專利名稱：一種檢測(cè)激光沖擊波加載過(guò)程及衰減規(guī)律的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光沖擊波測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于應(yīng)變片技術(shù)的激光沖擊波加載過(guò)程及衰減規(guī)律的檢測(cè)方法與裝置，它利用應(yīng)變片檢測(cè)激光沖擊的不同厚度靶材背面的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線，根據(jù)采集的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線分析激光沖擊波的加載過(guò)程及衰減規(guī)律。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)六十年代初期，Askaryon與Morez首次發(fā)現(xiàn)激光誘導(dǎo)等離子體沖擊波現(xiàn)象，隨后各國(guó)學(xué)者進(jìn)行了大量的理論建模與實(shí)驗(yàn)研究，并逐步在工業(yè)中應(yīng)用，發(fā)展為最熱門(mén)的激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)，它具有應(yīng)變影響層深、沖擊區(qū)域和壓力可控、很好地保持強(qiáng)化位置的表面粗糙度和尺寸精度、易于自動(dòng)化等特點(diǎn)；激光沖擊強(qiáng)化過(guò)程實(shí)質(zhì)上是等離子體沖擊波壓力脈沖在材料內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力波傳播與相互作用過(guò)程，該過(guò)程中瞬態(tài)彈塑性加載與彈塑性卸載共存，同時(shí)還伴隨著復(fù)雜的應(yīng)變率效應(yīng)和邊界效應(yīng)的影響；因此，激光沖擊波作用下材料動(dòng)態(tài)響應(yīng)攜帶著激光沖擊波的加載過(guò)程及衰減規(guī)律的信息，可以通過(guò)檢測(cè)激光沖擊波誘導(dǎo)的材料動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線研究激光沖擊波的加載機(jī)理及衰減規(guī)律。
激光誘導(dǎo)等離子體沖擊波壓力的顯著特點(diǎn)是壓力高(GI^a量級(jí))、作用時(shí)間短(ns 量級(jí))、衰減快，給實(shí)驗(yàn)測(cè)量沖擊波衰減規(guī)律帶來(lái)了很大的困難，目前測(cè)量激光等離子體沖擊波衰減規(guī)律的方法可分為接觸式探測(cè)法和非接觸式探測(cè)法；接觸式探測(cè)法包括寬帶擴(kuò)音器、PVDF或者PZT換能器、石英傳感器、藍(lán)寶石傳感器、錳銅絲壓阻傳感器以及基于雙折射理論的光纖傳感器等，這些測(cè)量方法的缺點(diǎn)是沖擊波壓力范圍和溫度場(chǎng)變化對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響、設(shè)備頻率響應(yīng)有限、測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、隨機(jī)性大；非接觸式探測(cè)法包括光束偏轉(zhuǎn)法、光束探測(cè)法、高速攝影法、相位測(cè)量法、光學(xué)散射法、超快顯微成像干涉計(jì)、超快時(shí)間分辨的成像干涉計(jì)、超快時(shí)間分辨力的頻域干涉計(jì)等，這些測(cè)量方法的缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜、調(diào)節(jié)困難及測(cè)量結(jié)果受環(huán)境影響比較大。
本發(fā)明提出一種基于應(yīng)變片技術(shù)的激光沖擊波加載機(jī)理及衰減規(guī)律的檢測(cè)方法與裝置，它利用沖擊波的強(qiáng)弱及傳播速度與不同厚度靶材背面動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線的關(guān)系，分析激光沖擊波的加載機(jī)理及衰減規(guī)律，其特點(diǎn)在于測(cè)量原理明確，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，測(cè)量結(jié)果受環(huán)境影響比較小。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出一種基于應(yīng)變片技術(shù)的激光沖擊波加載機(jī)理及衰減規(guī)律的檢測(cè)方法與裝置。
