监控的激光冲击强化的制作方法

专利名称：监控的激光冲击强化的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属工件的表面强化，更具体地说，涉及金属工件的激光冲击强化。
背景技术：
可以通过在金属零件表面引入剩余压应力来改进这些零件的疲劳强度。这通常是通过利用小的金属弹丸喷射强化其表面，使金属表面层塑性变形和压缩来实现的。必须均匀地强化金属表面，以确保强化过程的功效。
激光冲击强化(LSP)是在强化方面的一种现代发展，它使用高峰值功率的激光来产生机械冲击波，以便在金属表面产生压缩的剩余应力。所述过程是这样进行的在金属表面上涂敷吸收材料，例如黑色涂料或胶带，以吸收来自激光束的能量并产生快速膨胀或爆破的等离子体。等离子体产生冲击波，所述冲击波能够使金属表面塑性变形，以便在所述表面引入剩余压应力。
采用局部地约束等离子体以便集中撞击金属表面的爆破压力的方法，可以大大改进LSP。这通常是采用以下方法来实现的用薄的约束水层覆盖金属表面，水在所述表面上不断流动并且在进行LSP时被再填满。
通过使激光器在脉冲方式下以适当的重复频率或脉冲频率工作来产生高功率激光。这样，可以将每次脉冲的能量最大化，以便使冲击强化的效果最大化，同时允许在相继的激光束脉冲之间将约束水膜再填满。
由于每次激光脉冲在强化位置产生小爆破，水膜会暂时破裂。所以，功率激光器的重复频率必须足够低，以确保在每次强化脉冲之后重新建立适当厚度和光滑的水膜，以便有效地约束相继的脉冲发射。如果重复频率过快，水膜没有立即重新建立，随后的激光脉冲就不能受适当约束，这样就削弱了强化过程，降低了它的整体效率。
可以优化为LSP配置的高功率脉冲方式激光器在高平均功率热负载下的性能。这种脉冲激光器在相应的脉冲频率下以最大的效率工作。但是，使脉冲激光器在低于其设计的脉冲频率下工作以确保约束膜的重新建立会导致激光器性能不佳。
目前尚无实际可行的方法来监控水膜的质量以确保其对LSP的有效性。在LSP过程中必须非常小心仔细，确保适当的水膜流过工件表面且在每次激光脉冲后又恰当地重新建立。目前的作法是目测水膜并将脉冲频率限制在不大于大约每四秒一次脉冲，以确保重新建立合适的限制水膜。
因此，需要提供一种激光冲击强化系统，它包括对约束水膜的自动监控，以提高激光脉冲的重复频率和改进LSP过程的效率。

发明内容
脉冲激光器配置成将脉冲激光束投射到工件上面液体膜上的目标位置以便对其进行激光冲击强化。采用以下方法来监控液体膜探测激光器将探测激光束投射到目标位置，并且光检测器检测所述探测激光束从目标位置的反射。所述检测器调整脉冲激光器的工作，以便对监控的液体膜作出响应而发射脉冲束。


图1是按照本发明示范实施例的激光冲击强化系统的示意图。
图2是经历图1的激光冲击强化的工件的放大视图，图解说明强化过程的示范的方法。
图3是按照本发明另一实施例的图1中激光冲击强化系统的示意图。
具体实施例方式
图1中示出按照本发明示范实施例的激光冲击强化(LSP)系统10的示意图，所述系统配置成对金属工件12的一个侧面进行激光冲击强化，以便引入塑性变形并得到剩余压应力。
在一个优选实施例中，在图1中工件12右侧以方框示意地表示一个完全相同的系统10，用于同时强化工件的另一侧，此实施例平衡了引入工件的压应力。所以，所述系统可以用在金属工件的任何表面上，或单独一个表面或根据需要同时强化工件的相对的表面。
图2中放大的部分示出的工件12可具有任何传统的结构，需要对其外表面进行激光冲击强化。通过以下方法进行LSP最初在工件的暴露表面上设置一层吸光或消融层14以便在LSP过程中吸收光能并形成所需的爆破等离子体。吸收层14可以采取任何传统的形式，例如将黑色的涂料或胶带加到工件的暴露表面上。
