激光冲击强化装置的制作方法

背景技术：

1、在激光冲击强化工艺中，在工件表面上提供覆盖水层。激光束传输设备将激光束输送至该覆盖水层中以激发水分子并在表面产生冲击波。通过向工件施加残余应力，冲击波可使工件硬化。工件的配置可能需要传输设备在相对于工件的旋转、枢转和其他移动范围内移动。这可能导致激光束相对于工件表面的该覆盖水层的方向不一致。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于将激光束引导至工件表面的装置。一方面，所述装置包括具有激光束出射孔的壳体。所述装置还可包括输出光学设备，所述输出光学设备被配置为发射会聚激光束。会聚激光束以轴线为中心，并通过出射孔从壳体向外被引导向工件表面。喷水嘴出口被布置为向工件表面排放覆盖水流。喷气嘴出口被布置为在喷水嘴和出射孔之间的位置沿轴线方向排放气流。

2、在作为示例呈现的一个方面中，机器人设备支撑壳体绕激光束的轴线旋转。机器人设备还支撑壳体绕倾斜于激光束轴线的一个轴线枢转移动。喷水嘴出口和喷气嘴出口固定至壳体，使得喷水嘴出口、喷气嘴出口和壳体可在相对彼此一致的方向上一起旋转和枢转。

3、在作为示例呈现的另一方面中，一种用于将激光束导向工件表面的装置包括具有入口孔的壳体，所述入口孔被配置为接收光纤。输入光学设备布置在壳体内以接收入口孔中光纤的激光束。壳体还具有激光束出射孔。输出光学设备与壳体一起布置，以通过出射孔将激光束向外引导向工件表面。激光能量检测器布置在壳体内，以检测所述输入光学设备和所述输出光学设备之间的激光能量。

技术特征：

1.一种用于将激光束引导至工件表面的装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷水嘴出口和所述喷气嘴出口固定在所述壳体，使得所述喷水嘴出口、所述喷气嘴出口和所述壳体可在相对彼此一致的方向上一起移动。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述轴线为第一轴线，所述装置还包括机器人设备，其中所述机器人设备支撑所述壳体绕所述第一轴线旋转且绕倾斜于所述第一轴线的第二轴线枢转移动。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷气嘴出口沿所述轴线与所述输出光学设备间隔开。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷气嘴出口被配置为槽，其具有绕所述轴线周向延伸的弧形构造。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体具有被配置为接收光纤的入口孔，所述装置还包括第一光学设备，其中，所述第一光学设备布置在所述壳体内以接收所述入口孔中光纤的发散激光束，并被配置为发射另一发散激光束。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括第二光学设备，其中，所述第二光学设备布置在所述壳体内以接收所述第一光学设备的另一发散激光束，并被配置为发射准直激光束。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输出光学设备为第三光学设备，所述第三光学设备被布置为接收所述第二光学设备的准直激光束。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体包括具有纵向轴线的细长管状体，所述输出光学设备被配置为使所述会聚激光束以所述壳体的纵向轴线为中心。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一光学设备、所述第二光学设备和所述第三光学设备是以所述壳体的纵向轴线为中心的透镜。

11.一种用于将激光束引导至工件表面的装置，其特征在于，包括：

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述喷水嘴出口和所述喷气嘴出口固定至所述壳体，使得所述喷水嘴出口、所述喷气嘴出口和所述壳体可在相对彼此一致的方向上一起移动。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述会聚激光束以所述第一轴线为中心，所述喷水嘴出口被布置为在倾斜于所述第一轴线的方向上向所述工件表面排放覆盖水流，所述喷气嘴出口被布置为在所述出射孔和所述覆盖水流之间的轴向位置在所述第一轴线方向排放气流。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述喷气嘴出口沿着所述第一轴线与所述输出光学设备间隔开。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述喷气嘴出口被配置为槽，所述槽具有绕所述第一轴线周向延伸的弧形构造。

16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述壳体具有被配置为接收光纤的入口孔，所述装置还包括第一光学设备，其中，所述第一光学设备布置在所述壳体内以接收所述入口孔中光纤的发散激光束，并被配置为发射另一发散激光束。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括第二光学设备，其中，所述第二光学设备布置在所述壳体内以接收所述第一光学设备的另一发散激光束，并被配置为发射准直激光束。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述输出光学设备为第三光学设备，所述第三光学设备被布置为接收所述第二光学设备的准直激光束。

19.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述壳体包括具有纵向轴线的细长管状体，所述输出光学设备被配置为使所述会聚激光束以所述壳体的纵向轴线为中心。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述第一光学设备、所述第二光学设备和所述第三光学设备是以所述壳体的纵向轴线为中心的透镜。