一種基于應(yīng)變片技術(shù)的激光沖擊波加載機(jī)理及衰減規(guī)律的檢測(cè)方法，利用激光沖擊波的強(qiáng)弱及傳播速度與不同厚度靶材背面動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線的關(guān)系，將激光沖擊波加載過(guò)程及衰減規(guī)律的檢測(cè)轉(zhuǎn)換為沖擊波作用下材料動(dòng)態(tài)應(yīng)變的檢測(cè)，利用應(yīng)變片技術(shù)采集激光沖擊波作用下材料的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線，分析激光沖擊波的加載過(guò)程及衰減規(guī)律，其特征在于激光沖擊處理前，在不同厚度靶材背面粘貼應(yīng)變片或者應(yīng)變花，用動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀實(shí)時(shí)采集激光沖擊處理過(guò)程中應(yīng)變片或者應(yīng)變花的動(dòng)態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)傳遞給控制設(shè)備，通過(guò)程序控制繪制出應(yīng)變一時(shí)間或者應(yīng)力一時(shí)間曲線圖，根據(jù)應(yīng)變一時(shí)間或者應(yīng)力一時(shí)間曲線圖，得到激光沖擊波的加載過(guò)程及衰減規(guī)律，為激光沖擊強(qiáng)化工藝參數(shù)優(yōu)化、定量精確控制零件表面殘余應(yīng)力及其分布提供依據(jù)。
—種基于應(yīng)變片技術(shù)的激光沖擊波加載機(jī)理及衰減規(guī)律的檢測(cè)裝置，包括工控機(jī)、激光器、激光器工作臺(tái)、運(yùn)動(dòng)控制卡、工件夾具系統(tǒng)和多螺紋孔工作臺(tái)底座，其特征在于還設(shè)有對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)、光路系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀；對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)和激光器工作臺(tái)并列放置在多螺紋孔工作臺(tái)底座的一端，激光器位于激光器工作臺(tái)上，對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)的出光口和激光器的出光口平行，兩者公用一個(gè)光路系統(tǒng)，對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)的作用是激光沖擊處理前將對(duì)準(zhǔn)定位光斑和激光沖擊光斑調(diào)節(jié)重合，用于記錄激光沖擊光斑的位置，將不同厚度靶材的欲沖擊光斑中心位置與對(duì)準(zhǔn)定位光斑中心位置調(diào)節(jié)至重合，確保試樣正確的沖擊位置，光路系統(tǒng)放置在激光器出光口前面多螺紋孔工作臺(tái)底座上，動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀放置在多螺紋孔工作臺(tái)底座，用于采集激光沖擊過(guò)程中應(yīng)變片或者應(yīng)變花的應(yīng)變數(shù)據(jù)，并傳遞給控制設(shè)備，通過(guò)程序控制繪制出應(yīng)變一時(shí)間或者應(yīng)力一時(shí)間曲線圖。
所述工件夾具系統(tǒng)包括工件、夾具、升降平臺(tái)、X-Y工作臺(tái)組成，夾具安裝在升降平臺(tái)上，升降平臺(tái)安裝在X-Y工作臺(tái)上，工件安裝在夾具上，工件面向激光的一面設(shè)有吸收層和約束層，工件的背向激光的一面設(shè)有應(yīng)變片或者應(yīng)變花。
所述對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)由升降桿、滑動(dòng)裝置、對(duì)準(zhǔn)光源組成，升降桿位于多螺紋孔工作臺(tái)底座上，用于調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)光源的高度，滑動(dòng)裝置安裝在升降桿上并能夠在升降桿上沿垂直于激光發(fā)射方向左右滑動(dòng)，用于調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)光源的左右位置，對(duì)準(zhǔn)光源安裝在滑動(dòng)裝置上，對(duì)準(zhǔn)光源用于標(biāo)定激光光斑位置，與激光器發(fā)出的激光經(jīng)第二反光鏡和第三反光鏡后的光路重合。