如图1所示，设置包括一个或多个喷嘴16的适当装置，以便在工作时将水18排放到光吸收层14上或沿光吸收层14的工件暴露表面上。如果两个表面要同时强化，则通常需要以同样方式将水排放到工件的相对的表面上。工件可以垂直取向，这样水就垂直向下流过工件表面，在工件上形成较薄的水膜。水膜18在吸收层14上实现液体约束层，用以局部地约束工作过程中产生的冲击强化等离子体。
强化激光器20产生脉冲激光束22并将其投射到工件上液体膜上的目标或工作位置24。强化激光器最好是在脉冲方式下工作的高峰值功率的激光器，用以产生高能量激光脉冲，这些脉冲以序列脉冲投射，形成射向目标位置24的周期性激光束。可以或者移动激光器或者移动工件，以便使激光束能够在需要LSP的工件的整个暴露器上，以任何传统的方式实现激光束和工件之间的这种相对移动。
强化激光器20可以具有任何传统配置，例如工作在Q开关方式的掺钕玻璃(Nd玻璃)激光器，其示范功率输出大于约1千兆瓦。例如，强化激光器20最好包括适当增益材料的激光板或棒26，以便对其进行光泵激，以产生激光束。
激光棒26安装在冷却外壳中，外壳中包含任何传统结构的相对的闪光灯28，用以对激光棒进行光泵激。一对端面镜30布置在激光棒的相对两端，用以形成在其中产生激光束的谐振腔或振荡腔。在谐振腔中采用传统的光学元件，包括偏振器，用以产生激光束。例如，在谐振腔中使用形式为鲍克尔盒(Pockels Cell)的Q开关32，用来从激光器产生高功率脉冲。
高功率脉冲激光器中的Q-突变或Q开关是惯用的，其详细情况可参阅书名为“Solid-State laser Engineering”的书，作者是W.Koechner，第四版，1996，Springer-Verlag，New York，特别在第8章中专门论述了Q开关。
强化激光器20最好基本上垂直地射向目标位置24的工件12。如图2放大部分所示，使脉冲束22穿过薄水膜18冲击下面的光吸收层14，光吸收层14吸收激光束能量，并有效地瞬时爆破，产生由水膜18局部约束的等离子体。
爆破的等离子体产生冲击波，使目标位置的工件的暴露表面塑性变形，留下具有剩余压应力的小表面凹陷。示于图2中的工件12的较低部分已经历LSP，强化激光束22垂直地来回移动，以便根据需要在工件的整个暴露表面上在纵向上以及横向上继续进行LSP过程，以在其中形成均匀的塑性变形的压缩层。
虽然水膜18可以以任何传统的方式流经暴露的工件表面，形成适合的薄约束层，但是，各个激光脉冲局部爆破，破坏了水膜18的连续性。所以在相应的目标位置24上液体膜尚未重新建立时，不希望放出下一个激光脉冲。而且，工件表面上的各种凹凸不平本身就会引起液体膜的局部破坏，如果液体膜的质量不够好或有任何不正常，也不希望发射激光脉冲。所以图1所示的LSP系统10包括形式为监控器34的装置，用以自动监控目标位置24的液体膜18的质量，用来在液体膜处于正在使用的特定LSP过程所需的良好质量的正常状态时控制强化激光器20。
监控器34最好包括探测激光器36，用以产生探测激光束38并将其投射到目标位置24上，来检测液体膜18的质量。目标位置本身可以小到和强化激光束22的冲击位置一样，或者可以适当地大些，以确保液体膜有足够的质量，能以最大的有效性约束爆破的等离子体。探测激光器36可以是任何传统的形式，例如氦氖(HeNe)激光器或二极管激光器，最好能发射在目标位置聚焦的连续波激光束38。
监控器还包括光检测器40，例如与目标位置光学对准的固体光电检测器，用于检测探测束38从目标位置的反射。探测激光器36和光检测器40通常以相对于液体膜平面的相同的斜角A与目标位置24对准。相反，强化激光束22最好垂直地射向液体膜平面。
系统10还包括形式为电控制器42的装置，它在操作上连接到强化激光器20和光检测器40，用于对液体膜18的监控情况或质量作出响应而建立脉冲激光束。
