CN115091026A - 飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置和方法，包括箱体，所述箱体右侧设有移动孔，所述移动孔内设有移动杆，所述移动杆贯穿于移动孔设置，所述移动杆位于箱体内固定连接设有激光加工头，所述移动孔内设有移动杆的卡位装置，所述箱体内左侧设有控制孔，所述控制孔内固定连接设有轴承，所述轴承内固定套设有控制杆，所述控制杆贯穿于轴承和固定孔设置，所述控制杆位于箱体内固定连接设有控制板，所述控制板的右侧设有滑槽，所述滑槽内滑动连接设有两个滑杆，两个所述滑杆贯穿于滑槽设置。本发明利用激光加工头发射飞秒激光，通过三维扫描振镜、视觉成像模块和激光焦点位置标定模块的协同配合完成对叶片榫头曲面的扫描加工，提高涡轮叶片榫头的微动磨损性能，操作简单，实用性强。

Description

飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能装置和方法
技术领域
本发明涉及涡轮叶片榫头技术领域，尤其涉及飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置和方法。
背景技术
微动磨损是指构件在循环载荷的作用下，由于表面某一部位与其它接触表面产生小振幅相对滑动而导致构件疲劳强度降低或早期断裂的现象，在涡轮叶片的使用过程中，经常会在叶片榫头和榫槽处产生微动磨损，生成微裂纹，这些微裂纹后续会在发动机激振力的长期作用下不断扩展，最终诱发疲劳断裂，造成严重飞行事故。目前常用的预防方法是对榫头表面处制备耐磨涂层或采用渗/注等工艺提高其抗磨损性能，但涂层在使用的过程中容易剥落，渗/注等工艺会影响材料的疲劳性能，因此上述工艺均存在一定的弊端。
为了解决该问题，本发明提出一种利用飞秒激光对叶片榫头直接扫描实现榫头抗磨损性能提升的装置和方法，工艺简单，提升效果显著，为解决叶片榫头微动磨损早期失效问题提供了一种切实可行的方法和手段。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，如：耐磨涂层在使用的过程中容易剥落，渗/注等工艺会影响材料的疲劳性能，因此提出飞秒激光扫描提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置和方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置，包括箱体，所述箱体右侧设有移动孔，所述移动孔内设有移动杆，所述移动杆贯穿于移动孔设置，所述移动杆位于箱体内固定连接设有激光加工头，所述移动孔内设有移动杆的卡位装置，所述箱体内左侧设有控制孔，所述控制孔内固定连接设有轴承，所述轴承内固定套设有控制杆，所述控制杆贯穿于轴承和固定孔设置，所述控制杆位于箱体内固定连接设有控制板，所述控制板的右侧设有滑槽，所述滑槽内滑动连接设有两个滑杆，两个所述滑杆贯穿于滑槽设置，两个所述滑杆位于滑槽外侧固定连接设有夹杆，所述夹杆之间通过第三弹簧连接设置，所述控制杆位于箱体外侧固定连接设有转动板，所述控制杆上滑动套设有移动环，所述移动环位于箱体和转动板之间设置，所述移动环通过第五弹簧和转动板连接设置，所述移动环侧壁对称设有多个通孔，所述箱体外侧固定连接设有两个固定杆，两个所述固定杆位于控制孔的两侧设置，且两个所述固定杆贯穿于通孔设置，所述箱体内设有激光加工头的位置限制装置。
优选地，所述卡位装置包括在移动孔内对称设置的多个卡槽，所述移动杆内设有空腔，所述空腔内对称滑动连接设有两个卡板，两个所述卡板之间通过第一弹簧连接设置，两个所述卡板远离对方的一侧固定连接设有卡杆，所述卡杆贯穿于空腔和卡槽匹配对应设置，两个所述卡板远离对方的一侧还固定连接设有按压板，所述按压板贯穿于空腔设置。
