基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测系统和方法，所述系统包括：激光控制器、控制装置、声波接收采样电路、激光器本体和声压检测变送传感装置；激光控制器，用于控制激光器本体向激光冲击强化部件位置发射激光，使材料表面产生声发射信号；声压检测变送传感装置，用于接收声发射信号产生的机械振动，得到声波采样数据；声波接收采样电路，用于接收声波采样数据，并将声波采样数据传送至控制装置；控制装置，用于根据声波采样数据得到声压水平因子，根据声压水平因子判断激光冲击强化的效果；并根据激光冲击强化的效果，控制激光控制器发送调Q触发信号。本发明专利技术是对加工环境适应性强、稳定可靠、成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无损检测和激光加工领域，尤其涉及一种基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测系统和方法。
技术介绍
激光冲击强化技术是最先进金属表面强化手段，它是利用强激光束产生的等离子冲击波，可在深度大于1mm的工件表面产生压缩表面残余应力，提高工件的抗损伤强度及疲劳性能，与冷挤压、喷丸等金属材料表面强化手段相比，具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点。例如对用于核反应堆中型芯零件和焊接构件的强化，可以减小应力腐蚀裂纹的敏感性以提高零件的疲劳强度；对飞机涡轮发动机的涡轮风扇叶片的激光冲击强化，可以使它的服役时间成倍增长，从而降低飞行成本和提高飞行安全性。此技术是一项军民两用技术，在航空航天、汽车工业、石油化工、核工业、海洋船舶、医疗工业等领域具有巨大的应用前景，在某些场合其作用不可替代。目前，国内相关研究机构拥有的激光冲击强化设备都处于实验应用阶段，离激光冲击强化工程化应用有着相当的距离。其主要原因之一是：没有实时的在线质量监测方法和系统。在激光冲击强化的过程中，影响激光冲击强化效果因素较多，如脉冲激光的能量大小及脉宽、光斑形状及大小、保护层材质及厚度、约束层均匀性和厚度等因素。在实验室阶段，可以通过一系列的离线、破坏性的检测方法检测激光冲击强化的效果，但在工程化阶段，从加工环境、加工效率和工件成本考虑，这些方法均不可取。要把激光冲击强化技术推广到工业应用中，就必须实现加工过程的在线检测，实时检测激光冲击强化的效果，作为控制加工质量的依据。综上所述，实现激光冲击强化加工过程在线质量监测，控制加工质量是实现其工程化应用不可或缺的一项关键技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服激光冲击强化过程中没有实时的在线质量监测系统的缺点，为提高关键零部件抗损伤及抗疲劳性能的激光冲击强化工艺的可控性，提供一种基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测系统和方法，本专利技术是对加工环境适应性强、稳定可靠、成本较低的在线质量检测系统和方法。本专利技术提供了一种基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测系统，包括：激光控制器(1)、控制装置(3)、声波接收采样电路(4)、激光器本体(7)和声压检测变送传感装置(10)；所述激光控制器(1)，用于控制激光器本体(7)向激光冲击强化部件位置(8)发射激光，使材料表面产生声发射信号(9)；所述声压检测变送传感装置(10)，用于接收声发射信号(9)产生的机械振动，得到声波采样数据，并将声波采样数据转换成模拟电压信号；所述声波接收采样电路(4)，用于接收声波采样数据，并将声波采样数据传送至控制装置(3)；所述控制装置(3)，用于根据声波采样数据得到声压水平因子，根据声压水平因子判断激光冲击强化的效果；并根据激光冲击强化的效果，控制激光控制器(1)发送调Q触发信号(6)；其中，判断激光冲击强化的效果的方式：将声压水平因子与设定的标准声压水平因子范围进行比对，如果检测信号处于标准声压水平因子范围内则表示激光冲击强化效果很好；如果检测信号超出标准声压水平因子范围则表示激光冲击强化效果不好，发出警告并记录。进一步的，所述声压检测变送传感装置(10)包括依次数据连接的声压检测传感器(102)、声波接收元件(103)、信号转换模块(104)及信号发送模块(105)。进一步的，所述声压检测变送传感装置(10)的响应频率为10-50KHz，谐振频率为35-39KHz。进一步的，所述声压检测变送传感装置(10)与激光冲击点的距离为80-100cm。进一步的，所述声波接收采样电路(4)采用高速数据采集卡。本专利技术还提供了一种基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测方法，包括以下步骤：步骤S100：激光控制器(1)控制激光器本体(7)向激光冲击强化部件位置(8)发射激光，在材料表面产生声发射信号(9)；步骤S200：声压检测变送传感装置(10)接收声发射信号(9)产生机械振动，得到声波采样数据，并将声波采样数据转换成模拟电压信号；步骤S300：声波接收采样电路(4)接收声波采样数据，并将声波采样数据传送至控制装置(3)；步骤S400：控制装置(3)根据声波采样数据得到声压水平因子，根据声压水平因子判断激光冲击强化的效果；其中，判断激光冲击强化的效果的方式：将声压水平因子与设定的标准声压水平因子范围进行比对，如果检测信号处于标准声压水平因子范围内则表示激光冲击强化效果很好；如果检测信号超出标准声压水平因子范围则表示激光冲击强化效果不好，发出警告并记录；步骤S500：控制装置(3)根据激光冲击强化的效果，控制激光控制器(1)发送调Q触发信号(6)。