图1所示的强化激光器20产生脉冲激光束22，是以适当的脉冲重复频率产生的序列脉冲。在以固定的泵激速率和相应的热条件下对激光棒26进行光泵激时，Q开关32以传统的方式工作以便切换开关激光器。这样，可以以提高LSP加工速率所需的特定脉冲重复频率使脉冲激光器20的工作效率最大化或将其优化。
在一个优选实施例中，强化激光器20的脉冲重复频率显著地大于每四秒一个周期(在传统的LSP中通常都是这样)，最好每秒至少10个周期(10赫兹)。高功率脉冲激光器中这种较高的重复频率可以用来使效率和热负载条件最大化，并且与LSP过程协调工作，在一定的时间范围内使强化区域覆盖范围最大化。
在这种比较高的脉冲重复频率的情况下，很重要的是要在相应短时间间隔后监控液体膜18的情况，以确保在每次激光脉冲后液体膜已重新建立，从而消除激光脉冲射穿较薄液体膜的风险，那样会浪费这些脉冲且降低LSP过程的整体效率。
如图1所示，控制器42最好在操作上连接到Q开关，以便与监测到的液体膜的状态相配合地发射激光束22。
正常工作时，控制Q开关以便产生周期性序列的所需激光束脉冲。但是，通过利用光检测器40来监测液体膜40的状态，可以仅在检测到目标位置24处的正常膜18时，利用控制器42选择性地启动脉冲激光器20中的Q开关。
图2是响应液体膜18的监测到的状态对工件12进行激光冲击强化的示范的方法的示意图，图1的装置上标注的功能具有相同的标号。可以用任何方式形成比较光滑的水膜18(就是说，成膜表面具有一段足够慢的移动时间，以便可以利用上述激光监控过程来评估液体膜的状态)，膜厚B例如为1.0mm。然后脉冲激光器20工作，发射一序列激光脉冲到目标位置24，所述脉冲序列在工件的整个表面来回移动。每个激光脉冲迅速加热光吸收层14，产生爆破等离子体并相应地强化了工件表面。
将探测激光束38投射到目标位置并检测从目标位置的反射光，不断地监视目标位置24的液体膜18。在一个简单的实施例中，目标位置24有液体膜18存在就会将探测激光器的光能以最大幅度反射到光检测器40。这个最大幅度的检测光表示脉冲激光器可以继续以正常方式工作。
举例来说，在紧接前一激光脉冲之后，因等离子体爆破而目标位置24的液体膜被破坏，探测激光器38的光就只有很少量(如果有的话)会反射到光检测器40。在液体膜不正常的情况下，控制器42用来断开Q开关32，防止发出激光脉冲，直到液体膜已适当重新建立并将足够的探测光反射到检测器40为止。
在图1所示的实施例中，控制器42具体配置成在逻辑上连接脉冲激光器20和监控器34的光检测器40，以便当监控器34探测到液体膜18处于正常情况(即在目标位置处光滑且不中断)时启动Q开关，以及在液体膜处于不正常情况(即在目标位置处破坏或不连续)时断开Q开关。此处所用的“配置成”、“适合于”等是指一种数字或模拟装置(例如可编程计算机，专用集成电路等)可以根据处理输入数据的算法或方法来提供所需的输出信号。
在图1所示的实施例中，控制器42包括主时钟44，它产生周期性的时钟信号，或相对较高和较低的电压值序列，以实现脉冲激光器20的所需脉冲重复频率。所述系统还包括用于Q开关32的传统电驱动器46，在先有技术中，传统的电驱动器与主时钟44配合，以所需重复频率产生激光束脉冲。但在图1的实施例中，控制器42，改为和光检测器40相配合，当检测器检测到膜正常时就启动Q开关驱动器46，当检测器检测到膜不正常时就断开Q开关驱动器46。
最好根据本发明的特征配置控制器，以便使监控器，34的输出信号与驱动器46所控制的脉冲激光器的脉冲频率同步。最好的作法是引入电信号调节器48，在监测来自目标位置24的光时使光检测器40所产生的高和低的电压信号差别最大化。调节器可包括适当的放大器和偏压消除器，以改善光检测器40所产生的电信号。例如，当薄膜18很光滑时，检测器40会因其上的反射光而产生最大的电压输出。当激光脉冲引发爆破等离子体而将薄膜破坏时，探测激光束38的反射被中断，检测器40产生相应地较低的电压输出。在光滑薄膜重新建立起来后，这个低电压输出又相应地升高到其最大值。
