[发明专利]一种定向区域快速扫描式激光冲击强化方法及系统

说明书

本发明公开了一种定向区域快速扫描式激光冲击强化方法及系统，属于激光冲击领域，包括激光器、控制模块、振镜装置、夹持机器人和送水机器人，包括以下步骤：S1：设定激光器的激光冲击强化参数；S2：控制模块对待加工区域的形状扫描并规划激光冲击的路径；S3：调整振镜装置的反射镜的转动频次及转动角度，S4：振镜装置的反射镜每转动到下一角度时，激光器发射出脉冲激光到振镜装置的反射镜上，重复执行步骤S3，直到完成对整个待加工区域冲击强化。通过振镜装置的反射镜快速摆动，使反射出的激光束以激光冲击的路径移动，代替夹持机器人的运动，实现快速完成表面区域形状复杂零件的激光冲击强化。

技术领域

本发明涉及激光冲击领域，尤其涉及一种定向区域快速扫描式激光冲击强化方法及系统。

背景技术

在交变载荷的作用下，金属零部件经常因为局部疲劳裂纹、断裂而整体报废，甚至导致设备或装备的故障或事故，疲劳断裂是影响机械结构和装备安全性、可靠性的重要因素。大量研究表明，金属构件的疲劳性能与其表面完整性密切相关。一般情况下，断裂往往由于在交变载荷的作用下构件表面产生裂纹，逐渐扩展而导致整体的破坏。为提高服役条件下结构的可靠性，延长使用寿命，在不改变基体材料性能的前提下，表面强化技术得到国际上越来越多的研究，提出多种多样的表面强化方法，得到广泛应用，取得很好的效果与收益。

激光冲击强化技术作为一种新型材料表面改性技术，与喷丸、滚光、表面合金化等传统强化手段相比，具有强化效果佳、适用性好的技术优势。其原理为通过短脉宽、高峰值功率的激光辐射金属零件表面，使金属表面涂覆的吸收保护层吸收激光能量并发生爆炸气化蒸发，产生温度大于K的高温、压力大于1GPa的高压等离子体；该离子体受金属表面约束水层的约束，形成高压冲击波并向材料内部传播，利用冲击波的力学效应在材料表层产生塑性变形，使表层材料发生微观组织变化，并在较深的厚度残留压应力，从而显著提高金属的抗疲劳、耐磨损和防应力腐蚀等性能。

激光冲击强化装置通常由高能脉冲激光器、夹持机器人与送水机器人组成。在控制模块的作用下，激光器输出短脉冲高能脉冲激光束，并且在加工面上聚焦形成相应形状、大小的高能量密度激光光斑，与此同时携带工件的夹持机器人、送水机器人按照预先编制的程序运动，从而实现对工件指定位置指定路径的强化处理。这种把零件装夹在机器人上，依靠机械手臂来运动来完成冲击强化路径轨迹行走的方式，在遇到多个零件加工区域形状各不相同且冲击区域形状复杂时，机器人需要重复编程且编程难度大，因此会造成加工效率大大降低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种解决对表面区域形状复杂的零件冲击强化机器人运动编程困难问题的方法及系统。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种定向区域快速扫描式激光冲击强化方法，包括激光器、控制模块、振镜装置、夹持机器人和送水机器人，所述激光器、所述控制模块和所述振镜装置相互电性连接，所述夹持机器人与所述送水机器人分别设在所述振镜装置的两侧；包括以下步骤：

S1：设定激光器的激光冲击强化参数；

S2：控制模块对待加工区域的形状扫描并规划激光冲击的路径；

S3：调整振镜装置的反射镜的转动频次及转动角度，使通过反射后的激光束沿着激光冲击的路径移动，同时调整激光器8发射出的激光束与振镜装置的反射镜的焦距；

S4：夹持机器人将加工工件夹持至振镜装置的物镜下，同时送水机器人对待加工区域喷水，振镜装置的反射镜每转动到下一角度时，激光器发射出脉冲激光到振镜装置的反射镜上，使反射出的脉冲激光的焦平面处于加工工件的加工区域上；重复执行步骤S3，直到完成对整个待加工区域冲击强化。