技术领域
[0001] 本
发明属于航空
发动机整体叶盘
叶片强化处理领域，具体地说是一种用于航空发动机整体叶盘的激光冲击强化设备。
背景技术
[0002] 叶片是发动机中
能量转换的主要部件，是航空发动机最为核心和关键的零件之一，被誉为“心脏中的心脏”。叶片在高温、高速、高压及
腐蚀等条件下服役，已远远超出了大多数材料的耐受极限。为了防止在高温、高速、高压及腐蚀介质等环境下工作的发动机叶片因表面局部损坏而报废，提高叶片的可靠性、安全性，延长使用寿命，世界各国都在积极研究和应用叶片的
表面处理技术。
[0003] 整体叶盘把叶片和轮盘设计为一个零件，代替通常叶片
榫齿与轮盘
榫槽再加
锁片的连接结构，提高了发动机的
气动效率、推重比及可靠性。单个叶片的传统强化技术是
喷丸强化，喷丸强化对表面不规则部件实施困难，容易引起薄壁件的
变形，对表面粗糙度和尺寸可能产生影响。激光冲击强化可以克服喷丸强化的不足，尤其适用于结构形状复杂的整体叶盘。
[0004] 激光冲击强化技术是利用强
激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能
力的一种高新技术。由于它与现有的冷
挤压、喷丸等金属材料表面强化手段相比，具有非
接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点，自产生之日起就得到了广泛的关注和研究。
[0005] 针对航空发动机整体叶盘激光冲击强化相关的生产设备还不成熟、生产效率低、工艺参数难以选择等问题，本发明开发的航空发动机整体叶盘激光冲击强化设备，可以大幅度提高航空发动机叶盘的抗疲劳和抗拉
应力腐蚀等性能指标。本成套装备的应用，对于解决飞机发动机
叶轮疲劳断裂问题，提高其可靠性将具有重大意义。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种航空发动机整体叶盘激光冲击强化设备。该航空发动机整体叶盘激光冲击强化设备能够有效地在叶片表面引入压应力层，提高航空发动机叶盘的抗疲劳和拉应力腐蚀等性能指标。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：整体叶盘激光冲击强化设备，包括：上位机与轨迹
机器人、
激光器、光路系统、激光头、送
水系统、送水机器人系统、
监控系统连接；叶盘通过夹具与轨迹
机器人手臂末端连接，激光器射出的激光经光路系统传输后通过激光头照射到叶盘表面的加工区域，送水系统的软管与送水机器人系统的送水机器人手臂末端的
喷嘴连接，喷嘴射出水至叶盘表面的加工区域。
[0008] 所述夹具包括异形
螺母、连接
法兰、锥体
支撑件、等分锥体、开口胀圈、压盖、拉杆及周向
定位装置，其中异形螺母安装于连接法兰的一端，所述连接法兰的另一端与锥体支撑件一端的端面连接，所述等分锥体套装于锥体支撑件的另一端，所述开口胀圈套装与等分锥体的外侧，叶盘套装于开口胀圈的外侧，叶盘排气侧的端面与锥体支撑件一端的端面相配合，所述压盖设置于等分锥体的上端，所述拉杆穿过压盖、锥体支撑件及连接法兰与异形螺母
螺纹连接，在旋紧拉杆的过程中，开口胀圈不断向外膨胀，实现叶盘的轴向定位和径向定位；所述周向定位装置与锥体支撑件和叶盘连接。
[0009] 周向定位装置包括销钉、连接板及锥形销钉，其中连接板的一端通过销钉与锥体支撑件的另一端连接，连接板的另一端通过锥形销钉与叶盘的外圆周连接。
[0010] 所述销钉和锥形销钉与连接板之间采用
过盈配合。
[0011] 所述压盖与叶盘之间设有胶垫。
[0012] 所述锥体支撑件和等分锥体相配合的锥面的锥度为7:24。
[0013] 所述等分锥体比锥体支撑件轴向长4.5mm，旋紧拉杆后，等分锥体的下端与锥体支撑件一端的端面之间有间隙，锥体支撑件的另一端与压盖之间有间隙。
[0014] 所述拉杆和压盖之间设有平垫。
[0015] 所述锥体支撑件和锥形销钉采用硬
铝合金材料，所述连接法兰采用不锈
钢材料，胀圈采用
铜材料。
[0016] 所述连接法兰与轨迹机器人法兰盘的连接定位。
[0017] 所述送水系统包括：储水箱的
箱体上部连接有进水管和溢
流管；进水管上连接有进
水电磁
阀，进水
电磁阀与上位机连接，进水管末端通过水阀与水源连接；溢流管末端与下水连接；储水箱底部安装
球阀A，球阀A通过排污管与下水连接；储水箱的箱体外表面下部设置有水位
传感器，水位传感器与上位机连接；储水箱的箱体下部连有出水管，出水管上连接有球阀B，出水管末端与水
泵进水口连接，出水口通过水流传感器与软管连接。
[0018] 所述激光头包括数控转台、摆臂、激光头末端、大聚焦镜、小聚焦镜、小反射镜及小反射镜镜座；其中：数控转台和大聚焦镜分别通过螺钉和镜架安装在光学平台上，摆臂的一端固定安装在数控转台上；摆臂的另一端与激光头末端相连接，小反射镜镜座固定在激光头末端的端部，小反射镜镶嵌在小反射镜镜座的槽中，激光头末端的端部侧面上设置出光口，小聚焦镜固定在激光头末端的出光口处；小反射镜镜座与出光口设置的
位置使得照射到小反射镜上的入射光与通过小反射镜反射出的反射光之间夹
角为30-34°。
[0019] 所述摆臂由连接板、连接管和导光管组成；其中：连接板与数控转台之间通过螺钉固定；连接板与连接管之间通过轴肩定位，并由锁紧螺钉固定；导光管与连接管之间通过轴肩定位，并由锁紧螺钉固定。
[0020] 所述连接板与数控转台固定前在其之间垫一层胶垫保证摆臂水平；所述导光管与连接管连接前，在连接管内转动导光管，用于调整激光头末端的出光口处输出激光的方向，然后再拧紧螺钉进行固定。
[0021] 所述摆臂的导光管与激光头末端之间通过轴肩定位，并由锁定螺钉A紧固。
[0022] 在数控转台上通过螺钉安装有
配重块，用于平衡摆臂的重量，摆臂、激光头末端和小反射镜镜座均采用
铝合金材料，配重块采用
不锈钢材料。
[0023] 所述小反射镜镜座通过M3的平头螺钉固定在激光头末端的端部；其中：小反射镜镜座采用沉头孔结构设计；拧紧平头螺钉之前，在螺钉螺纹处、小反射镜镜座与激光头末端的端部的结合面处涂一层紫外
固化胶，拧紧螺钉后，放入紫外固化箱中固化30s，对结合面进行密封。
[0024] 所述小反射镜
镀高反射膜，R＞99.8@1064nm；损伤
阈值为脉冲25J/cm2，10ns、2Hz，入射角为α=16±2°，
波长532nm及1064nm激光在其上的16±2°角反射率达到
99.5%以上。
[0025] 所述小聚焦镜通过锁定螺钉B固定在激光头的末端的出光口处，采用轴肩定位的方式进行定位；其中：拧紧锁定螺钉B之前，在锁定螺钉B螺纹处、小聚焦镜边缘与激光头末端出光口处的结合面处涂一层紫外固化胶，拧紧锁定螺钉B后，放入紫外固化箱中固化30s，对结合面进行密封。
[0026] 所述小聚焦镜的镜片损伤阈值：脉冲25J/cm2、10ns、2Hz，波长532nm及1064nm激光在其上的透射率达到99.5%以上。
[0027] 用于将大聚焦镜固定在光学平台上的镜架其装调机构均采用4维调整机构，大聚2
焦镜的镜片损伤阈值：脉冲25J/cm、10ns、2Hz，波长532nm及1064nm激光在其上的透射率达到99.5%以上。
[0028] 所述送水机器人系统包括送水机器人及
支架、流量阀、电磁阀和喷嘴；送水机器人底座固定于支架末端，流量阀和电磁阀电磁阀安装在支架上，送水系统的软管依次通过流量阀、电磁阀与送水机器人末端固定的喷嘴进水口连接；流量阀、电磁阀、以及安装在送水
机器人关节处的
位置传感器均与上位机连接。
