CN115874120B - 基于激光调制的热振复合应力消除方法、装置和设备 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例提供了基于激光调制的热振复合应力消除方法、装置、设备和计算机可读存储介质。所述方法包括基于构件的数据信息，确定扫描路径和激发距离；根据所述激发距离，调整第一激光器和第二激光器的参数，使得所述第一激光器能够对所述构件进行加热，所述第二激光器能够在构件表面形成振动或激发激光超声波；若所述构件温度达到设定阈值，则根据所述扫描路径，实时调整所述第二激光器与构件间的距离与角度，使得所述第二激光器与所述构件表面达到所述激发距离，向所述构件发射激光，去除所述构件内的残余应力。以此方式，实现了对构件内部残余应力的高效消除。

Description

基于激光调制的热振复合应力消除方法、装置和设备

技术领域

本申请的实施例涉及应力消除领域，尤其涉及基于激光调制的热振复合应力消除方法、装置、设备和计算机可读存储介质。

背景技术

热振复合残余应力调控时效技术是近几年关于振动时效技术的一个新的研究方向，基于复合多能场的概念，以不改变材料的组织状态为前提，在一定温度条件下对时效件施加循环动载荷，通过热与振动时效的复合，实现时效件中残余应力的松弛、降低与消除。

但是，现有的热振复合工艺在技术应用上使用的工艺参数主要是依据传统的热处理和振动处理方法，主要存在的问题有：

(1)处理效率低下：因为构件需要放到热处理炉里加温，需要时间长。

(2)需要整体加热，不能局部处理：针对只是需要局部或者表面处理的物体，无法使用。

(3)不能原位处理。

发明内容

根据本申请的实施例，提供了一种基于激光调制的热振复合应力消除方案。

在本申请的第一方面，提供了一种基于激光调制的热振复合应力消除方法。该方法包括：

基于构件的数据信息，确定扫描路径和激发距离；

根据所述激发距离，调整第一激光器和第二激光器的参数，使得所述第一激光器能够对所述构件进行加热，所述第二激光器能够在构件表面形成振动或激发激光超声波；

若所述构件温度达到设定阈值，则根据所述扫描路径，实时调整所述第二激光器与构件间的距离与角度，使得所述第二激光器与所述构件表面达到所述激发距离，向所述构件发射激光，去除所述构件内的残余应力。

进一步地，所述基于构件的数据信息，确定扫描路径和激发距离包括：

基于构件的数据信息，生成所述构件的三维形貌模型；

基于所述构件的三维形貌模型，确定扫描路径和激发距离。

进一步地，所述基于所述构件的三维形貌模型，确定扫描路径包括：

基于构件的三维形貌模型，确定该构件的三维形貌的关键点；

通过所述三维形貌的关键点，确定扫描区域；

基于所述扫描区域，生成扫描路径。

进一步地，所述基于构件的三维形貌模型，确定该构件的三维形貌的关键点包括：

根据所述三维形貌模型的视图角度，确定该构件的三维形貌的关键点。

进一步地，所述基于所述扫描区域，生成扫描路径包括：

将所述扫描区域离散为扫描网格；

对所述扫描网格进行离散化处理，得到一系列的扫描点；

基于所述扫描点，生成扫描路径。

进一步地，所述根据所述激发距离，调整第一激光器和第二激光器的参数包括：

根据所述激发距离，调整所述第一激光器和第二激光器的激光器能量、激光频率和/或激发时间。

进一步地，还包括：

通过PID算法或控制器，控制构件表面温度。

在一种可能的实现方式中，

在本申请的第二方面，提供了一种基于激光调制的热振复合应力消除装置。该装置包括工控机、第一激光器、第二激光器、振镜、扩束镜、温度传感器和反馈电路：

所述工控机，用于基于构件的数据信息，确定扫描路径和激发距离；根据所述激发距离，调整第一激光器和第二激光器的参数，使得所述第一激光器能够对所述构件进行加热，所述第二激光器能够在构件表面形成振动或激发激光超声波；

