具有飞行时间监视的激光冲击喷丸系统技术方案

一种用于监视激光冲击喷丸过程的系统（１０）和方法，包括与控制器（１６）连接的传感器（１４）。该控制器（１６）包括输入（３６，４０）和处理器（３８）。该输入（３６，４０）与该传感器（１４）连接，以便接收表示工件（２０）处的激光冲击事件的信号。该处理器（３８）与输入（３６，４０）连接，并配置成确定与该激光冲击事件相关的残余能量从工件（２０）到传感器（１４）的飞行时间（４８），并根据该残余能量的飞行时间确定喷丸质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及激光冲击喷丸，并且更具体来说涉及一种通过监视冲击波的飞行时间来监视冲击喷丸过程的系统和方法。
技术介绍
激光冲击喷丸或者激光冲击处理(LSP)是冲击波撞击在部件的表面上、并在该部件的外层产生压缩残余应力区域的过程。人们已经十分熟悉，在周期性的疲劳破坏方面，处理部件外层的压缩残余应力增加了被处理部件的使用寿命。可以理解，该部件抵抗疲劳破坏的能力部分依赖于冲击波与该部件的耦合质量。即，如果冲击波没有适当地耦合到该部件的表面，结果喷丸过程中喷丸的质量就会受到不利影响。在激光冲击喷丸过程中，激光发生器产生直接朝向所要处理的部件的激光束。优选地，为了改善该激光束能量与所处理部件的耦合，在该部件和该激光发生器之间布置有吸收层和约束层。通常，该吸收层和该约束层位于该部件的附近。激光束能够穿过通常为水的约束层，并撞击在该吸收层上。吸收层通常由薄涂层带、涂料、墨水或者金属薄片组成，并通常直接施加于所处理的部件上或者保持在与之非常接近的附近位置。该约束层通常位于该吸收层附近，在该吸收层和该激光发生器之间。激光束与该吸收层的相互作用产生该吸收层的熔化(ablation)，最终产生从吸收层/约束层介面延伸的冲击波。该约束层保证初始的冲击波的大部分直接朝向所处理的部件，并因此加强由激光能量产生的冲击波与该部件的耦合。激光冲击喷丸的当前做法要求大量的破坏性试验来确保所处理的部件达到希望的处理效果。即，当要处理几个部件时，所处理过的全部部件中的少数测试失败，才确保剩余部件的质量。这种类型的破坏性测试常常耗时，并且实施和执行起来的花费也很大。此外，这种失败检测并未提供所处理部件的实时的、个体单独(peen quality)的指示。在任何测试之前，测试失败的部件都被完全处理。后续部件的处理则必须延缓，以使时间允许对该部件进行失败测试，否则可能继续产生不满足质量标准的部件。延缓该处理过程和/或产生不满足质量标准的后续部件对整个过程的效率都有不利影响。其他的系统和过程试图通过实时的样品部件处理来提高处理的效率。即，这些系统处理远远较少的部件或者样板，并通过该样板的测试来确定耦合的质量。虽然这些方法改善了质量控制的实时性方面，但是，它们也必须将测试样板的质量耦合与所处理的实际部件的耦合关联起来。当获得的数据与所处理的实际部件无关联时，这种测试可能引起失实的数据特性和关联。还有其他系统通过测量被处理部件的特性、例如表面硬度值、喷丸深度和形状数据来非破坏性地测试耦合质量。这些方法不能解决耦合质量中的实时变化的问题，并且仅分析许多喷丸点的很少一部分。再有其他系统，监视部件处理过程中获得的参数和数据，选择一组部件进行破坏性的测试，并将在处理过程中获得的大量数据与破坏性地测试部件的数据进行比较。虽然这种方法允许对一组被处理部件中的每个部件进行质量比较，但是这种过程仍需要对一组选定的部件进行破坏性测试以获得该控制质量的数据。因此，需要设计一种能够对喷丸过程执行实时、非破坏性的质量监视的激光冲击喷丸系统和方法。
技术实现思路
本专利技术提供解决前面所述的问题的一种能够实时监视激光冲击喷丸过程的系统和方法。该系统包括配置成将激光束朝向待处理部件的激光发生器。控制器与激光发生器连接，并控制其操作。传感器与该控制器连接，并且配置成检测工件附近激光冲击事件的发生。该控制器确定由该激光冲击事件产生的残余能量从工件到传感器的飞行时间，并利用该残余能量的飞行时间来确定喷丸质量。因此，根据本专利技术的一个方面，控制器包括输入和处理器。该输入配置成从转换器接收指示工件上的激光冲击事件的信号。该处理器与该输入连接，并配置成确定与该激光冲击事件相关的能量从该工件到该转换器的传播时间，并根据该传播时间输出喷丸质量的确定结果。