[发明专利]一种用于激光冲击强化叶片的水约束层的喷射方法和装置

权利要求书

1.一种用于激光冲击强化叶片的水约束层的喷射装置，其特征在于：所述装置包括激光器、测距仪平台，支架，测距仪，控制器Ⅰ，控制器Ⅱ，水龙头，过渡接头，信号线，软管和水箱；所述的测距仪上安装有探测头Ⅰ和探测头Ⅱ，探测头Ⅰ和探测头Ⅱ连线与测距仪的水平底面垂直，探测头Ⅰ和探测头Ⅱ之间的距离能够调整，测距仪的输出端通过信号线Ⅰ与控制器Ⅰ的输入端相连；控制器Ⅰ为总控制器，用于控制五轴工作台，控制器Ⅱ；五轴工作台的输入端通过信号线Ⅲ与控制器Ⅰ的输出端相连；测距仪平台位于激光器与五轴工作台之间；测距仪通过支架固定在测距仪平台上使得激光器发出的激光束能够通过测距仪与测距仪平台之间的空隙，不发生干涉，测距仪的信号输出端通过信号线Ⅰ与控制器Ⅰ的输入端相连；控制器Ⅱ安装在过渡接头上，其输入端通过信号线Ⅱ与控制器Ⅰ的输出端相连；水龙头位于五轴工作台上方，高于探测头Ⅰ10-20 mm，通过过渡接头与软管相连；水箱安装在水龙头上方，与软管相连；控制器Ⅱ控制水龙头的移动和转动

如权利要求1所述的一种用于激光冲击强化叶片的水约束层的喷射装置，其特征在于：所述水龙头由外壳和扁平喷嘴组成，扁平喷嘴能够根据控制器Ⅱ的指令绕外壳的轴线相对于外壳自由转动，过渡接头两端通过锥管螺纹分别与水龙头和软管相连，在软管与水龙头头部外壳之间设置有控制器Ⅱ，用于控制水流量、水流速度和水流压力以及喷嘴相对于外壳的转动；所述软管由15-30个相同锥管状结构组成，相邻两个锥管的轴线夹角小于30o。

2.如权利要求2所述的一种用于激光冲击强化叶片的水约束层的喷射装置，其特征在于：所述扁平喷嘴截面尺寸为1mm×20mm。

3.一种用于激光冲击强化叶片的水约束层的喷射方法，其特征在于：通过叶片上沿激光束方向的竖直截面上探测点Ⅰ和探测点Ⅱ和一个待加工点所对应的标准曲线段近似代替叶片上的实际曲线段，使水龙头喷射的水流从近似为实际曲线段中点的标准曲线段中点流入叶片，并且水流方向与该点切平面方向之间的角度为10o-15o，从而保证待加工区域形成稳定、平整的水约束层。

4.如权利要求4所述的一种用于激光冲击强化叶片的水约束层的喷射方法，其特征在于：

通过支架将测距仪安装在测距仪平台上，保证探测头Ⅰ和探测头Ⅱ的连线与作为基准面的测距仪水平底面垂直，并且确保探测头Ⅰ和探测头Ⅱ的连线与激光束位于同一平面上；同时，探测头Ⅱ与待加工点垂直方向上的距离D1为10-20 mm，水平方向上的距离L为20-30 mm，然后调节探测头Ⅰ的位置，使探测头Ⅰ与待加工点垂直方向上的距离为D2，D2为D1的2倍；

将工件装夹在五轴工作台上，通过五轴工作台的移动使待加工点位于激光束的聚焦焦点上，并且待加工点处的切平面与加工平面重合；所述的加工平面为垂直于激光束并通过激光束焦点的平面；

通过测距仪测出待加工点上方与待加工点垂直距离分别为D1和D2的两个点到加工平面的距离，记为L1和L2，然后将这四个值输入到控制器Ⅰ；在控制器Ⅰ中，通过程序构建以待加工点为原点，激光束入射方向为横轴，竖直向上为纵轴的坐标系，得到该坐标系下输入的两个点坐标分别为(L1，D1)和(L2，D2)；控制器Ⅰ根据输入点的坐标，计算出水龙头的目标角度和位置，从而控制水龙头移动或转动以及通过控制器Ⅱ对喷嘴相对于外壳的转动进行控制，使水龙头喷嘴长边与叶片待加工点切平面保持平行，水龙头的水流方向与待加工点切平面方向之间的角度为10o-15o，确保水流的稳定和厚度均匀；

控制器Ⅰ通过指令控制控制器Ⅱ调节水流的流速、流量以及压力，使待加工区水约束层的厚度为1-3 mm。

5.如权利要求5所述的一种用于激光冲击强化叶片的水约束层的喷射方法，其特征在于：所述的水龙头的目标角度和位置，其中tanθ=D2/L2；θ为水流方向与待加工点处的切平面的夹角，入水点的横坐标(L2-2L1)/2*Cos(θ) *Cos(θ)+L1；纵坐标〔L2-2L1〕/2*Cos(θ)*Sin(θ)+D1。