优选地，所述位置限制装置包括在箱体内设置接触板，所述接触板位于夹杆的下侧设置，且所述接触板和激光加工头对应设置，所述接触板的下侧固定连接设有第二弹簧，所述第二弹簧的另一侧和箱体固定连接设置，所述接触板的右侧固定连接设有接触杆，所述接触杆的上右侧固定连接设有第二齿条，所述箱体内转动连接设有转动杆，所述转动杆贯穿于箱体设置，所述转动杆位于箱体内固定套设有齿轮，所述齿轮和第二齿条啮合匹配连接设置，所述激光加工头下侧设有连接槽，所述连接槽内滑动连接设有第一齿条，所述第一齿条贯穿于连接槽设置，所述第一齿条位于齿轮的右侧和齿轮啮合连接设置，所述第一齿条位于连接槽内固定连接设有第四弹簧，所述第四弹簧的另一侧和连接槽固定连接设置。
优选地，所述箱体内侧壁对称设有两个限位槽，两个所述限位槽内滑动连接设有限位杆，所述限位杆贯穿于限位槽和接触板固定连接设置。
优选地，两个所述夹杆外侧固定套设有橡胶套。
优选地，所述激光加工头包括三维扫描振镜、视觉成像模块和激光焦点位置标定模块，所述三维扫描振镜包括激光发射器，所述激光发射器的右侧设有动态聚焦控制单元，所述动态聚焦控制单元的右侧设有相机适配器，所述相机适配器的右侧设有摆动电机，所述摆动电机的两端固定连接设有X轴发射器和Y轴反射器，所述X轴发射器和Y轴反射器与相机适配器匹配设置，所述摆动电机的下侧设有场镜，所述场镜和X轴发射器与Y轴反射器匹配对应设置，所述视觉成像模块包括CMOS相机，所述CMOS相机的下侧设有物方远心境头，所述物方远心境头下侧设有带通滤光片，所述带通滤光片的下侧设有二向色镜，所述二向色镜的下侧设有环形光源，所述激光焦点位置标定模块包括发生器，所述发生器的下侧设有透镜，所述透镜的下侧设有第一平面镜，所述第一平面镜的侧壁设有多个凸透镜和多个第二平面镜，多个所述凸透镜和第二平面镜两两一组匹配设置，所述第二平面镜的斜上侧设有光学探测器。
飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的方法，包括以下步骤：
S1、首先向靠近对方的方向按压两个按压板，两个按压板带动卡板向靠近对方的方向移动，卡板压缩第一弹簧的同时，带动卡板向靠近对方的方向移动，直到卡杆从卡槽内移出为止，逆时针转动转动杆，转动杆通过齿轮带动第一齿条和第二齿条向远离对方的方向移动，第一齿条通过第四弹簧带动激光加工头以及移动杆整体向上移动，第二齿条通过接触杆带动接触板向下移动，接触板压缩第二弹簧，直到接触板和激光加工头之间的距离满足工作需要为止。
S2、向靠近对方的方向移动两个夹杆，两个夹杆压缩第三弹簧，将需要进行处理的涡轮叶片榫头套在两个夹杆外侧，松开夹杆，在第三弹簧的作用下，两个夹杆向远离对方的方向移动，进而将需要进行处理的涡轮叶片榫头夹住。
S3、松开转动杆，在第二弹簧的作用下，接触板向上移动，直到和涡轮叶片榫头相接触为止，在此过程中，接触板带动接触杆向上移动，接触杆通过第二齿条、齿轮和第一齿条相配合，使激光加工头向下移动，稍微向下移动移动杆，移动杆带动激光加工头向下移动，直到激光加工头的位置满足工作需要为止，此时第二弹簧、第四弹簧均处于被压缩的状态。
S4、松开按压板，在第一弹簧的作用下，卡板向远离对方的方向移动，卡板带动卡杆向远离对方的方向移动，卡杆进入相应的卡槽，进而完成整体的连接操作。
S5、握住转动板和移动环，使移动环向左移动，移动环压缩相应的第五弹簧，直到固定杆和通孔断开连接为止，转动转动板，转动板通过控制杆带动控制板转动，控制板带动涡轮叶片榫头进行相应的转动操作，进而开始进行相应的加工操作。
