件松开，以使上下料机械臂将叶片取出。
进一步地，所述反求机构还包括：底座，所述底座上分别设有夹具、X轴进给装置和Z轴进给装置；
夹具设置在X轴进给装置上，并能够沿X轴方向移动；反求仪设置在Z轴进给装置上，并能够沿Z轴方向移动；
夹具沿X轴方向移动时，反求仪能够对夹具上的叶片进行反求。
进一步地，所述夹具以伺服电机作为主动件，一端采用曲柄滑块的方式实现X轴方向夹紧，另一端采用凸轮推杆机构实现Y轴方向夹紧。
进一步地，所述反求机构上设有漫反射式光电开关，所述漫反射式光电开关能够在检测到夹具到达设定位置时，联动上下料机械手进行上下料操作，同时联动控制夹具的夹紧和松开。
进一步地，所述随行夹具包括：伺服电机、第一夹具体、第二夹具体和第三夹具体；所述伺服电机主轴上连接有螺旋齿轮，螺旋齿轮与螺旋齿圈构成交错轴齿轮副，控制每一个夹具体的直线运动；所述随行夹具夹紧时，第一夹具体、第二夹具体和第三夹具体的端面紧密贴合，形成一个完整的平面。
进一步地，所述随行夹具上设有锁止装置，所述锁止装置包括：解锁杆、支撑架、杠杆、第一滑块和第二滑块；所述解锁杆一端与随行夹具壳体连接，另一端与第一滑块连接；解锁杆内设有与第一滑块运动方向相反的第二滑块；杠杆通过铰链头与解锁杆连接；支撑架两端设有矩形凹槽，铰链头能够通过矩形凹槽；矩形凹槽的短边作为杠杆的支点；第二滑块和支撑架之间设置弹簧，杠杆穿过所述第二滑块末端的通孔。
进一步地，工作机械手通过反求中获得的路径实现叶片的吸收层涂敷与激光冲击强化，并在激光冲击强化下部设有水槽收集激光冲击强化过程中的水。
进一步地，所述底座上还设有随行夹具待机站，用于放置随行夹具并通过轴流风机进行烘干；所述随行夹具待机站上设有解锁杆，用于将随行夹具内的锁止装置解锁，以实现随行夹具脱离工作机械手。
进一步地，所述随行夹具待机站包括伺服电机以及均匀布置的若干气缸，所述伺服电机通过输出轴连接一固定棘轮和一活动棘轮，活动棘轮通过碟形弹簧实现上下活动，活动棘轮顺时针旋转实现夹紧，逆时针旋转实现随行夹具待机站的转向，所述气缸强制活动棘轮与固定棘轮脱开，逆时针旋转实现放松。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所有的装置中都存在传感器实现联动，全程无工作人员参加，实现了自动化。采用漫反射光电开关实现反求机构的夹紧与放松，并采用上下料机械手提高了装夹效率，通过对夹装流程的细化，有益于生产节拍的计算。
本发明采用随行夹具对叶片实现装夹，完成叶片的吸收层涂敷工作与激光冲击强化工作，随行夹具设有密封装置，能够提高随行夹具的使用寿命，随行夹具与叶片，随行夹具与机械手的两套独立的定位夹紧系统致使叶片相对于机械手的位置固定，从而方便路径规划的转换与实施。
本发明工作机械手上布有两个漫反射光电开关分别实现了叶片夹紧与随行夹具夹紧的联动，并且设有锁止装置对意外事故进行了防范。
本发明随行夹具待机站采用一对端面棘轮，并且为了旋转不出现误差，夹紧装置的传动杆长度与角度都有具体的量化关系。
附图说明
图1是本发明实例中航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统整体结构示意图；
图2是本发明实例中激光冲击强化工艺流程图；
图3是本发明实例中反求结构整体结构示意图；
图4是本发明实例中直线进给机构结构示意图；
图5(a)是本发明实例中夹具结构示意图；
图5(b)是图5(a)中A位置局部放大图；
图5(c)是本发明实例中侧面夹紧装置结构示意图；
图5(d)是本发明实例中从动体结构示意图；
图5(e)是本发明实例中轴系结构示意图；
图6是本发明实例中反求机构中夹具极限位置示意图；
图7是本发明实例中反求机构与机械手联动工作流程图；
图8是本发明实例中随行夹具结构示意图；
图9是本发明实例中随行夹具爆炸视图；
图10是本发明实施例中随行夹具夹紧状态示意图；
图11(a)是本发明施例中机械手头部与夹具从动装置剖视图；
图11(b)是本发明施例中锁止装置的解锁状态视图；
图12(a)是本发明实施例中主动装置与从动装置连接示意图；
图12(b)是本发明实施例中机械手头部与随行夹具连接剖视图；
图13是本发明实施例中随行夹具待机站结构半剖示图；
图14是本发明实施例中端面棘轮配合关系轴测图；
图15是本发明实施例中随行夹具待机站传动部分示意图；
图16是本发明实施例中随行夹具待机站传动部分夹紧状态结构简图；
图17是本发明实施例中随行夹具待机站传动部分放松状态结构简图；
图18是本发明实施例中涂敷装置结构示意图；
图19是本发明实施例中激光冲击强化装置结构示意图；
图20是本发明实施例中料架结构示意图；
其中，Ⅰ上料架，Ⅱ反求机构，Ⅲ上下料机械手，Ⅳ工作机械手，Ⅴ轴流风机，Ⅵ随行夹具待机站，Ⅶ涂敷装置，Ⅷ激光冲击强化装置，Ⅸ下料架和Ⅹ底座；Ⅱ-1中承座，Ⅱ-2直线进给机构，Ⅱ-3反求仪，叶片Ⅱ-4，Ⅱ-5夹具，Ⅱ-6Z轴滚珠丝杠螺母，Ⅱ-7X轴滚珠丝杠螺母，Ⅱ-8漫反射式光电开关，Ⅱ-9反求仪底座；Ⅱ-2-1螺杆支撑侧，Ⅱ-2-2螺杆支撑固定侧，Ⅱ-2-3第一伺服电机，Ⅱ-2-4联轴器，Ⅱ-2-5导杆；Ⅱ-5-1夹具底座，Ⅱ-5-2侧面夹紧装置，Ⅱ-5-3第一轴系，Ⅱ-5-4定位块，Ⅱ-5-5第二轴系，Ⅱ-5-6第三轴系，Ⅱ-5-7齿条，Ⅱ-5-8齿条辅助定位块，Ⅱ-5-9支撑座；Ⅱ-5-2-1滑轨底座，Ⅱ-5-2-2从动体，Ⅱ-5-2-3第一连杆，Ⅱ-5-2-4滑块，Ⅱ-5-2-5第二连杆，Ⅱ-5-2-6夹紧块；Ⅱ-5-5-1支撑板，Ⅱ-5