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一种激光冲击强化用的循环喷水系统

阅读：16发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种激光冲击强化用的循环喷水系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种喷水循环系统，特指一种激光冲击强化用的循环喷水系统。其包括水槽、水泵、三通阀、离子吸附装置、比例水阀，流量计，机械手和防溅水装置，其中机械手安装喷头喷水作为激光冲击强化时的约束层，使用信号线连接机械手控制柜与比例水阀，通过机械手示教器控制比例水阀来调节水流量的大小。在出光口同轴环形安装有出风口，出风口连接鼓风机，可有效防止水滴飞溅到聚焦透镜。本发明可实现在激光强化过程中的约束层水的循环利用，并能够有效地过滤水中杂质，吸附水中的离子，对水位进行实时监测，保证冲击强化过程中约束层的稳定，并且环保高效的利用水资源。，下面是一种激光冲击强化用的循环喷水系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种激光冲击强化用的循环喷水系统，其特征在于：所述循环喷水系统包括水槽、水泵、三通阀、离子吸附装置、比例水阀，流量计和机械手；其中机械手上安装喷头，喷头喷水作为激光冲击强化时的约束层，使用信号线连接机械手控制柜与比例水阀，机械手示教器与机械手控制柜连接，通过机械手示教器控制比例水阀来调节水流量的大小；
在水槽内部装有一定量的水，在水槽底部开有出水口，出水口引出主回路水管依次连接水泵，三通阀，离子吸附装置，比例水阀，流量计和安装在机械手上的喷头；其中水槽，滤芯，水泵，三通阀构成一个自循环系统，当比例水阀完全关闭时，水仍然可以从三通阀上端的自循环回路水管流出，构成一个循环回路，避免主回路水管中的水逆流；
在三通阀的右出水端连接离子吸附装置，用于去除水中的离子杂质。
2.如权利要求1所述的一种激光冲击强化用的循环喷水系统，其特征在于：为防止工件表面的水膜在冲击时飞溅到光路出光口的聚焦透镜上，在激光出光口同轴环形安装有防溅水装置，防溅水装置是在出光口前端同轴方向上下左右安装4个出风口，出光口为Φ50mm的不锈钢铁管，出风口为一根Φ15mm的圆形软管，用支架固定软管，并将每根软管与出光口中心方向倾斜30°，在每根末端连接一个大功率鼓风机作为风源，加工时出风口产生的风力能有效的吹走即将进入出光口的水滴，从而保护聚焦透镜，工件加工时放置于水槽上方，这样加工后的水落入水槽中，形成一个循环。
3.如权利要求1所述的一种激光冲击强化用的循环喷水系统，其特征在于：在出水口上方安装滤芯，滤芯可过滤水中的较大杂质。
4.如权利要求1所述的一种激光冲击强化用的循环喷水系统，其特征在于：三通阀上端的自循环回路水管直径采用Φ12mm，主回路水管为Φ24mm，避免自循环回路流量分散过多造成的主回路水流量不足。
5.如权利要求1所述的一种激光冲击强化用的循环喷水系统，其特征在于：循环水系统中水流大小的调节通过比例水阀来控制，比例水阀为一个0v～10v的比例水阀，比例水阀通过信号线连接在机械手控制柜上，通过机械手控制柜中的模拟量输出单元控制比例水阀；
机械手控制柜通过电缆与机械手示教器相连，机械手示教器用来操作机械手运动及比例水阀的调节，将比例水阀设为模拟量1，通过在机械手示教器上输入Anout CHANNEL_1＝(),括号内输入数字0～1，对应比例水阀的0v～10v控制水流量大小；水流大小的显示通过比例水阀右侧的流量计显示出来。
6.如权利要求1所述的一种激光冲击强化用的循环喷水系统，其特征在于：离子吸附装置的主体是一个直径60mm，长度80mm的圆柱不锈钢管，在钢管的入水口和出水口均用塑料板封住端口并且塑料板上开口与水管相连接，在两端塑料板内侧装有不锈钢网，不锈钢网采用50目，钢管内部放有去离子树脂，去离子树脂使用1mm大小，保证其不会透过不锈钢网，去离子树脂投入的量不超过水管口高度，防止过多堵塞水管口，影响水流量。
7.如权利要求1所述的一种激光冲击强化用的循环喷水系统，其特征在于：在连接三通阀与离子吸附装置的主回路水管上设有液位开关，液位开关通过信号线与机械手控制柜连接。当水位超过所设定的警戒水位时，机械手控制柜会发出警报提醒。
8.如权利要求1所述的一种激光冲击强化用的循环喷水系统，其特征在于：所述循环喷水系统所采用的机械手为一个六轴联动机械手，拥有A1，A2，A3，A4，A5，A6六个关节轴，使机械手具有X，Y，Z三个方向的直线运动和旋转运动，在A6轴开放端安装喷头，水管连接在喷头上，使用机械手示教器控制机械手喷头方向从而控制水流喷射方向，使水在工件表面待冲击区域形成1-2mm的均匀水膜，通过喷头对水流方向的调整以及比例水阀对流量的调节保证水膜均匀并且紧密贴合在工件待冲击表面。

