果，包括厚度和穩定性。
[0024]更佳地，所述定位激光器2為氦氖激光器，其發出的可見激光束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化工藝進行加工。
[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地落入CCD顯示器I，便于檢測反饋，便于觀測位置和調整。
[0028]參考圖1所示的表面流動水膜的實時監控裝置的涂水狀態構造示意圖，本發明的一種表面流動水膜的實時監控方法，其使用上述的表面流動水膜的實時監控裝置，所述表面流動水膜的實時監控方法包括以下步驟:
A、設置測量點:將貼有反射膜5的工件6通過夾具系統裝夾到工件機械手12上，按預設的加工路徑對工件機械手12布置多個水膜厚度測量點，按順序記為S1、S2、S3、……、Sn，對工件機械手12的加工曲線取點分解，為后續獲取涂水機械手的五軸坐標獲取設定對應的激光噴丸點位置坐標；
B、將工件機械手12的位置調整至第一個測量點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Pl;打開噴水頭8，調整涂水機械手11的坐標以及調節閥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P2，從而獲取噴涂水膜前后的兩個激光反射點位置坐標；
C、對比Pl和P2在Y軸和Z軸的坐標，計算出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算得出水膜的厚度；
D、通過反復調整涂水機械手11和調節閥9并計算Pl至P2的距離，獲得指定厚度的均勻水膜7，記錄下涂水機械手11的坐標Rl以及調節閥9的流量，獲得激光噴丸強化過程工件處于某一位置坐標所對應指定厚度水膜噴涂的涂水機械11手的位置坐標；
E、重復步驟B至D，對所有測量點S1、S2、S3、……、Sn的水膜狀態進行調整使其形成指定厚度的均勻水膜7，記錄下每個測量點的涂水機械手11的坐標R2、R3、……、Rn;通過Rl、R2、R3、……、Rn坐標，利用曲線擬合軟件獲得涂水機械手11的五軸運動軌跡。
[0029]本發明在激光噴丸強化工藝過程中，首先關閉噴水頭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中位置發生偏移，通過兩點的距離計算出水膜7的厚度，并通過涂水機械手11調整水膜狀態。
[0030]上述監控方法實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生偏移，通過比較反射光的位置的偏移來計算激光噴丸強化中流動水膜的厚度，并通過調節涂水機械手來改變水膜的狀態包括穩定性和厚度等，從而可以保證在激光噴丸強化中獲得平穩均勻的流動水膜。本發明采用五軸聯動涂水機器人，還可以實時監控流動水膜的厚度。
[0031]采用上述系列步驟的監控方法可以實時監控激光噴丸強化曲面中水膜的狀態，可以便捷且準確地規劃出水膜噴涂路徑和流量控制，以動態監測水膜的狀態包括均勻性和控制水膜的厚度，保證了整個激光噴丸強化過程中流動水膜的平穩性以及均勻一致性，本發明特別適用于激光噴丸強化飛機發動機葉片以及汽輪機葉片等小曲率曲面。
[0032]更佳地，其中步驟B具體為，通過工控機14將工件機械手12的位置調整至第一個測量點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Pl;打開噴水頭8，由高清攝像頭4觀察水膜7的狀態，調整涂水機械手11的坐標以及調節閥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發出的可見激光束3由空氣入射到水膜7發生折射，然后可見激光束3經反射膜5反射，由水膜7入射到空氣中再次發生折射，在CXD顯示器I中記錄下反射激光束的坐標P2。通過P1、P2的坐標反推測算出水膜的厚度，反復調整計算找到可噴注指定水膜厚度的噴水頭所對應的涂水機械手的位置和調節閥的流量。
[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，由幾何運算可得，水膜的厚度T=0.75*d。
[0034]以上所揭露的僅為本發明的優選實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利范圍，因此依本發明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的范圍。
【主權項】
1.一種表面流動水膜的實時監控裝置，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置于兩側的定位激光器和CCD顯示器、表面穿過定位激光器發出的可見激光束的中心線與工作軸的交點并附貼于工件待處理表面的反射膜、夾持工件并可自由調節其位置和方向的工件機械手、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節閥、夾持噴水頭的涂水機械手、通過數據線分別與CCD顯示器和涂水機械手以及工件機械手電性連接的工控機，所述可見激光束被反射膜反射至C⑶顯示器。2.根據權利要求1所述的表面流動水膜的實時監控裝置，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.根據權利要求1所述的表面流動水膜的實時監控裝置，其特征在于:所述定位激光器的側方設有正對工作軸與可見激光束軸線的交點的高清攝像頭。4.根據權利要求1所述的表面流動水膜的實時監控裝置，其特征在于:所述定位激光器為氦氖激光器，其發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.根據權利要求1所述的表面流動水膜的實時監控裝置，其特征在于:所述反射膜為銅膜，其厚度為100?150微米。6.根據權利要求1所述的表面流動水膜的實時監控裝置，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.根據權利要求1所述的表面流動水膜的實時監控裝置，其特征在于:所述可見激光束輻照在反射膜的入射點中心法向與工作軸重合。8.—種表面流動水膜的實時監控方法，其特征在于，使用權利要求1所述的表面流動水膜的實時監控裝置，所述表面流動水膜的實時監控方法包括以下步驟: A、設置測量點:將貼有反射膜的工件裝夾到工件機械手，按預設的加工路徑布置多個水膜厚度測量點，按順序記為S1、S2、S3、……、Sn; B、將工件機械手的位置調整至第一個測量點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Pl;打開噴水頭，調整涂水機械手以及調節閥使反射膜表面獲得一層均勻的水膜，在CCD顯示器中記錄下經折射的反射激光束的坐標P2; C、計算出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算獲得水膜厚度T; D、通過反復調整涂水機械手和調節閥并計算Pl至P2的距離，獲得指定厚度的均勻水膜，記錄下涂水機械手的坐標Rl以及調節閥的流量； E、重復步驟B至D，對所有測量點S1、S2、S3、……、Sn的水膜狀態進行調整使其形成指定厚度的均勻水膜，記錄下每個測量點的涂水機械手的坐標R2、R3、……、Rn;通過Rl、R2、R3、……、Rn坐標，利用曲線擬合軟件獲得涂水機械手的五軸運動軌跡。9.根據權利要求8所述的表面流動水膜的實時監控方法，其特征在于:其中步驟B具體為，通過工控機將工件機械手的位置調整至第一個測量點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Pl;打開噴水頭，調整涂水機械手的坐標以及調節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生折射，然后經反射膜反射，由水膜入射到空氣中再次發生折射，在CXD顯示器中記錄下反射激光束的坐標P2。10.根據權利要求8所述的表面流動水膜的實時監控方法，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，由幾何運算可得，水膜的厚度T=0.75*d。
【專利摘要】本發明公開了一種表面流動水膜的實時監控裝置，其包括以工作軸對稱設置于兩側的定位激光器和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械手，可見激光束被反射膜反射至CCD顯示器，可便捷準確地規劃水膜噴涂路徑。本發明還公開了一種表面流動水膜的實時監控方法，設定多個激光噴丸位置，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，并通過涂水機械手調整水膜至所需狀態，獲取各激光噴丸位置對應的涂水位置坐標并擬合成涂水路徑。
【IPC分類】C21D10/00, G05B19/4068
【公開號】CN105652797
【申請號】
【發明人】張永康, 劉新祥, 戴峰澤, 羅紅平
【申請人】廣東工業大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月6日