-5-2外齿圈；Ⅱ-5-3-1电机，Ⅱ-5-3-2电机支撑座；圆柱定位块Ⅱ-5-7-1，齿条定位块Ⅱ-5-7-2；Ⅱ-5-6第三轴系，Ⅱ-5-6-1紧定螺钉，Ⅱ-5-6-2第一轴端挡盖，Ⅱ-5-6-3轴，Ⅱ-5-6-4凸轮，Ⅱ-5-6-5套筒，Ⅱ-5-6-6从动齿轮，Ⅱ-5-6-7角接触球轴承，Ⅱ-5-6-8端盖，Ⅱ-5-6-9挺杆，Ⅱ-5-6-10复位弹簧，Ⅱ-5-6-11支撑块，Ⅱ-5-6-12榫槽夹紧块；Ⅳ-1随行夹具，Ⅳ-2机械手头部，Ⅳ-1-1夹具主动装置和Ⅳ-1-2夹具从动装置，Ⅳ-1-3壳体，Ⅳ-1-4连接座；Ⅳ-1-1-1第一夹具体，Ⅳ-1-1-2第二夹具体，Ⅳ-1-1-3第三夹具体，Ⅳ-1-1-4传动杆；Ⅳ-1-2-1解锁杆，Ⅳ-1-2-2第一滑块，Ⅳ-1-2-3杠杆，Ⅳ-1-2-4支撑架，Ⅳ-1-2-5弹簧，Ⅳ-1-2-6销，Ⅳ-1-2-7第二滑块；Ⅳ-1-3-1第一螺旋齿轮，Ⅳ-1-3-2螺旋齿圈，Ⅳ-1-3-3第二螺旋齿轮；Ⅳ-2-1第一漫反射光电传感器，Ⅳ-2-2第二漫反射光电传感器，Ⅳ-2-3传感器底座，Ⅳ-2-4圆环外壳，Ⅳ-2-5机械手，Ⅳ-2-6第一夹爪，Ⅳ-2-7轴端挡圈，Ⅳ-2-8第一连接块，Ⅳ-2-9双作用气缸，Ⅳ-2-10开口销，Ⅳ-2-11铰链头，Ⅳ-2-12第一传动杆，Ⅳ-2-13第二传动环，Ⅳ-2-14气缸底座，Ⅳ-2-15第二连接块，Ⅳ-2-16第二夹爪，Ⅳ-2-17固定环，Ⅳ-2-18随行夹具定位体；
Ⅳ-2-18-1第一弧面，Ⅳ-2-18-2第二弧面；Ⅵ-1待机站底座、Ⅵ-2限位杆、Ⅵ-3气缸杆、Ⅵ-4气缸支撑座、Ⅵ-5气缸、Ⅵ-6第二伺服电机、Ⅵ-7联轴器、Ⅵ-8阶梯轴、Ⅵ-9止推轴承、Ⅵ-10弹簧支撑座、Ⅵ-11碟形弹簧、Ⅵ-12活动端面棘轮、Ⅵ-13固定端面棘轮、Ⅵ-14第一轴端端盖、Ⅵ-15向心角接触球轴承、Ⅵ-16底板、Ⅵ-17第二轴端端盖、Ⅵ-18第二凸轮、Ⅵ-19第二轴端挡盖、Ⅵ-20直线滑块、Ⅵ-21长连杆、Ⅵ-22解锁块、Ⅵ-23保护壳、Ⅵ-24夹板；Ⅶ-1料仓，Ⅶ-2电控装置，Ⅶ-3支撑体，Ⅶ-4涂敷头，Ⅶ-5涂敷装置基底；Ⅷ-1激光器底座，Ⅷ-2大理石基座，Ⅷ-3激光头，Ⅷ-4水流口，Ⅷ-5透镜阵列，Ⅷ-6激光发生器；Ⅸ-1料架底座，Ⅸ-2料架支撑座，Ⅸ-3直线型气缸，Ⅸ-4活塞杆，Ⅸ-5定位斜块，Ⅸ-5气缸支座，Ⅸ-6球头定位体，Ⅸ-7回转夹紧体，Ⅸ-8第二漫反射光电开关。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，参照图1，包括：上料架Ⅰ，反求机构Ⅱ，上下料机械手Ⅲ，工作机械手Ⅳ，轴流风机Ⅴ，随行夹具待机站Ⅵ，涂敷装置Ⅶ，激光冲击强化装置Ⅷ，下料架Ⅸ和底座Ⅹ。
上下料机械手Ⅲ采用的是具有夹取功能的已知的六自由度机器人作为工作元件，可以是现有已知技术的码垛机械手等等，轴流风机Ⅴ固定在底座Ⅹ上，用于完成吹干。并且根据顺序完成如图2所示的工艺流程，具体包括：
上下料机械手从上料架抓取叶片并将叶片放置到反求机构上，反求机构包括相互连接的反求仪和控制器，反求仪能够生成叶片的三维数字量，控制器根据三维数字量生成用于涂敷和激光冲击强化的工作路径，并将工作路径传输至工作机械手；工作机械手上设有用于夹紧叶片的随行夹具；上下料机械手将叶片放入随行夹具内，由工作机械手按照规划的工作路径带动叶片至相应的位置完成涂敷和激光冲击强化操作，最后进行吸收层去除。
反求机构包括底座，底座上分别设有反求仪、控制器、夹具、X轴进给装置和Z轴进给装置；其中，反求仪能够生成所述叶片的三维数字量，控制器根据三维数字量生成用于涂敷和激光冲击强化的工作路径，并将所述工作路径传输至工作机械手；夹具设置在X轴进给装置上，并能够沿X轴方向移动；反求仪设置在Z轴进给装置上，并能够沿Z轴方向移动。夹具沿X轴方向移动时，反求仪能够对夹具上的叶片进行反求。
具体地，参照图3，反求机构Ⅱ包括：中承座Ⅱ-1、直线进给机构Ⅱ-2、反求仪Ⅱ-3、夹具Ⅱ-5、Z轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-6、X轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-7、漫反射式光电开关Ⅱ-8和反求仪底座Ⅱ-9；其中叶片Ⅱ-4作为被扫描零件置于反求机构之中。
本实施例中，由于Z轴直线进给机构上的反求仪只能对叶片的一面进行扫描，若实现对叶片整体进行扫描的话，需在两面分别布置一个反求仪，并且不能对称布置，防止互相影响。
叶片夹在夹具上，在第一次装夹时，X轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-7携带夹具Ⅱ-5第一次移动到最左边，漫反射式光电开关Ⅱ-8检测到信号，催动电机Ⅱ-5-3-1运行实现夹紧，第一伺服电机Ⅱ-2-3开始运行，使X轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-7从左向右，再从右向左运行，使得反求仪Ⅱ-3获得叶片Ⅱ-4的三维轮廓数字化信息，当反求仪Ⅱ-3的扫描范围超过叶片的最大高度时，Z轴无需运动，反之则会在X轴滚珠丝杠螺母从右向左运动时Z轴滚珠丝杠向上运动，对未扫描的部分进行扫描。
结合图4，Z轴进给装置由中承座Ⅱ-1和直线进给机构Ⅱ-2完成反求仪Ⅱ-3的Z向移动。
中承座Ⅱ-1用于支撑整个直线进给机构Ⅱ-2和反求仪底座Ⅱ-9；因为反求仪底座Ⅱ-9的跨度较大，容易在中间部位形成塌陷，所以设置两个中承座Ⅱ-1。