所述光路系統(tǒng)包括三塊反光鏡、一塊聚光鏡，激光器發(fā)出的激光先后經(jīng)第二反光鏡、第三反光鏡、第一反光鏡和聚光鏡沖擊工件表面，第二反光鏡安裝在高度可調(diào)的第二支桿上并位于激光器出光口前面，反光鏡中心高度須與激光器出光口的中心位置平齊，第三反光鏡安裝在高度可調(diào)的第三支桿上并位于對(duì)準(zhǔn)光源出光口前面，反光鏡中心高度須與對(duì)準(zhǔn)光源出光口的中心位置平齊，第一反光鏡安裝在高度可調(diào)的并位于固定塊上的第一支桿上，位于聚光鏡正上方，聚光鏡固定在固定塊上并位于工件夾具系統(tǒng)的工件正上方，三塊反光鏡的鏡面相互平行，鏡面中心位于同一高度，固定塊安裝在支撐框架上。
所述工控機(jī)通過(guò)控制運(yùn)動(dòng)控制卡控制X-Y工作臺(tái)、工控機(jī)還控制動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀和激光器，動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀通過(guò)導(dǎo)線連接應(yīng)變片或者應(yīng)變花。
其實(shí)施過(guò)程如下(1)激光沖擊處理前，手動(dòng)調(diào)節(jié)升降平臺(tái)的高度獲得所需直徑的光斑，調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)的升降桿和滑動(dòng)裝置使對(duì)準(zhǔn)光源的光斑與激光沖擊光斑重合，用于記錄激光沖擊光斑的位置；(2)將工件固定在夾具上，工件上欲沖擊光斑表面涂有吸收層，光斑周圍或者背面粘貼有應(yīng)變片或者應(yīng)變花，工控機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡控制工作臺(tái)帶動(dòng)升降平臺(tái)、夾具、工件在二維平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)使欲沖擊光斑與對(duì)準(zhǔn)光源光斑重合，為了確保對(duì)準(zhǔn)定位的精度，手動(dòng)調(diào)節(jié)X-Y 工作臺(tái)使欲沖擊光斑與對(duì)準(zhǔn)光源光斑完全重合；4(3)將約束層放在欲沖擊光斑的吸收層上面，打開(kāi)動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀的控制程序，開(kāi)始進(jìn)行激光沖擊處理，動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀記錄應(yīng)變片或者應(yīng)變花的應(yīng)變數(shù)據(jù)，并傳遞給控制設(shè)備， 通過(guò)程序控制繪制出應(yīng)變一時(shí)間或者應(yīng)力一時(shí)間曲線圖，根據(jù)采集的不同厚度靶材背面的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線，通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線的不同變化趨勢(shì)得到激光沖擊波的加載機(jī)理及衰減規(guī)律。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)利用激光沖擊波的強(qiáng)弱及傳播速度與不同厚度靶材背面動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線的關(guān)系，將激光沖擊波加載過(guò)程及衰減規(guī)律的檢測(cè)轉(zhuǎn)換為沖擊波作用下材料動(dòng)態(tài)應(yīng)變的檢測(cè)，降低了測(cè)量設(shè)備的響應(yīng)頻率；(2)目前測(cè)量技術(shù)僅僅是為了測(cè)量沖擊波的速度及衰減情況，本發(fā)明通過(guò)應(yīng)變片技術(shù)采集不同厚度靶材背面的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線，可以同時(shí)獲得激光沖擊波的加載過(guò)程及衰減規(guī)律的相關(guān)信息，為激光沖擊強(qiáng)化研究提供第一手的資料；(3)測(cè)量原理明確，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低，測(cè)量結(jié)果不受環(huán)境影響。