逻辑变换器50在操作上连接到信号调节器48，用以产生较高电压的输出信号以对应正常液体膜，表示为逻辑TRUE(真)情况，或者，产生较低数值的信号以对应不正常的液体膜，表示为相反的FALSE(假)逻辑值。这样，逻辑变换器50产生或高或低的输出信号，与光检测器根据正常和不正常的液体膜状态所产生的高和低的信号相对应。
控制器42与逻辑“与”门52配合，逻辑“与”门52在操作上通过信号调节器48和逻辑变换器50连接到光检测器40。“与”门52在操作上连接到Q开关驱动器46和主时钟44。这样，Q开关驱动器46被启动，以便按传统方式以对应于主时钟44的时钟脉冲所需的脉冲频率发出脉冲，但引入“与”门52就通过与之合作的逻辑变换器50使Q开关驱动器与光检测器40的工作同步。
当光检测器40产生与正常液体膜状态对应的较高的输出电压时，逻辑变换器50也相应地产生高或“真”值，所述高或“真”值在“与”门52与来自主时钟44的信号相组合时，如果逻辑变换器50的信号高峰值与主时钟信号的相应的高峰值相匹配，就启动Q开关驱动器。但是，当光检测器40产生与不正常液体膜状态对应的低输出电压时，逻辑变换器50产生低或“假”值，所述低或“假”值使“与”门52断开Q开关驱动器，而不论主时钟的信号如何。
这样，通过引入监控器34和与之配合的“与”门52，Q开关驱动器46仅在监控器允许时方可启动。这样，脉冲激光器20就可设计和配置成在所需脉冲频率下使效率最大化并以所述脉冲频率工作，仅当需要确保建立正常薄膜(即，足以支持上述激光强化过程的薄膜)时，才通过断开Q开关驱动器46来中断脉冲束22。
脉冲激光器20还包括传统的闪光灯驱动器54，它连接到到主时钟44以便与其工作同步。但最好利用Q开关驱动器46代替闪光灯驱动器54来控制脉冲激光器20，以便获得激光器的最大效率，激光器是以固定的泵激速率和热条件进行光泵激的。
在图1所示的基本实施例中，控制器42配置成对检测器40检测到的反射探测束38的相对强度或幅度作出响应来控制脉冲激光器20的工作。目标位置的光滑水表面能最好地反射探测束供检测器40接收，在这种情况下，检测到的来自目标位置的相应较高的反射幅度与所述正常或光滑薄膜相关联，而被前一激光脉冲破坏的不正常薄膜就会反射很少(如果有的话)的探测束到检测器40，使检测器测量到较低幅度的反射光。
可以通过以下方法来增强光检测器40的性能引入聚焦透镜56，它在检测器40和目标位置24之间光学对准，用于收集反射光并将其聚焦到检测器上。针孔光阑58可以在检测器40和透镜56之间光学对准，以便在LSP过程中区别在目标位置上探测束的高度平行的镜面反射和紧接激光脉冲爆破之后来自破坏的目标位置的散射或弥散光束。
窄带带通滤光器60可以光学对准在检测器40和光阑58之间，用以减少或消除不需要的背景光，例如从爆破的等离子体自身发出的宽带光。滤光器60的通过波长最好集中在探测激光束38的波长上，以确保能检测探测激光器的光，而不是不需要的背景光。
如上所述，信号调节器48通过区分对应于水膜18的正常和不正常光滑度的相对高和低的信号幅度来适当地调节光检测器40发出的结果信号。已调节信号在逻辑变换器50处转换为逻辑“真”(TRUE)或“假”(FALSE)电压电平，并在逻辑“与”门52处与来自主时钟44的信号相结合，仅当光检测器40检测到“真”(TRUE)或正常信号时才启动Q开关驱动器46。反之，在检测器40发出“假”(FALSE)或不正常的信号，表示薄膜暂时不足以进行有效的LSP处理时，驱动器46被断开。
