【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于超快激光表面改性，具體為一種復材葉片薄壁包邊超快激光分區沖擊強化方法與裝置。
技術介紹
1、復材葉片是先進大涵道比渦扇發動機實現減重增效的關鍵技術之一，為防止復材葉片前緣在使用過程中分層開膠，并提升抗鳥撞能力，葉片前緣一般采用鈦合金金屬包邊結構進行防護。由于該包邊結構超薄（側壁最小壁厚0.38mm，最大壁厚0.57mm），抗疲勞性能儲備不足，在服役過程中易發生高周疲勞斷裂，打傷發動機，嚴重威脅飛行安全，迫切需要進行強化處理。但目前探索采用的機械噴丸、納秒激光沖擊等表面強化方法在應用于該薄壁包邊結構時，存在加工極易變形、應力場分布紊亂等突出現實問題，存在一定的局限性。因此，探索一種新的表面強化方法，能夠在抑制包邊結構變形的前提下，實現表面殘余應力場的精準調控，進而提升抗疲勞性能，已成為解決這一問題的關鍵。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于：為了解決上述提出的問題，提供一種復材葉片薄壁包邊超快激光分區沖擊強化方法與裝置。
2、本專利技術采用的技術方案如下：一種復材葉片薄壁包邊超快激光分區沖擊強化裝置，所述裝置包括：機械臂、掃描振鏡、光路系統、超快激光器、中央控制、工業相機、超快激光束和試件；
3、所述機械臂的下端設置有試件，所述中央控制的輸出端設置有超快激光器，所述超快激光器的一端設置有光路系統，所述光路系統的一端設置有掃描振鏡，所述掃描振鏡的內部設置有超快激光束，所述掃描振鏡的底部設置有工業相機。
4、在一優選的實施方式中，所述
5、s1：對包邊結構進行前處理，將其置于酒精溶液中進行超聲清洗10分鐘，去除表面油污、殘渣等缺陷，之后進行晾干備用；
6、s2：將包邊結構裝夾至機械臂上，采用工業相機對包邊結構進行多視角掃描成像，獲取包邊結構尺寸信息，基于深度學習方法對該包邊結構進行三維立體重建，得到包邊結構三維模型；
7、s3：在包邊結構三維模型基礎上標定待強化加工區域范圍，設置分區臨界角度閾值，對強化區域進行分區劃分a1，a2……，控制系統根據強化區域三維模型尺寸信息匹配工藝數據庫，自動生成各個分區的參考激光加工參數，包括激光脈寬、能量、移動路徑等；
8、s4：操作人員根據系統提供的參考激光加工參數可靈活進行調整，確定強化工藝后，開始加工?；诠I相機目標檢測的方法對機械臂進行視覺引導，加工過程中由機械臂帶動包邊移動至每個分區的加工起始點位置，由掃描振鏡系統完成每個分區的掃描強化加工；
9、s5：強化完畢后，對包邊結構進行后處理，取下包邊置于酒精溶液中超聲清洗10分鐘，之后晾干待用。
10、在一優選的實施方式中，所述步驟s2中，采用工業相機對包邊結構進行多視角掃描成像包括以下幾個步驟：
11、s1：采用工業相機對包邊結構從不同角度進行拍攝成像，獲得多視角rgb圖；
12、s2：進行對應點搜索，分別進行特征提取與匹配，并在基于幾何條件下進行匹配優化，建立場景圖；
13、s3：進行增量重建，在初始化狀態下進行三角測量，估計姿態并進行ba優化；
14、s4：匹配稀疏點云與云相機姿態，獲得薄壁包邊三維立體模型。
15、在一優選的實施方式中，所述步驟s3中，針對薄壁包邊曲面尺寸特征，本專利技術提出連續曲面分區機械臂－振鏡協同強化方法，即以一定的角度α為臨界值，將包邊表面劃分為若干個子區域1、2、……、n等，激光束在各個子區域之間的移動通過機械臂帶動部件進行移動，激光束保持不動。而在加工各個子區域的時候，采用掃描振鏡對該區域進行均勻掃描強化，機械臂保持不動。通過機械臂－振鏡之間的協同配合完成整個曲面的加工，保證了加工過程中在臨界角度閾值α范圍內激光掃描的均勻性與一致性。
16、綜上所述，由于采用了上述技術方案，本專利技術的有益效果是：
17、本專利技術中，利用超快激光誘導沖擊波瞬時高壓、傳播深度精準可控的特性對薄壁包邊表面進行強化處理，同時基于激光脈寬越短，沖擊波傳播深度越淺，殘余應力場影響層深度淺，不易變形的原則，根據包邊不同區域厚度特征選用不同脈寬激光進行分區強化處理，即在壁薄區域采用飛秒激光沖擊，在壁厚區域采用相對較長脈寬飛秒激光或者皮秒激光沖擊，在抑制變形的前提下實現表面殘余應力場的精準調控，較好地解決了薄壁包邊結構表面強化變形與應力場協同控制難題。
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1.一種復材葉片薄壁包邊超快激光分區沖擊強化裝置，其特征在于：所述裝置包括：機械臂（1）、掃描振鏡（2）、光路系統（3）、超快激光器（4）、中央控制（5）、工業相機（6）、超快激光束（7）和試件（8）；
2.如權利要求1所述的一種復材葉片薄壁包邊超快激光分區沖擊強化方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：
3.如權利要求1所述的一種復材葉片薄壁包邊超快激光分區沖擊強化方法，其特征在于：所述步驟S2中，采用工業相機對包邊結構進行多視角掃描成像包括以下幾個步驟：
4.如權利要求1所述的一種復材葉片薄壁包邊超快激光分區沖擊強化方法，其特征在于：所述步驟S3中，針對薄壁包邊曲面尺寸特征，本專利技術提出連續曲面分區機械臂－振鏡協同強化方法，即以一定的角度α為臨界值，將包邊表面劃分為若干個子區域1、2、……、n等，激光束在各個子區域之間的移動通過機械臂帶動部件進行移動，激光束保持不動，而在加工各個子區域的時候，采用掃描振鏡對該區域進行均勻掃描強化，機械臂保持不動，通過機械臂－振鏡之間的協同配合完成整個曲面的加工，保證了加工過程中在臨界角度閾值α范圍內激光掃
...【技術特征摘要】
1.一種復材葉片薄壁包邊超快激光分區沖擊強化裝置，其特征在于：所述裝置包括：機械臂（1）、掃描振鏡（2）、光路系統（3）、超快激光器（4）、中央控制（5）、工業相機（6）、超快激光束（7）和試件（8）；
2.如權利要求1所述的一種復材葉片薄壁包邊超快激光分區沖擊強化方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：
3.如權利要求1所述的一種復材葉片薄壁包邊超快激光分區沖擊強化方法，其特征在于：所述步驟s2中，采用工業相機對包邊結構進行多視角掃描成像包括以下幾個步驟：
4.如...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周留成，潘鑫磊，李應紅，
申請(專利權)人：中國人民解放軍空軍工程大學，
類型：發明
國別省市：
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