本发明专利技术涉及一种多系统自动化协调工作的激光诱导空化强化的装置及方法，该装置是由多个系统组成，分别有夹紧系统、升降系统、成像系统、计算机控制系统、激光器系统、能量密度放大系统等。包括激光空化装置和固定台，所述固定台内设有水槽，所述水槽内装有垫块，所述水槽的槽壁上设有温度传感器，所述温度传感器与计算机连接；所述固定台位于升降装置上，所述升降装置位于二轴联动平台上，所述激光空化装置发出的激光穿过所述水槽的侧壁后在水槽内聚焦；所述激光空化装置与计算机连接，所述升降装置和所述二轴联动平台通过CNC伺服系统与计算机连接。多个系统之间协调工作，利用激光诱导产生空化泡对材料进行强化，从而起到延长材料寿命的作用，使操作者能够快速而准确地获得相应的数据，快速高效对这类材料进行强化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多系统自动化协调工作提高激光诱导空化强化的装置及方法，适用于利用高能量密度的激光在水中诱导产生空化泡，利用空化泡改善靶材表面的残余应力分布的表面改性方法的场合。
技术介绍
在高功率激光辐射下，当激光的能量密度超过液体的击穿阈值，液体介质会被“光击穿”，在击穿区域产生高温高压的等离子体。等离子体膨胀，形成以超音速传播的冲击波。同时伴随着空化气泡的产生，即激光空化泡。激光空化泡是研宄空泡现象的有力工具，有助于开展水下冲击强化、水下打孔、空化空蚀特性等研宄。早在1753年欧拉(Euler)就注意到当水管中某处的压强降低至蒸汽压甚至负值时，水与管壁分离，并在该处形成一个真空空间，通常人们将这种现象称为空化。随后，人们发现在液体流动和液力机械中，即从液体流动到水泵、水轮机或船舶螺旋桨都可能发生空化现象。空化现象是高速运动的液体所特有的物理现象，它的初生与发展取决于很多复杂的因素，一方面对水利机械、液体流动特性等有着严重的影响，如侵蚀破坏液力机械的叶片，在血液流动中损坏内脏等；另一方面合理利用空化现象也能对生产、生活产生帮助，如减少水污染，提高眼科手术的疗效及水中激光打孔的效率等。因此，几十年来，空化现象以及对于如何合理利用空化现象来为社会的生产、生活服务一直是科研工作者研宄的热点问题之一。在翻阅相关文献后，发现各种空化装置中对水槽不具备易换性和夹固性，不能实现计算机控制系统与各系统自动化，不利于实验的连续性、精确性和有效性。鉴于此不足，本人提出了上文所述装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光诱导空化强化的装置及方法，可以更方便地研宄空化强化机制，为其工业推广提供设备保障。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为:一种多系统自动化协调工作提高激光诱导空化强化的装置，包括激光空化装置和固定台，所述固定台内设有水槽，所述水槽内装有垫块，所述水槽的槽壁上设有温度传感器，所述温度传感器与计算机连接；所述固定台位于升降装置上，所述升降装置位于二轴联动平台上，所述激光空化装置发出的激光穿过所述水槽的侧壁后在水槽内聚焦；所述激光空化装置与计算机连接，所述升降装置和所述二轴联动平台通过CNC伺服系统与计算机连接。进一步的，所述固定台上端设有导向杆，所述导向杆上安装有活动板，所述活动板与所述导向杆移动副连接，所述活动板与气缸的活塞杆连接，所述气缸通过电磁阀与氮气瓶连接。进一步的，所述升降装置包括升降台，所述固定台位于所述升降台上，所述升降台依次通过轴、联轴器和伺服电机与所述CNC伺服系统连接。进一步的，所述激光空化装置包括激光控制器，YAG激光器，45°全反镜，扩束镜和聚焦镜，所述激光器控制器控制YAG激光器发射激光，通过45°全反镜、扩束镜和聚焦镜后穿过水槽的侧壁后射入水槽中聚焦。进一步的，还包括一个成像系统，所述成像系统包括照明闪光灯，高速摄像机和CCD，所述照明闪光灯、所述高速摄像机和所述CCD均与计算机连接。用于记录空化泡的脉动及溃灭过程。进一步的，所述水槽的上方还装有水听器，所述水听器与所述计算机连接。