直升机导向器激光冲击光束干涉控制方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了直升机导向器激光冲击光束干涉控制方法，包括步骤获取直升机导向器的立体数据，对立体扫描图像进行处理得到激光冲击分片，根据激光冲击分片设计激光行进轨迹，根据激光行进轨迹获得需要激光冲击的轨迹。本发明专利技术实简化了激光冲击的轨迹设计，提高了工作效率，获得了比较好激光冲击的一致性。获得了比较好激光冲击的一致性。获得了比较好激光冲击的一致性。

【技术实现步骤摘要】
直升机导向器激光冲击光束干涉控制方法与系统


[0001]本专利技术涉及激光冲击强化
，具体涉及直升机导向器激光冲击光束干涉控制方法与系统。

技术介绍

[0002]激光冲击强化技术是一种新型的激光应用表面加工技术，能给材料带来更深的残余应力层，是一种高效的表面改性技术。激光冲击强化技术使材料表层晶粒细化甚至纳米晶，引起晶格畸变、位错、位错交织、位错墙、晶粒细化等微观织构变化，产生了平行于材料表面的拉应力，材料表面将形成一定深度的残余压应力层，从而大幅提高金属材料的性能比如疲劳寿命和耐腐蚀、抗磨损性能。激光冲击强化技术已经应用于航空航天与国防军工领域。随着该技术的不断成熟，激光冲击强化技术在船舶制造业、核工业、石油化工行业、生物医疗、轨道交通、电网电力等领域展示出了无可比拟的技术优势，拥有着巨大的应用前景和商业价值。
[0003]激光冲击强化的基本原理是使用峰值功率为GW(＞109W/cm2)的纳秒脉冲激光透过透明约束层(一般采用材料有：流水、有机玻璃等)作用在需要处理的金属工件表面，金属材料表面有表面吸收层，吸收层(一般采用材料有铝箔、黑胶带、黑漆等)。吸收层吸收激光能量后迅速气化电离成等离子团，等离子团吸收能量后继续快速膨胀产生产生温度大于107°
C压强大于1 GPa的等离子体，表面吸收层上面的透明约束层限制了等离子体膨胀，使得等离子体膨胀后的冲击波向着工件方向传播。等离子体产生的冲击波压力远大于工件的屈服强度，在工件内部形成残余应力场，出现位错、孪晶等晶体结构，改善工件近表面的微观组织并在工件表面形成残余压应力，使得工件的性能得到提升。激光冲击强化能获得比传统机械喷丸强化更好性能，操控性和适应性比低塑性滚光和滚压等表面强化技术更好，能处理狭小的零件部位，对金属材料表面基本无影响。
[0004]激光冲击强化利用了激光冲击波力学效应的表面改性技术，在加工过程对工件几乎没有热效应。
[0005]
技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于基于激光冲击强化提出直升机导向器激光冲击光束干涉控制方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0007]为实现上述技术目的，本专利技术技术方案如下：直升机导向器激光冲击光束干涉控制方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，获取直升机导向器的立体数据；步骤2，对立体扫描图像进行处理得到激光冲击分片；步骤3，根据激光冲击分片设计激光行进轨迹。
[0008]进一步地，步骤1中，获取直升机导向器的立体数据的子步骤为：利用深度传感器采集得到直升机导向器的立体数据。
[0009]优选地，导入直升机导向器的CAD文件获得立体数据。
[0010]进一步地，步骤2中，对立体扫描图像进行处理得到激光冲击分片的子步骤为：步骤2.1，根据立体数据转化直升机导向器为参数曲面，对参数曲面进行曲面离散获得曲面块，所述曲面块集合为A={S1，S2，S3，
……
，Su}；步骤2.2，获得顶点分割线；进一步地，获得顶点分割线的子步骤为：步骤2.2.1，获取曲面网格的顶点集合为V={V1，V2，V3，
…
，Vn}，n为顶点集合V的顶点数量，此处选用xx方法获得曲面的顶点；步骤2.2.2，设定z的初始值为1；步骤2.2.3，选取顶点Vz，如果Vz位于曲面的边界上则令z的值增加1，如果z<n则重新执行步骤2.2.3，如果z=n，跳转步骤2.3并输出集合BL，否则跳转步骤2.2.4；步骤2.2.4，获取与顶点Vz相邻的所有顶点集合Vz
’
={VZ1，VZ2，VZ3，
…
，VZm}，m为顶点集合Vz
’
的大小，设定初始化变量i为1;步骤2.2.5，获得顶点Vz与顶点集合Vz
’
里第i个元素的连线作为分割线，把此分割线的射线作为边界，计算连接此边界的2个面的单位法向量的平均单位向量Mzi；步骤2.2.6，计算Mz和Mzi的点乘Mz
·
Mzi，其中Mz为顶点Vz的单位法向量，放入集合DPz，i的值增加1，如果i小于m则跳转步骤2.2.5，否则跳转步骤2.2.7；步骤2.2.7，选出集合DPz里最大的元素，最大元素对应集合Vz
’
里的顶点指向顶点Vz的方向作为顶点Vz的分割线方向，顶点Vz指向最大元素对应集合Vz
’
里的顶点处分割线方向的射线作为顶点Vz处的分割线，把分割线加入集合BL，集合集合BL里的元素表示为BLz，BLz与顶点Vz对应，集合BL的大小为小于或等于n，令z的值增加1，跳转步骤2.2.3；步骤2.3，搜索曲面区域；进一步地，搜索曲面区域子步骤为：步骤2.3.1，遍历曲面块集合A，初始化变量w为1，大小为q；步骤2.3.2，如果w≤q，选取曲面块Sw里的3个顶点，计算3个顶点中每2个顶点的分割线的方向的内积绝对值，如果获得的3个内积绝对值中有2个大于设定的第一阈值ω1，则把其中一个分割线的方向作为此曲面块的分割线方向，令w增加1并重新执行步骤2.3.2，否则曲面块Sw的分割线待定，跳转步骤2.3.3；如果w大于q，跳转步骤2.3.4；步骤2.3.3，获取曲面块Sw的邻近曲面块集Sw