S6、启动激光发射器，激光发射器发射的激光束经过动态聚焦控制单元，完成对Z轴的调整操作，在经过相机适配器进入X轴反射器和Y轴反射器内，启动摆动电机，在计算机的配合下使X轴反射器和Y轴反射器按照一定角度进行摆动，从而实现光束的指向偏转，形成二维扫描轨迹，在经过场镜聚焦到加工物件的表面，完成在飞秒激光在空间三维曲面上二维的扫描加工，将环形光源和带通滤光片工作波段选择在-nm，二向色镜对激光的工作波长nm、nm反射，对环形光源束工作波长透射，系统通过高分辨率的图像探测器配合物方远心镜头实现对飞秒激光加工处理过程的高精度测量，启动发生器，通过反射光在光学探测器上的位置的变化测量得到物体的位移量，进而得到待加工物件整体的结构，开始进行相应的加工操作，加工完成后，重复上述过程相反的操作，将涡轮叶片榫头卸下的同时，将装置恢复原状，方便下次加工操作的进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过激光加工头发射飞秒激光，完成对涡轮叶片榫头的处理操作，进而提高涡轮叶片榫头的微动磨损性能，提高涡轮整体的使用寿命，通过移动杆、移动孔、卡杆、卡槽相配合，完成对激光加工头和箱体之间的位置调控固定操作，再通过夹杆相配合，完成对涡轮叶片榫头的简单固定操作，再通过接触板、接触杆、齿轮、第一齿条、第二齿条相配合，完成对激光加工头和涡轮叶片榫头之间的调控操作，进而使激光加工头可以很好的完成对涡轮叶片榫头的处理操作，在上述的操作过程中，通过飞秒激光可以在涡轮叶片榫头表面形成表面微纳结构，降低榫头与榫槽之间的接触面积，同时捕获摩擦过程产生的碎屑，降低碎屑对基体的剪切作用。另外，还会在表面形成细晶强化层，提高表层的硬度和抗变形能力，从而提高其耐磨性能。
附图说明
图1为本发明提出的飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置的结构示意图；
图2为图1中A处的结构放大图；
图3为本发明提出的飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置中空腔的俯视连接示意图；
图4为本发明提出的飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置中接触板的俯视连接示意图；
图5为图1中B处的结构放大图；
图中：1箱体、2移动孔、3移动杆、4激光加工头、5卡槽、6 空腔、7卡板、8卡杆、9按压板、10第一弹簧、11第一齿条、12转动杆、13齿轮、14第二齿条、15接触杆、16接触板、17第二弹簧、 18控制杆、19控制板、20滑槽、21滑杆、22夹杆、23第三弹簧、 24转动板、25连接槽、26第四弹簧、27限位槽、28限位杆、29控制孔、30轴承、31移动环、32第五弹簧、33通孔、34固定杆、35 动态聚焦控制单元、36相机适配器、37摆动电机、38X轴反射器、 39Y轴反射器、40激光发射器、41场镜、42CMOS相机、43物方远心镜头、44带通滤光片、45二向色镜、46环形光源、47发生器、 48透镜、49第一平面镜、50第二平面镜、51凸透镜、52光学探测器。
图6为三维扫描振镜结构示意图；
图7为视觉成像模块结构示意图；
图8为激光焦点位置标定模块结构示意图；
图9为飞秒激光加工叶片榫头示意图；
图10为飞秒激光表面改性后榫头表面摩擦系数值；
图11为飞秒激光表面改性后榫头表面磨痕轮廓图；
图12为飞秒激光表面改性后榫头表面磨损量值。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-5，飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置，包括箱体1，箱体1右侧设有移动孔2，移动孔2内设有移动杆3，移动杆3贯穿于移动孔2设置，移动杆3位于箱体1内固定连接设有激光加工头4，移动孔2内设有移动杆3的卡位装置，卡位装置包括在移动孔2内对称设置的多个卡槽5，移动杆3内设有空腔6，空腔 6内对称滑动连接设有两个卡板7，两个卡板7之间通过第一弹簧10 连接设置，两个卡板7远离对方的一侧固定连接设有卡杆8，卡杆8 