圖1是本發(fā)明檢測(cè)方法與裝置的原理圖； 圖2是本發(fā)明檢測(cè)裝置的主視圖；圖3本發(fā)明檢測(cè)裝置的俯視圖；圖4是三種不同厚度靶材背面的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線；a) 1. 3mm厚度靶材背面的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線；b) 1.7mm厚度靶材背面的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線；c) 2. Imm厚度靶材背面的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線；1、光路系統(tǒng)；2、對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)；3、工控機(jī)；4、動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀；5、運(yùn)動(dòng)控制卡；6、工件夾具系統(tǒng)；7、光束；8、支撐框架；9、約束層；10、固定塊；11、第一支桿；12、第一反光鏡；13、 聚光鏡；14、吸收層；15、出光口 ；16、激光器；17、激光器工作臺(tái)；18、多螺紋孔工作臺(tái)底座； 19、升降桿；20第三支桿；21、第二支桿；22、夾具；23、升降平臺(tái)；24、應(yīng)變片或者應(yīng)變花； 25、工件；26、第二反光鏡；27、滑動(dòng)裝置；28、對(duì)準(zhǔn)光源；29、第三反光鏡；30、X-Y工作臺(tái)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不是用來(lái)限制本發(fā)明，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提出的方法及裝置的細(xì)節(jié)和工作情況。
本發(fā)明的原理圖如圖1所示，本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2、圖3所示，本發(fā)明裝置包括工控機(jī)3、激光器16、激光器工作臺(tái)17、運(yùn)動(dòng)控制卡5、工件夾具系統(tǒng)6和多螺紋孔工作臺(tái)底座18，其特征在于還設(shè)有對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)2、光路系統(tǒng)1、動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀4，對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng) 2和激光器工作臺(tái)17并列放置在多螺紋孔工作臺(tái)底座18的一端，激光器16位于激光器工作臺(tái)17上，對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)2的出光口 15和激光器16的出光口 15平行，兩者公用一個(gè)光路系統(tǒng)1，對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)2的作用是激光沖擊處理前將對(duì)準(zhǔn)定位光斑和激光沖擊光斑調(diào)節(jié)重合，用于記錄激光沖擊光斑的位置，將不同厚度靶材的欲沖擊光斑中心位置與對(duì)準(zhǔn)定位光斑中心位置調(diào)節(jié)至重合，確保試樣正確的沖擊位置，光路系統(tǒng)1放置在激光器16出光口 15 前面多螺紋孔工作臺(tái)底座18上，動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀4放置在多螺紋孔工作臺(tái)底座18，用于采5集激光沖擊過(guò)程中應(yīng)變片或者應(yīng)變花M的應(yīng)變數(shù)據(jù)，并傳遞給控制設(shè)備，通過(guò)程序控制繪制出應(yīng)變一時(shí)間或者應(yīng)力一時(shí)間曲線圖。
所述工件夾具系統(tǒng)6包括工件25、夾具22、升降平臺(tái)23、X_Y工作臺(tái)30組成，夾具 22安裝在升降平臺(tái)23上，升降平臺(tái)23安裝在X-Y工作臺(tái)30上，工件25安裝在夾具22上， 工件25面向激光的一面設(shè)有吸收層14和約束層9，工件25的背向激光的一面設(shè)有應(yīng)變片或者應(yīng)變花24。
所述對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)2由升降桿19、滑動(dòng)裝置27、對(duì)準(zhǔn)光源觀組成，升降桿19位于多螺紋孔工作臺(tái)底座18上，用于調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)光源觀的高度，滑動(dòng)裝置27安裝在升降桿19上并能夠在升降桿19上沿垂直于激光發(fā)射方向左右滑動(dòng)，用于調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)光源觀的左右位置， 對(duì)準(zhǔn)光源觀安裝在滑動(dòng)裝置27上。對(duì)準(zhǔn)光源觀用于標(biāo)定激光光斑位置，與激光器16發(fā)出的激光經(jīng)第二反光鏡沈和第三反光鏡四后的光路重合。
