[发明专利]一种以高压气体为约束层的激光冲击强化方法及其装置

权利要求书

1.一种以高压气体为约束层的激光冲击强化装置，包括激光器、电源、工控机、光路系统、运动控制卡和工件夹具系统，其特征在于：所述强化装置还设有定位装置、支撑架、滑块、丝杠、高压气体喷射装置、测压装置和位移传感器；支撑架由水平伸缩杆、与水平伸缩杆相连的圆环、L型杆和调节装置组成，水平伸缩杆位于L型杆的水平端内，L型杆的竖直端位于滑块内使得L型杆能绕其竖直端中心线360°旋转，水平伸缩杆的伸缩和L型杆的旋转通过调节装置调节，调节装置由旋转螺钉和微调螺钉组成；滑块安装在丝杠上，丝杠与运动控制卡相连，通过运动控制卡控制丝杠的旋转实现滑块上下移动；所述定位装置由三个均布在支撑架圆环上的定位灯组成；圆环上还均布有三个喷嘴，喷嘴和定位灯依次相间，呈锥形分布，喷嘴和定位灯的中心轴线相交于同一点，喷嘴通过高压气管与高压气体喷射装置相连；所述测压装置为压力传感器，位于工件夹具系统上方，通过导线与工件表面相连，用来在线实时检测、反馈、调控高压气体压力；所述位移传感器位于工件夹具系统上方，用来检测工件表面到工作台的垂直位移，当工件表面有垂直位移或者更换不同厚度的工件时，位移传感器将检测到的位移信号传给工控机，工控机再传给运动控制卡，从而控制丝杠的旋转，实现喷嘴位置的高度调节，始终保证喷射中心、激光光斑中心和工件预冲击点三点重合。

2.如权利要求1所述的一种以高压气体为约束层的激光冲击强化装置，其特征在于：所述工件夹具系统由吸收层、工件、夹具、升降平台和工作台组成，升降平台安装在工作台上，夹具安装在升降平台上，工件安装在夹具上，工件表面设有吸收层，工作台由运动控制卡控制其在二维平面内运动。

3.如权利要求1所述的一种以高压气体为约束层的激光冲击强化装置，其特征在于：工控机分别与高压气体喷射装置、电源、测压装置、位移传感器和运动控制卡相连，电源与激光器相连。

4.如权利要求1所述的一种以高压气体为约束层的激光冲击强化装置，其特征在于：激光器发出的激光通过光路系统入射到工件夹具系统的工件表面。

5.一种以高压气体为约束层的激光冲击强化方法，其特征在于：利用高压气体作为约束层，高压气体通过喷嘴喷射在工件预冲击处理位置；激光冲击前，利用定位装置调整喷嘴的位置，使光斑中心与高压气体喷射中心重合，同时调整工件位置，使工件预冲击处理位置对准光斑中心；打开高压气体喷射装置，通过测压装置在线实时检测、反馈、调控高压气体的压力，当压力大小达到设定值并且稳定时，打开激光器，对工件进行冲击；工件能在运动控制卡的控制下实现二维平面运动；当工件厚度发生变化时，位移传感器检测工件表面的垂直位移，将检测到的位移信号传给工控机，工控机再传给运动控制卡，通过运动控制卡控制丝杠的旋转，实现喷嘴位置的高度调节，始终确保高压气体喷射中心，激光光斑中心和工件预冲击点三点重合。

6.如权利要求5所述的一种以高压气体为约束层的激光冲击强化方法，包括如下步骤：

（1）激光冲击前，手动调节升降平台的高度获得所需直径的光斑，打开三个定位灯的开关，通过运动控制卡控制丝杠旋转，调节支撑架的高度，使三个定位灯中心轴线的交点位于工件表面上，旋转支撑架的调节装置调节支撑架在水平面内的位置，使三个定位灯光线的交点与光斑中心重合；

（2）通过运动控制卡控制工作台在二维平面内的运动进而调整工件的位置，使得激光冲击光斑中心、高压气体喷射中心和工件预处理位置重合；

（3）关闭定位灯，打开高压气体喷射装置，在工控机上输入所需高压气体的压力值，通过测压装置在线实时检测、反馈、调控高压气体的压力，当压力大小达到设定值并且稳定时，打开激光器，对工件进行冲击处理，工件通过运动控制卡实现二维平面上的运动，同时位移传感器检测工件表面的垂直位移，将检测到的位移信号传给工控机，工控机再传给运动控制卡，通过运动控制卡控制丝杠的旋转，实现喷嘴位置的高度调节，始终确保高压气体喷射中心，激光光斑中心和工件预冲击点三点重合。