在图1和2所示的基本实施例中，检测到的水膜18的质量可以只是其相对的光滑度，这种光滑度使得可能有探测束38的可检测的反射光反射到光检测器40。为了进一步改善LSP过程，需要实时测量水膜18的实际厚度，例如，所述厚度应大于0.5mm。但是，薄膜18的厚度测量必须就地和实时完成，且不破坏薄膜本身。虽然超声装置常用来测量厚度，通常是固体零件的厚度，但用来测量水的厚度时，它们会是侵入性的，并会破坏所测量的水膜。
于是，图3示出了对图1所示的部分LSP系统10的改动，现在包括监控器34A，它特别配置成测量目标位置24处水膜18的厚度B。大约0.5mm的最小厚度B已足以对应于水膜18所需的正常厚度，较小或不足的厚度则对应于不正常的水膜，这种情况通常在目标位置上激光脉冲爆破后立即发生。
如图2所示，探测束38以适当的斜入射角A射向目标位置24，在目标位置产生两次反射。第一次反射就是水膜表面的镜面反射。第二次反射是入射光束进入水膜的折射、与工件交界面处的反射、以及从薄膜表面向外的折射等的结果，这样就产生了一个大致平行于镜面反射但与之相距位移C的光束。
通过测量位移间距C，就可从传统的光学分析确定膜厚B。具体地说，两次反射之间的间距C等于膜厚B和两次入射角A的正弦的乘积除以水的折射率n的平方(即n＝1.33)和入射角正弦的平方之间的差的平方根。于是，C＝Bsin2A/(n2-sin2A)1/2所述关系的曲线表示间距C总是小于膜厚B，这就增加了测量从几百微米到大约1.0mm厚的小薄膜的困难。适用的传统HeNe型探测激光器具有的光束直径大约为1.0mm，等于或大于薄膜的所需厚度。
而且如图2所示的水表面是平整的，实际上水表面还可能包括波纹，它们相应地会聚或发散这两次反射并改变投射位移间距C的大小。另外，典型的工件表面比较粗糙，与从水表面的镜面反射相比其反射探测束的成分相应减小了幅度。但这些困难可以利用图3所示的本发明的实施例加以克服，图中形式为二维平面阵列40A的多个光检测器与目标位置24光学对准，用以检测反射的图像。与之配合的成像透镜62光学对准在检测器阵列40A和目标位置24之间，用于将目标位置的图像聚焦到检测器阵列上。成像透镜62包括多个与之配合的透镜，用于将目标位置图像转换并聚焦到检测器阵列40A上。例如在一个测试实施例中曾使用传统复印机的四透镜组来将目标位置图像中转到检测器阵列上。检测器阵列可以是传统的电荷耦合器件(CCD)形式，例如在摄像机中通常所用的那样，用来捕获图像。
聚焦透镜64光学对准在探测激光器36和目标位置24之间，用以将探测激光束聚焦到目标位置上。例如，起初1.0mm直径的HeNe激光束可以聚焦为小到大约0.05mm，以便改善对目标位置上两个反射束之间的鉴别，用来测量二者之间的间距C。
尽管工作时水膜18有波纹，引起两个反射束会聚或发散，如图3中虚线所示，但仍然可以获得反射源的精确成像。这样，就可获得横向偏移的两个反射束的精确图像并作适当测量。
工作时，聚焦透镜64将探测束38聚焦到目标位置24上，透镜的焦距最好准确地等于透镜和水表面上目标位置之间的距离。聚焦束从水表面反射，也从与工件的交界面反射，这两个反射束都由成像透镜62捕获，成像透镜62将图像中转到检测器阵列40A上。然后来自阵列的图像可由控制器42适当处理，以测定束间距C以及膜厚B。
成像透镜62将来自水表面和工件表面的反射点的图像中转到检测器阵列上，两个反射图像之间有相应的间距D，所述间距基本上不受水膜波纹的影响。在阵列40A上成像的反射点的间距D与在空气中测量的间距C相关，其中这些反射点是由成像透镜62所用的相应放大值在目标位置上建立的。这样，利用上述数学表达式，根据在阵列40A上检测到的反射点的间距C和相应的间距D，可以容易地确定膜厚B。