[0029] 所述监控系统包括声压
质量监控系统和加工过程监控系统；声压质量监控系统与上位机连接，并固定在送水机器人系统的支架上，并与加工的叶盘同等高度，用于接收叶盘加工时的
声波信息；加工过程监控系统与上位机连接并固定于送水机器人系统的支架末端，用于接收叶盘加工的视频信息。
[0030] 所述声压质量监控系统采用声音传感器；加工过程监控系统采用摄像机。
[0031] 所述光路系统包括：安装在光学平台上的光路一与光路二切换滑台、光路三与光路四切换滑台以及出光口滑台；安装在激光器内部用于光路切换的数控滑台；安装在光学平台上的光路三转台和光路一转台；安装在光学平台上的光路三与光路四校验滑台和光路一与光路二校验滑台；安装在光学平台上的光路二反射镜、光路四反射镜、反射镜A和反射镜B；安装在光学平台上的光路一聚焦镜、光路三聚焦镜、光路二聚焦镜和光路四聚焦镜，安装在光学平台上的光路二匀光镜片和光路四匀光镜片，所述光路二聚焦镜和光路二匀光镜片组成光路二匀光聚焦镜组，所述光路四聚焦镜和光路四匀光镜片组成光路四匀光聚焦镜组；分别安装在光路一转台和光路三转台上的光路一摆臂和光路三摆臂；分别安装在光路一摆臂末端和光路三摆臂末端的光路一小反射镜和光路三小反射镜；分别安装在光路一与光路二切换滑台和光路三与光路四切换滑台上的光路一反射镜和光路三反射镜；安装在出光口滑台上的反射镜C和反射镜D；安装在数控滑台上的反射镜E；安装在激光器内部的合束镜；分别安装在光路三与光路四校验滑台和光路一与光路二校验滑台上的光路三与光路四校验能量计和光路一与光路二校验能量计；安装在光学平台上的防护板、防护罩和导光管。
[0032] 所述反射镜E在伺服
电机的驱动下或手动旋转
伺服电机后端的旋钮，能够在数控滑台上滑动；激光器上设置出光口A和出光口B；当反射镜E处在出光口A正前方时，激光束A经反射镜E反射至合束镜，再经合束镜反射出的激光与激光束B均由出光孔B输出；当反射镜E处在出光口A和出光口B之间的位置时，激光束A和激光束B分别从出光口A和出光口B输出。
[0033] 所述反射镜C和反射镜D在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机后端的旋钮，能够同时在出光口滑台上滑动；A出光口和B出光孔同时出光时，当反射镜C和反射镜D分别正处于出光孔A和出光孔B的正后方时，A出光孔输出的激光经反射镜C的反射能够反射到反射镜C左方的反射镜A上，B出光孔输出的激光经反射镜D的反射能够反射到反射镜D右方的反射镜B上；只有B出光孔出光时，当反射镜C和反射镜D分别正处于出光孔A和出光孔B的后方时，B出光孔输出的激光经反射镜D的反射可以反射到反射镜D右方的反射镜B上；只有B出光孔出光时，当只有反射镜C正处于出光孔B的后方时，B出光孔输出的激光经反射镜C的反射可以反射到反射镜C左方的反射镜A上。
[0034] 所述光路一反射镜在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机后端的旋钮，能够在光路一与光路二切换滑台上滑动；当反射镜B上有激光束反射出来时，光路一反射镜正处于反射镜B反射光路的正后方时，反射镜B反射来激光经光路一反射镜反射到光路一反射镜左方的光路1聚焦镜上；当反射镜B上有激光束反射出来时，光路一反射镜不处于反射镜B反射光路的正后方时，反射镜B反射来激光经光路二反射镜反射到光路二反射镜左方的光路二匀光聚焦镜组上。
[0035] 所述光路三反射镜在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机后端的旋钮，能够在光路三与光路四切换滑台上滑动；当反射镜A上有激光束反射出来时，光路三反射镜正处于反射镜A反射光路的正后方时，反射镜A反射来的激光经光路三反射镜反射到光路三反射镜右方的光路三聚焦镜上；当反射镜A上有激光束反射出来时，光路三反射镜不处于反射镜A反射光路的正后方时，反射镜A反射来的激光经光路四反射镜反射到光路四反射镜右方的光路四匀光聚焦镜组上。
[0036] 所述光路一摆臂在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机旁的旋钮，能够围绕光路一转台的轴线转动；当光路一聚焦镜有激光输出时，光路一摆臂摆至光路一小反射镜正好处于光路一聚焦镜输出光路的正左方时，光路一小反射镜将经光路一聚焦镜输出的激光反射到
工件表面，形成直径为2-5mm的光强均匀的圆形光斑；当不需光路一工作时，光路一摆臂顺
时针旋转至光学平台上。
[0037] 所述光路三摆臂在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机旁的旋钮，能够围绕光路三转台的轴线转动；当光路三聚焦镜有激光输出时，光路三摆臂摆至光路三小反射镜正好处于光路三聚焦镜输出光路的正右方时，光路三小反射镜将经光路三聚焦镜输出的激光反射到工件表面，形成直径为2-5mm的光强均匀的圆形光斑；当不需光路三工作时，光路三摆臂逆时针旋转至光学平台上。
[0038] 当光路二匀光聚焦镜组有激光束输入时，光路二聚焦镜输出的激光照射到工件表面，形成边长为2-5mm的光强均匀的方形光斑。
[0039] 当光路四匀光聚焦镜组有激光束输入时，光路四聚焦镜输出的激光照射到工件表面，形成边长为2-5mm的光强均匀的方形光斑。
[0040] 所述光路一与光路二校验能量计在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机后端的旋钮，能够在光路一与光路二校验滑台上滑动；光路一摆臂和光路三摆臂均处于不工作状态，校验光路一的完好性时，光路一与光路二校验能量计移动到光路一聚焦镜的正后方，选择从光路一中输出激光，测量光路一输出的能量，与激光器输出的能量做对比；校验光路二的完好性时，光路一与光路二校验能量计移动到光路二聚焦镜的正后方，选择从光路二中输出激光，测量光路二输出的能量，与激光器输出的能量做对比；当对工件进行冲击强化加工时，光路一与光路二校验能量计移动到不遮挡光路的地方。
[0041] 所述光路三与光路四校验能量计在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机后端的旋钮，能够在光路三与光路四校验滑台上滑动；光路一摆臂和光路三摆臂均处于不工作状态，校验光路三的完好性时，光路三与光路四校验能量计移动到光路三聚焦镜的正后方，选择从光路三中输出激光，测量光路三输出的能量，与激光器输出的能量做对比；校验光路四的完好性时，光路三与光路四校验能量计移动到光路四聚焦镜的正后方，选择从光路四中输出激光，测量光路四输出的能量，与激光器输出的能量做对比；当对工件进行冲击强化加工时，光路一与光路二校验能量计移动到不遮挡光路的地方。
[0042] 当只由出光口B出光时，当输入波长为1064nm、单脉冲能量为3-20J、脉宽为8-25ns、光束直径＜27mm，发散角＜3mrad的激光束时，光路一或光路三能够输出激光光斑直径为2-5mm的光强均匀的圆形光斑；当只由出光口B出光时，当输入波长为1064nm、单脉冲能量为3-20J、脉宽为8-25ns、光束直径＜27mm，发散角＜3mrad的激光束时，光路二或光路四能够输出激光光斑为边长2-5mm的光强均匀的方形光斑。