贯穿于空腔6和卡槽5匹配对应设置，两个卡板7远离对方的一侧还固定连接设有按压板9，按压板9贯穿于空腔6设置，箱体1内左侧设有控制孔29，控制孔29内固定连接设有轴承30，轴承30内固定套设有控制杆18，控制杆18贯穿于轴承30和固定孔设置，控制杆18位于箱体1内固定连接设有控制板19，控制板19的右侧设有滑槽 20，滑槽20内滑动连接设有两个滑杆21，两个滑杆21贯穿于滑槽 20设置，两个滑杆21位于滑槽20外侧固定连接设有夹杆22，夹杆 22之间通过第三弹簧23连接设置，控制杆18位于箱体1外侧固定连接设有转动板24，控制杆18上滑动套设有移动环31，移动环31 位于箱体1和转动板24之间设置，移动环31通过第五弹簧32和转动板24连接设置，移动环31侧壁对称设有多个通孔33，箱体1外侧固定连接设有两个固定杆34，两个固定杆34位于控制孔29的两侧设置，且两个固定杆34贯穿于通孔33设置，箱体1内设有激光加工头4的位置限制装置，位置限制装置包括在箱体1内设置接触板 16，接触板16位于夹杆22的下侧设置，且接触板16和激光加工头 4对应设置，接触板16的下侧固定连接设有第二弹簧17，第二弹簧 17的另一侧和箱体1固定连接设置，接触板16的右侧固定连接设有接触杆15，接触杆15的上右侧固定连接设有第二齿条14，箱体1内转动连接设有转动杆12，转动杆12贯穿于箱体1设置，转动杆12 位于箱体1内固定套设有齿轮13，齿轮13和第二齿条14啮合匹配连接设置，激光加工头4下侧设有连接槽25，连接槽25内滑动连接设有第一齿条11，第一齿条11贯穿于连接槽25设置，第一齿条11 位于齿轮13的右侧和齿轮13啮合连接设置，第一齿条11位于连接槽25内固定连接设有第四弹簧26，第四弹簧26的另一侧和连接槽 25固定连接设置，箱体1内侧壁对称设有两个限位槽27，两个限位槽27内滑动连接设有限位杆28，限位杆28贯穿于限位槽27和接触板16固定连接设置，确定并限制接触板16的运动轨迹，两个夹杆 22外侧固定套设有橡胶套，提高夹杆22和涡轮叶片榫头之间的摩擦力，使涡轮叶片榫头和夹杆22之间连接的更加紧密，激光加工头包括三维扫描振镜、视觉成像模块和激光焦点位置标定模块，三维扫描振镜包括激光发射器40，激光发射器40的右侧设有动态聚焦控制单元35，该单元可以控制Z轴方向上光束的移动，动态聚焦控制单元35的右侧设有相机适配器36，相机适配器36的右侧设有摆动电机37，该电机在计算机的控制下，可按照一定的电压和角度转换比例摆动一定的角度，摆动电机37的两端固定连接设有X轴发射器38和Y 轴反射器39，X轴发射器38和Y轴反射器39与相机适配器36匹配设置，摆动电机37的下侧设有场镜41，场镜41和X轴发射器38与 Y轴反射器39匹配对应设置，视觉成像模块包括CMOS相机42， CMOS相机42的下侧设有物方远心境头43，物方远心境头43下侧设有带通滤光片44，带通滤光片44的下侧设有二向色镜45，二向色镜45的下侧设有环形光源46，激光焦点位置标定模块包括发生器47，发生器47的下侧设有透镜48，透镜48的下侧设有第一平面镜49，第一平面镜49的侧壁设有多个凸透镜51和多个第二平面镜52，多个凸透镜51和第二平面镜52两两一组匹配设置，第二平面镜52的斜上侧设有光学探测器52，激光焦点位置标定模块用以实时标定飞秒激光在曲面部件上的焦点位置并进行在线修正。
飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的方法，包括以下步骤：
S1、首先向靠近对方的方向按压两个按压板9，两个按压板9带动卡板7向靠近对方的方向移动，卡板7压缩第一弹簧10的同时，带动卡板7向靠近对方的方向移动，直到卡杆8从卡槽5内移出为止，逆时针转动转动杆12，转动杆12通过齿轮13带动第一齿条11和第二齿条14向远离对方的方向移动，第一齿条11通过第四弹簧26带动激光加工头4以及移动杆3整体向上移动，第二齿条14通过接触杆15带动接触板16向下移动，接触板16压缩第二弹簧17，直到接触板16和激光加工头4之间的距离满足工作需要为止。