所以，控制器42在操作上与检测器阵列40A相结合并例如配置有适当的软件来测量间距D，而间距D又表示探测束从水膜表面的反射和在目标位置上从水膜下工件表面的反射之间的间距C。
传统的图像分析软件可以用来识别检测器阵列40A所检测的两个反射点，并精确地测量其间的距离。
控制器42还可以进一步配置另外的软件，用以根据测量的间距距离D，从上述数学表达式以及间距C、间距D和成像透镜62的放大值之间的上述关系来测定或计算水膜18的厚度B。然后控制器将测量的膜厚B与储存的参考值(例如0.5mm)进行比较，以便确定所述膜厚是否足以或不足以进行LSP处理。
和图1实施例所述的方式类似，控制器42可以同样配置有逻辑变换器50并和“与”门52合作，在测量到足够的膜厚时启动Q开关驱动器42，此时变换器50向“与”门52提供逻辑“真”值。在测量到膜厚不足时，逻辑变换器50产生“假”值，将其提供给“与”门52，以断开Q开关驱动器42。这样，脉冲激光器20可以以上述同样的方式工作，具有同样的优点，并由用改型的监控器34A所测量的水膜18的厚度进行控制。
利用成像透镜62的一个特殊优点在于膜厚B的测量相对不受有波纹的水表面的具体倾斜特性的影响。目标位置上的两个反射点将以相应的间距精确成像到检测器阵列40A的焦面上，无论水表面有无波纹及其大小如何，点间距完全由成像透镜62的放大倍数确定。
所述监控器还有一个优点，即，无论工件表面的粗糙度或弥散性如何，其散射的部分光总会进入成像透镜62并被成像到检测器阵列上以供检测。所以，甚至非镜面，或粗糙的表面也可用此方式加以处理和监控。
可以通过选择特定的成像透镜62以及工件和检测器阵列40A之间的间距来改变和度量监控器34A的灵敏度。使成像透镜62的间距相应加大，且使工件和检测器阵列40A之间的间距相应加大，就可容易地提高测量膜厚的灵敏度和精确度。
通过在检测器阵列40A和成像透镜62之间引入光学对准的可调光阑66，可以获得另外的优点。所述光阑可用来调节阵列上的水表面反射的光束成分和工件反射的光束成分的相对亮度。水表面的镜面反射通常比工件的反射要亮得多，它们的相对亮度就可用光阑66来调节，以改善反射之间的鉴别和间距测量。如果需要，可以通过在所需反射点和透镜62之间插入传统的中性密度滤光器来衰减任一反射点的亮度。
在又一实施例中，可用远心透镜来代替成像透镜62。在图像空间是远心的透镜不会随焦距而改变检测器阵列40A的图像间距。这样，检测器阵列40A上两个检测点之间的间距的测量就对焦点的位置不敏感。这个优点可用来减少因建立监控器设施的误差而引起的测量变化。
对按图3配置的监控器进行的测试已精确测量了在大约0.1mm到大约1.5mm的范围内的水层厚度，尽管水有波动。所以，这种监控器可以有效地组合到图1所示的LSP系统中，用来启动和断开Q开关驱动器46以及控制脉冲激光器20的工作，以确保在实时LSP处理时有适当的膜厚，以脉冲激光器自身的最佳性能显著提高处理速率。
虽然仅对本发明的某些优选特性作了图示和说明，但本专业的技术人员可以想到许多修改和变化。因此，显然，所附权利要求书应覆盖在本发明真实精神范围内的全部所述修改和变化。
权利要求
1.一种用于对其上具有约束液体膜的工件(12)进行激光冲击强化的系统，所述系统包括强化激光器(20)，用于将脉冲激光束(22)投射到所述工件上目标位置(24)的所述液体膜上；监控器，它监控(34)所述目标位置的所述薄膜(18)，所述监控器包括用于将探测激光束(38)投射到所述目标位置上的探测激光器和与所述目标位置光学对准并用于检测所述探测激光束从所述目标位置的反射的光检测器(40)；以及控制器(42)，它在操作上连接到所述强化激光器(20)和所述检测器(40)，用于对所述监控膜的质量作出响应而启动所述脉冲激光束。