本发明专利技术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；本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的是：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。本专利技术的技术方案是：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；(2)测量前准备：将叶片8装夹在机器人1的夹具上，移动机器人1使叶片8表面的待强化区对准导光臂2的出光口；移动光学应变测量系统7，使两个对称均布的光学相机对准光学测量区9的中央，打开计算机6中的控制软件，拍摄照片作为初始状态；(3)打开激光器3和水喷管4，编制机器人1的运动程序，对待强化区进行激光冲击强化，强化完成后关闭激光器3和水喷管4；(4)输出数据：通过计算机6中的控制软件处理激光冲击强化过程中的光学相机拍摄的数据，获得光学测量区9的应变云图。本专利技术的优点是：其一，本专利技术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。其二，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。附图说明图1本专利技术装置示意图具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明：如图1所示，一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置，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。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，面积比待强化区的面积大1％～10％，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，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。叶片8的待强化区的厚度不超过50mm。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。本专利技术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；(2)测量前准备：将叶片8装夹在机器人1的夹具上，移动机器人1使叶片8表面的待强化区对准导光臂2的出光口；移动光学应变测量系统7，使两个对称均布的光学相机对准光学测量区9的中央，打开计算机6中的控制软件，拍摄照片作为初始状态；(3)打开激光器3和水喷管4，编制机器人1的运动程序，使激光斑在待强化区实现“己”或“三”字形扫描，从而实现待强化区的激光冲击强化，强化完成后关闭激光器3和水喷管4；(4)输出数据：通过计算机6中的控制软件处理激光冲击强化过程中的光学相机拍摄的数据，获得光学测量区9的应变云图。本专利技术的工作原理是：每个激光光斑在材料表面产生的冲击波压强可达GPa量级，不仅使材料表面发生塑性变形，还可穿透整个薄壁叶片，到达叶片的另一面，发生微小的弹性形变。本专利技术采用光学应变测量系统，利用两个对称均布的高分辨率的光学相机，对准叶片表面的待强化区的背面，获得激光冲击强化过程中叶片待强化区背面的动态弹性形变，间接地获得每个光斑对待强化区的有效冲击力大小，通过判定其绝对值是否在有效范围内，从而在线监测激光冲击强化全过程，为工艺过程控制提供一种技术手段。光学测量区提供了一种白底黑斑或黑底白斑的衬底，通过高分辨光学相机的拍照和计算机软件的识别运算，获得斑点区的微小位移，从而获得局部应变信息，根据应变的绝对值是否在有效范围内，判定每个斑点的强化效果是否达标，根据所有斑点产生的应变的分布情况，判定强化效果的均匀性是否达标。实施例1本实施例所采用的叶片8的待强化区的厚度为5mm。所采用的光学应变测量系统7的测量能力如下：应变测量范围达到0.005％～3000％，最小应变分辨本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一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)。/n
【技术特征摘要】
1.一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)。
2.根据权利要求1所述的一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置，其特征在于：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)。
3.根据权利要求2所述的一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置，其特征在于：所述光学测量区(9)的面积比待强化区的面积大1％～10％。
4.根据权利要求2所述的一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置，其特征在于：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。
5.根据权利要求2所述的一种面向叶片的激光喷丸表面质量测量装置，其特征在于：所述黑斑或白斑之间...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗学昆，王欣，王强，宋颖刚，马世成，许春玲，于洋，宇波，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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