[0043] 当出光口A和出光口B同时出光时，当输入波长为1064nm、单脉冲能量为3-20J、脉宽为8-25ns、光束直径＜27mm，发散角＜3mrad的激光束时，光路一和光路三能够输出激光光斑直径为2-5mm的光强均匀的圆形光斑；当出光口A和出光口B同时出光时，当输入波长为1064nm、单脉冲能量为3-20J、脉宽为8-25ns、光束直径＜27mm，发散角＜3mrad的激光束时，光路二和光路四能够输出激光光斑为边长2-5mm的光强均匀的方形光斑。
[0044] 当输入波长为1064nm、单脉冲能量为3-20J、脉宽为8-25ns、光束直径＜27mm，发散角＜3mrad的激光束时，光路一和光路三的能量损失＜6%；当输入波长为1064nm、单脉冲能量为3-20J、脉宽为8-25ns、光束直径＜27mm，发散角＜3mrad的激光束时，光路二和光路四的能量损失＜10%。
[0045] 所述激光器102产生脉宽8～25ns的短脉冲、
频率0～10Hz、光束直径＜27mm、单脉冲能量＜25J的激光。
[0046] 本发明的优点与积极效果为：
[0047] 1．本发明采用6
自由度轨迹机器人带动叶盘运动，在满足运动加工的同时，大大简化了设备的复杂性，同时增加了设备的柔性，不但可以加工航空发动机整体叶盘，还可以加工其他结构形式的零件。
[0048] 2．本发明采用6自由度送水机器人和自动控制的送水系统，能够适应复杂零件的加工，保证工件加工区域表面的约束层厚度在1～2mm内可调、厚度均匀。
[0049] 3．本发明采用声压质量监控系统，实现加工质量的在线
无损检测，大大降低了质量检测的成本。
[0050] 4．本发明能够实现车间内无人化工作，保证了人员和设备的安全。
[0051] 5．本发明具有结构简单、使用方便、安全可靠、加工效率高等优点，在提高生产效率的同时，保证了冲击强化质量的均匀性和
稳定性。
附图说明
[0052] 图1为本发明的设备总体方案图；
[0053] 图2为设备布局示意图；
[0054] 图3为图2中局部放大的送水机器人系统105结构示意图；
[0055] 图4为图2中局部放大的光路系统103和激光头109的结构示意图；
[0056] 图5为轨迹机器人106的工作示意图；
[0057] 其中，107为叶盘，111为喷嘴，115为激光束；
[0058] 图6为送水系统101的结构示意图；
[0060] 图8为本发明的夹具结构示意图；
[0061] 图9为本发明中夹具连接法兰的俯视图；
[0062] 图10为图9的A-A剖视图；
[0063] 图11为本发明中夹具锥体支撑件的结构示意图；
[0064] 图12为本发明中夹具开口胀圈的结构示意图；
[0065] 图13为图12的俯视图；
[0066] 图14为本发明中夹具等分锥体的俯视图；
[0067] 图15为图14的A-A剖视图；
[0068] 图16为本发明中夹具压盖的结构示意图；
[0069] 图17为本发明中夹具异形螺母的结构示意图；
[0070] 图18为图17的俯视图；
[0071] 其中：1为异形螺母，2为螺钉，3为连接法兰，4为螺钉，5为锥体支撑件，6为等分锥体，7为开口胀圈，8为叶盘，9为胶垫，10为压盖，11为平垫，12为拉杆，13为销钉，14为连接板，15为锥形销钉；
[0072] 图19为本发明的安装激光头的光路系统结构图；
[0073] 图20为本发明的安装于光路系统中的激光头结构示意图；
[0074] 图21为本发明的激光头部分光路系统光路示意图；
[0075] 图22为激光头末端结构示意图；
[0076] 图23为小反射镜镜座示意图；
[0077] 其中：102为激光器，515为光学平台，903为导光管A，511为大聚焦镜，905为数控转台，906为摆臂，907为激光头末端，908为导光管，909为连接管，910为连接板，911为配重块，912为小聚焦镜，913为锁定螺钉B，914为小反射镜，915为平头螺钉，916为锁定螺钉A，917为小反射镜镜座，918为出光口；
[0078] 图24为本发明的设备工作原理图；
[0079] 图25为本发明的光路系统简图;
[0080] 图26为本发明的光路系统俯视图;
[0081] 图27为本发明的光路系统立体图;
[0082] 图28为光学平台结构简图;
[0083] 图29为光路传输的激光束效果图;
[0084] 其中：501为光路一与光路二切换滑台，502为光路二反射镜，503为光路一反射镜，504为光路二匀光聚焦镜组，505为光路一聚焦镜，506为光路一转台，507为光路一小反射镜，508为光路三小反射镜，509为光路三转台，510为光路四匀光聚焦镜组，511为光路三聚焦镜，512为光路四反射镜，513为光路三反射镜，514为光路三与光路四切换滑台，515为光学平台；516为反射镜A，517为出光口滑台，518为反射镜C，102为激光器，520为反射镜E，521为数控滑台，522为反射镜D，523为反射镜B，524为光路二匀光镜片，525为光路二聚焦镜，526为光路三与光路四校验滑台，527为光路三与光路四校验能量计，528为光路一摆臂，529为光路三摆臂，530为光路一与光路二校验能量计，531为光路一与光路二校验滑台，532为光路四聚焦镜，533为光路四匀光镜片，534为防护板，535为防护罩，903为导光管A，537为合束镜。
具体实施方式
[0085] 下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0086] 本发明的结构和布局如图2所示，送水系统101与送水机器人系统110连接，实现按照
指定方向和大小将水送至叶盘107的加工区域；激光器102发出的激光束，通过安装在激光器102正前方的光路系统103直接传输到叶盘107的加工区域或者通过光路系统103和激光头109传输到叶盘107的加工区域，其中激光器102的出光口与光路系统103的入光口对齐；声压质量监控系统316安装在支架105上并与叶盘107加工区域同高，用于监测叶盘的加工质量；安装在支架105上加工过程监控系统313用于监控设备的运行状态，叶盘107通过夹具108安装在轨迹机器人106手臂末端上，由轨迹机器人带动其运动，激光器102通过激光器
控制器113与上位机112连接，送水机器人110和轨迹机器人通过机器人控制器114与上位机连接，所述的送水系统101、激光器102、质量监控系统104、送水机器人
110、轨迹机器人106、光路系统103由上位机112统一控制。
[0087] 如图1-7所示，本发明包括激光器102、夹持叶盘107沿指定轨迹相对于激光束运动的轨迹机器人106、夹持喷嘴111沿指定轨迹运动将水送至加工区域的送水机器人110、控制水量大小以及自动启停的约束层送水系统（包括送水系统101和送水机器人系统
105）、实时在线监测加工质量的声压质量监控系统104、监测和控制设备正常运行的加工过程监控系统313、将激光器102发出的激光束整形并传输至加工位置的光路系统103。
[0088] 其中：激光器102用于产生脉宽8～25ns的短脉冲、频率0～10Hz、光束直径＜27mm、单脉冲能量＜25J的激光，经后续的光路系统聚焦，能够产生高
峰值功率密度（＞109w/cm2）的激光，从而在金属靶材和约束层之间形成
等离子体。
[0089] 将工件（叶盘）固定在轨迹机器人106的末端夹具108上，依靠机器人的带动使工件运动进入加工空间，并且根据强化加工轨迹不断地调整工件的位置和
姿态，从而实现工件不同位置的激光冲击强化。同时，在机器人的末端夹具上还实现叶盘的分度旋转运动，从而实现叶盘上不同叶片的激光冲击强化加工。