若所述构件温度达到设定阈值，则根据所述扫描路径，实时调整所述第二激光器与构件间的距离与角度，使得所述第二激光器与所述构件表面达到所述激发距离；

所述第一激光器，用于通过所述扩束镜对构件进行加热；

所述第二激光机，用于通过所述振镜在所述构件表面形成振动或激发激光超声波；

所述温度传感器，用于测量所述构件的温度；

所述反馈电路，用于将所述传感器测量的温度，发送至所述第一激光器。

在本申请的第三方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如以上所述的方法。

在本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如根据本申请的第一方面的方法。

本申请实施例提供的基于激光调制的热振复合应力消除方法，通过基于构件的数据信息，确定扫描路径和激发距离；根据所述激发距离，调整第一激光器和第二激光器的参数，使得所述第一激光器能够对所述构件进行加热，所述第二激光器能够在构件表面形成振动或激发激光超声波；若所述构件温度达到设定阈值，则根据所述扫描路径，实时调整所述第二激光器与构件间的距离与角度，使得所述第二激光器与所述构件表面达到所述激发距离，向所述构件发射激光，去除所述构件内的残余应力，实现了对构件内部残余应力的高效消除。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本申请的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本申请各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1为根据本申请的实施例的基于激光调制的热振复合应力消除方法的流程图；

图2为根据本申请的实施例的一种扫描路径规划方法示意图；

图3为根据本申请的实施例的又一种扫描路径规划方法示意图；

图4为根据本申请的实施例的基于激光调制的热振复合应力消除装置的方框图；

图5为适于用来实现本申请实施例的终端设备或服务器的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

图1示出了根据本公开实施例的基于激光调制的热振复合应力消除方法的流程图。所述方法包括：

S110，基于构件的数据信息，确定扫描路径和激发距离。

在一些实施例中，可直接通过三维扫描、电脑接口导入和/或外形参数设置等方式获取构件的数据信息(三维模型数据)；也可通过双目摄像头等设备获取构件的二维图像，将该二维图像转换为该构件的数据信息。即，利用双目相机拍摄构件，得到同步曝光图像。通过该图像的二维图像像素点，确定所述图像的第三维深度信息，然后根据图像再进行构件的三维形貌的融合与拼接，生成所述构件的三维的数据信息，即三维模型数据。

通过双目摄像机进行图像的采集，进一步地的降低了硬件成本，采用普通CMOS相机即可，且室内外都可适用。

在一些实施例中，所述三维模型数据包括构件的形貌、位置、大小、受弯、受压、受剪、受拉、受扭和/或复合受力等。

在一些实施例中，所述构件通常为钢铁、铝合金、铜合金、钛合金和/或高温合金等各种透声固体材料。

在一些实施例中，基于所述构件的数据信息，通过三维建模软件生成所述构件的三维形貌模型。

进一步地，基于所述构件的三维形貌模型，确定该三维形貌的关键点；所述关键点包括边缘点和/或几何中心等。

进一步地，根据所述三维形貌的关键点，确定扫描区域，若扫描区域小于预设范围，则可采用如图2所示的由中间向边缘逼近的方式，规划扫描的路径，也可采用如图3所示的顺序扫描的方式，规划扫描的路径；

若扫描区域大于预设范围，则先将所述扫描区域离散为多个小的扫描网格，然后将小的扫描网格进一步离散化为一系列扫描点，通过该扫描点规划扫描的路径。

其中，预设范围可根据实际应用场景进行设定。

在一些实施例中，离散的扫描网格可根据扫描区域的大小自动划分。若扫描区域为矩形区域，可直接划分为正方形或者矩形的区域；若扫描区域为非矩形区域，可将中心区域划分为正方形或者矩形的区域，边缘区域一般划分为三角形，即使用三角形区域补齐边缘区域。

