薄壁结构件变形校正的双侧同步激光头及激光喷丸系统技术方案

本发明专利技术提供薄壁结构件变形校正的双侧同步激光头及激光喷丸系统。双侧同步激光头包括入射镜筒，入射镜筒的下端两侧设置有对称分布的分束出射光路，分束出射光路包括分束后镜筒、反射镜筒、内镜筒和出射镜头，入射镜筒内设置有分束镜，分束后镜筒与反射镜筒以及内镜筒与反射镜筒的对接处均设置有反射镜，内镜筒的前端设置出射镜头，出射镜头处设置凸透镜，出射镜头上设置有喷嘴。双侧同步激光喷丸系统包括上述激光头以及工作台、脉冲激光器和机器人，机器人设置在工作台的滑轨上，激光头连接在机器人上，脉冲激光器的光纤固定在激光头的入射镜筒内。本发明专利技术确保了在激光喷丸变形校正过程中不会引入其他变形，实现理想的激光喷丸校正效果。校正效果。校正效果。

【技术实现步骤摘要】
薄壁结构件变形校正的双侧同步激光头及激光喷丸系统


[0001]本专利技术涉及一种用于对航空结构件变形进行双侧同步校正的激光头及激光喷丸系统，属于激光加工


技术介绍

[0002]铝合金航空结构件一般由预拉伸板材直接采用高精度多轴数控加工而成，具有壁薄、体积大、结构复杂、材料去除率大等特点。在加工过程中，极易受到毛坯应力、加工应力、切削力、切削热、装夹等多种因素的影响，加工变形问题严重。
[0003]生产中采用的变形校正方法主要有压力校正、冷作校正、滚压校正等，压力校正、冷作校正在校正过程中引入较大的附加应力，会对工件的服役性能产生不利影响；滚压校正普遍应用于梁类、壁板类结构件，使用范围仅限于一些特殊变形形式且滚压校正载荷控制困难。激光喷丸校正应运而生，其原理是采用高功率密度、短脉冲时间的激光作为工具，诱导覆盖在材料表面的吸收层产生等离子体冲击波，在材料表层及浅表层引入具有梯度变化的塑性变形和残余应力，最终实现航空结构件变形校正的目的。
[0004]针对航空发动机叶片制造和设计过程中产生的扭曲度与弯曲度误差的问题，中国专利文献CN106270005A公开《一种叶片激光喷丸校形的方法与装置》，利用激光对叶片产生扭转的部位进行喷丸校形处理，实现了变截面薄壁结构件的精确校形。
[0005]针对航空发动机机闸服役过程中而产生的变形问题，CN106271041A公开《一种航空发动机燃烧室机匣激光矫形方法》，通过对机匣薄壁部位进行局部校形，进而提高机匣的服役寿命。
[0006]针对多曲率复杂表面大型薄壁件的变形问题，CN106216445A公开《一种具有复杂表面的大型薄壁件激光喷丸矫形方法》，通过对不同的变形区域进行激光喷丸校正，从而将结构件恢复为原始形状。
[0007]上述专利文献所述的方法与装置仅适用于特定结构件在某个部位的激光喷丸校形，而针对梁类、壁板类航空结构件的弯曲变形校正，需对结构件的加强筋、腹板、翼缘等部位的顶部进行激光喷丸。若采用单侧激光喷丸工艺，则必将引入侧向的弯矩，进而导致工件产生不必要的水平弯曲变形。因此，需在加强筋、腹板、翼缘等部位的顶部同时进行激光喷丸操作。
[0008]围绕航空整体结构件加工变形预测及控制开展了大量研究，但是因为影响加工变形的因素众多，往往只能一事一议，尚缺乏通用的变形预测与控制手段，航空整体结构件加工变形现象不可避免。因此，必须采取变形校正后处理工序保证结构件的制造精度。
[0009]目前，尚未见针对梁类、壁板类航空结构件双侧同步激光喷丸变形校正的装置。