根据本专利技术的另一方面，激光冲击喷丸系统包括激光源、传感器和控制器。该激光源构造成将激光束发射到工件，该传感器朝向该工件以检测此处冲击事件的发生。该控制器与该激光源和该传感器相连，并配置成从该激光源接收第一信号并从该传感器接收第二信号，根据第一信号和第二信号确定飞行时间值，并根据飞行时间值确定喷丸质量。根据本专利技术的再一方面，公开一种监视激光冲击喷丸过程的方法，该方法包括检测从激光源到工件用于启动喷丸事件的激光束的发射，检测与冲击波的生成相关的残余能量，该冲击波由该激光束在吸收层上撞击而生成，以及确定残余能量的生成和残余能量的检测之间的持续时间。然后可根据确定的持续时间得到喷丸质量。通过下面的详细描述和附图，本专利技术的其他许多特征、目的和优点会很明显。附图说明附图所示的是目前构想的用于实现本专利技术的一个优选实施方式。附图中图1是根据本专利技术的激光喷丸系统。图2所示的是图1的激光喷丸系统的控制过程。图3是各种具有不同能级的激光束的几个残余能量幅度和飞行时间的图形比较。具体实施例方式图1所示的是根据本专利技术的激光冲击喷丸系统10。系统10包括与控制器16连接的激光源12和传感器14、例如机载声信号传感器。激光源12优选为高峰值功率Q-开关激光源；但是，也可使用满足本专利技术的其他激光源。信号调节器18布置在传感器14和控制器16之间，并配置成从传感器14接收输入信号，以及将输出信号(优选为放大的输出信号)传送到控制器16。激光源12和传感器14朝向工件20，比如风扇、压缩机或者涡轮机部件或者任一要执行激光冲击处理的部件。约束层22和吸收层24保持相对贴近于工件20。约束层22优选地为水流，由箭头23指示，其通过管嘴26对准工件20，从而在激光源12和吸收层24之间保持有相对薄的水层。吸收层24(优选为薄的涂料、带、墨水或者金属薄片层)保持在约束层22和工件20之间。在系统10操作的过程中，激光源12发射朝向工件20的激光束，由箭头28指示。优选地，激光束28具有1-50焦耳、脉冲持续时间大约为20纳秒的能量信号。可以理解，设想其他的激光束能量信号并可将其应用于本专利技术，以从该激光冲击过程中实现期望的喷丸。激光源12附接于激光固定装置30，工件20附接于工件固定装置32。固定装置30、32的操作通常由机器人控制来执行，这允许激光源12和工件20的精确移动，以使激光束28精确地撞击在吸收层24上。当需要喷丸时，激光束28穿过约束层22并撞击在吸收层24上。激光束28在吸收层24上的撞击生成冲击波(未示出)，该冲击波基本上从激光束28在吸收层24上的撞击位置向外辐射状地传播。约束层22将最初离开工件20的部分冲击波的方向重新引导到工件20。这种约束改善了激光束28的能量与工件20的耦合。激光束28的能量与工件20的有效耦合保证了激光束28的大部分能量被用于工件20的喷丸处理。一旦对与激光束28的撞击相关的位置执行喷丸处理后，由箭头34指示的部分残余能量从工件20辐射开。传感器14相对于工件20布置，以检测残余能量34。可以理解，传感器14可以配置成检测任何不同类型的残余能量，包括声音/冲击波和/或光信号。优选地，传感器14配置成监视与残余能量34相关的机载声信号。通过信号调节器18，传感器14将表示残余能量34的检测的电信号传送给由箭头36指示的控制器16的第一输入。控制器16包括处理器38，处理器38从传感器14接收第一输入36和从激光源12接收由箭头40指示的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光冲击喷丸系统（１０），包括：传感器（１４），朝向工件（２０）以检测冲击事件；以及控制器（１６），与所述激光源（１２）和所述传感器（１４）连接，所述控制器（１６）配置成：（Ａ）从所述激光源（１２）接收第一信号（４０）并从所述传感器（１４）接收第二信号（３６）；（Ｂ）根据所述第一信号（４０）和所述第二信号（３６）确定飞行时间值（４８）；以及（Ｃ）根据所述飞行时间值确定喷丸的质量（７２）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JB小迪顿，FH阿扎德，MN阿泽尔，TJ罗克斯特罗，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]