所述光路系統(tǒng)1包括三塊反光鏡、一塊聚光鏡13，激光器16發(fā)出的激光先后經(jīng)第二反光鏡26、第三反光鏡四、第一反光鏡12和聚光鏡13沖擊工件25表面，第二反光鏡沈安裝在高度可調(diào)的第二支桿21上并位于激光器16的出光口 15前面，第二反光鏡沈中心高度須與激光器16的出光口 15的中心位置平齊，第三反光鏡四安裝在高度可調(diào)的第三支桿20上并位于對(duì)準(zhǔn)光源觀出光口前面，第三反光鏡四反光鏡中心高度須與對(duì)準(zhǔn)光源觀出光口的中心位置平齊，第一反光鏡12安裝在高度可調(diào)的并位于固定塊10上的第一支桿11 上，位于聚光鏡13正上方，聚光鏡13固定在固定塊10上并位于工件夾具系統(tǒng)6的工件25 正上方，三塊反光鏡的鏡面相互平行，鏡面中心位于同一高度，固定塊10安裝在支撐框架8 上。
所述工控機(jī)3通過(guò)控制運(yùn)動(dòng)控制卡5控制X-Y工作臺(tái)30、工控機(jī)3還控制動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀4和激光器16，動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀4通過(guò)導(dǎo)線連接應(yīng)變片或者應(yīng)變花24。
其實(shí)施過(guò)程如下(1)激光沖擊處理前，手動(dòng)調(diào)節(jié)升降平臺(tái)23的高度獲得所需直徑的光斑，調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)2的升降桿19和滑動(dòng)裝置27使對(duì)準(zhǔn)光源觀的光斑與激光沖擊光斑重合，用于記錄激光沖擊光斑的位置；(2)將工件25固定在夾具22上，工件25上欲沖擊光斑表面涂有吸收層14，光斑周圍或者背面粘貼有應(yīng)變片或者應(yīng)變花對(duì)，工控機(jī)3通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡5控制X-Y工作臺(tái)30帶動(dòng)升降平臺(tái)23、夾具22、工件25在二維平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)使欲沖擊光斑與對(duì)準(zhǔn)光源觀光斑重合，為了確保對(duì)準(zhǔn)定位的精度，手動(dòng)調(diào)節(jié)X-Y工作臺(tái)30使欲沖擊光斑與對(duì)準(zhǔn)光源觀光斑完全重I=I O
(3)將約束層9放在欲沖擊光斑的吸收層14上面，打開(kāi)動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀4的控制程序，開(kāi)始進(jìn)行激光沖擊處理，動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀4記錄應(yīng)變片或者應(yīng)變花M的應(yīng)變數(shù)據(jù)，并傳遞給控制設(shè)備，通過(guò)程序控制繪制出應(yīng)變一時(shí)間或者應(yīng)力一時(shí)間曲線圖，根據(jù)采集的不同厚度靶材背面的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線，通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線的不同變化趨勢(shì)得到激光沖擊波的加載機(jī)理及衰減規(guī)律。具體實(shí)施例
采用本發(fā)明的原理及裝置對(duì)三種不同厚度(1. 3mm、1. 7mm,2. 1mm)的20 鋁合金進(jìn)行單次沖擊測(cè)得的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線如圖4所示。
實(shí)驗(yàn)條件為feia-R系列高能量脈沖燈泵浦YAG激光器，激光脈沖能量10J，沖擊光斑直徑6mm，激光波長(zhǎng)1064nm，脈寬10ns，根據(jù)激光能量與功率密度的關(guān)系計(jì)算得激光功率密度為3. 5 X 109 W/cm2。激光沖擊時(shí)采用0. Imm的美國(guó)3M公司專用鋁箔(其中一面為粘貼劑，與試樣表面粘貼)作為激光能量吸收層，K9玻璃作為約束層。