21.一种用于将激光束引导至工件表面的装置，其特征在于，包括：

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述检测器包括光电二极管。

23.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述检测器还包括衰减器，所述衰减器布置在所述壳体内以减少入射至所述检测器的激光能量。

24.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述检测器为布置在所述壳体内的多个检测器中的其中一个检测器，以检测所述输入光学设备和所述输出光学设备之间的激光能量，各检测器包括光电二极管和衰减器。

25.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述壳体具有在所述输入光学设备和所述输出光学设备之间延伸的轴线上的第一光学通道，且具有从所述第一光学通道径向向外延伸至所述检测器的第二光学通道。

26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述检测器为布置在所述壳体内的多个检测器中的其中一个检测器，以检测所述输入光学设备和所述输出光学设备之间的激光能量，所述第二光学通道为多个第二光学通道中的其中一个光学通道，各所述第二光学通道从所述第一光学通道径向向外延伸至相应的检测器。

27.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，还包括检测电路，所述检测电路被配置为监测由所述检测器检测到的激光能量并将监测到的激光能量与预定阈值水平进行比较。

28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述检测电路还被配置为终止从光纤到所述输入光学设备的激光束传输以响应检测的激光能量低于所述预定阈值水平。

29.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，还包括喷水嘴出口，所述喷水嘴出口布置在所述壳体上以向所述工件表面排放覆盖水流，其中，所述输出光学设备被配置为沿着轴线将所述激光束从所述出射孔向外引导，喷气嘴出口布置在所述壳体上以在所述出射孔和所述覆盖水流之间的轴向位置沿轴线方向排放气流。

30.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，还包括机器人设备，所述机器人设备支撑所述壳体绕第一轴线旋转，且绕倾斜于所述第一轴线的第二轴线枢转移动。

31.一种用于将激光束引导至工件表面的装置，其特征在于，包括：

32.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述壳体具有在所述输入光学设备和所述输出光学设备之间延伸的轴线上的第一光学通道，且具有从所述第一光学通道径向向外延伸至所述衰减器的第二光学通道。

33.根据权利要求32所述的装置，其特征在于，所述衰减器是所述壳体内多个衰减器中的其中一个衰减器，所述第二光学通道是多个第二光学通道中的为其中一个光学通道，各第二光学通道从所述第一光学通道径向向外延伸至相应的衰减器。

34.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述输出光学设备被配置为沿轴线将所述激光束向外引导通过所述出射孔，并且所述光电二极管为绕所述轴线周向等距间隔开的多个光电二极管中的其中一个光电二极管。

35.根据权利要求34所述的装置，其特征在于，所述衰减器是多个衰减器中的其中一个衰减器，各衰减器布置在所述壳体内以减少入射至相应所述光电二极管的激光能量。

36.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，还包括检测电路，所述检测电路被配置为监测由所述光电二极管检测到的激光能量并将监测到的激光能量与预定阈值水平进行比较。

37.根据权利要求36所述的装置，其特征在于，所述检测电路还被配置为通过终止从光纤到所述输入光学设备的激光束传输以响应检测到的激光能量低于所述预定阈值水平。

38.根据权利要求31所述的设备，其特征在于，还包括喷水嘴出口，所述喷水嘴出口布置在所述壳体上以向工件表面排放覆盖水流，其中，所述输出光学设备被配置为沿轴线将所述激光束从所述出射孔向外引导，所述喷气嘴出口布置在所述壳体上以在所述出射孔和所述覆盖水流之间的轴向位置沿轴线方向排放气流。

39.根据权利要求38所述的装置，其特征在于，所述喷水嘴出口和所述喷气嘴出口固定至所述壳体，使得所述喷水嘴出口、所述喷气嘴出口和所述壳体可在相对彼此一致的方向上一起移动。

40.根据权利要求39所述的装置，其特征在于，还包括机器人设备，所述机器人设备支撑所述壳体绕第一轴线旋转且绕倾斜于所述第一轴线的第二轴线枢转移动。

技术总结
一种用于将激光束引导至工件表面的装置,包括具有激光束出射孔的壳体。该装置还包括输出光学器件，输出光学器件被配置为发射会聚激光束。会聚激光束以轴线为中心，并通过出射孔从壳体被向外引导向工件表面。喷水嘴出口被布置为向工件表面排放覆盖水流。喷气嘴出口被布置为在喷水嘴和出射孔之间的轴向位置沿横向于轴线的方向排放气流。

技术研发人员：加里·A·沃尔泽,杰弗里·A·杰威尔,德温·R·希尔蒂,埃里希·泽默,丹尼尔·梅里菲尔德,麦克尔·斯奈森,马克·布隆伯格,基思·格洛弗,埃弗里·卡尔洪,亚当·希纳曼,罗杰·S·魏克尔,蒂姆·戈尔曼
受保护的技术使用者：山东迈特莱斯金属表面科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14