果，包括厚度和穩(wěn)定性。
[0024]更佳地，所述定位激光器2為氦氖激光器，其發(fā)出的可見激光束3為平行激光束，功率為I?5毫瓦，激光束直徑為10微米，這樣的平行可見激光束便于觀察和接收，便于在定位過程中作為工具進(jìn)行精確定位使用。
[0025]更佳地，所述反射膜5為銅膜，其厚度為100?150微米，用于反射進(jìn)行精確的定位。
[0026]更佳地，工件6的表面為平面或曲面，曲面的曲率半徑大于200mm，適用于使用激光噴丸強(qiáng)化工藝進(jìn)行加工。
[0027]更佳地，所述可見激光束3輻照在反射膜5的入射點(diǎn)中心法向與工作軸15重合，便于對稱反射從而使反射光適當(dāng)?shù)芈淙隒CD顯示器I，便于檢測反饋，便于觀測位置和調(diào)整。
[0028]參考圖1所示的表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置的涂水狀態(tài)構(gòu)造示意圖，本發(fā)明的一種表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，其使用上述的表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，所述表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法包括以下步驟:
A、設(shè)置測量點(diǎn):將貼有反射膜5的工件6通過夾具系統(tǒng)裝夾到工件機(jī)械手12上，按預(yù)設(shè)的加工路徑對工件機(jī)械手12布置多個(gè)水膜厚度測量點(diǎn)，按順序記為S1、S2、S3、……、Sn，對工件機(jī)械手12的加工曲線取點(diǎn)分解，為后續(xù)獲取涂水機(jī)械手的五軸坐標(biāo)獲取設(shè)定對應(yīng)的激光噴丸點(diǎn)位置坐標(biāo)；
B、將工件機(jī)械手12的位置調(diào)整至第一個(gè)測量點(diǎn)SI，打開定位激光器并記錄下反射激光束在CCD顯示器I中的坐標(biāo)Pl;打開噴水頭8，調(diào)整涂水機(jī)械手11的坐標(biāo)以及調(diào)節(jié)閥9的流量直至在反射膜5表面獲得一層均勻的水膜7，可見激光束3經(jīng)反射膜5反射以及水膜7的二次折射，在CCD顯示器I中記錄下反射激光束的坐標(biāo)P2，從而獲取噴涂水膜前后的兩個(gè)激光反射點(diǎn)位置坐標(biāo)；
C、對比Pl和P2在Y軸和Z軸的坐標(biāo)，計(jì)算出Pl與P2的距離d，通過可見激光束與工作軸之間的入射夾角計(jì)算獲得水膜厚度T，通過入射角以及反射光線的偏距距離可以計(jì)算得出水膜的厚度；
D、通過反復(fù)調(diào)整涂水機(jī)械手11和調(diào)節(jié)閥9并計(jì)算Pl至P2的距離，獲得指定厚度的均勻水膜7，記錄下涂水機(jī)械手11的坐標(biāo)Rl以及調(diào)節(jié)閥9的流量，獲得激光噴丸強(qiáng)化過程工件處于某一位置坐標(biāo)所對應(yīng)指定厚度水膜噴涂的涂水機(jī)械11手的位置坐標(biāo)；
E、重復(fù)步驟B至D，對所有測量點(diǎn)S1、S2、S3、……、Sn的水膜狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整使其形成指定厚度的均勻水膜7，記錄下每個(gè)測量點(diǎn)的涂水機(jī)械手11的坐標(biāo)R2、R3、……、Rn;通過Rl、R2、R3、……、Rn坐標(biāo)，利用曲線擬合軟件獲得涂水機(jī)械手11的五軸運(yùn)動軌跡。
[0029]本發(fā)明在激光噴丸強(qiáng)化工藝過程中，首先關(guān)閉噴水頭8，將激光束輻照到反射膜，記錄反射光在CCD顯示器I的位置;然后打開噴水頭8，激光束入射到水膜并反射，由于折射，在CCD顯示器I中位置發(fā)生偏移，通過兩點(diǎn)的距離計(jì)算出水膜7的厚度，并通過涂水機(jī)械手11調(diào)整水膜狀態(tài)。