直线进给机构Ⅱ-2包括：第一伺服电机Ⅱ-2-3通过联轴器Ⅱ-2-4连接Z轴滚珠丝杠，Z轴滚珠丝杠两侧平行设置导杆Ⅱ-2-5，用于实现导向。
螺杆固定侧Ⅱ-2-2与第一伺服电机Ⅱ-2-3连接，螺杆固定侧Ⅱ-2-2与中承座Ⅱ-1连接，另一侧的螺杆支撑侧Ⅱ-2-1与中承座Ⅱ-1的连接。
Z轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-6与Z轴滚珠丝杠配合，反求仪Ⅱ-3固定在Z轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-6上，能够随着Z轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-6一起运动。Z轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-6通过通孔与导杆Ⅱ-2-5通过间隙配合，实现Z轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-6的导向，进而使反求仪Ⅱ-3垂直于滚珠丝杠进行位移，从而调整反求仪Ⅱ-3的Z轴位置。
本实施例中，反求仪Ⅱ-3的工作原理如下：通过在叶片表面产生的光斑经过反射，被测量点D相对于基准D0的位移Y可以在传感器接收处显示出相应的位移X，通过一系列的扫描，将改叶片的表面轮廓信息以数字点云的方式传输到控制器中，将摄像机坐标系转移到世界坐标系中，对数字点云进行处理，再经过灰度值处理，极值处理，噪声处理等等，生成叶片表面轮廓的三维数字量以及相应的加工路径。
X轴进给装置与直线进给装置的实现形式类似，不再详述。
其中，X轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-7分为滚珠丝杠螺母与平台，平台能够起到缓冲减震的作用，并且平台的引入可以减少滚珠丝杠螺母的加工难度，这样X轴滚珠丝杠螺母无需高精度孔的同时还需要高精度平面。滚珠丝杠螺母与平台两者之间由螺栓通过沉头通孔与螺纹孔相连。滚珠丝杠螺母与滚珠丝杠相连，完成进给动作。
结合图5(a)-(b)，夹具Ⅱ-5包括夹具底座Ⅱ-5-1、侧面夹紧装置Ⅱ-5-2、第一轴系Ⅱ-5-3、定位块Ⅱ-5-4、第二轴系Ⅱ-5-5、第三轴系Ⅱ-5-6、齿条Ⅱ-5-7、齿条辅助定位块Ⅱ-5-8和支撑座Ⅱ-5-9。
本实施例中，上下料机械手携带叶片从一侧放入反求机构的夹具中，X轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-7上设有螺纹孔用于固定夹具，由X轴螺杆带动夹具沿X轴方向移动，夹具以伺服电机作为主动件，一端采用曲柄滑块的方式实现X轴方向夹紧，另一端采用凸轮推杆机构实现Y轴方向夹紧，并且设有弹簧用以复位，其中第一轴系Ⅱ-5-3作为主动轴系，由伺服电机提供动力带动主轴上的齿轮，齿轮较宽，能够同时和第二轴系Ⅱ-5-5上的外齿圈Ⅱ-5-5-2与曲柄滑块机构的齿条啮合，同时第二轴系Ⅱ-5-5将动力传输给第三轴系Ⅱ-5-6，实现凸轮推杆机构对叶片的夹紧。曲柄滑块机构上的齿条经过与第一轴系Ⅱ-5-3上的齿轮啮合后将动力传递给曲柄滑块机构，实现对叶片的夹紧。
整个夹紧叶片的夹具的定位通过大平面作为定位基准限制三个自由度，侧面的定位块Ⅱ-5-4的下半部分只有一条线与叶片相接触作为定位基准限制两个自由度，支撑板Ⅱ-5-5-1上引出一定位块限制一个自由度，整体实现六个自由度的限制。定位块Ⅱ-5-4上半部分与叶片虚接触的部分只做辅助支撑作用，采用较大的间隙公差带代号，其局部视图如图5(b)所示，当第三轴系Ⅱ-5-7的夹紧装置实现夹紧功能时，定位块Ⅱ-5-4的上半部分才起到夹紧的作用。另一侧面的支承钉限制一个自由度，总共限制六个自由度。被夹装的叶片Ⅱ-4以双点划线的形式表示，考虑到叶片的榫槽部位是整个叶片加工中最精密的部位，所以在装夹的过程中尽量避免因划擦而导致精度降低，所以采用了垂直于榫槽和侧面的夹紧方式。
整体夹具设计的高度不高出叶片的叶冠部分，防止在三维轮廓扫描过程中产生干涉，影响三维轮廓数字化的提取。
图5(c)为侧面夹紧装置Ⅱ-5-2极限位置示意图，如图所示，夹紧块Ⅱ-5-2-6与第二连杆Ⅱ-5-2-5和支撑板Ⅱ-5-5-1通过铰链的形式相连，第二连杆Ⅱ-5-2-5的另一端与滑块Ⅱ-5-2-4均通过铰链的形式相连，滑块Ⅱ-5-2-4通过第一连杆Ⅱ-5-2-3的方式与从动体Ⅱ-5-2-2相连。
从动体Ⅱ-5-2-2轴测图如图5(d)所示，从动体Ⅱ-5-2-2底部形成凸字状，与滑轨底座Ⅱ-5-2-1的凹槽形成间隙配合，使得从动体Ⅱ-5-2-2在滑轨底座Ⅱ-5-2-1滑动推动侧面夹紧装置Ⅱ-5-2实现夹紧功能。其中夹具底座Ⅱ-5-1、电机Ⅱ-5-3-1和电机支撑座Ⅱ-5-3-2的相互固定连接。齿条Ⅱ-5-7通过齿条定位块Ⅱ-5-7-2的间隙配合使得齿条Ⅱ-5-7得以在齿条定位块Ⅱ-5-7-2的沟槽内滑动。图中双点划线表示的是处于未加紧状态的夹紧块Ⅱ-5-2-6，其上端面与支撑板Ⅱ-5-5-1的上端面共面，这样设计的原因是叶片Ⅱ-4在放入夹具内部的过程中，在右侧给予一定的空间防止机械手的干涉。
需要注意的是，整体侧面夹紧装置的安装过程为先将由夹紧块Ⅱ-5-2-6、第二连杆Ⅱ-5-2-5、滑块Ⅱ-5-2-4、第一连杆Ⅱ-5-2-3依次连接，后将从动体Ⅱ-5-2-2与第一连杆Ⅱ-5-2-3铰链连接，将夹紧块Ⅱ-5-2-6调平，放到支撑板Ⅱ-5-5-1的凹槽上，从动体Ⅱ-5-2-2放入滑轨底座Ⅱ-5-2-1的凹槽内，调整好齿条Ⅱ-5-7的位置最后将两个圆柱定位块Ⅱ-5-7-1分别旋进齿条的螺纹孔里，定位从动体Ⅱ-5-2-2的位置，完成侧面夹紧装置的安装。