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述强化激光器(20)包括光泵激的激光棒和Q开关(32)以便以某一脉冲重复频率产生所述脉冲光束，所述控制器(42)在操作上连接到所述Q开关以便对所述监控膜的质量作出响应而发射所述脉冲激光束。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于所述强化激光器(20)还包括用于所述Q开关的驱动器(46)；所述系统还包括主时钟(44)，用于产生时钟信号以实现所述脉冲频率；所述控制器(42)配置成当所述检测器检测到所述膜的质量正常时，所述控制器(42)启动所述驱动器，而当所述检测器检测到所述膜的质量不正常时，所述控制器(42)禁止所述驱动器工作。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于包括逻辑“与”门(52)，所述逻辑“与”门(52)操作上连接到所述检测器(40)和所述Q开关驱动器(46)，以便当所述检测器产生较高电压时启动所述驱动器，而当所述检测器产生较低电压时禁止所述驱动器工作。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于还包括聚焦透镜(56)，它光学对准在所述检测器(40)和所述目标位置(24)之间；针孔光阑(58)，它光学对准在所述检测器(40)和所述透镜(56)之间；以及带通滤光器(60)，它光学对准在所述检测器(40)和所述光阑(58)之间。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于所述强化激光器(20)的所述脉冲重复频率为至少每秒10周。
7.如权利要求3所述的系统，其特征在于还包括在平面阵列(40A)中的多个光检测器，用于检测图像；以及成像透镜(62)，它光学对准在所述光检测器阵列和所述目标位置之间，用于将所述目标位置的图像聚焦到所述光检测器阵列上。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于所述控制器(42)配置成对所述探测束从所述薄膜表面的第一反射和所述探测束从所述薄膜下的所述工件表面的第二反射之间的距离进行测量。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于所述控制器(42)配置成根据所述测量的距离来确定所述目标位置上所述薄膜的厚度，并且配置成当膜厚度足以进行有效的强化时启动所述Q开关驱动器(46)，而当膜厚不足以进行有效的强化时禁止所述Q开关驱动器工作。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于还包括聚焦透镜(64)，它光学对准在所述探测激光器(36)和所述目标位置(24)之间，用于将所述探测光束聚焦到所述目标位置。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于所述成像透镜(62)包括多个合作透镜，用于将所述目标位置图像转换到所述检测阵列(40A)上。
全文摘要
一种脉冲激光器(20)配置成将脉冲激光束(22)投射到工件(12)上目标位置(24)的液体膜(18)上，以便对工件进行激光冲击强化。液体膜由探测激光器(36)和光检测器(40)监控，探测激光器将探测激光束投射到目标位置上，光检测器(40)检测探测光束从目标位置上的反射。脉冲激光器由检测器协调动作，以便对监控的薄膜状态作出响应而发射脉冲光束。
文档编号C23C26/00GK1611615SQ20041009053
公开日2005年5月4日 申请日期2004年10月29日 优先权日2003年10月31日
发明者R·E·小沃伦, P·R·斯特夫亚 申请人:通用电气公司