一种基于激光喷丸的材料形变检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于激光喷丸的材料形变检测系统，该系统包含样品架，待测样品放置于样品架上，还包括：冲击激光光路、形变探测光路以及光通量探测器；冲击激光光路包括第一激光发射部，第一激光发射部发射冲击激光信号，冲击激光信号传输至待测样品表面；形变探测光路包括第二激光发射部以及空间测量激光片生成单元，第二激光发射部发射形变探测光信号，形变探测光信号传输至空间测量激光片生成单元，空间测量激光片生成单元将形变探测光信号转换为空间测量激光片，空间测量激光片传输经过所述样品架，输入至所述光通量探测器中。该检测系统测量原理简单易操作、成本低廉、实用性强，能够精确测量冲击样品材料的瞬态形变量。

A material deformation detection system based on laser shot peening

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光喷丸的材料形变检测系统
本专利技术涉及材料形变检测领域，具体涉及一种基于激光喷丸的材料形变检测系统。
技术介绍
激光喷丸技术是一种崭新的材料表面改性工艺，它能获得更高的表层残余压应力和更深的应力影响层，使得材料的强度、耐腐蚀性以及疲劳寿命等力学性能与传统的机械喷丸工艺相比提高2～3倍。通过选择合适的激光喷丸参数(如：激光光斑大小、激光功率密度、激光喷丸次数)来优化残余应力的分布，使得材料的力学性能得到不同程度的改善。当前，获得零部件表面形变量信息的新方法主要有：基于光的干涉衍射原理的光学检测手法，也有超声检测、核磁共振技术、工业CT扫描等新方法。传统的接触式形变测量方法能较好的实现单点定位，但效率较低，且机械探针需要接触工件表面，会对待成形材料造成一定的损伤；而基于光纤干涉原理的光纤干涉仪检测虽然精度高、速度快，但是干涉仪的安装和调试都比较困难，光纤干涉仪在工业现场由于干扰较多也会导致实用性能大大降低；使用工业CT及核磁共振技术的成本较高，对使用环境要求也苛刻，经济性大大降低。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的首要目的是提供一种测量原理简单易操作、成本低廉、实用性强的基于激光喷丸的材料形变检测系统。基于上述目的，本专利技术至少提供如下技术方案：一种基于激光喷丸的材料形变检测系统，其包含样品架，待测样品放置于所述样品架上，所述系统还包括：冲击激光光路、形变探测光路以及光通量探测器；所述冲击激光光路包括第一激光发射部，所述第一激光发射部发射冲击激光信号，所述冲击激光信号传输至所述待测样品表面；所述形变探测光路包括第二激光发射部以及空间测量激光片生成单元，所述第二激光发射部发射形变探测光信号，所述形变探测光信号传输至所述空间测量激光片生成单元，所述空间测量激光片生成单元将所述形变探测光信号转换为空间测量激光片，所述空间测量激光片传输经过所述样品架，输入至光通量探测器中。一种基于激光喷丸的材料形变检测系统，其包含样品架，待测样品放置于所述样品架上，所述系统还包括：冲击激光光路、形变探测光路、光通量探测器以及示波器；所述冲击激光光路包括第一激光发射部、分光单元以及光开关，所述第一激光发射部发射高强激光信号，所述高强激光信号经由所述分光单元分为冲击激光信号以及光开关信号，所述冲击激光信号传输至所述待测样品表面，所述光开关信号传输至所述光开关；所述形变探测光路包括第二激光发射部以及空间测量激光片生成单元，所述第二激光发射部发射形变探测光信号，所述形变探测光信号传输至所述空间测量激光片生成单元，所述空间测量激光片生成单元将所述形变探测光信号转换为空间测量激光片，所述空间测量激光片传输经过所述样品架，输入至光通量探测器中；其中，所述光通量探测器以及所述光开关分别与所述示波器电连接。进一步的，所述形变探测光路中，所述空间测量激光片生成单元包括光束扩束准直部以及矩形空间可调狭缝，所述第二激光发射部发射的形变探测光信号经由所述光束扩束准直部后传输至所述矩形空间可调狭缝形成所述空间测量激光片。进一步的，所述冲击激光光路与所述形变探测光路位于同一水平面，且传输经过所述矩形空间可调狭缝的形变探测光信号与所述冲击激光光路垂直。进一步的，所述光束扩束准直部与所述矩形空间可调狭缝之间设置一高反射率镜，所述形变探测光信号经所述光束扩束准直部聚焦后传输至所述高反射率镜，所述高反射率镜反射所述形变探测光信号至所述矩形空间可调狭缝。进一步的，所述冲击激光信号传输至样品表面，所述传输经过所述矩形空间可调狭缝的形变探测光信号沿样品的背面穿过。进一步的，所述光束扩束准直部由第一透镜以及第二透镜组成。进一步的，传输经过所述样品架的所述空间测量激光片经第三透镜聚焦后输入至所述光通量探测器。一种基于激光喷丸的材料形变检测方法，其包括如下步骤：采用形变探测光源照射样品，采集通过所述样品的初始光通量；采用高功率冲击激光光源冲击所述样品的表面，使样品发生高应变率的瞬时冲击形变，同时采集通过所述发生高应变率的瞬时冲击形变样品的光通量。进一步的，所述初始光通量为所述形变探测光源照射未受激光冲击样品通过的光通量。