[0090] 将喷嘴111安装在送水机器人110末端的法兰上，依靠机器人的带动使喷嘴111运动进入加工空间，并且根据强化加工轨迹不断地调整喷嘴的位置和姿态，从而实现加工区域的水流稳定均匀。
[0091] 约束层送水系统由水箱624、水泵627、电磁阀618、流量阀311、
液位传感器（水位传感器）623、流量传感器（水流传感器）626、集水箱314等组成。通过液位传感器626和电磁阀312监测控制水箱624里的去离子水的储水量，水量不足时自动补水，水量超过设定值时自动关闭电磁阀312停止补水；恒压水泵627从水箱624里将去离子水抽送至流量阀311，保证流量阀311进水口处的压力恒定；通过恒压水泵627调整喷嘴111处的流量大小；
通过流量传感器626监测水泵出口处有没有去离子水流通；通
过喷嘴111前的电磁阀312控制水流的通断。
[0092] 声压质量监控系统316通过监测激光冲击的冲击波能量表征激光冲击处理的效果，在叶盘加工过程中，每冲击加工一次都记录相应的数据，为工艺参数的调整提供参考。
[0093] 加工过程监控系统313对激光冲击的加工过程参数进行实时监测预控，实现送水机器人和轨迹机器人运动实时监测，激光器102运行状态实时监测，实现车间内无人化、远程监控。
[0094] 光路系统103将激光传输到指定位置，并整形成所需大小形状的光斑，同时可以实现单双面加工任意切换、圆形光斑与方形光斑任意切换。
[0095] 如图1-5所示，整体叶盘激光冲击强化设备，包括可以输出激光束的激光器102、带动叶盘沿指定轨迹相对于激光束运动的轨迹机器人106、夹持喷头沿指定轨迹运动将水送至加工区域的送水机器人系统104、控制水量大小以及自动启停的约束层送水系统101、实时在线监测加工质量的声压质量监控系统316、监测和控制设备正常运行的加工过程监控系统313、将激光器发出的激光束整形并传输至加工位置的光路系统103。激光器102发出的激光通过光路系统103引到工件的表面，激光器102的出光孔和光路系统的进光孔配合，保证激光束完全垂直进入光路系统103。送水系统101将水送到喷嘴111处，送水机器人110带动喷嘴111，将水喷到工件107的加工位置处，过程监控系统313时刻监测和控制系统的运行状态和运行方式，声压质量监控系统316检测工件的加工质量，并反馈给工控机，来调整工艺参数，使得加工质量达到最优。上述各子系统的紧密配合和
软件的协作，组成激光冲击强化设备，实现叶盘的激光冲击强化处理，提高工件的疲劳寿命。
[0096] 本发明的激光器功能如下：
[0097] 输出激光束的激光器102可以输出波长为532nm、直径为3mm，光强为0.1-2mJ/cm2的引导光，用于观察激光束和光斑的位置，同时可以输出波长1064nm、直径为27mm、单脉冲能量25J、频率为0-5Hz、脉宽为8-25nns的脉冲激光，用于激光冲击强化。
[0098] 激光器102输出的波长532nm的激光束和波长1064nm的激光束
同轴度＜0.5mrad。
[0099] 激光器102的工作方式为单台双路且可单路工作，即激光器有两个出光孔A和B，A出光孔和B出光孔可以同时输出激光，也可以只从B出光孔输出激光。选择A、B出光孔同时出光时，A、B出光孔最大可同时输出波长1064nm、直径为27mm、单脉冲能量12.5J、频率为0-5Hz、脉宽为8-25nns的脉冲激光，同时可以输出波长为532nm、直径为3mm，光强为2
0.1-2mJ/cm 的引导光；选择只从B出光孔出光时，B出光孔最大可同时输出波长1064nm、直径为27mm、单脉冲能量25J、频率为0-5Hz、脉宽为8-25nns的脉冲激光，同时可以输出波
2
长为532nm、直径为3mm，光强为0.1-2mJ/cm 的引导光。
[0100] 激光器102的两个出光孔A和B的中心距为231mm，B出光孔的中心距激光器左侧边缘250mm。Ａ和Ｂ出光孔在同一水平面上，距地面高度为895mm。
[0101] 激光器102上A出光孔、B出光孔同时出光或只有B出光孔出光的切换方式：可以手动滑动A出光孔前的45°全反射镜，也可数控滑台驱动A出光孔前的45°全反射镜切入或切出光路实现。
[0102] 激光器102的尺寸大小为2400mm×1200mm×1300mm。
[0103] 本发明的采用的机器人包括：
[0104] 轨迹机器人106夹持叶盘107沿指定轨迹相对于激光束运动的。轨迹机器人106为6自由度机器人、型号为RX270，最大负载为250Kg、可达距离为2900mm、重复定位
精度为±0.09mm，防护等级为IP65。
[0105] 送水机器人110夹持喷头沿指定轨迹将水送至加工区域。送水机器人110为6自由度机器人、型号为TX40，最大负载为2Kg、可达距离为500mm、重复定位精度为±0.02mm，防护等级为IP65。
[0106] 本发明的送水系统结构及功能如下：
[0107] 如图6所示，控制水量大小以及自动启停的约束层送水系统将去离子水送至喷嘴111。约束层送水系统由水源615、水阀616、进水管617、进水电磁阀618、溢流口619、溢流管620、球阀A621、排污管622、水位传感器623、储水箱624、球阀B625、水流传感器626、水泵627、流量阀311、电磁阀312、喷嘴111组成。水阀616连接在水源615上，实现水源与进水管617之间的水流的通断，进水电磁阀618安装在进水管617和储水箱624之间，溢流管620安装在溢流口619上，排污管622通过球阀A621连接在储水箱624上，水位传感器
623安装在储水箱的底部。球阀B625安装在储水箱624的底部并与水泵627通过水管连接在一起。水流传感器626安装在水泵627的出口端，用水管将水流传感器626出口处的水引到流量阀311上，电磁阀312控制流量阀311出水口的通断，用水管将电磁阀312和喷嘴
111连接起来。从而实现将水源615处的水送到喷嘴111处。喷嘴111喷出的水通过集水箱624收集起来，和溢流管620、排污管622出来的水一起送入
水处理厂。
[0108] 通过进水电磁阀617和水位传感器623和工控机相互协作，实现储水箱624自动补水，保证储水箱624里的水量始终保持在储水箱624总容量的30%-80%。同时，由于安装了溢流管620，使得送水系统更加安全可靠。
[0109] 通过进水流传感器626、恒压水泵627、流量阀311、电磁阀312控制喷嘴111中流量的大小，并能实时控制。
[0110] 通过约束层送水系统、送水机器人110控制喷嘴111中流量的大小、喷嘴的位置和姿态，使得加工区域叶盘表面的水层厚度为1-2mm，且均匀稳定，连续可调。
[0111] 本发明的监控系统结构及功能如下：
[0112] 声压质量监控系统316对激光冲击强化的加工质量进行实时监测，获得加工效果的数据。声压质量监控系统为3通道声发射传感器、通过连接
放大器与工控机（上位机）的
数据采集卡连接，工控机内还插有PCI-1780定时计数卡，ET-3000TIL激
光探测器固定在激光器的出光口处；定时计数卡保证激光器102
和声压质量监控系统316在同一时钟下工作，当激光102器发出激光时，激光探测器探测到激光，探测器发送
信号至工控机，工控机开启数据采集卡进行数据采集，将声发射传感器的获得信号存储，工控机对采集的信号进行分析，判断加工质量的好坏。
[0113] 监测和控制设备正常运行包括：加工过程监控系统313的摄像头与上位机连接，用来监控航空发动机整体叶盘的加工情况；安装在激光器102内部的