在一些实施例中，在进行多面构件的路径规划时，为了提高后续的扫描效率，可根据所述三维形貌模型的视图角度，确定该构件的三维形貌的关键点。即，根据视图角度的不同分别进行扫描路径规划，在完成同一视图角度的构件扫描后，再进行下一视图的构件扫描(一面扫描完成后，再进行下一面的扫描)；

其中，所述视图角度包括主视图、后视图、左视图、右视图、俯视图和/或仰视图等，参考专利外观6视图；每一面的路径规划可参考上述的路径规划方法，在此不再赘述。

在一些实施例中，根据构件的三维形貌模型(材质、大小和/或厚度等)，确定激发距离。

S120，根据所述激发距离，调整第一激光器和第二激光器的参数，使得所述第一激光器能够对所述构件进行加热，所述第二激光器能够在构件表面形成振动或激发激光超声波。

其中，所述第一激光器为连续激光器，通常为频率较低的激光机，例如光纤激光器、半导体激光器等，用于对构件加热；

所述第二激光器为脉冲激光器，通常为可产生高频的声音或振动的激光器，例如脉宽调制的光纤激光器、半导体激光器、纳秒激光器、皮秒激光器等，用于在加热后的构件表面形成振动或激发激光超声波。

在一些实施例中，基于激发距离，调整第一激光器的参数，使得所述第一激光器能够对所述构件进行加热，即，为所述构件提供热源；

基于所述激发距离，调整第二激光器的参数，使得所述第二激光器能够在构件表面形成振动或激发激光超声波；所述参数包括激光器能量、激光频率和/或激发时间等。

进一步地，若采用脉宽调制的激光器，则可以在构件表面激发出普通声波或者机械振动；若采用纳秒或者皮秒量级的短脉冲激光，则可以在构件表面激发出超声波；其中，脉冲激光的类型可根据构件的材料进行确定。

在一些实施例中，可通过温度传感器(例如红外测温仪)，监控构件表面的激光作用区域的温度，同时通过P I D算法(或控制器等)控制构件表面一直保持在预设的温度(根据构件材料确定)。

S130，若所述构件温度达到设定阈值，则根据所述扫描路径，实时调整所述第二激光器与构件间的距离与角度，使得所述第二激光器与所述构件表面达到所述激发距离，向所述构件发射激光，去除所述构件内的残余应力。

其中，所述阈值通常根据构件的材料设定。

在一些实施例中，通过第一激光器对构件进行加热，使所述构件的温度到达阈值。

若所述构件温度达到阈值，则根据步骤S110确定的扫描路径，实时调整所述第二激光器与构件间的距离与角度，使得所述第二激光器与所述构件表面达到所述激发距离，向所述构件发射激光，去除所述构件内的残余应力。

需要说明的是，激光与构件表面垂直时为最理想状态，可以在最短时间内完成构件内部的应力消除。但是在实际应用中，对于相发动机内部等不易进行垂直扫描的构件，也可以根据实际应用场景调整激光照射到构件的角度，使得激光形成的光斑能够照射到构件表面，虽然效率会有一定的下降，但也可进行应力的消除。

进一步地，还包括：

若所述第二激光器为脉宽调制的光纤激光器或半导体激光器，则可先对所述第二激光机进行时间调制，获取各种频率的振动或声波频率，用于测量构件的谐振点，然后再通过脉宽调制的方法，去除所述构件内的残余应力。

根据本公开的实施例，实现了以下技术效果：

通过脉冲激光器和连续激光器复合的方式，实现了对构件应力的高效消除。即，通过连续激光器，将构件加热到预设温度，为原子运动提供能量，减小位错移动的阻力；通过脉冲激光器，产生振动时效的交变应力，在位错移动和增殖的过程中，实现塞积开通，使晶格畸变恢复，从而实现残余应力的释放。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本申请所述方案进行进一步说明。

