[發明專利]一種高能脈沖激光加工測量一體化系統及方法

有效

• 申請號: 202010989256.5
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112280968B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 黃科;井龑東;席乃園;方學偉;張琦;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;B22F3/105;G01N29/04;G01N15/02;G01M11/02;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種高能脈沖激光加工測量一體化系統及方法，包括一套可同時用于激光沖擊強化和產生超聲波的高能脈沖激光系統，一套用于接收超聲波的傳感器系統，一套用于轉換傳感器數據的數據讀出系統，一套用于協調控制所有設備的中控系統；高能脈沖激光系統產生的高能脈沖激光按照路徑在工件表面誘發產生沖擊波激光沖擊強化，在工件內部產生超聲波；傳感器系統接收到超聲波信號，通過數據讀出系統輸入至中控系統；中控系統對超聲波數據進行計算獲得工件內部信息以及激光沖擊信息；根據激光沖擊信息和工件內部信息對高能脈沖激光和工件產品制造裝備進行實時的參數調節；本發明同時實現沖擊強化和超聲檢測，提升了探測的準確性。

技術領域

本發明涉及在線監測技術領域，具體涉及一種高能脈沖激光加工測量一體化系統及方法。

背景技術

激光超聲(Laser Ultrasonic，LU)是近些年來發展起來的一種無損檢測方法，通過脈沖激光在待測目標內誘發超聲波，再通過相應的接觸式或非接觸式超聲波探測傳感器接收超聲信號，再采用相應的算法對所采集數據進行分析，就能夠獲得待測目標模量、晶粒度、內應力、氣孔裂紋等信息。

激光沖擊強化(Laser shock peening)是一種采用高能脈沖激光束在待處理表面誘發高能等離子體，通過等離子體的高速擴散，在沖擊目標表面產生GPa量級的沖擊力的高性能表面處理技術。其所采用的激光器與激光超聲監測中所使用的激光器均為Nd:YAG脈沖激光器，其區別在于激光超聲監測時為了避免高能量激光在待測目標表面產生燒蝕采用能量較低的脈沖激光，而激光沖擊強化為了提升其影響層深度和影響效果會在沖擊目標可容許的條件下選用較大能量密度的光束。

申請號為CN201911317417.X的中國專利公開了一種具有三維顯示、在線監測及修復功能的增材制造方法，該方法利用激光超聲進行實時的缺陷探測，實現了零件在增材制造過程中的三維顯示、缺陷位置精確定位，并且運用了減材銑削將缺陷部位切除后原位增材重建，完成缺陷修復。

申請號為CN201910694347.3的中國專利公開了一種SLM金屬增材制造缺陷實時檢測方法及檢測裝置，該方法在制造層間進行激光清洗和激光超聲檢測，通過超聲波信號得到工件內部缺陷幾何信息和位置信息，針對表面氣孔能夠重新鋪粉加工實現氣孔消除。

申請號為CN201710348577.5的中國專利公開了一種金屬高能束增減材-在線超聲檢測復合加工方法，該方法針對高能束融化金屬成形方法，通過在已成型部分的表面進行激光超聲無損檢測，確定其缺陷位置后進行在線減材加工，去除缺陷部分后重新堆疊至沒有明顯缺陷為止。

從以上現有技術可以看到，激光超聲已經廣泛應用于缺陷檢測及其定位；另外，激光沖擊強化也作為一種有效的金屬表面缺陷修復和性能提升手段獲得了大量的關注。然而，在進行激光超聲檢測時，為了避免脈沖激光對待測工件產生影響，一般選用較低能量的激光(一般為數十mJ)，較低的能量會限制產生超聲波的強度從而影響探測的準確性；同時，激光沖擊強化工藝過程的實際沖擊效果也受激光能量分布、零件表面質量、吸收層及約束層性質、光斑重疊率等影響，但目前尚缺乏有效的監測方法。因此，亟需一種能夠解決上述短板的在線監測方法。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供了一種高能脈沖激光加工測量一體化系統及方法，在獲得材料內部超聲波信號以實現缺陷在線監測的同時起到激光沖擊強化的作用，通過監測激光沖擊強化掃描過程中的超聲波信號變化，同時獲得零件激光沖擊強化實際過程的在線監測信息。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案是：

一種高能脈沖激光加工測量一體化系統，包括一套可同時用于激光沖擊強化和產生超聲波的高能脈沖激光系統，一套用于接收超聲波的傳感器系統，一套用于轉換傳感器數據的數據讀出系統，一套用于協調控制所有設備的中控系統。