温度传感器与上位机连接，用来监控激光器是否正常工作；安装在送水机器人110和轨迹机器人106关节处的位置传感器和
编码器与上位机连接，用来监控轨迹机器人、送水机器人的位置；安装在光路系统内出光口的
光电传感器与上位机连接，用来监控光路系统是否正常工作；送水系统101的
压力传感器（水位传感器）与上位机连接，监测储水箱内的水位是否正常，上位机对整个设备实时进行控制，通过数据线将他们联为一个整体。
[0114] 本发明的工作原理如下：
[0115] 如图24所示，上位机的功能主要由机器人运动规划、加工过程仿真、加工过程监控、加工质量监控、工艺
数据库和系统协调控制等组成，在上位机的控制下，送水系统产生水流并输送至喷头，送水机器人系统控制水流量的大小、通断，并带动喷头运动将水送至叶盘指定的加工区域，在指定位置形成约束层；轨迹机器人带动装在夹具上的叶盘按照指定加工路径运动；激光器输出激光，传输至光路系统中，从光路系统中出来的激光照射在叶盘加工区域的表面或者经过激光头照射在加工区域的表面；监控系统中的质量监控系统和视频/报警监控系统分别监测叶盘激光冲击强化的质量和系统运行状态。上述系统的协调配合实现整个叶盘的激光冲击强化加工，提高叶盘的疲劳寿命和抗应力腐蚀性能。
[0116] 光路系统103将激光器发出的激光束整形并传输至加工位置。光路系统103包括数控滑台、数控转台、反射镜、聚焦镜、匀光镜、摆臂组成。从激光器102输出的激光束进入光路系统103，可以从光路系统输出方形光斑或圆形光斑，其中，输出方形光斑的光路有2套组成，且结构上相对称，输出圆形光斑的光路有2套组成，且结构上相对称。4套光路可以根据加工需要，任意切换为其中的一套光路工作，也可以切换为2套相对称的输出方形光斑的光路同时工作。
[0117] 当选择激光器102的A、B出光孔同时出光时，A、B出光孔输出同时输出波长1064nm、直径为27mm、单脉冲能量0-12.5J、频率为0-5Hz、脉宽为8-25nns的脉冲激光，输出
2
波长为532nm、直径为3mm，光强为0.1-2mJ/cm 的引导光，选择2套相对称的输出方形光斑的光路同时工作时，可在工件表面形成边长约2-4mm的方形光斑。
[0118] 当选择激光器102只有B出光孔出光时，B出光孔输出输出波长1064nm、直径为27mm、单脉冲能量0-25J、频率为0-5Hz、脉宽为8-25nns的脉冲激光，输出波长为532nm、直
2
径为3mm，光强为0.1-2mJ/cm 的引导光，选择2套相对称的输出方形光斑的光路任意一套光路工作时，可在工件表面形成边长约2-4mm的方形光斑。
[0119] 当选择激光器102只有B出光孔出光时，B出光孔输出输出波长1064nm、直径为27mm、单脉冲能量0-25J、频率为0-5Hz、脉宽为8-25nns的脉冲激光，输出波长为532nm、直
2
径为3mm，光强为0.1-2mJ/cm 的引导光，选择2套相对称的输出圆形光斑的光路任意一套光路工作时，可在工件表面形成直径约2-4mm的圆形光斑。
[0120] 激光冲击强化设备可以加尺寸＜1000mm×1000mm×400mm，重量＜250Kg的
高温合金、钢、铝合金等材料的整体叶盘或结构件。
[0121] 激光冲击强化设备的软件系统包括机器人运动轨迹规划模块、加工过程仿真模块、加工过程监控模块、加工质量监控模块、工艺数据库管理模块、系统集成模块，保证加工路径最优，最安全、最可靠。
[0122] 本发明的工件加工过程为：
[0123] 使用时，首先将整体叶盘107安装在夹具108上；接着将夹具108安装在轨迹机器人106末端的法兰上；接着，在整体叶盘107的待加工区域粘贴一层吸收层，用于吸收激光能量；接着，将选择任意一套光路或2套输出方形光斑的光路处于工作状态；接着，轨迹机器人带着整体叶盘进入加工位置；接着，送水机器人110带着喷头111进入加工位置；接着开启送水系统101，在叶盘加工区域的表面形成一层均匀、稳定、厚度为1-2mm的去离子水；接着，开启激光器102；最后，轨迹机器人106和送水机器人110按照事先制定的轨迹运动，实现航空发动机整体叶盘的激光冲击强化。
[0124] 夹具的结构具体如下：
[0125] 如图8-18所示，本发明的夹具包括异形螺母1、连接法兰3、锥体支撑件5、等分锥体6、开口胀圈7、胶垫9、压盖10、平垫11、拉杆12、周向定位装置及螺钉2，其中周向定位装置包括销钉13、连接板14和锥形销钉15，销钉13和锥形销钉15分别安装在连接板两端的销孔中，销钉13和锥形销钉15与连接板14之间采用过盈配合，既保证在拆装叶盘8的过程中销钉13、锥形销钉15和连接板14始终为一体，又保证定位可靠。异形螺母1通过螺钉2安装在连接法兰3的一端，锥体支撑件5一端的端面通过螺钉4和销钉定位安装在连接法兰3的另一端。等分锥体6套装在锥体支撑件5的另一端外侧，等分锥体6的下端沿圆周方向均布开设多个豁口，各豁口均沿锥体
母线方向开设，使等分锥体6具有弹性。开口胀圈7套装在等分锥体6的外侧，叶盘8套装在开口胀圈7的外侧，叶盘8排气侧的端面与锥体支撑件5一端的端面相配合。胶垫9通过螺钉固定在压盖10上，保证在加紧的过程中对叶盘8无划伤。压盖10设置于等分锥体6的上端。转动叶盘8，将锥形销钉15和销钉13分别插入叶盘8和锥体支撑件5的销孔中；在压盖10的外侧放上平垫11，保证在加紧的过程中对压盖10受力均匀。拉杆12穿过平垫11、压盖10、锥体支撑件5及连接法兰3与异形螺母1
螺纹连接。在旋紧拉杆12的过程中，开口胀圈7不断向外膨胀，实现叶盘8轴向定位和径向定位、加紧固定。连接法兰3通过螺钉和定位销实现与机器人法兰盘的连接、定位。
[0126] 锥体支撑件5和等分锥体6相配合的锥面的锥度为7:24，等分锥体6比锥体支撑件5轴向长4.5mm，加紧后，等分锥体6的下端面距锥体支撑件5一端的端面始终有间隙，锥体支撑件5的另一端与压盖10之间始终有间隙，保证相配合的锥面加紧可靠，叶盘8加紧可靠。
[0127] 胀圈7采用铜材料，锥体支撑件5和锥形销钉15采用硬铝合金材料，保证对叶盘8无划伤。连接法兰3采用不锈钢材料，保证整体夹具的刚性。
[0128] 本发明的夹具工作过程是：
[0129] 使用时，首先，将异形螺母1通过螺钉2安装在连接法兰3上，连接法兰3和锥体支撑件5通过销钉和螺钉4安装在一起，胶垫9和压盖10通过螺钉安装在一起，销钉13和锥形销钉15与连接板14安装在一起；接着，将连接法兰3通过螺钉和定位销和机器人法兰盘安装在一起；接着，将等分锥体6套装在锥体支撑件5的外侧；接着，将开口胀圈7套装在等分锥体6的外侧；接着，将叶盘8套装在开口胀圈7的外侧，叶盘8的排气端端面与锥体支撑件5的端面贴合，实现端面定位；接着，旋转叶盘8，将销钉13和销钉15分别安装在叶盘8的定位孔和锥体支撑件5的定位孔内，实现叶盘8周向定位；接着，将平垫11套在拉杆12上，且靠近螺母的一端的光轴上；接着，将拉杆12通过螺纹旋入异形螺母1中；最后，不断的拧紧拉杆12，此时，压盖10不断向叶盘8方向移动，锥体支撑件5和等分锥体6接触面积越来越大，不断驱使开口胀圈7向外膨胀，胀紧叶盘8，实现轴心定位，同时，压盖10通过胶垫9不断压紧在叶盘8的端面上，实现加紧。
[0130] 当加工完成后，拆卸叶盘8时，旋掉拉杆12，取下平垫11，取下连接在一起的销钉13、连接板14和锥形销钉15，取下压盖10，便可取下叶盘8。