图4示出了根据本申请的实施例的基于激光调制的热振复合应力消除装置方框图如图4所示，包括工控机、第一激光器、第二激光器、振镜、扩束镜、温度传感器和反馈电路：

所述工控机，用于基于构件的数据信息，确定扫描路径和激发距离；根据所述激发距离，调整第一激光器和第二激光器的参数，使得所述第一激光器能够对所述构件进行加热，所述第二激光器能够在构件表面形成振动或激发激光超声波；

若所述构件温度达到设定阈值，则根据所述扫描路径，实时调整所述第二激光器与构件间的距离与角度，使得所述第二激光器与所述构件表面达到所述激发距离；

所述第一激光器，用于通过所述扩束镜对构件进行加热；

所述第二激光机，用于通过所述振镜在所述构件表面形成振动或激发激光超声波；

所述温度传感器，用于测量所述构件的温度；

所述反馈电路，用于将所述传感器测量的温度，发送至所述第一激光器。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

图5示出了适于用来实现本申请实施例的终端设备或服务器的结构示意图。

如图5所示，终端设备或服务器包括中央处理单元(CPU)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储部分508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 503中，还存储有终端设备或服务器操作所需的各种程序和数据。CPU 501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。

以下部件连接至I/O接口505：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分507；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器510也根据需要连接至I/O接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分508。

特别地，根据本申请的实施例，上文方法流程步骤可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在机器可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分509从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质511被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)501执行时，执行本申请的系统中限定的上述功能。

需要说明的是，本申请所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，前述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本申请实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。

作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中的。上述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，当上述前述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的方法。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中申请的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (4)

1.一种基于激光调制的热振复合应力消除方法，其特征在于，包括：

基于构件的数据信息，生成所述构件的三维形貌模型及确定激发距离；

根据所述三维形貌模型的视图角度，确定所述构件的三维形貌的关键点；

通过所述三维形貌的关键点，确定扫描区域；

将所述扫描区域离散为扫描网络；

对所述扫描网络进行离散处理，得到一系列的扫描点；

基于所述扫描点，生成扫描路径；根据所述激发距离，调整第一激光器和第二激光器的激光器的能量、激光频率和/或激发时间；

通过PID算法或控制器，控制构件表面温度；

通过所述第一激光器，将构件加热到预设温度；

根据所述扫描路径，实时调整所述第二激光器与构件间的距离与角度，使得所述第二激光器与所述构件表面达到所述激发距离；

所述第二激光器调整参数，形成振动或激发激光超声波；

通过所述第二激光器，产生振动时效的交变应力；

所述第二激光器向所述构件发射激光，去除所述构件内的残余应力。

2.一种基于激光调制的热振复合应力消除装置，其特征在于，包括工控机、第一激光器、第二激光器、振镜、扩束镜、温度传感器和反馈电路：

所述工控机，用于基于构件的数据信息，生成所述构件的三维形貌模型及确定激发距离；根据所述三维形貌模型的视图角度，确定所述构件的三维形貌的关键点；通过所述三维形貌的关键点，确定扫描区域；将所述扫描区域离散为扫描网络；对所述扫描网络进行离散处理，得到一系列的扫描点；基于所述扫描点，生成扫描路径；根据所述激发距离，调整第一激光器和第二激光器的能量、激光频率和/或激发时间；通过PID算法或控制器，控制构件表面温度；根据所述扫描路径，实时调整所述第二激光器与构件间的距离与角度，使得所述第二激光器与所述构件表面达到所述激发距离；

所述第一激光器，用于通过所述扩束镜对构件进行加热；

所述第二激光器，用于通过所述振镜在所述构件表面形成振动或激发激光超声波；

所述温度传感器，用于测量所述构件的温度；

所述反馈电路，用于将所述传感器测量的温度，发送至所述第一激光器。

3.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述的方法。

4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的方法。