圖4中，a)為1. 3mm厚度靶材背面的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線；b)為1. 7mm厚度靶材背面的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線；c)為2. Imm厚度靶材背面的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線。
a)中的d段曲線表明激光沖擊波在此處產(chǎn)生彈性拉伸應(yīng)變波，e段曲線表明激光沖擊波在此處產(chǎn)生彈性壓縮應(yīng)變波，其應(yīng)變波有一個(gè)共同特征第一個(gè)應(yīng)變波峰值大于第二個(gè)應(yīng)變波峰值，隨后均出現(xiàn)多個(gè)遞減的應(yīng)變波峰值，f段曲線表明激光沖擊波未到達(dá)靶材背面時(shí)應(yīng)力波強(qiáng)度已經(jīng)為零。
b)中的g段曲線表明激光沖擊波在此處產(chǎn)生彈性拉伸應(yīng)變波，i段曲線表明激光沖擊波在此處產(chǎn)生彈性壓縮應(yīng)變波，其應(yīng)變波有一個(gè)共同特征第一個(gè)應(yīng)變波峰值大于第二個(gè)應(yīng)變波峰值，隨后均出現(xiàn)多個(gè)遞減的應(yīng)變波峰值，h段曲線表明激光沖擊波未到達(dá)靶材背面時(shí)應(yīng)力波強(qiáng)度已經(jīng)為零。
c)中的三條應(yīng)變曲線表明激光沖擊波未到達(dá)靶材背面時(shí)應(yīng)力波強(qiáng)度已經(jīng)為零，在其背面沒(méi)有檢測(cè)到彈性應(yīng)變波，j、k、1三段應(yīng)變曲線均為材料之間相互擠壓產(chǎn)生的彈性壓縮變形。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)激光沖擊波加載過(guò)程及衰減規(guī)律的方法，其特征在于利用激光沖擊波的強(qiáng)弱及傳播速度與不同厚度靶材背面動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線的關(guān)系，將激光沖擊波加載過(guò)程及衰減規(guī)律的檢測(cè)轉(zhuǎn)換為沖擊波作用下材料動(dòng)態(tài)應(yīng)變的檢測(cè)，利用應(yīng)變片技術(shù)采集激光沖擊波作用下材料的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線，分析激光沖擊波的加載過(guò)程及衰減規(guī)律，具體為激光沖擊處理前，在不同厚度靶材背面粘貼應(yīng)變片或者應(yīng)變花，用動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀實(shí)時(shí)采集激光沖擊處理過(guò)程中應(yīng)變片或者應(yīng)變花的動(dòng)態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)傳遞給控制設(shè)備，通過(guò)程序控制繪制出應(yīng)變--時(shí)間或者應(yīng)力一時(shí)間曲線圖，根據(jù)應(yīng)變--時(shí)間或者應(yīng)力--時(shí)間曲線圖，得到激光沖擊波的加載過(guò)程及衰減規(guī)律，為激光沖擊強(qiáng)化工藝參數(shù)優(yōu)化、定量精確控制零件表面殘余應(yīng)力及其分布提供依據(jù)。
2.一種檢測(cè)激光沖擊波加載過(guò)程及衰減規(guī)律的裝置，包括工控機(jī)、激光器、激光器工作臺(tái)、運(yùn)動(dòng)控制卡、工件夾具系統(tǒng)和多螺紋孔工作臺(tái)底座，其特征在于還設(shè)有對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)、 光路系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀；對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)和激光器工作臺(tái)并列放置在多螺紋孔工作臺(tái)底座的一端，激光器位于激光器工作臺(tái)上，對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)的出光口和激光器的出光口平行，兩者公用一個(gè)光路系統(tǒng)，對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)的作用是激光沖擊處理前將對(duì)準(zhǔn)定位光斑和激光沖擊光斑調(diào)節(jié)重合，用于記錄激光沖擊光斑的位置，將不同厚度靶材的欲沖擊光斑中心位置與對(duì)準(zhǔn)定位光斑中心位置調(diào)節(jié)至重合，確保試樣正確的沖擊位置，光路系統(tǒng)放置在激光器出光口前面多螺紋孔工作臺(tái)底座上，動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀放置在多螺紋孔工作臺(tái)底座，用于采集激光沖擊過(guò)程中應(yīng)變片或者應(yīng)變花的應(yīng)變數(shù)據(jù)，并傳遞給控制設(shè)備，通過(guò)程序控制繪制出應(yīng)變一時(shí)間或者應(yīng)力一時(shí)間曲線圖。