相对于现有技术，本专利技术至少具有如下有益效果：本专利技术提供的基于激光喷丸的材料形变检测系统将光学检测手段与机械喷丸手段相结合，该光学检测手段中，通过形变探测光路以及冲击激光光路的设置，利用该形变探测光路中探测光源照射待冲击样品，利用冲击激光光路中冲击激光源冲击样品表面，通过采集冲击前后通过样品的光通量来获得冲击样品的形变量，该测量原理简单易操作、成本低廉、实用性强，能够精确测量冲击材料的瞬时形变量。该形变检测系统的提出为激光喷丸参数对激光喷丸靶材瞬时塑性形变量的定量研究工作提供了一种新的研究思路，为后续激光加工其他领域(如激光精密冲击成形)拓展了新的方法。附图说明图1是本专利技术一实施例的形变检测系统示意图。图2是本专利技术的样品在受到冲击激光信号冲击时发生的局部形变示意图。图3是本专利技术另一实施例的形变检测系统示意图。具体实施方式接下来将结合本专利技术的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。下面来对本专利技术做进一步详细的说明。如图1所示，本专利技术该实施例提供了一种基于激光喷丸的材料形变检测系统，该系统包含样品架7，待测样品放置于样品架上7。该系统还包括冲击激光光路、形变探测光路以及光通量探测器。冲击激光光路包括第一激光发射部。该实施例中，第一激光发射部1优选高功率调Q钕玻璃固体激光器，该激光器的典型参数如下：激光波长1064nm，脉冲宽度≤20ns，脉冲重复频率为0.5Hz，激光的光斑半径为4mm。激光器的输出能量可由抽运电压进行调节，激光的输出能量不同则冲击波的载荷强度也不同，出射的激光可经过聚焦透镜10后聚焦在待冲击成形样品表面，高强激光能量在极短时间内被涂层材料吸收形成致密的高温高压等离子体，等离子体继续吸收能量会膨胀爆炸，由于约束层的作用会产生向金属内部传播的高强冲击波，材料产生高应变率的动态响应，最终材料的微观组织改变发生了塑性变形，冲击样品的力学性能得以改善，此时激光成形的单次冲击成形完成。形变探测光路包括第二激光发射部2以及空间测量激光片生成单元。为了保证形变探测的准确性，形变探测光路输出的光路与冲击激光光路位于同一水平面。第二激光发射部2发射形变探测光信号，形变探测光信号传输至空间测量激光片生成单元，空间测量激光片生成单元将形变探测光信号转换为空间测量激光片，空间测量激光片传输经过样品架，输入至光通量探测器9中。第二激光发射部2出射光源的波长应与加载形变量的光通量探测器9的探测波长具有良好的波长匹配，以最大限度提高探测器的响应速度和探测精度，可根据实际情况加以调整。该实施例中，第二激光发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光喷丸的材料形变检测系统，该系统包含样品架，待测样品放置于所述样品架上，其特征在于，还包括：冲击激光光路、形变探测光路以及光通量探测器；/n所述冲击激光光路包括第一激光发射部，所述第一激光发射部发射冲击激光信号，所述冲击激光信号传输至所述待测样品表面；/n所述形变探测光路包括第二激光发射部、空间测量激光片生成单元以及光通量探测器，所述第二激光发射部发射形变探测光信号，所述形变探测光信号传输至所述空间测量激光片生成单元，所述空间测量激光片生成单元将所述形变探测光信号转换为空间测量激光片，所述空间测量激光片传输经过所述样品架，输入至光通量探测器中。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于激光喷丸的材料形变检测系统，该系统包含样品架，待测样品放置于所述样品架上，其特征在于，还包括：冲击激光光路、形变探测光路以及光通量探测器；
所述冲击激光光路包括第一激光发射部，所述第一激光发射部发射冲击激光信号，所述冲击激光信号传输至所述待测样品表面；
所述形变探测光路包括第二激光发射部、空间测量激光片生成单元以及光通量探测器，所述第二激光发射部发射形变探测光信号，所述形变探测光信号传输至所述空间测量激光片生成单元，所述空间测量激光片生成单元将所述形变探测光信号转换为空间测量激光片，所述空间测量激光片传输经过所述样品架，输入至光通量探测器中。


2.一种基于激光喷丸的材料形变检测系统，该系统包含样品架，待测样品放置于所述样品架上，其特征在于，还包括：冲击激光光路、形变探测光路、光通量探测器以及示波器；
所述冲击激光光路包括第一激光发射部、分光单元以及光开关，所述第一激光发射部发射高强激光信号，所述高强激光信号经由所述分光单元分为冲击激光信号以及光开关信号，所述冲击激光信号传输至所述待测样品表面，所述光开关信号传输至所述光开关；
所述形变探测光路包括第二激光发射部、空间测量激光片生成单元以及光通量探测器，所述第二激光发射部发射形变探测光信号，所述形变探测光信号传输至所述空间测量激光片生成单元，所述空间测量激光片生成单元将所述形变探测光信号转换为空间测量激光片，所述空间测量激光片传输经过所述样品架，输入至光通量探测器中；
其中，所述光通量探测器以及所述光开关分别与所述示波器电连接。


3.根据权利要求1或2的所述材料形变检测装置，其特征在于，所述形变探测光路中，所述空间测量激光片生成单元包括光束扩束准直部以及矩形空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：宿世臣，向一凡，梅若兰，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44