S2、向靠近对方的方向移动两个夹杆22，两个夹杆22压缩第三弹簧23，将需要进行处理的涡轮叶片榫头套在两个夹杆22外侧，松开夹杆22，在第三弹簧23的作用下，两个夹杆22向远离对方的方向移动，进而将需要进行处理的涡轮叶片榫头夹住。
S3、松开转动杆12，在第二弹簧17的作用下，接触板16向上移动，直到和涡轮叶片榫头相接触为止，在此过程中，接触板16带动接触杆15向上移动，接触杆15通过第二齿条14、齿轮13和第一齿条11相配合，使激光加工头4向下移动，稍微向下移动移动杆3，移动杆3带动激光加工头4向下移动，直到激光加工头4的位置满足工作需要为止，此时第二弹簧17、第四弹簧26均处于被压缩的状态。
S4、松开按压板9，在第一弹簧10的作用下，卡板7向远离对方的方向移动，卡板7带动卡杆8向远离对方的方向移动，卡杆8进入相应的卡槽5，进而完成整体的连接操作。
S5、握住转动板24和移动环31，使移动环31向左移动，移动环31压缩相应的第五弹簧32，直到固定杆34和通孔33断开连接为止，转动转动板24，转动板24通过控制杆18带动控制板19转动，控制板19带动涡轮叶片榫头进行相应的转动操作，进而开始进行相应的加工操作。
S6、加工完成后，重复上述过程相反的操作，将涡轮叶片榫头卸下的同时，将装置恢复原状，方便下次加工操作的进行。
本发明中，首先向靠近对方的方向按压两个按压板9，两个按压板9带动卡板7向靠近对方的方向移动，卡板7压缩第一弹簧10的同时，带动卡板7向靠近对方的方向移动，直到卡杆8从卡槽5内移出为止，逆时针转动转动杆12，转动杆12通过齿轮13带动第一齿条11和第二齿条14向远离对方的方向移动，第一齿条11通过第四弹簧26带动激光加工头4以及移动杆3整体向上移动，第二齿条14 通过接触杆15带动接触板16向下移动，接触板16压缩第二弹簧17，直到接触板16和激光加工头4之间的距离满足工作需要为止，向靠近对方的方向移动两个夹杆22，两个夹杆22压缩第三弹簧23，将需要进行处理的涡轮叶片榫头套在两个夹杆22外侧，松开夹杆22，在第三弹簧23的作用下，两个夹杆22向远离对方的方向移动，进而将需要进行处理的涡轮叶片榫头夹住，松开转动杆12，在第二弹簧17 的作用下，接触板16向上移动，直到和涡轮叶片榫头相接触为止，在此过程中，接触板16带动接触杆15向上移动，接触杆15通过第二齿条14、齿轮13和第一齿条11相配合，使激光加工头4向下移动，稍微向下移动移动杆3，移动杆3带动激光加工头4向下移动，直到激光加工头4的位置满足工作需要为止，此时第二弹簧17、第四弹簧26均处于被压缩的状态，松开按压板9，在第一弹簧10的作用下，卡板7向远离对方的方向移动，卡板7带动卡杆8向远离对方的方向移动，卡杆8进入相应的卡槽5，进而完成整体的连接操作，握住转动板24和移动环31，使移动环31向左移动，移动环31压缩相应的第五弹簧32，直到固定杆34和通孔33断开连接为止，转动转动板24，转动板24通过控制杆18带动控制板19转动，控制板19 带动涡轮叶片榫头进行相应的转动操作，进而开始进行相应的加工操作，启动激光发射器40，激光发射器40发射的激光束经过动态聚焦控制单元35，完成对Z轴的调整操作，在经过相机适配器36进入X 轴反射器38和Y轴反射器39内，启动摆动电机37，在计算机的配合下使X轴反射器38和Y轴反射器39按照一定角度进行摆动，从而实现光束的指向偏转，形成二维扫描轨迹，在经过场镜41聚焦到加工物件的表面，完成在飞秒激光在空间三维曲面上二维的扫描加工，将环形光源46和带通滤光片44工作波段选择在600-700nm，二向色镜35对激光的工作波长1030nm、1064nm反射，对环形光源束工作波长透射，系统通过高分辨率的图像探测器配合物方远心镜头 43实现对飞秒激光加工处理过程的高精度测量，启动发生器47，通过反射光在光学探测器52上的位置的变化测量得到物体的位移量，进而得到待加工物件整体的结构，开始对涡轮叶片53的榫头处54进行扫描加工，榫头沟槽55为复杂曲面结构，曲率变化大，加工位置狭窄，飞秒激光56在各分系统的协调配合下按照既定的激光参数和光斑搭接率按上而下、自左至右的扫描路径57进行强化加工，逐层扫描，确保加工效果的一致性。加工完成后，重复上述过程相反的操作，将涡轮叶片榫头卸下的同时，将装置恢复原状，方便下次加工操作的进行。