[0131] 本发明的夹具通过拉杆对叶盘进行夹紧定位，夹紧定位过程快速简单，拆装叶盘时间不超过2分钟；；能够实现装载最大重量约100kg的整体叶盘；采用销轴、端面和胀芯定位的方法，重复定位精度高，且定位可靠；夹紧定位可靠，极大地提高了叶盘激光冲击强化的质量和生产效率；具有结构简单、质量轻、使用方便、成本低等优点，在提高生产效率的同时，保证了冲击强化质量的均匀性和稳定性；与叶盘接触的部位采用了胶垫、铜和铝合金材料，夹具主体采用不锈钢材料，保证了对叶盘无划伤，夹具在浸在水里的工作情况下不生锈。
[0132] 激光头结构具体如下：
[0133] 本发明整体叶盘遮蔽部位激光冲击强化用激光头结构如图19-23所示，该激光头包括数控转台905、摆臂906、激光头末端907、大聚焦镜511、小聚焦镜912、小反射镜914及小反射镜镜座917；其中：数控转台905和大聚焦镜511分别通过螺钉和镜架安装在光学平台515上，摆臂906的一端固定安装在数控转台905上，通过手动或自动的方式可以使摆臂906进入工作位和离开工作位；摆臂906的另一端与激光头末端907相连接，小反射镜镜座
917固定在激光头末端907的端部，小反射镜914镶嵌在小反射镜镜座917的槽中，激光头末端907的端部侧面上设置出光口918，小聚焦镜912固定在激光头末端907的出光口918处；小反射镜镜座917与出光口918设置的位置使得照射到小反射镜914上的入射光与通过小反射镜914反射出的反射光之间夹角为30-34°。
[0134] 所述摆臂906由连接板910、连接管909和导光管908组成；其中：连接板910与数控转台905之间通过螺钉固定，连接板910与数控转台905之间通过垫一层胶垫保证摆臂水平；连接板910与连接管909之间通过轴肩定位，并由锁紧螺钉固定；导光管908与连接管909之间通过轴肩定位，并由锁紧螺钉固定；导光管908与连接管909连接前，可事先在连接管909内转动导光管908，调整激光头末端907输出激光的方向，本发明中是通过转动导光管908用来保证出光口处激光水平方向输出，然后再拧紧螺钉进行固定防止转动。
[0135] 所述摆臂906的导光管908与激光头末端907之间通过轴肩定位，并由锁定螺钉A916紧固。
[0136] 在数控转台905上通过螺钉安装有配重块911，用于平衡摆臂906的重量，保证数控转台905正常工作，同时为了减轻摆臂906的重量，摆臂906、激光头末端907和小反射镜镜座917均采用铝合金材料，配重块911采用不锈钢材料，在保证重量的同时，防止在潮湿空气中生锈。数控转台（905）与电机同轴连接，电机由上位机（112）控制，电机的编码器与上位机（112）连接。
[0137] 所述小反射镜镜座917通过M3的平头螺钉915固定在激光头末端907的尾部；其中：小反射镜镜座917采用沉头孔结构设计；拧紧平头螺钉915之前，在平头螺钉915螺纹处、小反射镜镜座917与激光头末端907的尾部的结合面处涂一层紫外固化胶，拧紧螺钉后，放入紫外固化箱中固化30s，对结合面进行密封，防止激光冲击强化加工过程中，有水进入激光头内部损坏镜片。
[0138] 大小为10mm×9mm×2mm的小反射镜914镶嵌在小反射镜镜座917上大小为10mm×9mm×2mm的槽中。其中，小反射镜：镀高反射膜，反射膜R＞99.8@1064nm，损伤阈值
2
为脉冲25J/cm、10ns、2Hz；入射角为α=16±2°，波长532nm及1064nm激光在其上的反射率均可达到99.5%以上。
[0139] 小聚焦镜912通过锁定螺钉B913固定在激光头的末端907的出光口918处，采用轴肩定位的方式进行定位；其中：拧紧锁定螺钉B913之前，在锁定螺钉B913螺纹处、小聚焦镜912边缘与激光头末端907出光口918处的结合面处涂一层紫外固化胶，拧紧锁定螺钉B913后，放入紫外固化箱中固化30s，对结合面进行密封，防止激光冲击强化加工过2
程中，有水进入激光头内部损坏镜片；小聚焦镜912的镜片损伤阈值：脉冲25J/cm、10ns、
2Hz，波长532nm及1064nm激光在其上的透射率均可达到99.5%以上。
[0140] 大聚焦镜511通过镜架固定在光学平台515上。其中：用于将大聚焦镜511固定在光学平台515上的镜架其装调机构均采用4维调整机构，具有锁紧功能，可以实现两个方向的水平移动及两个方向的转动，从而能够调整激光束正好垂直从大聚焦镜的中心穿过；2
大聚焦镜511的镜片损伤阈值：脉冲25J/cm、10ns、2Hz，波长532nm及1064nm激光在其上的透射率均可达到99.5%以上。
[0141] 小聚焦镜912的直径为10mm，焦距为10mm，厚度为7mm。
[0142] 大聚焦镜511的直径为50mm，焦距为1300mm，厚度为4mm。
[0143] 摆臂906安装在数控转台905上，通过自动控制或手动的方式控制数控转台在90°范围内转动，激光头可以切入工作位和离开工作位。
[0144] 激光头末端907端部的大小为23×21×19mm，保证其在叶片间运动自如，和叶片无碰撞。
[0145] 当有光束直径＜27mm、波长为1064nm、发散角＜3mrad、脉宽8-25ns、频率0-5Hz的激光束进入激光头，在距激光头出光孔2mm处形成直径大小约为3mm、平顶分布的圆形光斑。
[0146] 上述激光头在使用时，首先通过自动控制或手动控制的方式使数控转台905旋转工作，将摆臂906和激光头末端907进入工作位，即让激光头进入工作位置。当有光束直径＜27mm、波长为1064nm、发散角＜3mrad的激光束垂直入射到直径为50mm、焦距为1300mm的大聚焦镜上时，大聚焦镜将光束聚焦到大小为10mm×9mm×2mm的小反射镜上，通过小反射镜的反射，将激光束进入直径为10mm、焦距为10mm的小聚焦镜中，通过小聚焦镜将光束聚焦在叶片表面，叶片距镜片外表面为2mm，在叶片表面形成直径大小约为3mm、平顶分布的圆形光斑。从而实现对整体叶盘遮蔽部位的激光冲击冲击强化。
[0147] 本发明的激光头能够对航空发动机整体叶盘遮蔽部位进行激光冲击强化，解决了航空发动机整体叶盘遮蔽部位不能被加工的难题；结构小巧，安全可靠，加工位置调整方便；输出的激光束均匀，保证了加工质量的均匀可靠；使用方便、加工效率高。
[0148] 光路系统的结构具体如下：
[0149] 如图25-29所示，本发明整体叶盘单/双面激光冲击强化光路系统包括：安装在光学平台515上的光路一与光路二切换滑台501、光路三与光路四切换滑台514以及出光口滑台517；安装在激光器102内部用于光路切换的数控滑台521；安装在光学平台515上的光路三转台509和光路一转台506；安装在光学平台515上的光路三与光路四校验滑台526和光路一与光路二校验滑台531；安装在光学平台515上的光路二反射镜502、光路四反射镜512、反射镜A516和反射镜B523；安装在光学平台515上的光路一聚焦镜505、光路三聚焦镜511、光路二聚焦镜525和光路四聚焦镜532，安装在光学平台515上的光路二匀光镜片524和光路四匀光镜片533，所述光路二聚焦镜525和光路二匀光镜片524组成光路二匀光聚焦镜组504，所述光路四聚焦镜532和光路四匀光镜片533组成光路四匀光聚焦镜组510；分别安装在光路一转台506和光路三转台509上的光路一摆臂528和光路三摆臂529；
