专利名称：激光冲击强化系统光学膜片防喷溅装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光冲击强化技术，尤其是一种利用光学系统末级镜片在激光冲 击过程中自动阻止喷溅污染的装置。
背景技术：
激光冲击强化技术又称为激光喷丸，是利用高能量、短脉冲ns量级强激光透过约 束层冲击覆盖在金属表面的激光吸收保护膜，在膜层吸收激光能量后温度迅速升高，产生 等离子体冲击波，高达GPa的冲击波压力使材料表层发生微观塑性变形，产生残余压应力 层，从而有效地改善了金属材料的机械性能，能大幅度提高材料的疲劳寿命、抗应力腐蚀性 能。通常在冲击强化工业应用中，采用水作为约束层，这时因水约束层和金属表面对等离子 体冲击波的阻碍，水约束层和金属表面污物将会逆向光路朝光学系统的镜片喷溅，对光学 镜片造成污染，严重影响了激光能量束的质量参数，从而降低了金属材料表面的最终冲击 强化效果。经过相关文献与专利的查阅，国内江苏大学殷苏民等人有专利号为 200510037969. 7的发明专利“一种基于激光冲击波技术的聚焦镜保护方法与装置”，与本专 利相近，都是保护冲击强化系统的光学透镜避免污染。该发明不足之处是采用步进电机的 驱动和机械装置的转动来保护光学镜头避免喷溅物污染，其不能满足快速实时的工业化应 用要求。到目前为止，国内外还没有检索到其它的关于激光冲击强化系统光学镜片防喷溅 自动控制装置的公开报道。
发明内容为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种防喷溅装置，在激光冲击强化处 理过程中通过有效降低光学镜片的污染，进一步提高激光冲击强化生产效率和降低生产维 护的成本，加速激光冲击强化的工业化应用。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是包括机械固定装置、固定回力 弹簧、挡光片和电磁线圈，挡光片为一端带有不透光板的长杆，不透光板位于激光冲击强化 系统的激光光路上且面积大于激光光斑面积；长杆的另一端为金属(能被磁力吸引的金 属)，通过固定回力弹簧连接在机械固定装置上，与固定回力弹簧相对的位置有一电磁线圈 固定在机械固定装置上，电磁线圈的控制电路连接至激光冲击强化系统的控制计算机，弹 簧的弹力和电磁线圈的作用力方向相反，两作用力方向与挡光片构成的平面垂直于激光方 向。本实用新型的工作原理是由工业控制计算机给出的同步触发信号经电路适当延 时后，输出给电磁线圈的控制电路，该控制电路输出的一组信号来控制电磁线圈的快速吸 合，高功率脉冲激光器发出的脉冲光束通过光学系统后，通过挡光片的快速转动，实现光路 的自动开关，来达到遮挡飞行喷溅物的目的。本实用新型的有益效果是由于采用工业控制计算机的远程控制，将高功率脉冲激光器、运动控制机器人及本实用新型装置有机的结合在了一起，增强了的激光冲击强化 系统功能。通过工业计算机和电磁线圈控制电路，利用电磁线圈的快速吸合来控制喷溅物 对镜头的污染，能够实现快速自动防喷溅功能，满足工业化应用的快速实时保护要求。本 实用新型的核心装置是电磁线圈控制模块，结构设计简单、可靠，能满足恶劣的工业环境应 用。同时因本装置的自动型控制减少了光学镜头的维护工作，提高了生产效率。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型所述防喷溅装置的总体结构示意图；图2是本实用新型所述电磁线圈的结构示意图；图中，1.脉冲激光器；2.光学系统；3.电磁线圈机械装置；4.水约束层；5.五轴机 器人控制平台；6.电磁线圈控制电路；7.工业控制计算机；8.同步触发信号电缆；9.固定 回力弹簧；10.转轴支点；11.光路闭合状态的挡光片位置1 ;12.激光口径；13.光路开启状 态的挡光片位置2 ;14.电磁线圈；15.机械固定装置。
具体实施方式