对飞秒激光表面改性后榫头的耐磨性能进行测试以验证本发明提出的装置和技术的有效性。图10展示了不同激光能量改性榫头表面摩擦系数，从摩擦系数看，摩擦过程可分为两个阶段：快速上升阶段和稳定阶段。当磨损到稳定阶段时，通过计算的平均摩擦系数，结果表明在稳定阶段，摩擦系数随激光能量的提高而降低。图11为不同能量激光能量处理后的榫头的表面磨痕轮廓，从图中可以看出，未处理的表面具有更大的磨损宽度和磨损深度，激光能量1处理后的表面磨损宽度和未处理表面接近，但是磨损深度远小于未处理表面。激光能量2和激光能量3处理后的表面磨损宽度显著降低。图12展示了不同的激光能量改性后榫头的磨损量。在2500s的循环周期中，未处理榫头的磨损量为2.83×105μm3，不同能量飞秒激光处理后榫头的磨损量均实现了降低，当激光能量分别为1,2和3时，榫头的磨损量分别为1.48×105μm3，2.21×105μm3和1.74×105μm3，与未处理榫头相比，磨损量分别降低了47.7％，21.9％和38.5％，磨损量最大降低近 50％，上述结果表明本专利提出的飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置和方法切实可行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置，包括箱体(1)，其特征在于，所述箱体(1)右侧设有移动孔(2)，所述移动孔(2)内设有移动杆(3)，所述移动杆(3)贯穿于移动孔(2)设置，所述移动杆(3)位于箱体(1)内固定连接设有激光加工头(4)，所述移动孔(2)内设有移动杆(3)的卡位装置，所述箱体(1)内左侧设有控制孔(29)，所述控制孔(29)内固定连接设有轴承(30)，所述轴承(30)内固定套设有控制杆(18)，所述控制杆(18)贯穿于轴承(30)和固定孔设置，所述控制杆(18)位于箱体(1)内固定连接设有控制板(19)，所述控制板(19)的右侧设有滑槽(20)，所述滑槽(20)内滑动连接设有两个滑杆(21)，两个所述滑杆(21)贯穿于滑槽(20)设置，两个所述滑杆(21)位于滑槽(20)外侧固定连接设有夹杆(22)，所述夹杆(22)之间通过第三弹簧(23)连接设置，所述控制杆(18)位于箱体(1)外侧固定连接设有转动板(24)，所述控制杆(18)上滑动套设有移动环(31)，所述移动环(31)位于箱体(1)和转动板(24)之间设置，所述移动环(31)通过第五弹簧(32)和转动板(24)连接设置，所述移动环(31)侧壁对称设有多个通孔(33)，所述箱体(1)外侧固定连接设有两个固定杆(34)，两个所述固定杆(34)位于控制孔(29)的两侧设置，且两个所述固定杆(34)贯穿于通孔(33)设置，所述箱体(1)内设有激光加工头(4)的位置限制装置。
2.根据权利要求1所述的飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置，其特征在于，所述卡位装置包括在移动孔(2)内对称设置的多个卡槽(5)，所述移动杆(3)内设有空腔(6)，所述空腔(6)内对称滑动连接设有两个卡板(7)，两个所述卡板(7)之间通过第一弹簧(10)连接设置，两个所述卡板(7)远离对方的一侧固定连接设有卡杆(8)，所述卡杆(8)贯穿于空腔(6)和卡槽(5)匹配对应设置，两个所述卡板(7)远离对方的一侧还固定连接设有按压板(9)，所述按压板(9)贯穿于空腔(6)设置。
