[发明专利]一种激光冲击强化技术的水约束层装置及其测量方法

权利要求书

1.一种激光冲击强化技术的水约束层装置，其特征在于：该装置由零件夹持机器人（1）、水喷头机器人（2）、激光出光口（3）、激光器（4）、激光测厚仪（5）、光电信号转换器（6）、水喷头（7）、水泵（8）、水箱（9）、计算机（10）组成；零件夹持机器人（1）与零件（11）连接，水喷头机器人（2）与水喷头（7）连接，零件夹持机器人（1）和水喷头机器人（2）分别与计算机（10）连接，激光出光口（3）与激光器（4）连接，激光器（4）与计算机（10）连接，激光测厚仪（5）与光电信号转换器（6）连接，光电信号转换器（6）与计算机（10）连接，水喷头（7）与水泵（8）连接，水泵（8）与水箱（9）连接，水泵（8）与计算机（10）连接；水喷头喷出的水束落在零件上，形成落水点（13），并在零件表面铺展形成平稳的水约束层（12），激光测厚仪（5）在零件上的照射点（15）位于水喷头（7）在零件上的落水点（13）与激光出光口（3）在零件上的光斑（14）之间，照射点（15）位于水约束层（12）的上游，光斑（14）位于水约束层（12）的下游；

所述落水点（13）与照射点（15）之间、照射点（15）与光斑（14）之间的距离的测算方法：落水点（13）与光斑（14）之间的距离为10至30mm，在两者的连线的中点做垂线，垂线上距中点-20至+20mm的范围内选取一个位置点作为照射点（15）。

2.如权利要求1所述的激光冲击强化技术的水约束层装置，其特征在于：所述激光测厚仪（5）是基于光的折射原理测量水约束层（12）的厚度，测量范围为0.1mm至100mm，精度不小于±0.25mm。

3.如权利要求1所述的激光冲击强化技术的水约束层装置，其特征在于：所述照射点（15）位于平面时，激光测厚仪（5）的中轴线应垂直于照射点（15）所在的平面。

4.如权利要求1所述的激光冲击强化技术的水约束层装置，其特征在于：所述照射点（15）位于曲面时，激光测厚仪（5）的中轴线应与照射点（15）所在曲面的法线同轴。

5.如权利要求1所述的激光冲击强化技术的水约束层装置，其特征在于：所述照射点（15）处测量的水约束层（12）的厚度范围为1至3mm。

6.如权利要求1-5任意一项所述的一种激光冲击强化技术的水约束层装置的测量方法，其特征在于：水通过水喷头（7）喷射在零件表面，形成落水点（13），并铺展形成平稳的水约束层（12）；激光测厚仪（5）测量水约束层（12）的厚度，反馈给计算机（10）；计算机（10）通过水泵（8）调节水喷头（7）喷射的水束的流量大小，从而调节水约束层（12）的厚度；计算机（10）通过控制激光器（4），将激光脉冲从激光出光口（3）射出，穿过水约束层（12），照射到零件（11）表面的激光吸收层，产生冲击力；计算机（10）通过控制零件夹持机器人（1）和水喷头机器人（2）的姿态及位置，调节落水点（13）、照射点（15）和光斑（14）之间相对位置，既实现了对零件表面的逐点激光冲击强化，又实现了激光测厚仪（5）对水约束层（12）的同步测量。

7.如权利要求6所述的一种激光冲击强化技术的水约束层装置的测量方法，其特征在于：所述水约束层（12）的厚度是通过取5至10次瞬时测量值的平均值，相邻两次测量的时间间隔为1至10s，并剔除幅值大于平均值50%的异常测量值。