[發明專利]一種基于爆轟波壓力和溫度預測激光修整砂輪質量的方法

有效

• 申請號: 201410059943.1
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103801837A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 周聰;張玲;陳根余;鄧輝;周興才;王大偉;陳俊;張勇;蔡頌
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/70;B23K26/064;B23K26/03
• 代理公司: 北京康盛知識產權代理有限公司 11331
• 代理人: 張良

1.一種基于等離子體爆轟波壓力和溫度的測量，預測激光修整砂輪質量的方法，包括以下步驟：

步驟1、調整平面反射鏡片（2）的位置，使激光光源成45°入射角入射；

步驟2、利用水平儀，調整平面反射鏡片（2）、擴束鏡片（3）、凹面反射鏡片（4）、球面反射鏡（5）的位置，使得各鏡片的中心線在同一水平面上，擴束鏡片（3）到凹面反射鏡片（4）的光程為凹面反射鏡片（4）的焦距；

步驟3、調整球面反射鏡（5）的位置使得平行光成45°入射角照射到球面反射鏡（5），且球面反射鏡（5）發射出的平行光路經過等離子體爆轟波被測區域；

步驟4、在等離子體爆轟波另一端安裝球面反射鏡（7），調整球面反射鏡7使得平行光成45°入射角入射后照射到凹面反射鏡片（8）；

步驟5、在凹面反射鏡片（8）的焦點位置安裝刀口（9），調整刀口（9）使得其切割光源的像；

步驟6、調整高速相機（10）的位置以獲取高質量圖像；

步驟7、將脈沖發生器（14）與光纖激光器（13）、激光光源（1）連接，控制器（12）分別與脈沖發生器（14）和高速攝影機（10）相連；

步驟8、接通電源，將光纖激光器（13）功率值、重復頻率、修整時間、磨床軸向進給速度以及砂輪轉速設置為所需值；

步驟9、控制臺啟動高速攝影機（10），當相機轉鏡達到4×10⁵-6×10⁵r/min的穩定高轉速后，啟動脈沖信號發生器，其中，一路信號啟動光纖激光器（13），另一路信號啟動激光光源（1）；

步驟10、計算機（11）中導出由高速攝影機（10）拍攝的圖像；

步驟11、根據提取的圖片數據，按照以下公式計算出波陣面的傳播距離R(t)

R=ϵ(Eρa)1/5t2/5---(II)]]>

式中：ε為無量綱的自相似變量，ρ_a為空氣的密度，E為爆炸能量，t為時間。

步驟12、根據式（Ⅱ），得到沖擊波陣面運動的速度D為：

D=dRdt=25ϵ(Eρa)1/5t-3/5---(III),]]>

根據沖擊波的基本公式，計算波陣面壓力P_s和溫度T_s，

Ps=2γv+1ρaD2=825(γv+1)ρaϵ2(Eρa)2/5t-6/5---(IV)]]>

Ts=psRvρa=8(γv-1)25(γv+1)2ϵ2(Eρa)2/5t-6/51Rv---(V)]]>

其中砂輪中金屬蒸氣的絕熱指數γ_v=1.42；砂輪中金屬蒸氣的氣體常數R_v=287.1J/Kg*K；ε、E、ρ_a分別為步驟4中的自相似變量、爆炸能量和初始密度；其中，根據能量守恒得到關系式（Ⅵ），計算得到ε=1.18；

步驟13、將數據代入式（Ⅳ）和式（Ⅴ）可分別得到沖擊波壓力和沖擊波溫度隨時間變化的關系。

步驟14、根據步驟13中爆轟波壓力和溫度最大值以及等離子體爆轟波溫度和壓力的最大值與激光修整砂輪表面質量相對應的關系，確定激光修整砂輪時在線檢測砂輪表面質量，采用超景深拍攝激光修整后砂輪表面質量，驗證預測結果。