有益效果：本专利技术以激光冲击产生的声发射信号的声压波形特征为检测对象，由声压水平因子判断激光冲击强化的加工效果，可以实时的在线检测冲击强化效果，控制强化质量，提高强化加工的自动化程度，受外界影响小，实用性强，判断准确，成本较低。因此，本专利技术是一种对加工环境适应性强、稳定可靠、成本较低的在线质量监测系统。附图说明图1是本专利技术基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测系统的结构示意图；图2是声压检测变送传感装置的结构示意图；图3是本专利技术监测的声压波形图。附图标识：1.激光控制器；2.触发控制信号；3.控制装置；4.声波接收采样电路；5.同轴电缆；6.调Q触发信号；7.激光器本体；8.激光冲击强化部件位置；9.声发射信号；10.声压检测变送传感装置；101.检测传感器安装座；102.声压检测传感器；103.声波接收元件；104.信号转换模块；105.信号发送模块。具体实施方式为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部内容。图1是本专利技术基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测系统的结构示意图。参照图1，本专利技术实施例提供的基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测系统，包括：激光控制器1、控制装置3、声波接收采样电路4、激光器本体7和声压检测变送传感装置10。所述激光控制器1，用于控制激光器本体7向激光冲击强化部件位置8发射激光，使材料表面产生声发射信号9；其中，激光控制器1能够接收控制装置3的触发信号，控制激光器本体7；激光器本体7是激光冲击强化执行机构。所述声压检测变送传感装置10，用于接收空气中传播的声发射信号9产生的机械振动，得到声波采样数据，并将声波采样数据转换成模拟电压信号(声电转换)；并把模拟电压信号通过同轴电缆5传送至声波接收采样电路4。图2是声压检测变送传感装置的结构示意图。参照图2，在本实施例中，声压检测变送传感装置10，包括依次数据连接的声压检测传感器102、声波接收元件103、信号转换模块104和信号发送模块105，其中，检测传感器安装座101和声压检测传感器102设置在声波接收元件103上，信号转换模块104和信号发送模块105通过数据线与声压检测传感器102连接。声压检测变送传感装置10中，声压检测传感器102用于接收空气中传播的声发射信号，声波接收元件103增强信号传感器接收的声波信号，信号转换模块104用于将声波采样数据转换成模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测系统，其特征在于，包括：激光控制器(1)、控制装置(3)、声波接收采样电路(4)、激光器本体(7)和声压检测变送传感装置(10)；所述激光控制器(1)，用于控制激光器本体(7)向激光冲击强化部件位置(8)发射激光，使材料表面产生声发射信号(9)；所述声压检测变送传感装置(10)，用于接收声发射信号(9)产生的机械振动，得到声波采样数据，并将声波采样数据转换成模拟电压信号；所述声波接收采样电路(4)，用于接收声波采样数据，并将声波采样数据传送至控制装置(3)；所述控制装置(3)，用于根据声波采样数据得到声压水平因子，根据声压水平因子判断激光冲击强化的效果；并根据激光冲击强化的效果，控制激光控制器(1)发送调Q触发信号(6)；其中，判断激光冲击强化的效果的方式：将声压水平因子与设定的标准声压水平因子范围进行比对，如果检测信号处于标准声压水平因子范围内则表示激光冲击强化效果很好；如果检测信号超出标准声压水平因子范围则表示激光冲击强化效果不好，发出警告并记录。

【技术特征摘要】
1.一种基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测系统，其特征在于，包括：激光控制器(1)、控制装置(3)、声波接收采样电路(4)、激光器本体(7)和声压检测变送传感装置(10)；所述激光控制器(1)，用于控制激光器本体(7)向激光冲击强化部件位置(8)发射激光，使材料表面产生声发射信号(9)；所述声压检测变送传感装置(10)，用于接收声发射信号(9)产生的机械振动，得到声波采样数据，并将声波采样数据转换成模拟电压信号；所述声波接收采样电路(4)，用于接收声波采样数据，并将声波采样数据传送至控制装置(3)；所述控制装置(3)，用于根据声波采样数据得到声压水平因子，根据声压水平因子判断激光冲击强化的效果；并根据激光冲击强化的效果，控制激光控制器(1)发送调Q触发信号(6)；其中，判断激光冲击强化的效果的方式：将声压水平因子与设定的标准声压水平因子范围进行比对，如果检测信号处于标准声压水平因子范围内则表示激光冲击强化效果很好；如果检测信号超出标准声压水平因子范围则表示激光冲击强化效果不好，发出警告并记录。2.根据权利要求1所述的基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测系统，其特征在于，所述声压检测变送传感装置(10)包括依次数据连接的声压检测传感器(102)、声波接收元件(103)、信号转换模块(104)及信号发送模块(105)。3.根据权利要求2所述的基于声压特征的激光冲击强化在线质量监测系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，刘伟军，蔡清华，
申请(专利权)人：沈阳慧远自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21