[0030]上述監(jiān)控方法實(shí)際是使平行可見激光束3與工作軸15成一定角度，入射到工件表面，由于激光束在水中的折射，使折射后的反射光束與空氣中的反射光束位置發(fā)生偏移，通過比較反射光的位置的偏移來計(jì)算激光噴丸強(qiáng)化中流動水膜的厚度，并通過調(diào)節(jié)涂水機(jī)械手來改變水膜的狀態(tài)包括穩(wěn)定性和厚度等，從而可以保證在激光噴丸強(qiáng)化中獲得平穩(wěn)均勻的流動水膜。本發(fā)明采用五軸聯(lián)動涂水機(jī)器人，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控流動水膜的厚度。
[0031]采用上述系列步驟的監(jiān)控方法可以實(shí)時(shí)監(jiān)控激光噴丸強(qiáng)化曲面中水膜的狀態(tài)，可以便捷且準(zhǔn)確地規(guī)劃出水膜噴涂路徑和流量控制，以動態(tài)監(jiān)測水膜的狀態(tài)包括均勻性和控制水膜的厚度，保證了整個(gè)激光噴丸強(qiáng)化過程中流動水膜的平穩(wěn)性以及均勻一致性，本發(fā)明特別適用于激光噴丸強(qiáng)化飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片以及汽輪機(jī)葉片等小曲率曲面。
[0032]更佳地，其中步驟B具體為，通過工控機(jī)14將工件機(jī)械手12的位置調(diào)整至第一個(gè)測量點(diǎn)SI，打開定位激光器2使可見激光束3輻照到粘貼有反射膜5的工件6上，定位激光器2發(fā)出的可見激光束3被反射膜5反射形成反射激光束并由CCD顯示器I接收，記錄下反射激光束在CCD顯示器I中的坐標(biāo)Pl;打開噴水頭8，由高清攝像頭4觀察水膜7的狀態(tài)，調(diào)整涂水機(jī)械手11的坐標(biāo)以及調(diào)節(jié)閥9的流量直至在反射膜5表面獲得一層均勻的水膜7，定位激光器2發(fā)出的可見激光束3由空氣入射到水膜7發(fā)生折射，然后可見激光束3經(jīng)反射膜5反射，由水膜7入射到空氣中再次發(fā)生折射，在CXD顯示器I中記錄下反射激光束的坐標(biāo)P2。通過P1、P2的坐標(biāo)反推測算出水膜的厚度，反復(fù)調(diào)整計(jì)算找到可噴注指定水膜厚度的噴水頭所對應(yīng)的涂水機(jī)械手的位置和調(diào)節(jié)閥的流量。
[0033]更佳地，步驟C中，可見激光束與工作軸之間的入射夾角為45度，由幾何運(yùn)算可得，水膜的厚度T=0.75*d。
[0034]以上所揭露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，其特征在于:包括以高能脈沖激光器的中心線為工作軸對稱設(shè)置于兩側(cè)的定位激光器和CCD顯示器、表面穿過定位激光器發(fā)出的可見激光束的中心線與工作軸的交點(diǎn)并附貼于工件待處理表面的反射膜、夾持工件并可自由調(diào)節(jié)其位置和方向的工件機(jī)械手、朝向工件待處理表面并噴出覆蓋在反射膜表面的流動水膜的噴水頭、通過管路與噴水頭連接并連接水源的調(diào)節(jié)閥、夾持噴水頭的涂水機(jī)械手、通過數(shù)據(jù)線分別與CCD顯示器和涂水機(jī)械手以及工件機(jī)械手電性連接的工控機(jī)，所述可見激光束被反射膜反射至C⑶顯示器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，其特征在于:所述可見激光束的軸線與工作軸相交成45度角。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，其特征在于:所述定位激光器的側(cè)方設(shè)有正對工作軸與可見激光束軸線的交點(diǎn)的高清攝像頭。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，其特征在于:所述定位激光器為氦氖激光器，其發(fā)出的可見激光束為平行激光束，功率為I?5毫瓦，激光束直徑為10微米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，其特征在于:所述反射膜為銅膜，其厚度為100?150微米。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，其特征在于:工件的表面為平面或曲面，曲面的曲率半徑大于200mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，其特征在于:所述可見激光束輻照在反射膜的入射點(diǎn)中心法向與工作軸重合。