分别安装在光路一摆臂528末端和光路三摆臂529末端的光路一小反射镜507和光路三小反射镜508；分别安装在光路一与光路二切换滑台501和光路三与光路四切换滑台514上的光路一反射镜503和光路三反射镜513；安装在出光口滑台517上的反射镜C518和反射镜D522；安装在数控滑台521上的反射镜E520；安装在激光器102内部的合束镜537；分别安装在光路三与光路四校验滑台526和光路一与光路二校验滑台531上的光路三与光路四校验能量计527和光路一与光路二校验能量计530；安装在光学平台515上的防护板534、防护罩535和导光管A903。数控滑台的电机由上位机进行控制。
[0150] 所述防护板534是用于防止加工过程中的水溅射到光路三与光路四校验能量计527、光路一与光路二校验能量计530、光路三与光路四校验滑台526和光路一与光路二校验滑台531上；所述防护罩535和导光管A903是用来防止车间内的灰尘污染光路系统里的光学镜片。
[0151] 所述反射镜E520在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机后端的旋钮，能够在数控滑台521上滑动；激光器上设置出光口A和出光口B；当反射镜E520处在出光口A正前方时，激光束A经反射镜E520反射至合束镜537，再经合束镜537反射出的激光与激光束B均由出光孔B输出；当反射镜E520处在出光口A和出光口B之间的位置时，激光束A和激光束B分别从出光口A和出光口B输出。
[0152] 所述反射镜C518和反射镜D522在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机后端的旋钮，能够同时在出光口滑台517上滑动；A出光口和B出光孔同时出光时，当反射镜C518和反射镜D522分别正处于出光孔A和出光孔B的正后方时，A出光孔输出的激光经反射镜C518的反射能够反射到反射镜C518左方的反射镜A516上，B出光孔输出的激光经反射镜D522的反射能够反射到反射镜D522右方的反射镜B523上；只有B出光孔出光时，当反射镜C518和反射镜D522分别正处于出光孔A和出光孔B的后方时，B出光孔输出的激光经反射镜D522的反射可以反射到反射镜D522右方的反射镜B523上；只有B出光孔出光时，当只有反射镜C518正处于出光孔B的后方时，B出光孔输出的激光经反射镜C518的反射可以反射到反射镜C518左方的反射镜A516上。
[0153] 所述光路一反射镜503在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机后端的旋钮，能够在光路一与光路二切换滑台501上滑动；当反射镜B523上有激光束反射出来时，光路一反射镜3正处于反射镜B523反射光路的正后方时，反射镜B523反射来激光经光路一反射镜503反射到光路一反射镜503左方的光路501聚焦镜505上；当反射镜B523上有激光束反射出来时，光路一反射镜503不处于反射镜B523反射光路的正后方时，反射镜B523反射来激光经光路二反射镜502反射到光路二反射镜502左方的光路二匀光聚焦镜组504上。
[0154] 所述光路三反射镜513在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机后端的旋钮，能够在光路三与光路四切换滑台514上滑动；当反射镜A516上有激光束反射出来时，光路三反射镜513正处于反射镜A516反射光路的正后方时，反射镜A516反射来的激光经光路三反射镜513反射到光路三反射镜513右方的光路三聚焦镜511上；当反射镜A516上有激光束反射出来时，光路三反射镜513不处于反射镜A516反射光路的正后方时，反射镜A516反射来的激光经光路四反射镜512反射到光路四反射镜512右方的光路四匀光聚焦镜组510上。
[0155] 所述光路一摆臂528在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机旁的旋钮，能够围绕光路一转台506的轴线转动；当光路一聚焦镜505有激光输出时，光路一摆臂528摆至光路一小反射镜507正好处于光路一聚焦镜505输出光路的正左方时，光路一小反射镜507将经光路一聚焦镜505输出的激光反射到工件表面，形成直径为2-5mm的光强均匀的圆形光斑；当不需光路一工作时，光路一摆臂528顺时针旋转至光学平台上。
[0156] 所述光路三摆臂529在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机旁的旋钮，能够围绕光路三转台509的轴线转动；当光路三聚焦镜511有激光输出时，光路三摆臂529摆至光路三小反射镜508正好处于光路三聚焦镜511输出光路的正右方时，光路三小反射镜508将经光路三聚焦镜511输出的激光反射到工件表面，形成直径为2-5mm的光强均匀的圆形光斑；当不需光路三工作时，光路三摆臂529逆时针旋转至光学平台上。
[0157] 当光路二匀光聚焦镜组504有激光束输入时，光路二聚焦镜525输出的激光照射到工件表面，形成边长为2-5mm的光强均匀的方形光斑。
[0158] 当光路四匀光聚焦镜组510有激光束输入时，光路四聚焦镜532输出的激光照射到工件表面，形成边长为2-5mm的光强均匀的方形光斑。
[0159] 所述光路一与光路二校验能量计530在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机后端的旋钮，能够在光路一与光路二校验滑台531上滑动；光路一摆臂528和光路三摆臂529均处于不工作状态，校验光路一的完好性时，光路一与光路二校验能量计530移动到光路一聚焦镜505的正后方，选择从光路一中输出激光，测量光路一输出的能量，与激光器输出的能量做对比；校验光路二的完好性时，光路一与光路二校验能量计530移动到光路二聚焦镜525的正后方，选择从光路二中输出激光，测量光路二输出的能量，与激光器输出的能量做对比；当对工件进行冲击强化加工时，光路一与光路二校验能量计530移动到不遮挡光路的地方。
[0160] 所述光路三与光路四校验能量计527在伺服电机的驱动下或手动旋转伺服电机后端的旋钮，能够在光路三与光路四校验滑台526上滑动；光路一摆臂528和光路三摆臂529均处于不工作状态，校验光路三的完好性时，光路三与光路四校验能量计502移动到光路三聚焦镜511的正后方，选择从光路三中输出激光，测量光路三输出的能量，与激光器输出的能量做对比；校验光路四的完好性时，光路三与光路四校验能量计527移动到光路四聚焦镜532的正后方，选择从光路四中输出激光，测量光路四输出的能量，与激光器输出的能量做对比；当对工件进行冲击强化加工时，光路一与光路二校验能量计527移动到不遮挡光路的地方。
[0161] 当只由出光口B出光时，当输入波长为1064nm、单脉冲能量为3-20J、脉宽为8-25ns、光束直径＜27mm，发散角＜3mrad的激光束时，光路一或光路三能够输出激光光斑直径为2-5mm的光强均匀的圆形光斑；当只由出光口B出光时，当输入波长为1064nm、单脉冲能量为3-20J、脉宽为8-25ns、光束直径＜27mm，发散角＜3mrad的激光束时，光路二或光路四能够输出激光光斑为边长2-5mm的光强均匀的方形光斑。
[0162] 当出光口A和出光口B同时出光时，当输入波长为1064nm、单脉冲能量为3-20J、脉宽为8-25ns、光束直径＜27mm，发散角＜3mrad的激光束时，光路一和光路三能够输出激光光斑直径为2-5mm的光强均匀的圆形光斑；当出光口A和出光口B同时出光时，当输入波长为1064nm、单脉冲能量为3-20J、脉宽为8-25ns、光束直径＜27mm，发散角＜3mrad的激光束时，光路二和光路四能够输出激光光斑为边长2-5mm的光强均匀的方形光斑。