’
，如果邻近曲面块集Sw
’
里存在曲面块的3个顶点中2个顶点的分割线的方向的内积绝对值中有2个大于设定的第二阈值ω2，则把此曲面的分割线作为曲面块Sw的分割线，令w增加1并跳转步骤2.3.2，如果不存在符合上述条件的邻近曲面块，则曲面块Sw的分割线待定；第一阈值ω1和第二阈值ω2用于控制获得同一分块曲面里的平整度。
[0011]步骤2.3.4，结束曲面区域遍历，如果曲面块集合A里存在分割线待定的曲面块，则选择与其边缘连接长度最大的邻近曲面块的分割线作为此待定曲面块的分割线；步骤2.4，根据上述步骤2.2和步骤2.3获得的分割线对直升机导向器进行分割，对于每个分割后的子区域进行曲面展开，生成展开后的2D分割图像作为激光冲击分片。
[0012]目前通用编程软件包括Robotmaster、Robotworks、RobotCAD、DELMIA等，这些软件可以进行加工轨迹的生成，但无法生成用于复杂曲面类零件激光冲击强化加工的加工轨迹，应用本专利技术可以用于复杂曲面类零件激光冲击强化加工的加工轨迹。
[0013]传统激光冲击强化加工的轨迹规划算法存在缺陷，生成加工轨迹之后需要进行繁琐的手工加工轨迹编辑工作（删除大量多余冲击点），无法获得最佳的冲击点分布，会对激光冲击强化加工效果产生一定的负面影响，比如光斑搭接率一致性不好。
[0014]进一步地，步骤3中，根据激光冲击分片设计激光行进轨迹的子步骤为：步骤3.1，根据工件的材料特性，确定激光冲击的光斑形状和尺寸，搭接率，基准功率；光斑形状可以为圆形和方形；步骤3.2，依次选择激光冲击分片中每个分片的几何中心点作为基准点；步骤3.3，针对每个基准点进行计算，获得激光冲击角度，以此角度作为这个分片的激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.直升机导向器激光冲击光束干涉控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，获取直升机导向器的立体数据；步骤2，对立体扫描图像进行处理得到激光冲击分片；步骤3，根据激光冲击分片设计激光行进轨迹。2.根据权利要求1所述的直升机导向器激光冲击光束干涉控制方法，其特征在于，步骤1中，获取直升机导向器的立体数据的子步骤为：利用深度传感器采集得到直升机导向器的立体数据。3.根据权利要求1所述的直升机导向器激光冲击光束干涉控制方法，其特征在于，步骤2中，对立体扫描图像进行处理得到激光冲击分片的子步骤为：步骤2.1，根据立体数据转化直升机导向器为参数曲面，对参数曲面进行曲面离散获得曲面块，所述曲面块集合为A={S1，S2，S3，
……
，Su}；步骤2.2，获得顶点分割线，子步骤为：步骤2.2.1，获取曲面网格的顶点集合为V={V1，V2，V3，
…
，Vn}，n为顶点集合V的顶点数量，此处选用xx方法获得曲面的顶点；步骤2.2.2，设定z的初始值为1；步骤2.2.3，选取顶点Vz，如果Vz位于曲面的边界上则令z的值增加1，如果z<n则重新执行步骤2.2.3，如果z=n，跳转步骤2.3并输出集合BL，否则跳转步骤2.2.4；步骤2.2.4，获取与顶点Vz相邻的所有顶点集合Vz
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={VZ1，VZ2，VZ3，
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，VZm}，m为顶点集合Vz
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的大小，设定初始化变量i为1;步骤2.2.5，获得顶点Vz与顶点集合Vz
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里第i个元素的连线作为分割线，把此分割线的射线作为边界，计算连接此边界的2个面的单位法向量的平均单位向量Mzi；步骤2.2.6，计算Mz和Mzi的点乘Mz
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Mzi，其中Mz为顶点Vz的单位法向量，放入集合DPz，i的值增加1，如果i<m则跳转步骤2.2.5，否则跳转步骤2.2.7；步骤2.2.7，选出集合DPz里最大的元素，最大元素对应集合Vz
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里的顶点指向顶点Vz的方向作为顶点Vz的分割线方向，顶点Vz指向最大元素对应集合Vz
’
里的顶点处分割线方向的射线作为顶点Vz处的分割线，把分割线加入集合BL，集合集合BL里的元素表示为BLz，BLz与顶点Vz对应，集合BL的大小为小于或等于n，令z的值增...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚，刘昌标，卢文海，张永康，吴清源，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：