结合图5(e)，第三轴系Ⅱ-5-6包括紧定螺钉Ⅱ-5-6-1、第一轴端挡盖Ⅱ-5-6-2、轴Ⅱ-5-6-3、凸轮Ⅱ-5-6-4、挺杆Ⅱ-5-6-9、复位弹簧Ⅱ-5-6-10、支撑块Ⅱ-5-6-11、榫槽夹紧块Ⅱ-5-6-12组成榫槽夹紧装置。
在第三轴系Ⅱ-5-6中，凸轮Ⅱ-5-6-4由第一轴端挡盖Ⅱ-5-6-2和套筒Ⅱ-5-6-5完成轴向定位，通过轴Ⅱ-5-6-3上的键槽，与凸轮Ⅱ-5-6-4的键槽通过键连接实现径向固定，套筒Ⅱ-5-6-5的另一端与从动齿轮Ⅱ-5-6-6接触，联合轴Ⅱ-5-6-3的轴肩对从动齿轮Ⅱ-5-6-6实现轴向定位。从动齿轮Ⅱ-5-6-6通过键连接的方式实现径向定位。轴Ⅱ-5-6-3通过角接触球轴承Ⅱ-5-6-7连接在夹具底座Ⅱ-5-1上，端盖Ⅱ-5-6-8与夹具底座Ⅱ-5-1相连。在执行端，挺杆Ⅱ-5-6-9通过间隙配合穿过支撑块Ⅱ-5-6-11，并且连接复位弹簧Ⅱ-5-6-10，挺杆Ⅱ-5-6-9的另一端通过销与榫槽夹紧块Ⅱ-5-7-12连接。
整体工作过程为：外齿圈Ⅱ-5-5-2作为主动齿轮，与从动齿轮Ⅱ-5-6-6啮合，带动从动齿轮Ⅱ-5-6-6转动，从动齿轮Ⅱ-5-6-6通过键连接传递转矩，带动轴Ⅱ-5-6-3与凸轮Ⅱ-5-7-4转动，凸轮Ⅱ-5-6-4与挺杆Ⅱ-5-6-9通过线接触推动挺杆Ⅱ-5-6-9前进，挺杆Ⅱ-5-6-9通过销连接推动榫槽夹紧块Ⅱ-5-6-12，榫槽夹紧块Ⅱ-5-6-12与支撑板Ⅱ-5-5-1通过燕尾槽的方式，使得榫槽夹紧块Ⅱ-5-6-12沿着固定方向移动，实现夹紧。
通过对整个夹具体的结构和功能的叙述，我们可以看到，整个夹具的高度均不高于叶片底座，这样可以在反求机构Ⅱ运行过程中，反求仪Ⅱ-3对叶片的扫描不会因为夹具高度将叶片Ⅱ-4的叶身挡住而造成干涉，影响后续工作，并且在整个反求过程中，夹紧装置提供的夹紧力只需要抵抗X轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-7移动时造成的微小震动，叶片Ⅱ-4本身并不因为反求过程中受力，所以夹紧力无需过大，只需保证叶片Ⅱ-4稳定即可。
参照图6，漫反射式光电开关Ⅱ-8固定在反求仪底座Ⅱ-9上，两侧的凹坑为工艺性凹坑，方便将漫反射式光电开关Ⅱ-8从反求仪底座Ⅱ-9中取出。其中，漫反射式光电开关Ⅱ-8包括接收器、发射器和数据传输线。漫反射式光电开关Ⅱ-8的存在是通过光电开关检测夹具Ⅱ-5的位置，从而与夹具Ⅱ-5中的电机Ⅱ-5-3-1实现联动。
上下料机械手将叶片放入夹具中后，漫反射式光电开关接收信息开始运作，X轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-7带动夹具体Ⅱ-5进行X轴方向移动，由z轴滚珠丝杠螺母带动反求仪，实现对叶片的三维轮廓数字化提取。
具体控制逻辑图如图7所示，在第一次装夹时，X轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-7携带夹具Ⅱ-5第一次移动到最左边时，假设漫反射式光电开关Ⅱ-8检测通过接收器接收到漫反射信号时，传出的电信号为低电平，此时通过延时，等待上料机械手Ⅳ将叶片Ⅱ-4放入到指定位置，假设所需时间为t0，经过Δt时间的延迟，电机Ⅱ-5-3-1开始正转实现夹紧，由于夹紧需要一定时间，所以再次经过Δt时间的延迟，上下料机械手Ⅲ撤回，准备进行下一步骤；在夹具Ⅱ-5实现夹紧之后，第一伺服电机Ⅱ-2-3开始运行，使X轴滚珠丝杠螺母Ⅱ-7从左向右，再从右向左运行，使得反求仪Ⅱ-3获得叶片Ⅱ-4的三维轮廓数字化信息，此时漫反射式光电开关Ⅱ-8再次接收到了漫反射信号，传出的电信号再次变为低电平，假设在反求阶段消耗了t2时间，在反求结束后再经过t3时间，这段时间是上下料机械手Ⅲ的抓取时间。再次经过Δt时间的延迟，电机Ⅱ-5-3-1反转，夹具Ⅱ-5释放，上下料机械手Ⅲ将叶片Ⅱ-4取出。
本实施例中，反求结束后，通过漫反射式光电开关与上下料机械手的联动，从夹具上将叶片取出，放入随行夹具上，随行夹具与叶片，随行夹具与机械手均具有独立的定位夹紧机构，从而能够让位于随行夹具中的叶片能够相对于机械手有一固定的相对坐标位置。
随行夹具与叶片的定位装置由定位顶盖，侧面定位体，支承钉，支撑块构成，定位顶盖作为叶片的主要定位表面，限制Z轴移动，X轴转动，Y轴转动的自由度。按照六点定位原理，侧面定位体与叶片的榫头部位形成线接触，支承钉与叶片的侧面形成点接触满足此原理。并且随行夹具中两个夹具体的合力垂直于主要定位表面，实现了定位夹紧的可靠。
随行夹具与叶片的夹紧以微型伺服电机作为主动件，随行夹具壳体上固定电机支撑座，电机支撑座上固定伺服电机。随行夹具包括：伺服电机、第一夹具体、第二夹具体和第三夹具体；所述伺服电机主轴上连接有螺旋齿轮，螺旋齿轮与螺旋齿圈构成交错轴齿轮副，控制每一个夹具体的直线运动；随行夹具夹紧时，第一夹具体Ⅳ-1-1-1、第二夹具体Ⅳ-1-1-2和第三夹具体Ⅳ-1-1-3的端面紧密贴合，形成一个完整的圆形，只有T字型缝隙露出，减少了水滴溅入的概率；表面焊有板材用以密封。随行夹具中夹具体的极限放松状态时夹具体的之间的距离大于叶冠的最大宽度，所以叶片装夹过程中并不产生干涉。