说明书全文

一种激光冲击强化用的循环喷水系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种喷水循环系统，特指在激光冲击强化时约束层用水的循环系统。

背景技术

[0002] 激光冲击强化(Laser Shocking Peening,LSP)技术，也称激光喷丸技术。是通过高功率密度(GW/cm量级)、短脉冲(10～30ns量级)的激光通过透明约束层作用于金属表面所涂覆的能量吸收涂层时，涂层吸收激光能量迅速气化并几乎同时形成大量稠密的高温(>10K)、高压(>1GPa)等离子体。该等离子体继续吸收激光能量急剧升温膨胀，然后爆炸形成高强度冲击波作用于金属表面。当冲击波的峰值压力超过材料的动态屈服强度时，材料发生塑性变形并在表层产生平行于材料表面的拉应力。激光作用结束后，由于冲击区域周围材料的反作用，其力学效应表现为材料表面获得较高的残余压应力。

[0003] 激光冲击强化可分为有约束层(confined-plasma)和无约束层(directablation)两种类型。激光束透过水或玻璃被吸收层吸收，吸收层部分汽化形成等离子体,由于等离子体被约束在约束层和试样之间，根据理想气体的状态方程,在有约束层时可以比无约束层时获得更高的冲击波峰压；同时在有约束层时,冲击波持续时间为无约束层时的2～3倍。

[0004] 现阶段大面积冲击工具时约束层用水量较大，用水质量不高，对喷水方向，位置的控制较为困难，因此需要一种提高约束层水利用率，能够实现喷水方向大小准确调节，用于激光冲击强化设备的喷水循环系统。

发明内容

[0005] 针对以上问题，本发明的目的在于提供一种激光冲击强化用的循环喷水系统，实现在激光强化过程中的约束层水的循环利用，并能够有效地过滤水中杂质，吸附水中的离子，对水位进行实时监测，保证冲击强化过程中约束层的稳定，并且环保高效的利用水资源。

[0006] 以下为本发明的技术方案:

[0007] 一种激光冲击强化用的循环喷水系统，包括水槽、水泵、三通阀、离子吸附装置、比例水阀，流量计，机械手和防溅水装置；其中机械手上安装喷头，喷头喷水作为激光冲击强化时的约束层，使用信号线连接机械手控制柜与比例水阀，机械手示教器与机械手控制柜连接，通过机械手示教器控制比例水阀来调节水流量的大小；在激光出光口同轴环形安装有出风口，出风口连接鼓风机，可有效防止水滴飞溅到聚焦透镜。

[0008] 在水槽内部装有一定量的水，在水槽底部开有出水口，并在出水口上方安装滤芯，滤芯可过滤水中的较大杂质；出水口引出主回路水管依次连接水泵，三通阀，离子吸附装置，比例水阀，流量计和安装在机械手上的喷头；其中水槽，滤芯，水泵，三通阀构成一个自循环系统，当比例水阀完全关闭时，水仍然可以从三通阀上端的自循环回路水管流出，构成一个循环回路，避免主回路水管中的水逆流，其中三通阀上端的自循环回路水管直径采用Φ12mm，主回路水管为Φ24mm，避免自循环回路流量分散过多造成的主回路水流量不足。