[0163] 当输入波长为1064nm、单脉冲能量为3-20J、脉宽为8-25ns、光束直径＜27mm，发散角＜3mrad的激光束时，光路一和光路三的能量损失＜6%；当输入波长为1064nm、单脉冲能量为3-20J、脉宽为8-25ns、光束直径＜27mm，发散角＜3mrad的激光束时，光路二和光路四的能量损失＜10%。
[0164] 上述光路系统使用时：
[0165] 1、当光路三摆臂529不处在工作位置，当反射镜E520处在出光口A正前方时，激光束A经反射镜E520反射，至合束镜537，再经合束镜537反射出的激光与激光束B均由出光孔B输出，同时当反射镜C518和反射镜D522分别正处于出光孔A和出光孔B的正后方时，出光孔B输出的激光经反射镜D522的反射反射到反射镜D522右方的反射镜B523上，同时当光路一反射镜503正处于反射镜B523反射光路的正后方时，反射镜B523反射来激光经光路一反射镜503反射到光路一聚焦镜505上，同时当光路一摆臂528摆至光路一小反射镜507正好处于光路一聚焦镜505输出光路的正左方时，光路一小反射镜507将经光路一聚焦镜505输出的激光反射到工件表面，形成直径为2-5mm的光强均匀的圆形光斑，加工航空发动机叶盘的叶盆前缘区域。
[0166] 2、当光路一摆臂528和光路三摆臂529均不处在工作位置，当反射镜E520处在出光口A正前方时，激光束A经反射镜E520反射，激光束A和激光束B将全部由出光孔B输出，同时当反射镜C518和反射镜D522分别正处于出光孔A和出光孔B的后方时，B出光孔输出的激光经反射镜D522的反射反射到反射镜D522正右方的反射镜B523上，同时当光路一反射镜503不处于反射镜B523反射光路的正后方时，反射镜B523反射来激光经光路二反射镜502反射到光路二匀光聚焦镜组504上，形成边长2-5mm的光强均匀的方形光斑，加工航空发动机叶盘的叶背前缘区域和叶背叶尖边缘区域。
[0167] 3、当光路一摆臂528不处在工作位置，当反射镜E520处在A出光口正前方时，激光束经反射镜E520反射，激光束将全部由B出光孔输出，同时当反射镜C518正处于出光孔B的后方时，B出光孔输出的激光经反射镜C518的反射可以反射到反射镜C518左方的反射镜A516上，同时当光路三反射镜513正处于反射镜A516反射光路的正后方时，反射镜A516反射来激光经光路三反射镜513反射到光路三聚焦镜511上，光路三摆臂529摆至光路三小反射镜508正好处于光路三聚焦镜511输出光路的正右方时，光路三小反射镜508将经光路三聚焦镜511输出的激光反射到工件表面，形成直径为2-5mm的光强均匀的圆形光斑，加工航空发动机叶盘的叶背
后缘区域。
[0168] 4、当光路一摆臂528和光路三摆臂529均不处在工作位置，当反射镜E520处在A出光口正前方时，激光束经反射镜E520反射，激光束将全部由B出光孔输出，同时当反射镜C518正处于出光孔B的后方时，B出光孔输出的激光经反射镜C518的反射可以反射到反射镜C518左方的反射镜A516上，同时当光路三反射镜513不处于反射镜A516反射光路的正后方时，反射镜A516反射来激光经光路四反射镜512反射到光路四匀光聚焦镜组510上，形成边长2-5mm的光强均匀的方形光斑，加工航空发动机叶盘的后缘区域和叶盆叶尖边缘区域。
[0169] 5、当光路一摆臂528和光路三摆臂529均不处在工作位置，当反射镜E520处在A出光口和出光口B中间的位置时，出光口A和出光口B均输出激光束，同时当反射镜C518和反射镜D522分别正处于出光孔A和出光孔B的后方时，A出光孔输出的激光经反射镜C518的反射可以反射到反射镜C518左方的反射镜A516上，B出光孔输出的激光经反射镜D522的反射可以反射到反射镜D522右方的反射镜B523上，同时当光路一反射镜503不处于反射镜B523反射光路的正后方时，反射镜B523反射来激光经光路二反射镜502反射到光路二匀光聚焦镜组504上，同时当光路三反射镜513不处于反射镜A516反射光路的正后方时，反射镜A516反射来激光经光路四反射镜512反射到光路四匀光聚焦镜组510上，形成边长2-5mm的光强均匀的方形光斑，可以同时加工航空发动机叶盘的“叶盆进气边和叶盆叶尖边缘区域”与“叶背排气边和叶背叶尖边缘区域”。
[0170] 6、当反射镜E520处在A出光口正前方时，激光束经反射镜E520反射，激光束将全部由B出光孔输出，同时当反射镜C518和反射镜D522分别正处于出光孔A和出光孔B的后方时，B出光孔输出的激光经反射镜D522的反射反射到反射镜D522右方的反射镜B523上，同时当光路一反射镜3正处于反射镜B523反射光路的正后方时，反射镜B523反射来激光经光路一反射镜503反射到光路一聚焦镜505上，同时光路一摆臂528和光路三摆臂529不处在工作位置，激光束照射到光路一与光路二校验能量计530上，对光路一进行校验。
[0171] 7、当反射镜E520处在A出光口正前方时，激光束经反射镜E520反射，激光束将全部由B出光孔输出，同时当反射镜C518和反射镜D522分别正处于出光孔A和出光孔B的正后方时，B出光孔输出的激光经反射镜D522的反射反射到反射镜D522右方的反射镜B523上，同时当光路一反射镜503不处于反射镜B523反射光路的正后方时，反射镜B523反射来激光经光路二反射镜502反射到光路二匀光聚焦镜组504上，同时光路一摆臂528和光路三摆臂529不处在工作位置，激光束照射到光路一与光路二校验能量计530上，对光路二进行校验。
[0172] 8、当反射镜E520处在A出光口正前方时，激光束经反射镜E520反射，激光束将全部由B出光孔输出，同时当反射镜C518正处于出光孔B的正后方时，B出光孔输出的激光经反射镜C518的反射可以反射到反射镜C518左方的反射镜A516上，同时当光路三反射镜513正处于反射镜A516反射光路的正后方时，反射镜A516反射来激光经光路三反射镜513反射到光路三聚焦镜511上，同时光路一摆臂528和光路三摆臂529不处在工作位置，激光束照射到光路三与光路四校验能量计527上，对光路三进行校验。
[0173] 9、当反射镜E520处在A出光口正前方时，激光束经反射镜E520反射，激光束将全部由B出光孔输出，同时当反射镜C518正处于出光孔B的后方时，B出光孔输出的激光经反射镜C518的反射可以反射到反射镜C518左方的反射镜A516上，同时当光路三反射镜513不处于反射镜A16反射光路的正后方时，反射镜A516反射来激光经光路四反射镜512反射到光路四匀光聚焦镜组510上，同时光路一摆臂528和光路三摆臂529不处在工作位置，激光束照射到光路三与光路四校验能量计527上，对光路四进行校验。
[0174] 本发明的光路系统结构简单，使用方面，在提高生产效率的同时，保证了激光冲击强化质量的均匀性和稳定性；设计的四套光路，可以根据需要，任意选择一套光路或者两套光路工作，可以适应多种结构形状的工件加工；提供的方形光斑对于加工平面等结构简单的工件，尤为适用，在方便路径规划的同时，能够保证加工质量均匀稳定，同时效率较高；提供的圆形光斑对于加工结构复杂、被工件其他部位遮挡的加工区域尤为适用，使得难加工、不能加工的区域变得能够被加工；提供的光路校验，能够快速有效的检查光路的完好性，能够快速的诊断光路系统运行是否正常；提供的防护板、防护罩、导光管能够有效的防止水、灰尘污染能量计和镜片，从而保证了设备长期稳定的运行。