3.如權(quán)利要求2所述的一種檢測(cè)激光沖擊波加載過(guò)程及衰減規(guī)律的裝置，其特征在于所述工件夾具系統(tǒng)包括工件、夾具、升降平臺(tái)、X-Y工作臺(tái)組成，夾具安裝在升降平臺(tái)上，升降平臺(tái)安裝在X-Y工作臺(tái)上，工件安裝在夾具上，工件面向激光的一面設(shè)有吸收層和約束層，工件的背向激光的一面設(shè)有應(yīng)變片或者應(yīng)變花。
4.如權(quán)利要求2所述的一種檢測(cè)激光沖擊波加載過(guò)程及衰減規(guī)律的裝置，其特征在于所述對(duì)準(zhǔn)定位系統(tǒng)由升降桿、滑動(dòng)裝置、對(duì)準(zhǔn)光源組成，升降桿位于多螺紋孔工作臺(tái)底座上，用于調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)光源的高度，滑動(dòng)裝置安裝在升降桿上并能夠在升降桿上沿垂直于激光發(fā)射方向左右滑動(dòng)，用于調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)光源的左右位置，對(duì)準(zhǔn)光源安裝在滑動(dòng)裝置上，對(duì)準(zhǔn)光源用于標(biāo)定激光光斑位置，與激光器發(fā)出的激光經(jīng)第二反光鏡和第三反光鏡后的光路重合。
5.如權(quán)利要求2所述的一種檢測(cè)激光沖擊波加載過(guò)程及衰減規(guī)律的裝置，其特征在于所述光路系統(tǒng)包括三塊反光鏡、一塊聚光鏡，激光器發(fā)出的激光先后經(jīng)第二反光鏡、第三反光鏡、第一反光鏡和聚光鏡沖擊工件表面，第二反光鏡安裝在高度可調(diào)的第二支桿上并位于激光器出光口前面，反光鏡中心高度須與激光器出光口的中心位置平齊，第三反光鏡安裝在高度可調(diào)的第三支桿上并位于對(duì)準(zhǔn)光源出光口前面，反光鏡中心高度須與對(duì)準(zhǔn)光源出光口的中心位置平齊，第一反光鏡安裝在高度可調(diào)的并位于固定塊上的第一支桿上， 位于聚光鏡正上方，聚光鏡固定在固定塊上并位于工件夾具系統(tǒng)的工件正上方，三塊反光鏡的鏡面相互平行，鏡面中心位于同一高度，固定塊安裝在支撐框架上。
6.如權(quán)利要求2所述的一種檢測(cè)激光沖擊波加載過(guò)程及衰減規(guī)律的裝置，其特征在于所述工控機(jī)通過(guò)控制運(yùn)動(dòng)控制卡控制X-Y工作臺(tái)、工控機(jī)還控制動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀和激光器，動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變儀通過(guò)導(dǎo)線連接應(yīng)變片或者應(yīng)變花。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光沖擊波測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于應(yīng)變片技術(shù)的激光沖擊波加載過(guò)程及衰減規(guī)律的檢測(cè)方法與裝置，它利用應(yīng)變片檢測(cè)激光沖擊的不同厚度靶材背面的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線，根據(jù)采集的動(dòng)態(tài)應(yīng)變曲線分析激光沖擊波的加載過(guò)程及衰減規(guī)律。本發(fā)明測(cè)量原理明確，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低，測(cè)量結(jié)果不受環(huán)境影響。
文檔編號(hào)G01D21/00GK102494712SQ201110381078
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者馮愛(ài)新, 盧軼, 周鵬程, 曹宇鵬, 王俊偉, 聶貴鋒 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)