[发明专利]一种发动机分叉尾喷管焊缝激光冲击强化和校形的方法及装置

权利要求书

1.一种发动机分叉尾喷管焊缝激光冲击强化和校形的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：对尾喷管进行失效分析，确定需要进行激光冲击强化的焊缝区域；

步骤S2：将尾喷管夹装于尾喷管专用工装夹具上；

所述步骤S2的所述尾喷管专用工装夹具为航空发动机分叉尾喷管专用的夹板式型面控制工装；

步骤S3：开启辅助照明LED灯组提供加工过程中高质量的观测光源，涂水机器人控制系统开启并控制涂水机器人为加工区域提供稳定的涂水层；

步骤S4：激光冲击强化单元产生冲击波并作用于所述尾喷管焊缝区域进行冲击强化；

步骤S5：尾喷管激光冲击强化过程中，采用光学测量仪实时在线测量激光冲击强化区域材料动态应变场，由光学设备控制系统计算应变场数据得到材料动态本构方程和动态应变率数据，通过数据采集系统采集并反馈至整机控制系统；

步骤S6：所述尾喷管激光冲击强化后，采用三维轮廓扫描仪测量尾喷管，测量得到的模型与CAD模型对齐，分别计算尾喷管强化区域的弯曲度误差和扭曲度误差，通过数据采集系统采集并反馈至整机控制系统；

步骤S7：所述整机控制系统根据所述尾喷管的变形数据确定校形量，并预设校形激光参数和规划校形路径，激光发生器和装夹机器人接收所述整机控制系统的命令，激光器控制系统设定激光冲击校形参数，装夹机器人控制系统设定校形路径；

步骤S8：所述激光冲击强化单元根据系统设置的参数产生冲击波作用于所述尾喷管强化区域的背面实现校形工作；

步骤S9：激光冲击校形结束，所述整机控制系统判断尾喷管经激光冲击校形后的尺寸是否合格；

步骤S10：如果所述尾喷管尺寸合格，结束激光冲击强化与校形；

步骤S11：如果所述尾喷管尺寸不合格，所述整机控制系统通过数值模拟、在线测量数据和结合冲击强化工艺数据库综合推理得出最优的校形参数与路径，并实时发送至激光发生器与装夹机器人，再次实施尾喷管的激光冲击校形；

步骤S12：重复所述步骤S7至所述步骤S11，通过激光器控制系统与装夹机器人控制系统实现最优激光冲击校形参数和校形轨迹移动的实时反馈控制，逐区域控制尾喷管强化区域的反向变形，通过累积局部变形逐渐实现整体精密校形，直至达到尺寸要求。

2.根据权利要求1所述的发动机分叉尾喷管焊缝激光冲击强化和校形的方法，其特征在于，所述步骤S1的所述失效分析是运用有限元软件对尾喷管进行受力分析、振动分析、气动特性分析、以及疲劳裂纹扩展分析，根据分析结果，判断尾喷管的薄弱区域，再结合尾喷管历史使用过程中的失效形式，最后确定需要冲击强化的区域。

3.根据权利要求1所述的发动机分叉尾喷管焊缝激光冲击强化和校形的方法，其特征在于，所述激光冲击强化单元的激光能量在1-10J之间，采用圆形光斑，光斑直径1-3mm，激光脉冲宽度为8ns-16ns，脉冲重复频率为20Hz。

4.根据权利要求1所述的发动机分叉尾喷管焊缝激光冲击强化和校形的方法，其特征在于，所述整机控制系统是具备理论模型数据库和试验模型数据库的计算机控制系统，对整个激光冲击强化和校形过程实施智能监测和控制，可以实时记录以下激光脉冲数据：每一脉冲的脉冲能量、脉冲宽度、时间分布、以及空间分布，同时对每一次的激光冲击强化参数进行记录、对比和优化，形成工艺数据库反馈并指导下一次的激光冲击强化动作，所述理论模型数据库由数值仿真得到，所述试验模型数据库由基础试验和经验公式得到。

5.根据权利要求1所述的发动机分叉尾喷管焊缝激光冲击强化和校形的方法，其特征在于，所述光学测量仪的测量位移精度0.001- 0.1/pixel，所述光学测量仪分辨率3000万像素，最小显示单位0.1μm，曝光时间0.059-3000ms。

6.根据权利要求1所述的发动机分叉尾喷管焊缝激光冲击强化和校形的方法，其特征在于，所述步骤S6中的弯曲度误差指的是测量数据模型与设计模型二者对应弯曲度的差值，所述弯曲度指的是所要进行分析的截面形心到焊缝的上下截面形心连线的距离，所述扭曲度误差指的是测量模型与CAD模型对齐后从CAD截面线转到测量模型截面线重合所需要的角度。

7.一种使用权利要求1至6任一项所述方法的发动机分叉尾喷管焊缝激光冲击强化和校形的装置，其特征在于，所述装置包括整机控制系统、激光器、激光器控制系统、激光冲击强化单元、辅助照明LED灯组、尾喷管专用工装夹具、装夹机器人、装夹机器人控制系统、涂水机器人、涂水机器人控制系统、光学测量仪、光学设备控制系统、三维轮廓扫描仪、以及数据采集系统；

所述整机控制系统分别与激光器控制系统、装夹机器人控制系统、涂水机器人控制系统和数据采集系统连接，驱动各系统有序协同工作；所述光学设备控制系统分别与数据采集系统、辅助照明LED灯组、光学测量仪和三维轮廓扫描仪连接；所述数据采集系统与光学设备控制系统及三维轮廓扫描仪连接；所述激光器控制系统通过激光器与激光冲击强化单元连接；所述尾喷管专用工装夹具安装在所述装夹机器人上；所述装夹机器人控制系统与所述装夹机器人连接；所述涂水机器人控制系统与所述涂水机器人连接。