装置实施例本实用新型如图1所示，脉冲激光器1在安置在系统最前方，其发出 的激光束通过光学系统2后，穿过镜头防污的电磁线圈机械装置3和水约束层4后到达机 器人控制平台5上的工件。其中电磁线圈控制电路6控制电磁线圈机械装置，而作为整个 系统的控制中心工业控制计算机7安置在系统一侧，通过同步触发信号电缆8分别控制脉 冲激光器1的发射，机器人控制平台5的运动和电磁线圈的控制电路。所述电磁线圈机械装置3垂直于光路安置在光学系统镜头2之前，由工业控制计 算机7给出的同步触发信号通过信号电缆8经过延时电路后输出给电磁线圈的控制电路 6，控制电磁线圈14快速吸合金属挡光片13，通过挡光片11位置1光路闭合状态；和位置 2光路开启状态的交替变换；从而实现光路的自动开关。在实际工作中，防污装置和冲击工 件之间工作距离控制在1. 2m到1. 5m左右，这是考虑到冲击强化的飞溅污物的初速度很大， 约在km/s量级。假定按照冲击后的飞行污物初速度为1000m/S，经过lm距离后速度衰减 为100m/S因受空气阻力和水层等因素的阻碍，实际速度衰减更快计算，整个飞行过程平均 时间约2ms左右，而我们的电磁线圈的响应时间可以控制在lms左右，即在工作距离内整个 飞溅污物飞行时间小于电磁线圈的控制响应时间，这样电磁线圈防污装置就可保证有效工 作。于此同时，考虑到在下一激光脉冲同步信号触发之前，为不阻挡冲击光束的通过 以及能保证遮挡后续的飞行喷溅物。电磁线圈14吸和应保持一定的延时1 3ms，该过程 的吸合时间可根据工作实践通过计算机控制软件和电磁线圈控制电路6中给出合适的延 迟时间参数。在电磁线圈14保持一定的吸和时间后，金属挡光片13依靠弹簧9回力回复 到原位。该恢复过程的时间，根据所选簧片倔强系数K大小有关，实际工作中该恢复时间一 般可控制在50 100ms。如此周期循环，在每个同步触发脉冲后，金属挡光片13通过电磁线圈14的吸合关 闭光路，而在下个同步触发脉冲之前打开，让激光束通过。这样既不妨碍冲击强化工作，同时也防止了飞行喷溅物对光学镜片的污染，起到了镜片的作用。 通过上述具体描述，可以计算整个防喷溅装置的响应时间约100ms，比实际工作中 的激光脉冲频率1Hz，即激光脉冲间隔为1000ms小很多，说明本装置能满足工业生产的要 求。最后，本实用新型装置在实际冲击强化的工作距离控制在1. 5m左右，也是考虑到上述 时间响应情况。目的是使控制过程的响应时间更宽裕。
权利要求激光冲击强化系统光学膜片防喷溅装置，包括机械固定装置、固定回力弹簧、挡光片和电磁线圈，其特征在于挡光片为一端带有不透光板的长杆，不透光板位于激光冲击强化系统的激光光路上且面积大于激光光斑面积；长杆的另一端为能被磁力吸引的金属，通过固定回力弹簧连接在机械固定装置上，与固定回力弹簧相对的位置有一电磁线圈固定在机械固定装置上，电磁线圈的控制电路连接至激光冲击强化系统的控制计算机，弹簧的弹力和电磁线圈的作用力方向相反，两作用力方向与挡光片构成的平面垂直于激光方向。
专利摘要本实用新型公开了一种激光冲击强化系统光学膜片防喷溅装置，包括机械固定装置、固定回力弹簧、挡光片和电磁线圈，挡光片为一端带有不透光板的长杆，不透光板位于激光冲击强化系统的激光光路上且面积大于激光光斑面积；长杆的另一端为能被磁力吸引的金属，通过固定回力弹簧连接在机械固定装置上，与固定回力弹簧相对的位置有一电磁线圈固定在机械固定装置上，电磁线圈的控制电路连接至激光冲击强化系统的控制计算机，弹簧的弹力和电磁线圈的作用力方向相反，两作用力方向与挡光片构成的平面垂直于激光方向。本实用新型能够实现快速自动防喷溅功能，结构设计简单、可靠。
文档编号B23K26/42GK201603951SQ201020125719
公开日2010年10月13日 申请日期2010年3月8日 优先权日2010年3月8日
发明者张连胜, 李国杰 申请人:西安天瑞达光电技术发展有限公司