[發明專利]一種激光沖擊波壓力分布的檢測裝置

無效

• 申請號: 201110381076.X
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102507064A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 馮愛新;曹宇鵬;盧軼;張敏;聶貴鋒;周鵬程;李彬
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及激光加工領域，特指一種激光沖擊波壓力分布的檢測裝置，主要適用于特定參數下的激光沖擊波壓力分布，優化激光沖擊強化工藝。

發明背景

隨著綠色能源、航空航天、海洋工程等技術的發展，激光沖擊強化得到了廣泛的研究和應用。因為激光脈寬很窄，作用時間短（飛秒級、皮秒級），其產生的沖擊波有效作用時間也很短，因而在沖擊強化中采用約束層技術。用短脈沖高峰值的激光照射金屬表面吸收層，吸收層吸收激光能量后發生瞬時的氣化蒸發、電離，產生高溫高壓的等離子氣體。由于受到約束層的限制，等離子體會產生高壓沖擊波作用于基材表面，使之瞬時屈服，并產生應變硬化。

美國通用公司在2007年申報了專利：Laser?Shock?peening?System?With?Tiome-of-flight?Monitoring?:Patent?Number:US20070119824A1(飛行時間監控的激光沖擊強化系統)，以及2009年，江蘇大學申報的專利：基于激光沖擊波波形特征的激光沖擊強化在線檢測方法和裝置。上述兩種方法依賴環境，當環境濕度和溫度發生變化時，會影響波的傳播，進而影響測量結果。

與本發明最接近的是水下激光沖擊成形中有關參數的測定方法和裝置。激光沖擊成形水膜厚度對沖擊波參數影響的測定裝置，包括激光發生器、激光發生器控制系統、水膜厚度調節系統、壓力檢測系統、約束層及吸收層材料。由控制系統控制激光發生器按預定參數產生激光脈沖，激光束通過約束層照射到涂布在傳感器保護膜上的吸收層上，吸收層材料汽化、電離產生沖擊波，經保護膜傳遞到傳感器表面，傳感器在壓力作用下發生變形產生電信號，檢測裝置檢測到這一信號經放大、量值轉換后在示波器上顯示出沖擊波的壓力曲線，上述方法，激光加載后吸收層不能全部氣化脫落，若能量過大還會損傷傳感器等原因，對測試結果的可信度產生了影響。

激光光斑內能量分布不均勻，對激光沖擊強化有著顯著的影響，但目前還沒有關于激光輻射光斑內沖擊波壓力分布檢測相關的研究報道及發明專利。

發明內容

本發明的目的在于檢測沖擊波壓力的分布，分別以水、水-透明薄膜以及玻璃-水為約束層，提供一種對加工環境適應性強、穩定可靠、成本較低的檢測沖擊波壓力分布的方法和裝置。

一種激光沖擊波壓力分布的檢測裝置，包括位于激光器工作臺之上的激光器、激光器電源和工控機，其特征在于：所述裝置還設有激光束放大裝置、分光工作裝置、水膜厚度調節系統和測速系統；激光束放大裝置用于將激光束放大，分光裝置用于將放大的激光束分塊，測速系統用于檢測沖擊波壓力，工控機用于控制激光器電源、工作臺控制系統和測速系統。

所述激光束放大裝置由燕尾滑軌、大透鏡和小透鏡組成，燕尾滑軌固定在激光器安裝工作臺的靠近激光器出光口的一端，小透鏡安裝在燕尾滑軌上靠近激光器的一端并能在燕尾滑軌內移動，大透鏡安裝燕尾滑軌上遠離激光器的一端并能在燕尾滑軌內移動，通過調節小透鏡和大透鏡間的距離，進而調節光束的大小。

所述測速系統由試件、測速裝置、電磁鐵、電磁鐵限位開關和工作臺組成，該系統用于測量沖擊波作用后試件的速度，由于激光的脈寬已知，試件的質量與速度可測出，由動量定理：試件的質量乘上試件的初始速度再除以3倍的激光脈寬，便可計算得出沖擊波壓力，試件放置在工作臺的凹槽中，涂有吸收層的一端正對分光工作裝置中的分光人字齒輪，測速裝置固定在工作臺上，位于試件未涂約束層的一端，用于測量沖擊波作用后試件的速度，電磁鐵固定在工作臺的遠離激光器的一端，電磁鐵限位開關安裝在工作臺的凹槽中，位于試件和電磁鐵之間且緊靠電磁鐵，沖擊波作用后試件獲得一定的速度在工作臺的凹槽中運動，觸動電磁鐵限位開關時，電磁鐵通電用于吸附試件，防止試件撞擊后反彈。