本实施例中，结合图8-图10，随行夹具Ⅳ-1与机械手头部Ⅳ-2连接，叶片Ⅱ-4被夹紧在随行夹具Ⅳ-1中。
随行夹具Ⅳ-1包括：夹具主动装置Ⅳ-1-1和夹具从动装置Ⅳ-1-2、壳体Ⅳ-1-3、连接座Ⅳ-1-4和机械手头部Ⅳ-2。壳体Ⅳ-1-3固定在连接座Ⅳ-1-4上，连接座Ⅳ-1-4与机械手头部Ⅳ-2连接。夹具主动装置Ⅳ-1-1和夹具从动装置Ⅳ-1-2与壳体Ⅳ-1-3连接。
图11(a)为随行夹具主动装置与从动装置连接关系示意图，第三夹具体Ⅳ-1-1-3上有一通孔，用于与第一传动杆Ⅳ-1-1-4销钉连接，并将第一传动杆Ⅳ-1-1-4插入滑块Ⅳ-1-2-1中，此时第一传动杆Ⅳ-1-1-4不仅用于连接夹具的主动装置与传动装置，还能够起到支撑第三夹具体Ⅳ-1-1-3的作用，第一螺旋齿轮Ⅳ-1-3-1连接在电机主轴上，作为主动齿轮，另一侧的第二螺旋齿轮Ⅳ-1-3-3通过螺旋齿圈Ⅳ-1-3-2将动力传递给第三夹具体Ⅳ-1-1-3，令其进行直线运动。
因为在激光冲击强化过程中，有水作为限制层来提高激光冲击强化的效果，因此夹具本身会受到水的影响，所以需要对随行夹具做出一定程度的密封处理。于是在随行夹具的上表面进行大面积的覆盖，力求表面板材数量少而产生的缝隙少，以提高密封的效果。
本实施例中，叶片Ⅱ-4本身具有减少自身重量的工艺性凹面，夹具体上与所述凹面相匹配的位置设置凸台，凸台与凹面之间形成了间隙量较大的迷宫密封的方式，由于叶片Ⅱ-4本身的叶冠部位具有一定的遮挡作用，配合迷宫密封来减少激光冲击强化过程中水的渗入，从而起到密封的效果。
壳体Ⅳ-1-3包括：螺旋齿轮、螺旋齿圈、密封端盖、电机、电机支撑座和随行夹具壳体，密封端盖的材质为塑料，以过盈配合的方式与随行夹具壳体连接，密封端盖的外缘是壳体外缘的同心圆，这样能够在夹具体夹紧过程中避免因为密封端盖不规则的外形而产生力矩，使得夹紧不准的情况，除此之外，在另一端有一锐角的凸台方便取出更换。
螺旋齿轮通过键与电机的主轴相连，此处的电机采用体积较小的伺服电机，电机通过螺钉与电机支撑座相连，实现电机的定位，电机支撑座通过螺钉与随行夹具壳体相连；螺旋齿圈与随行夹具壳体之间通过钢珠实现相对运动。
随行夹具上设有一套锁止装置，用于在突发情况致使随行夹具脱落而设计，这一套锁止装置通过连杆与杠杆原理结合，并且在机械手夹取随行夹具时对定位不产生影响，只有在与随行夹具待机站联动时产生作用，机械手与随行夹具的定位装置由圆环外壳的上端面作为随行夹具底座的主要平面，限制Z轴移动，X轴转动，Y轴转动的自由度，根据六点定位原理，机械手头部的定位体的弧面与半球面通过与底座的接触满足此原理。并且以气缸作为主动件，通过气缸底座连接在机械手上，以传感器底座作为连杆的中心，实现夹紧与放松的功能，机械手上设有螺纹孔用于固定传感器底座，传感器底座上布有两螺纹孔用于固定漫反射光电开关，并设有一横向通孔用于存放传感器的传输线，直通圆环外壳上的圆形突起。传感器上的两个漫反射光电开关一个用于检测叶片是否到位，另一个用于检测机械手与随行夹具相对距离。
图11(b)为锁止装置的解锁状态视图，包括：解锁杆Ⅳ-1-2-1、第一滑块Ⅳ-1-2-2、杠杆Ⅳ-1-2-3、支撑架Ⅳ-1-2-4、弹簧Ⅳ-1-2-5、销Ⅳ-1-2-6、第二滑块Ⅳ-1-2-7。其中解锁杆Ⅳ-1-2-1一端与随行夹具壳体的矩形通孔相连，另一端与第二滑块Ⅳ-1-2-7相接触，支撑架Ⅳ-1-2-4两端开有大于解锁杆Ⅳ-1-2-1直径的矩形凹槽，允许解锁杆Ⅳ-1-2-1上的铰链头通过，杠杆Ⅳ-1-2-3通过铰链头与解锁杆Ⅳ-1-2-1相连，支撑架Ⅳ-1-2-4上的矩形凹槽的短边作为杠杆Ⅳ-1-2-3的支点，第一滑块Ⅳ-1-2-2与第二滑块Ⅳ-1-2-7均通过销Ⅳ-1-2-6与连接座Ⅳ-1-4相连，允许两个滑块沿直线滑动，第一滑块Ⅳ-1-2-2的另一端通过弹簧Ⅳ-1-2-5穿过支撑架Ⅳ-1-2-4上的孔，并在尾部开有矩形通孔，允许杠杆Ⅳ-1-2-3通过。第二滑块Ⅳ-1-2-7的头部宽度大于第一滑块Ⅳ-1-2-2，并且在尾部没有开矩形通孔。在这种解锁状态下，解锁杆Ⅳ-1-2-1的下端受力，顶住第二滑块Ⅳ-1-2-7向上运动，并且通过杠杆原理，以支撑架Ⅳ-1-2-4上的矩形凹槽的短边作为支点，将带有矩形通孔的第一滑块Ⅳ-1-2-2顶起，并向下运动。第一滑块Ⅳ-1-2-2与第二滑块Ⅳ-1-2-7的反向运动使得两者之间的距离大于传感器底座Ⅳ-2-3头部的直径，从而实现解锁。需要说明的是，此处并不是解锁的极限状态，所以在解锁状态下，传感器头部可以任意进入到随行夹具内，并不影响机械手上夹具的定位和夹紧。
随行夹具的具体工作过程如下：由电机上的主轴带动螺旋齿轮，螺旋齿轮作为主动齿轮，使与其啮合的螺旋齿圈作为从动齿轮转动，带动三个九十度均匀分布与其啮合的螺旋齿轮转动，从而带动第一夹具体Ⅳ-1-1-1、第二夹具体Ⅳ-1-1-2和第三夹具体Ⅳ-1-1-3移动；其中第二夹具体Ⅳ-1-1-2只起到密封作用，不参与夹紧与放松，在放松阶段，第一夹具体Ⅳ-1-1-1的左端面是不超过叶片最右侧的，这样会避免叶片Ⅱ-4在放入随行夹具Ⅳ-1的过程中产生干涉而造成定位不准的问题；在夹紧阶段，第三夹具体Ⅳ-1-1-3通过第一传动杆Ⅳ-1-1-4带动滑块Ⅳ-1-2-1，使滑块只有一侧面与叶片Ⅱ-4的榫头接触，这样的夹紧方式会使叶片Ⅱ-4所受夹紧力的合力垂直于定位主平面，实现夹紧的可靠。