3.根据权利要求1所述的飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置，其特征在于，所述位置限制装置包括在箱体(1)内设置接触板(16)，所述接触板(16)位于夹杆(22)的下侧设置，且所述接触板(16)和激光加工头(4)对应设置，所述接触板(16)的下侧固定连接设有第二弹簧(17)，所述第二弹簧(17)的另一侧和箱体(1)固定连接设置，所述接触板(16)的右侧固定连接设有接触杆(15)，所述接触杆(15)的上右侧固定连接设有第二齿条(14)，所述箱体(1)内转动连接设有转动杆(12)，所述转动杆(12)贯穿于箱体(1)设置，所述转动杆(12)位于箱体(1)内固定套设有齿轮(13)，所述齿轮(13)和第二齿条(14)啮合匹配连接设置，所述激光加工头(4)下侧设有连接槽(25)，所述连接槽(25)内滑动连接设有第一齿条(11)，所述第一齿条(11)贯穿于连接槽(25)设置，所述第一齿条(11)位于齿轮(13)的右侧和齿轮(13)啮合连接设置，所述第一齿条(11)位于连接槽(25)内固定连接设有第四弹簧(26)，所述第四弹簧(26)的另一侧和连接槽(25)固定连接设置。
4.根据权利要求3所述的飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置，其特征在于，所述箱体(1)内侧壁对称设有两个限位槽(27)，两个所述限位槽(27)内滑动连接设有限位杆(28)，所述限位杆(28)贯穿于限位槽(27)和接触板(16)固定连接设置。
5.根据权利要求1所述的飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置，其特征在于，两个所述夹杆(22)外侧固定套设有橡胶套。
6.根据权利要求1所述的飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的装置，其特征在于，所述激光加工头包括三维扫描振镜、视觉成像模块和激光焦点位置标定模块，所述三维扫描振镜包括激光发射器(40)，所述激光发射器(40)的右侧设有动态聚焦控制单元(35)，所述动态聚焦控制单元(35)的右侧设有相机适配器(36)，所述相机适配器(36)的右侧设有摆动电机(37)，所述摆动电机(37)的两端固定连接设有X轴发射器(38)和Y轴反射器(39)，所述X轴发射器(38)和Y轴反射器(39)与相机适配器(36)匹配设置，所述摆动电机(37)的下侧设有场镜(41)，所述场镜(41)和X轴发射器(38)与Y轴反射器(39)匹配对应设置，所述视觉成像模块包括CMOS相机(42)，所述CMOS相机(42)的下侧设有物方远心境头(43)，所述物方远心境头(43)下侧设有带通滤光片(44)，所述带通滤光片(44)的下侧设有二向色镜(45)，所述二向色镜(45)的下侧设有环形光源(46)，所述激光焦点位置标定模块包括发生器(47)，所述发生器(47)的下侧设有透镜(48)，所述透镜(48)的下侧设有第一平面镜(49)，所述第一平面镜(49)的侧壁设有多个凸透镜(51)和多个第二平面镜(52)，多个所述凸透镜(51)和第二平面镜(52)两两一组匹配设置，所述第二平面镜(52)的斜上侧设有光学探测器(52)。