技术实现思路

[0010]针对现有航空结构件变形校正技术存在的不足，本专利技术提出一种能够实现对薄壁结构件变形进行双侧同步校正的激光头，同时提供采用该激光头的激光喷丸系统。
[0011]本专利技术的薄壁结构件变形校正的双侧同步激光头，采用以下技术方案：
[0012]该双侧同步激光头，包括入射镜筒，入射镜筒的下端两侧设置有对称分布的分束出射光路，分束出射光路包括分束后镜筒、反射镜筒、内镜筒和出射镜头，两路分束出射光路中的分束后镜筒同轴对接在入射镜筒的下端，并与入射镜筒轴线垂直，入射镜筒内在下端两个分束后镜筒的对接处设置有分束镜，反射镜筒的两端分别连接分束后镜筒和内镜筒，分束后镜筒和内镜筒的轴线均与反射镜筒的轴线垂直，分束后镜筒与反射镜筒的对接处以及内镜筒与反射镜筒的对接处均设置有反射镜，内镜筒的前端设置出射镜头，内镜筒与出射镜头之间设置有凸透镜，出射镜头上设置有用于喷丸的喷嘴。
[0013]所述反射镜筒的两端通过连接块与分束后镜筒和内镜筒连接，连接块上设置有移动机构，所述反射镜连接在移动机构上。通过移动机构对反射镜进行调节。所述移动机构包括移动块、固定块和调节螺杆，移动块设置在所述连接块的内孔中，移动块的内端固定所述反射镜，固定块处于移动块的外端并固定在连接块上，调节螺杆与固定块螺纹连接，调节螺杆与移动块连接在一起。转动调节螺杆使移动块在连接块内移动，可使反射镜的位置微调，以此来调整光路反射效果。
[0014]所述出射镜头通过镜头伸缩机构与内镜筒连接，所述凸透镜设置在镜头伸缩机构上。这样可以调节出射镜头与薄壁结构件的间距。所述镜头伸缩机构包括外镜筒、丝杠、伸缩套和伺服电机，外镜筒套装在所述内镜筒上，两者之间设置有一个空腔，该空腔内通过轴承座安装有丝杠，丝杠一端与伺服电机连接，轴承座和伺服电机均固定在内镜筒上，丝杠上通过螺纹连接有伸缩套，伸缩套固定在外镜筒上，外镜筒上连接所述出射镜头，外镜筒与出射镜头之间设置所述凸透镜。伺服电机转动，带动丝杠转动，使伸缩套移动，外镜筒、出射镜头和凸透镜跟随伸缩套一起移动，实现出射镜头的伸缩，改变出射镜头与航空结构件的间距。
[0015]所述入射镜筒的外侧设置有摄像头，以实时监测喷丸过程中零件的位置，确保零件处于装置的正中间。
[0016]所述出射镜头的前端设置有测距传感器，以测量出射镜头与薄壁结构件的距离，控制镜头伸缩装置的伸缩，以适应不同壁厚的结构件。
[0017]脉冲激光器的光纤伸入并固定在入射镜筒的上端，产生的激光经过光纤传入入射镜筒，经过分束镜分束后变为方向相反且轴对称的的两路激光，每路激光经过两次反射镜反射，再经过凸透镜聚焦后，由出射镜头射出。同时射出的两路激光达到薄壁结构件的两侧，对其表面进行激光喷丸校正。由镜头伸缩机构调节出射镜头与航空结构件的间距。
[0018]本专利技术中的薄壁结构件变形校正的双侧同步激光喷丸系统，采用以下技术方案：
[0019]该系统包括上述激光头，还包括工作台、脉冲激光器和机器人，工作台上设置有滑轨和脉冲激光器，机器人设置在滑轨上，激光头连接在机器人上，脉冲激光器的光纤固定在激光头的入射镜筒内。机器人在滑轨上左右横向往复移动，并控制激光头前后上下移动，激光头对脉冲激光器产生的激光分束并改变激光方向，对薄壁结构件的两侧进行同步激光喷丸校正。
[0020]本专利技术分别设计激光头的光路系统和镜头伸缩装置。光路系统能够改变激光路径，使沿入射镜筒垂直射入的激光，经过分束、反射、聚焦之后，从左右两侧的出射镜头水平射出，作用于工件表面进行激光喷丸。镜头伸缩装置通过控制凸透镜的位置，以控制激光聚
焦后的焦点，以适应不同壁厚的航空结构件。此外，双侧同步激光喷丸过程中工件侧壁所接收到的激光能量密度相同，其引入的塑性变形和残余应力也相同，对于工件侧壁局部而言，不会引入附加的有害弯矩，确保了在激光喷丸变形校正过程中不会引入其他变形，实现理想的激光喷丸校正效果。
附图说明
[0021]图1是本专利技术中薄壁结构件变形校正的双侧同步激光头的结构示意图。
[0022]图2是激光头中镜头伸缩机构的的结构示意图。
[0023]图3是本专利技术中薄壁结构件变形校正的双侧同步激光喷丸系统的结构示意图。
[0024]图4是双侧同步激光喷丸的加工原理示意图。
[0025]图中：1.入射镜筒；2.分束后镜筒；3.分束镜；4.微型摄像头；5.反射镜；6.移动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄壁结构件变形校正的双侧同步激光头，其特征是：包括入射镜筒，入射镜筒的下端两侧设置有对称分布的分束出射光路，分束出射光路包括分束后镜筒、反射镜筒、内镜筒和出射镜头，两路分束出射光路中的分束后镜筒同轴对接在入射镜筒的下端，并与入射镜筒轴线垂直，入射镜筒内在下端两个分束后镜筒的对接处设置有分束镜，反射镜筒的两端分别连接分束后镜筒和内镜筒，分束后镜筒和内镜筒的轴线均与反射镜筒的轴线垂直，分束后镜筒与反射镜筒的对接处以及内镜筒与反射镜筒的对接处均设置有反射镜，内镜筒的前端设置出射镜头，内镜筒与出射镜头之间设置有凸透镜，出射镜头上设置有用于喷丸的喷嘴。2.根据权利要求1所述的薄壁结构件变形校正的双侧同步激光头，其特征是：所述反射镜筒的两端通过连接块与分束后镜筒和内镜筒连接，连接块上设置有移动机构，所述反射镜连接在移动机构上。3.根据权利要求2所述的薄壁结构件变形校正的双侧同步激光头，其特征是：所述移动机构包括移动块、固定块和调节螺杆，移动块设置在所述连接块的内孔中，移动块的内端固定所述反射镜，固定块处于移动块的外端并固定在连接块上，调节螺杆与固定块螺纹连接，调节螺杆与移动块连接在一起。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：路来骁，丁兆群，梅雨露，王忠雷，陈庆强，周业鹏，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：