参照图12(a)-(b)，机械手头部Ⅳ-2包括：第一漫反射光电传感器Ⅳ-2-1、第二漫反射光电传感器Ⅳ-2-2、传感器底座Ⅳ-2-3、圆环外壳Ⅳ-2-4、机械手Ⅳ-2-5、第一夹爪Ⅳ-2-6、轴端挡圈Ⅳ-2-7、第一连接块Ⅳ-2-8、双作用气缸Ⅳ-2-9、开口销Ⅳ-2-10、铰链头Ⅳ-2-11、第二传动杆Ⅳ-2-12、第二传动环Ⅳ-2-13、气缸底座Ⅳ-2-14、第二连接块Ⅳ-2-15、第二夹爪Ⅳ-2-16、固定环Ⅳ-2-17、随行夹具定位体Ⅳ-2-18。传感器底座Ⅳ-2-3与圆环外壳Ⅳ-2-4固定在机械手Ⅳ-2-5上，圆环外壳Ⅳ-2-4在正对传感器底座Ⅳ-2-3的横向通孔处有一圆形凸环，是将外界数据线接入的地方，并且对接入部分实现了保护。第一夹爪Ⅳ-2-6与第一连接块Ⅳ-2-8相连，第一连接块Ⅳ-2-8通过轴端挡圈Ⅳ-2-7与双作用气缸Ⅳ-2-9推杆上的轴肩完成轴向定位，第一连接块Ⅳ-2-8的通过T字型结构与机械手Ⅳ-2-5上的矩形沟槽相接触，两侧合适的接触宽度实现了较为良好的滑动条件和运动稳定可靠性，双作用气缸Ⅳ-2-9包括气缸底座Ⅳ-2-14，两个进、出气口，气缸底座Ⅳ-2-14与机械手Ⅳ-2-5相连，进、出气口实现气缸推杆的正向与反向直线运动。第二传动杆Ⅳ-2-12一端通过铰链的方式与第一连接块Ⅳ-2-8相连，因为机械手要做六轴运动，不免有上下颠倒的情况，所以使用开口销Ⅳ-2-10设置在铰链头Ⅳ-2-11的两端来防止铰链头Ⅳ-2-11轴向窜动。第二传动杆Ⅳ-2-12另一端也是通过铰链的方式与第二传动环Ⅳ-2-13相连。第二传动环Ⅳ-2-13通过传感器底座Ⅳ-2-3下端的梯形凹槽绕传感器底座Ⅳ-2-3的圆柱中心转动，并且只有梯形的两斜面相接触，梯形的上下底面均未接触，这样能够同时保证传动精度与工艺性。第二传动环Ⅳ-2-13的对称中部削去了部分材料，使得第二传动环Ⅳ-2-13有一定柔度，可以通过小量形变将第二传动环Ⅳ-2-13放入到传感器底座Ⅳ-2-3的梯形凹槽内，同用固定环Ⅳ-2-17与第二传动环Ⅳ-2-13同过螺钉来提高第二传动环Ⅳ-2-13的刚度，防止在工作过程中出现变形的情况。
固定环Ⅳ-2-17的内圆面并未与第二传动环Ⅳ-2-13削去材料部分接触，这样是为了减少不必要的接触而降低加工难度。第二连接块Ⅳ-2-15与第二夹爪Ⅳ-2-16相连，第二连接块Ⅳ-2-15与第一夹爪Ⅳ-2-6和第二夹爪Ⅳ-2-16的内圆面完成对连接座Ⅳ-1-4凸台的外圆面的夹紧。随行夹具定位体Ⅳ-2-18与机械手Ⅳ-2-5相连，整个机械手夹具由圆环外壳Ⅳ-2-4的上端面与连接座Ⅳ-1-4的端面实现面接触，限制三个自由度，由随行夹具定位体Ⅳ-2-18的第一弧面Ⅳ-2-18-1与连接座Ⅳ-1-4的凸台的侧面实现线接触，限制两个自由度，由随行夹具定位体Ⅳ-2-18的第二弧面Ⅳ-2-18-2与连接座Ⅳ-1-4的凸台的另一垂直侧面实现点接触，限制一个自由度，从而限制六个自由度。机械手头部Ⅳ-2通过双作用气缸Ⅳ-2-9作为主动件，带动第一连接块Ⅳ-2-8在机械手Ⅳ-2-5的沟槽上做直线运动，从而带动第一夹爪Ⅳ-2-6向内收缩，实现对连接座Ⅳ-1-4的夹紧。
工作机械手Ⅳ的装夹工作流程如下，首先由工作机械手Ⅳ运动到随行夹具的下方，并且向上运动实现定位，此时第一漫反射光电传感器Ⅳ-2-1接收到反射信号，并经过一段时间的延迟，驱动双作用气缸Ⅳ-2-9实现与随行夹具的连接，此时随行夹具待机站释放，随行夹具跟随工作机械手Ⅳ运动，并由上下料机械手放入经过反求后的叶片Ⅱ-4，第二漫反射光电传感器Ⅳ-2-2接收到反射信号，经过一段时间延迟，驱动电机运动，随行夹具夹紧叶片Ⅱ-4，随后带动叶片Ⅱ-4进行激光冲击强化。
机械手通过反求中获得的路径实现叶片的吸收层涂敷与激光冲击强化，并在激光冲击强化下部设有水槽收集激光冲击强化过程中的水。
机械手在总体工作结束之后，将随行夹具安放于随行夹具待机站上进行烘干，随行夹具待机站上具有解锁杆，将随行夹具内的锁止装置解锁，从而实现机械手脱离于随行夹具，随行夹具待机站以伺服电机作为主动件，通过联轴器与主轴相连，主轴上安有一对端面棘轮，一固定棘轮和一活动棘轮，活动棘轮通过碟形弹簧实现上下活动，并在下端面设有一T型环形槽，并开有一通槽，通过滑块连接气缸，并在待机站底座上均匀布有四个气缸，活动棘轮顺时针旋转实现夹紧，逆时针旋转实现随行夹具待机站的转向，气缸强制活动棘轮与固定棘轮脱开，逆时针旋转实现放松。由于采用棘轮机构，所以伺服电机转动角度与随行夹具待机站夹具体的夹紧放松有着严格的量化关系。
具体地，结合图13-图15，待机站底座Ⅵ-1通过底座螺钉与底座Ⅸ相连，完成随行夹具待机站Ⅵ的固定，气缸Ⅵ-5连接在气缸支撑座Ⅵ-4上，气缸支撑座Ⅵ-4连接在待机站底座Ⅵ-1的侧面，在侧面共对称布置有四个气缸Ⅵ-5，气缸Ⅵ-5开有两个孔，分别实现气缸杆Ⅵ-3的正向和反向运动，第二伺服电机Ⅵ-6本身自带底座，与底座Ⅸ相连，第二伺服电机Ⅵ-6通过齿式联轴器Ⅵ-7与阶梯轴Ⅵ-8相连，气缸杆Ⅵ-3与限位杆Ⅵ-2相连，使得限位杆Ⅵ-2能够与气缸杆Ⅵ-3实现同步的竖直方向的运动。止推轴承Ⅵ-9一端与待机站底座Ⅵ-1的凸台相接触，另一侧与弹簧支撑座Ⅵ-10相接触，实现止推轴承Ⅵ-9的轴向定位，弹簧支撑座Ⅵ-10的另一端与阶梯轴Ⅵ-8的轴肩相接触，实现弹簧支撑座Ⅵ-10的轴向定位，弹簧支撑座Ⅵ-10与止推轴承Ⅵ-9接触的部分在根部开有一菱形沟槽，目的是方便止推轴承的安装与适当降低弹簧支撑座Ⅵ-10的加工难度，弹簧支撑座Ⅵ-10通过阶梯轴Ⅵ-8上的键槽实现径向定位，弹簧支撑座Ⅵ-10的外缘设置有碟形弹簧Ⅵ-11，碟形弹簧Ⅵ-11的内径略大于弹簧支撑座Ⅵ-10的外径，由此为碟形弹簧Ⅵ-11受压缩过程中内径变小留出空间。活动端面棘轮Ⅵ-12作为活动件而并没有对其进行轴向定位，仅通过阶梯轴Ⅵ-8上的键槽对固定端面棘轮Ⅵ-13实现径向定位，与普通键槽不同的是，由于活动端面棘轮Ⅵ-12需要沿着阶梯轴Ⅵ-8的轴向上下移动，所以此处的键的侧面与阶梯轴Ⅵ-8的配合为过盈配合，与活动端面棘轮Ⅵ-12的配合为间隙配合，活动端面棘轮Ⅵ-12的下断面与碟形弹簧Ⅵ-11相接触，当活动端面棘轮Ⅵ-12逆时针旋转时(此处的逆时针旋转为当沿着阶梯轴Ⅵ-8的轴向方向由上向下看时的逆时针，以下提到的逆时针旋转与顺时针旋转均以此为基准，不再赘述)，活动端面棘轮Ⅵ-12会因为斜面受力而向下运动，在经过一个棘齿后，再通过受到来自压缩的碟形弹簧Ⅵ-11的力回到活动端面棘轮Ⅵ-12与固定端面棘轮Ⅵ-13贴合的状态。