7.飞秒激光提高涡轮叶片榫头微动磨损性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、首先向靠近对方的方向按压两个按压板(9)，两个按压板(9)带动卡板(7)向靠近对方的方向移动，卡板(7)压缩第一弹簧(10)的同时，带动卡板(7)向靠近对方的方向移动，直到卡杆(8)从卡槽(5)内移出为止，逆时针转动转动杆(12)，转动杆(12)通过齿轮(13)带动第一齿条(11)和第二齿条(14)向远离对方的方向移动，第一齿条(11)通过第四弹簧(26)带动激光加工头(4)以及移动杆(3)整体向上移动，第二齿条(14)通过接触杆(15)带动接触板(16)向下移动，接触板(16)压缩第二弹簧(17)，直到接触板(16)和激光加工头(4)之间的距离满足工作需要为止。
S2、向靠近对方的方向移动两个夹杆(22)，两个夹杆(22)压缩第三弹簧(23)，将需要进行处理的涡轮叶片榫头套在两个夹杆(22)外侧，松开夹杆(22)，在第三弹簧(23)的作用下，两个夹杆(22)向远离对方的方向移动，进而将需要进行处理的涡轮叶片榫头夹住。
S3、松开转动杆(12)，在第二弹簧(17)的作用下，接触板(16)向上移动，直到和涡轮叶片榫头相接触为止，在此过程中，接触板(16)带动接触杆(15)向上移动，接触杆(15)通过第二齿条(14)、齿轮(13)和第一齿条(11)相配合，使激光加工头(4)向下移动，稍微向下移动移动杆(3)，移动杆(3)带动激光加工头(4)向下移动，直到激光加工头(4)的位置满足工作需要为止，此时第二弹簧(17)、第四弹簧(26)均处于被压缩的状态。
S4、松开按压板(9)，在第一弹簧(10)的作用下，卡板(7)向远离对方的方向移动，卡板(7)带动卡杆(8)向远离对方的方向移动，卡杆(8)进入相应的卡槽(5)，进而完成整体的连接操作。
S5、握住转动板(24)和移动环(31)，使移动环(31)向左移动，移动环(31)压缩相应的第五弹簧(32)，直到固定杆(34)和通孔(33)断开连接为止，转动转动板(24)，转动板(24)通过控制杆(18)带动控制板(19)转动，控制板(19)带动涡轮叶片榫头进行相应的转动操作。
S6、启动激光发射器(40)，激光发射器(40)发射的激光束经过动态聚焦控制单元(35)，完成对Z轴的调整操作，在经过相机适配器(36)进入X轴反射器(38)和Y轴反射器(39)内，启动摆动电机(37)，在计算机的配合下使X轴反射器(38)和Y轴反射器(39)按照一定角度进行摆动，从而实现光束的指向偏转，形成二维扫描轨迹，在经过场镜(41)聚焦到加工物件的表面，完成在飞秒激光在空间三维曲面上二维的扫描加工，将环形光源(46)和带通滤光片(44)工作波段选择在600-700nm，二向色镜(35)对激光的工作波长1030nm、1064nm反射，对环形光源束工作波长透射，系统通过高分辨率的图像探测器配合物方远心镜头(43)实现对飞秒激光加工处理过程的高精度测量，启动发生器(47)，通过反射光在光学探测器(52)上的位置的变化测量得到物体的位移量，进而得到待加工物件整体的结构，开始对涡轮叶片53的榫头处54进行扫描加工，榫头沟槽55为复杂曲面结构，曲率变化大，加工位置狭窄，飞秒激光56在各分系统的协调配合下按照既定的激光参数和光斑搭接率按上而下、自左至右的扫描路径57进行强化加工，逐层扫描，确保加工效果的一致性。加工完成后，重复上述过程相反的操作，将涡轮叶片榫头卸下的同时，将装置恢复原状，方便下次加工操作的进行。
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CN116160120A (zh) * 2023-04-20 2023-05-26 西北工业大学 一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法及加工系统
CN116160120B (zh) * 2023-04-20 2023-09-08 西北工业大学 一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法及加工系统

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