[發明專利]一種熱障涂層葉片高效激光加工實時反饋方法及其裝置

在審

• 申請號: 201911039022.8
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110757014A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 管迎春;胡國慶;楊明軒
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B23K26/70
• 分類號: B23K26/70
• 代理公司: 11465 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 曹鵬飛

本發明公開了一種熱障涂層葉片高效激光加工實時反饋方法及其裝置，方法為：對熱障涂層葉片樣本進行預處理；對預處理后的熱障涂層葉片進行加工，測量加工熱障涂層葉片不同層材料時的光信號光譜；收集熱障涂層葉片激光加工過程中的光信號，并依據不同層光信號光譜和標準物質特征光譜信號進行濾波，實時測量濾波后的特征光譜信號功率；將測得功率信號與不同層材料加工時對應特征光譜信號進行信號特征比對，以比對結果作為反饋控制信號，實時反饋激光加工參數并切換和調控加工參數。本發明通過在線監測特征光譜信號功率，簡化反饋信號處理系統和算法，降低閉環反饋時延至脈沖時間間隔以下，實時反饋熱障涂層葉片激光加工工藝參數。

技術領域

本發明涉及激光加工技術領域，更具體的說是涉及一種熱障涂層葉片高效激光加工實時反饋方法及其裝置。

背景技術

作為提升航空發動機和燃氣輪機的重要組件，熱障涂層葉片的高效加工具有重要意義，如熱障涂層葉片氣膜孔加工，通過加工數十個到數萬個直徑在亞微米和微米量級的氣膜冷卻孔可有效提升航空發動機和燃氣輪機的耐熱性能。由于冷卻孔數量多、尺寸小和加工質量要求高等特點，迫切需要一種高效和無缺陷產生的氣膜孔加工方式。同時，由于熱障涂層葉片具有表面涂層、過渡粘接層和高溫合金基材多層材料結構，在進行冷卻孔等加工時不同層材料對應著不同的最佳加工工藝。因而，在進行高效加工的同時，需要在線監測加工過程并切換和調控加工參數。

傳統的熱障涂層加工方法包括電火花放電加工和電子束加工等。電火花放電無法加工陶瓷涂層，電子束加工則是利用高速電子流沖撞加工件表面使得加工件熔化或者氣化從而實現材料的去除方法，其存在加工環境必須是真空環境的不足。與傳統的電火花加工等方式相比，激光加工是一種環保無污染、重復性好和非接觸式的加工方式，幾乎可加工任何材料，基本不會產生機械應力，并可與機器手臂和數控機床等自動化設備結合實現自動化地高效加工，因而獲得了廣泛關注。同時，激光與熱障涂層葉片不同層材料相互作用時可產生等離子體光信號等多種光信號，并與葉片材料加工狀態直接相關。

因此，如何研究出一種利用激光與熱障涂層表面相互作用過程中產生特征光譜信號進行加工狀態在線監測和激光加工參數實時反饋調節的方法及其裝置，是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種熱障涂層葉片高效激光加工實時反饋方法及其裝置，采用高響應速度的光電探測器在線監測特征光譜信號功率，簡化反饋信號處理系統和算法，降低閉環反饋時延至脈沖時間間隔以下，實時反饋熱障涂層葉片激光加工工藝參數。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種熱障涂層葉片高效激光加工實時反饋方法，具體包括以下步驟：

步驟一，對熱障涂層葉片樣本進行預處理；

步驟二，對預處理后的所述熱障涂層葉片進行加工，在控制加工速率的同時，測量加工所述熱障涂層葉片不同層時的光信號光譜；

步驟三，收集熱障涂層葉片激光加工過程中的光信號，并依據步驟二光譜數據和標準物質特征光譜信號數據庫進行濾波，得到特征光譜信號，實時測量所述特征光譜信號功率；

步驟四，比對所述特征光譜信號與加工熱障涂層葉片時不同層所對應的特征光譜信號的信號特征，以比對結果作為反饋控制信號，判斷所述反饋控制信號的屬性，根據所述屬性實時反饋激光加工參數并切換和調控加工參數。

優選的，步驟一具體為：對熱障涂層葉片樣本進行水洗和超聲清洗。

優選的，步驟二中測量不同層的光信號光譜采用高掃描速度的光譜儀進行測量。

優選的，步驟三中的收集熱障涂層葉片激光加工過程中的光信號的方法包括：采用光纖耦合器件或者聚焦透鏡在側向收集光信號，或者采用與加工光路同軸的反射光路收集光信號。