8.—種表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1所述的表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，所述表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法包括以下步驟: A、設(shè)置測量點(diǎn):將貼有反射膜的工件裝夾到工件機(jī)械手，按預(yù)設(shè)的加工路徑布置多個(gè)水膜厚度測量點(diǎn)，按順序記為S1、S2、S3、……、Sn; B、將工件機(jī)械手的位置調(diào)整至第一個(gè)測量點(diǎn)SI，打開定位激光器并記錄下反射激光束在CCD顯示器中的坐標(biāo)Pl;打開噴水頭，調(diào)整涂水機(jī)械手以及調(diào)節(jié)閥使反射膜表面獲得一層均勻的水膜，在CCD顯示器中記錄下經(jīng)折射的反射激光束的坐標(biāo)P2; C、計(jì)算出Pl與P2的距離d，通過可見激光束與工作軸之間的入射夾角計(jì)算獲得水膜厚度T; D、通過反復(fù)調(diào)整涂水機(jī)械手和調(diào)節(jié)閥并計(jì)算Pl至P2的距離，獲得指定厚度的均勻水膜，記錄下涂水機(jī)械手的坐標(biāo)Rl以及調(diào)節(jié)閥的流量； E、重復(fù)步驟B至D，對所有測量點(diǎn)S1、S2、S3、……、Sn的水膜狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整使其形成指定厚度的均勻水膜，記錄下每個(gè)測量點(diǎn)的涂水機(jī)械手的坐標(biāo)R2、R3、……、Rn;通過Rl、R2、R3、……、Rn坐標(biāo)，利用曲線擬合軟件獲得涂水機(jī)械手的五軸運(yùn)動軌跡。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，其特征在于:其中步驟B具體為，通過工控機(jī)將工件機(jī)械手的位置調(diào)整至第一個(gè)測量點(diǎn)SI，打開定位激光器使可見激光束輻照到反射膜，形成反射激光束并由CCD顯示器接收，記錄下反射激光束在CCD顯示器中的坐標(biāo)Pl;打開噴水頭，調(diào)整涂水機(jī)械手的坐標(biāo)以及調(diào)節(jié)閥的流量直至在反射膜表面獲得一層均勻的水膜，可見激光束由空氣入射到水膜發(fā)生折射，然后經(jīng)反射膜反射，由水膜入射到空氣中再次發(fā)生折射，在CXD顯示器中記錄下反射激光束的坐標(biāo)P2。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，其特征在于:步驟C中，可見激光束與工作軸之間的入射夾角為45度，由幾何運(yùn)算可得，水膜的厚度T=0.75*d。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，其包括以工作軸對稱設(shè)置于兩側(cè)的定位激光器和CCD顯示器、附貼于工件表面的反射膜、夾持工件的工件機(jī)械手、噴出覆蓋反射膜的流動水膜的噴水頭、夾持噴水頭的涂水機(jī)械手，可見激光束被反射膜反射至CCD顯示器，可便捷準(zhǔn)確地規(guī)劃水膜噴涂路徑。本發(fā)明還公開了一種表面流動水膜的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，設(shè)定多個(gè)激光噴丸位置，通過激光束輻照到反射膜，然后打開噴水頭，激光束射入水膜并反射和折射，反射激光束位置發(fā)生偏移，記錄噴涂水膜前后反射光在CCD顯示器的位置，通過偏移距離算出水膜的厚度，并通過涂水機(jī)械手調(diào)整水膜至所需狀態(tài)，獲取各激光噴丸位置對應(yīng)的涂水位置坐標(biāo)并擬合成涂水路徑。
【IPC分類】C21D10/00, G05B19/4068
【公開號】CN105652797
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】張永康, 劉新祥, 戴峰澤, 羅紅平
【申請人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月6日