[发明专利]一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置及其测量方法

说明书

本发明属于零件表面处理技术，涉及一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置及其测量方法；该装置由机器人(1)、导光臂(2)、激光器(3)、水喷管(4)、水箱(5)、计算机(6)和光学应变测量系统(7)组成；本发明通过高分辨率的光学相机，监测叶片待强化区的背面的应变变化规律，获得应变云图，从而分析已强化区域的应变均匀性，分析判断表面加工质量的优劣，为工艺控制提供一种有效的在线监测手段；该测量方法是一种无损测量方法，具有非破坏、精度高、准确性好、效率高等优点。

技术领域

本发明属于零件表面处理技术，涉及一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置及其测量方法。

背景技术

激光冲击强化技术是一种新型表面强化处理手段，其原理是高功率密度(GW/cm²)、短脉冲(ns级)的激光脉冲诱导等离子冲击波，产生冲击力，使材料表面发生弹塑性变形，形成深层残余压应力层和组织强化层。该技术主要用于提高航空发动机叶片/叶盘高周疲劳性能，并被推广应用于机械制造、航天、兵器、汽车、核电站等多领域中。

由于激光冲击强化是通过激光光斑的逐点叠加，从而覆盖整个待强化区，达到表面强化的目的。在叶片强化过程中，受到叶片型面、激光器、水约束层、工艺匹配性等多重因素的影响，叶片表面质量的监测是确保工艺稳定性的重要手段。传统的监测方法是待强化完成后，将叶片取下来，分析叶片表面残余应力、表面粗糙度、表面三维形貌、微观组织等参数，获得叶片的表面质量，不属于在线监测方法。而在线监测方法中，最常用的是声学监测，通过探测激光诱导等离子冲击波产生的爆炸声大小，间接判定每个光斑在零件表面产生的作用力大小，从而监测强化过程中的表面加工质量。但是，这种方法存在信噪比小、准确度低、数据波动大等不足。因此，亟需一种高精度的在线监测装置及测量方法。

发明内容

本发明的目的是：提出一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置及其测量方法，获得直观的叶片表面应变云图，从而为在线监测激光冲击强化表面质量提供一种技术手段。

本发明的技术方案是：

一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置，其特征在于：该装置由机器人1、导光臂2、激光器3、水喷管4、水箱5、计算机6和光学应变测量系统7组成；机器人1夹持叶片8，导光臂2连接激光器3，导光臂2的出光口对准叶片8的表面的待强化区；水喷管4连接水箱5，水喷管4对准叶片表面的待强化区的上方5～10mm区域；光学应变测量系统7由两个对称均布的光学相机组成，光学相机的镜头对准叶片8的表面的待强化区的背面；计算机6分别连接机器人1、激光器3、水箱5和光学应变测量系统7。

所述的一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置，在叶片8的表面的待强化区的背面制作一个白底黑斑或黑底白斑的光学测量区9。

所述光学测量区9的面积比待强化区的面积大1％～10％。

所述白底或黑底采用涂层、胶带或颜料制作而成，黑斑或白斑采用涂层、胶带或颜料制作而成。

所述黑斑或白斑之间的间隙范围为1～10mm，按规则点阵排列或不规则散布在白底或黑底上。

所述的一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置，光学应变测量系统7的应变测量范围为0.005％～3000％，最小应变分辨率为1με，测量尺度范围为1mm²～100m²。

所述的一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置，叶片8的待强化区的厚度不超过50mm。

所述的一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置的测量方法，步骤如下：

(1)制作光学测量区9：先确定叶片8的表面的待强化区，在待强化区的背面制作光学测量区9；