本专利技术还提供一种多系统自动化协调工作提高激光诱导空化强化的装置的使用方法，包括如下步骤: Si用无水乙醇或丙酮对靶材和垫块表面进行擦拭，除去其表面的油污和灰层，防止对实验造成干扰，影响实验精度；将靶材和垫块一起放入水槽中，再放入固定台中，向水槽中加适量纯净水将靶材和垫块淹没； S2计算机控制电磁阀，利用气缸，活动板、导向杆、氮气瓶和电磁阀组成的夹紧系统对水槽进行夹紧固定； S3激光器控制器控制YAG激光器发射激光，通过45°全反镜、扩束镜和聚焦镜组成的能量密度放大系统射入水槽的水中； S4计算机控制CNC伺服系统，通过升降台、联轴器、伺服电机和轴组成的升降系统实现对水槽的升降；其中，升降台是通过齿轮齿条机构实现上下运动的，利用已知的齿轮齿条传动比，根据伺服电机的转数可得出升降距离，将数值显示在计算机屏幕上，避免人工读数带来的误差；同时温度传感器向计算机实时反馈当冲击过程中的水温，并将数值显示在计算机屏幕上； S5通过清洗靶材表面，分析其残余应力分布，来确定激光空化强化的效果； S6调节升降系统，改变水温，重复上述操作，直至得到激光空化强化的最优残余应力分布，确定最优残余应力分布下的水温及最佳强化距离ds ;所述ds为革E材强化表面与激光在水槽中聚焦点之间的距离； S7保持最佳强化距离ds和水温不变，计算机控制二轴联动平台对靶材整个待强化表面进行强化。进一步的，还包括对激光空化过程进行监控的步骤:将高速摄像机及CXD组成的成像系统与计算机相连，并将水听器放入水槽，计算机控制照明闪光灯开关，并实时接收水听器反馈的声波信号与成像系统的信号；通过对声波信号和成像系统的信号进行分析，为研宄最优残余应力分布下的水温及最佳强化距离ds下的激光空化过程提供数据支撑。本专利技术的优点在于:(1)利用气缸可对多种大小的水槽进行灵活装夹固定，具备易换性；(2)带有齿轮齿条机构的升降系统实现了数控性和精确性，避免了使用五轴联动工作台、数控操作台等大型昂贵的机械，既方便快捷又减少成本；(3)将上述各系统与计算机相连实现了自动化，保证了实验的连续性，准确性和方便快捷。(4)该强化方法和装置相对于传统具有无污染，利用率高等优点，可用于工业推广。【附图说明】图1为多系统自动化协调工作提高激光诱导空化强化的装置主视图。图2为多系统自动化协调工作提高激光诱导空化强化的装置俯视图。图中，1、升降台，2、气缸，3、活动板，4、水听器，5、导向杆，6、水槽，7、固定台，8、靶材，9、温度传感器，10、垫块，11、联轴器，12、伺服电机，13、二轴联动平台，14、轴，15、照明闪关灯，16、高速摄像机，17、CCD, 18、CNC伺服系统，19、计算机，20、激光控制器，21、YAG激光器，22、45°全反镜，23、扩束镜，24、聚焦镜，25、氮气瓶，26、电磁阀。具体实施方法 如图1和图2所示，一种多系统自动化协调工作提高激光诱导空化强化的装置，包括激光空化装置和固定台7，所述激光空化装置包括激光控制器20，YAG激光器21，45°全反镜22，扩束镜23和聚焦镜24，所述激光器控制器20控制YAG激光器21发射激光，通过45°全反镜22、扩束镜23和聚焦镜24后穿过水槽6的侧壁后射入水槽6中聚焦。所述固定台7内设有水槽6，所述水槽6内装有垫块10，所述固定台7上端设有导向杆5，所述导向杆5上安装有活动板3，所述活动板3与所述导向杆5移动副连接，所述活动板3与气缸2的活塞杆连接，所述气缸2通过电磁阀26与氮气瓶25连接。所述水槽6的槽壁上设有温度传感器9，所述温度传感器9与计算机19连接；所述水槽6的上方还装有水听器4，所述水听器4与所述计算机19连接，用于监控空化泡的声波信息，还包括一个成像系统，所述成像系统包括照明闪光灯15，高速摄像机16和(XD17、照明闪光灯15、高速摄像机16和(XD17均与计算机当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多系统自动化协调工作提高激光诱导空化强化的装置，其特征在于，包括激光空化装置和固定台（7），所述固定台（7）内设有水槽（6），所述水槽（6）内装有垫块（10），所述水槽（6）的槽壁上设有温度传感器（9），所述温度传感器（9）与计算机（19）连接；所述固定台（7）位于升降装置上，所述升降装置位于二轴联动平台（13）上，所述激光空化装置发出的激光穿过所述水槽（6）的侧壁后在水槽（6）内聚焦；所述激光空化装置与计算机（19）连接，所述升降装置和所述二轴联动平台（13）通过CNC伺服系统（18）与计算机（19）连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：任旭东，左成亚，袁寿其，佟艳群，王德顺，吴坤，卢加兴，何浩，周睿，王杰，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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