活动端面棘轮Ⅵ-12的下断面设有环形“T”字型凹槽，并采右侧开有一“T”字型通槽，使得限位杆Ⅵ-2能够通过此通槽滑入相应位置，并完成与气缸杆Ⅵ-4的连接，凹槽的深度要大于限位杆Ⅵ-2的头部的宽度，因此在固定端面棘轮Ⅵ-13逆时针旋转时，限位杆Ⅵ-2的存在并不影响活动端面棘轮Ⅵ-12的上下运动。并在解锁时完成相应作用。固定端面棘轮Ⅵ-13一端与第一轴端端盖Ⅵ-14相连，向心角接触球轴承Ⅵ-15的内圈由阶梯轴Ⅵ-8的轴肩定位，外圈由第一轴端端盖Ⅵ-14定位，固定端面棘轮Ⅵ-13的上端面与底板Ⅵ-16相连，实现轴向与径向的固定，底板Ⅵ-16与第二轴端端盖Ⅵ-17相连，位于底板Ⅵ-16这一侧的角接触球轴承外圈通过第二轴端端盖Ⅵ-17定位，内圈通过阶梯轴Ⅵ-8的轴肩定位，第二轴端端盖Ⅵ-17作为与底板Ⅵ-16相连的零件，只有在活动端面棘轮Ⅵ-12顺时针旋转时，才会带动固定端面棘轮Ⅵ-13与底板Ⅵ-16和第二轴端端盖Ⅵ-17旋转，所以第二轴端端盖Ⅵ-17的孔径略大于阶梯轴Ⅵ-8的在该处轴端的直径。底板Ⅵ-16下方有一滚轮起到辅助支撑的作用。第二凸轮Ⅵ-18通过键槽与阶梯轴Ⅵ-8相连，一端通过阶梯轴Ⅵ-8的轴肩定位，另一端与第二轴端挡盖Ⅵ-19相连，实现轴向和径向定位，第二凸轮Ⅵ-18上有一圆柱体，用于与连杆相连，底板Ⅵ-16开有两矩形通槽，直线滑块Ⅵ-20放于其中，沿矩形通槽滑动，并且通过螺钉与解锁块Ⅵ-22相连，保护壳Ⅵ-23保护随行夹具壳体Ⅳ-1-3的侧面，保护壳Ⅵ-23与夹板Ⅵ-24相连，随行待机站的夹紧部分是通过第二凸轮Ⅵ-18作为主动件带动长连杆Ⅵ-21实现的曲柄连杆机构，连杆之间通过铰链连接，其结构关系简图如图16，17所示。
随行夹具待机站Ⅵ的工作流程为工作机械手Ⅳ找准位置，进入到放松状态的随行夹具待机站Ⅵ内，固定端面棘轮Ⅵ-13逆时针旋转，实现夹紧，另一端的解锁块Ⅵ-22同时前进，推动解锁杆Ⅵ-1-2-1回缩实现解锁，完成夹紧后机械手便可从随行夹具上退出，此时活动端面棘轮Ⅵ-12再次顺时针旋转，带动固定端面棘轮Ⅵ-13和底板Ⅵ-16旋转180°，通过轴流风机Ⅴ实现烘干。烘干完成后再次顺时针旋转180°回到初始位置，当机械手从随行夹具待机站Ⅵ上取出随行夹具时，则此时气缸Ⅵ-5工作，带动气缸杆Ⅵ-3向下运动，强制活动端面棘轮Ⅵ-12与固定端面棘轮Ⅵ-13脱离，此时活动端面棘轮Ⅵ-12顺时针旋转，装置处于放松状态，工作机械手Ⅵ取出随行夹具。整个装置的夹紧放松的结构简图如图16，17所示。
当处于放松的极限状态时，随行夹具可以从一侧放入而毫无干涉，并且其自由度为F＝3n-2pL＝3*11-2*16＝1,由于端面棘轮的特殊性，只有转动角度为棘齿角度的倍数即
Figure BDA0003213175900000151
才能保证传动的精确性，否则就会由逆时针旋转变为顺时针旋转时产生误差，从而积累误差，假设已知各杆长度，夹紧时刻杆1与水平方向的夹角α已知，则可以求出：
Figure BDA0003213175900000152
则滑块3下降的位移Δx为：Δx＝d4sinθ1+d5cosθ2-d5，
滑块3与A点之间的距离在夹紧状态为：l3A＝d6sinα+d7cosα，
则在放松状态两点之间距离为：
l’3A＝l3A-Δx＝d6sin(α-θ)+d7cos(α-θ)，
由此可以求出θ的值，只要令θ为棘齿角度的整数倍即可。
参照图18，涂敷装置Ⅶ包括料仓Ⅶ-1，电控装置Ⅶ-2，支撑体Ⅶ-3，涂敷头Ⅶ-4，涂敷装置基底Ⅶ-5，由料仓Ⅶ-1将具有一定流动性的黑漆挤出通过管道进入到涂敷头Ⅶ-4内部，电控装置Ⅶ-2连接涂敷头Ⅶ-4内部的电阻丝，使处于涂敷头Ⅶ-4内部的黑漆加热，具有更高的流动性，工作机械手Ⅳ带着已经反求并已经进行路径规划的叶片Ⅱ-4进行吸收层涂敷步骤，在单次脉冲下，吸收层吸收能量造成等离子体蒸发的厚度为：
Figure BDA0003213175900000161
其中D为汽化厚度，dk为表面能量反射比，cs为固态比热容，cv为液态比热容，Tn为物质熔点T0为常数,T0＝273k，Tv为物质在相应压强下的沸点，Ln为物质熔融热Lv为物质汽化热I0为功率密度，d为材料固态质量密度，t为激光脉冲时间。需要注意的是，每次激光脉冲之间具有重叠性，所以黑漆涂敷的厚度是2D。
参照图19，激光冲击强化装置包括激光器底座Ⅷ-1，大理石基座Ⅷ-2，激光头Ⅷ-3，水流口Ⅷ-4，透镜阵列Ⅷ-5，激光发生器Ⅷ-6，通过激光发生器Ⅷ-6产生激光，经过透镜阵列Ⅷ-6对激光进行处理，再从激光头射出，对有一定距离的叶片Ⅱ-4进行激光冲击强化加工。激光发生器Ⅷ-6内装有不同能量密度的激光发生器，高能量密度短交互时间的激光发生器用于激光冲击强化，低能量密度长交互时间的激光发生器用于清洗，工作机械手Ⅳ在此处完成激光冲击强化和对残余的黑漆吸收层的清洗步骤。
当叶片Ⅱ-4经过三维轮廓扫描，将三维轮廓反求作为数字量存入电脑中时，叶片加工路径上每一点的相对位置坐标都进行了确定，在机械手系统中，机械手爪部与机械手的相对位置坐标是确定的，当随行夹具实现夹紧后，叶片Ⅱ-4相对于机械手爪部的相对位置也是确定的，此时可以通过加工路径反向推算出机械手的运动轨迹，从而实现在激光冲击强化过程中对激光聚焦距离一定时，待加工表面的距离控制。
参照图20，料架Ⅰ与料架Ⅸ在结构上是相同的，只是料架Ⅰ存放的是未经过加工的叶片Ⅱ-4，料架Ⅸ存放的是经过激光冲击强化后的叶片Ⅱ-4，在此仅对料架Ⅸ进行描述。料架底座Ⅸ-1与料架支撑座Ⅸ-2相连，料架支撑座Ⅸ-2与定位斜块Ⅸ-5相连，直线型气缸Ⅸ-3依靠气缸支座Ⅸ-5固定在定位斜块Ⅸ-5上，活塞杆Ⅸ-4的直线运动带动回转夹具体Ⅸ-7做定轴转动实现夹紧。定位方式为通过两斜面作为类“V型块”限制五个自由度，球头定位体Ⅸ-6顶住叶片Ⅱ-4的工艺行凹面的侧面限制一个自由度，总体限制六个自由度。活塞杆Ⅸ-4宽度略窄于叶片宽度，留出两端面为上下料机械手Ⅲ提供抓取的位置。第二漫反射光电开关Ⅸ-8通过螺纹连接埋于料架Ⅸ的前端，并且当上下料机械手Ⅲ前来抓取时，会使第二漫反射光电开关Ⅸ-8产生信号，催动直线型气缸Ⅸ-3运行。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，包括：底座，所述底座上设有上下料机械手、工作机械手、反求机构、涂敷装置和激光冲击强化装置；
所述上下料机械手用于抓取叶片并将叶片放置到反求机构上，所述反求机构包括相互连接的反求仪和控制器，所述反求仪能够生成所述叶片的三维数字量，所述控制器根据三维数字量生成用于涂敷和激光冲击强化的工作路径，并将所述工作路径传输至工作机械手；
所述工作机械手上设有用于夹紧叶片的随行夹具；上下料机械手将叶片放入随行夹具内，由工作机械手按照所述工作路径带动叶片至相应的位置完成涂敷和激光冲击强化操作。
2.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，还包括：用于存放待处理叶片的上料架和用于存放激光冲击强化处理后叶片的下料架；所述上料架或者下料架包括气缸、夹紧件和漫反射光电开关；所述漫反射光电开关检测到上下料机械臂后，通过气缸控制夹紧件松开，以使上下料机械臂将叶片取出。
3.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，所述反求机构还包括：底座，所述底座上分别设有夹具、X轴进给装置和Z轴进给装置；
夹具设置在X轴进给装置上，并能够沿X轴方向移动；反求仪设置在Z轴进给装置上，并能够沿Z轴方向移动；
夹具沿X轴方向移动时，反求仪能够对夹具上的叶片进行反求。
4.如权利要求3所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，所述夹具以伺服电机作为主动件，一端采用曲柄滑块的方式实现X轴方向夹紧，另一端采用凸轮推杆机构实现Y轴方向夹紧。
5.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，所述反求机构上设有漫反射式光电开关，所述漫反射式光电开关能够在检测到夹具到达设定位置时，联动上下料机械手进行上下料操作，同时联动控制夹具的夹紧和松开。
6.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，所述随行夹具包括：伺服电机、第一夹具体、第二夹具体和第三夹具体；所述伺服电机主轴上连接有螺旋齿轮，螺旋齿轮与螺旋齿圈构成交错轴齿轮副，控制每一个夹具体的直线运动；所述随行夹具夹紧时，第一夹具体、第二夹具体和第三夹具体的端面紧密贴合，形成一个完整的平面。
7.如权利要求6所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，所述随行夹具上设有锁止装置，所述锁止装置包括：解锁杆、支撑架、杠杆、第一滑块和第二滑块；所述解锁杆一端与随行夹具壳体连接，另一端与第一滑块连接；解锁杆内设有与第一滑块运动方向相反的第二滑块；杠杆通过铰链头与解锁杆连接；支撑架两端设有矩形凹槽，铰链头能够通过矩形凹槽；矩形凹槽的短边作为杠杆的支点；第二滑块和支撑架之间设置弹簧，杠杆穿过所述第二滑块末端的通孔。
8.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，工作机械手通过反求中获得的路径实现叶片的吸收层涂敷与激光冲击强化，并在激光冲击强化下部设有水槽收集激光冲击强化过程中的水。
9.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，所述底座上还设有随行夹具待机站，用于放置随行夹具并通过轴流风机进行烘干；所述随行夹具待机站上设有解锁杆，用于将随行夹具内的锁止装置解锁，以实现随行夹具脱离工作机械手。
10.如权利要求9所述的一种航空发动机叶片自动化激光冲击强化工艺装备系统，其特征在于，所述随行夹具待机站包括伺服电机以及均匀布置的若干气缸，所述伺服电机通过输出轴连接一固定棘轮和一活动棘轮，活动棘轮通过碟形弹簧实现上下活动，活动棘轮顺时针旋转实现夹紧，逆时针旋转实现随行夹具待机站的转向，所述气缸强制活动棘轮与固定棘轮脱开，逆时针旋转实现放松。
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