[0009] 在三通阀的右出水端连接离子吸附装置，用于去除水中的离子杂质，离子吸附装置的主体是一个直径60mm，长度80mm的圆柱不锈钢管，在钢管的入水口和出水口均用塑料板封住端口并且塑料板上开口与水管相连接，在两端塑料板内侧装有不锈钢网，不锈钢网采用50目，钢管内部放有去离子树脂，去离子树脂使用1mm大小，保证其不会透过不锈钢网，去离子树脂投入的量不超过水管口高度，防止过多堵塞水管口，影响水流量。

[0010] 循环系统中水流大小的调节通过比例水阀来控制，比例水阀为一个0v～10v的比例水阀，比例水阀通过信号线连接在机械手控制柜上，通过机械手控制柜中的模拟量输出单元控制比例水阀；机械手控制柜通过电缆与机械手示教器相连，机械手示教器用来操作机械手运动及比例水阀的调节，将比例水阀设为模拟量1，通过在机械手示教器上输入Anout CHANNEL_1＝(),括号内输入数字0～1，对应比例水阀的0v～10v控制水流量大小；水流大小的显示通过比例水阀右侧的流量计显示出来。

[0011] 进一步地，在连接三通阀与离子吸附装置的主回路水管上设有液位开关，液位开关通过信号线与机械手控制柜连接。当水位超过所设定的警戒水位时，机械手控制柜会发出警报提醒。

[0012] 该喷水循环系统所采用的机械手为一个六轴联动机械手，拥有A1，A2，A3，A4，A5，A6六个关节轴，使机械手具有X，Y，Z三个方向的直线运动和旋转运动，在A6轴开放端安装喷头，水管连接在喷头上，使用机械手示教器控制机械手喷头方向从而控制水流喷射方向，使水在工件表面待冲击区域形成1-2mm的均匀水膜，通过喷头对水流方向的调整以及比例水阀对流量的调节保证水膜均匀并且紧密贴合在工件待冲击表面。

[0013] 为防止工件表面的水膜在冲击时飞溅到光路出光口的聚焦透镜上，在出光口前段安装防溅水装置，防溅水装置是在出光口前端同轴方向上下左右安装4个出风口，出光口为Φ50mm的不锈钢铁管，出风口为一根Φ15mm的圆形软管，用支架固定软管，并将每根软管与出光口中心方向倾斜30°，在每根末端连接一个大功率鼓风机作为风源，加工时出风口产生的风力能有效的吹走即将进入出光口的水滴，从而保护聚焦透镜。工件加工时放置于水槽上方，这样加工后的水落入水槽中，形成一个循环。

[0014] 本发明的优点在于：第一，建立了一种激光冲击强化用的循环喷水系统，能够更加高效、环保、节能地对零件进行激光冲击强化。第二，能够有效的净化激光冲击过程中水中的离子杂质与大颗粒杂质。第三，能够有效的控制循环水流的大小，利用机械手还能够调整喷水的方向，使水在工件表面待冲击区域形成1-2mm的均匀水膜。第四，通过风扇的可以有效的防止水飞溅到光路出光口聚焦透镜上，保护光路。附图说明

[0015] 图1为本发明的激光冲击强化用的循环喷水系统的结构示意图。

[0016] 其中：1-水槽，2-滤芯，3-水泵，4-三通阀，5-自循环回路水管，6-离子吸附装置，7-比例水阀，8-比例水阀信号线，9-机械手控制柜，10-电缆，11-机械手示教器，12-流量计，13-机械手，14-喷头，15-防溅水装置，16-出光口，17-工件，18-液位开关，19-液位开关信号线。

[0017] 图2机械手示意图

[0018] 其中：A1，A2，A3，A4，A5，A6为六个关节轴

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明的使用方法进行进一步说明。

[0020] 一种激光冲击强化用的循环喷水系统，由水槽1，滤芯2，水泵3，离子吸附装置6、比例水阀7，由水槽1，滤芯2，水泵3，三通阀4构成的自循环回路，液位开关18，流量计12，机械手13，防溅水装置15等共同构成喷水循环系统。其中机械/13安装喷头14喷水作为激光冲击强化时的约束层，使用信号线8连接机械手控制柜9与比例水阀7，通过机械手示教器11控制比例水阀7来调节水流量的大小；在出光口16同轴环形安装有防溅水装置15，防溅水装置是在出光口前端同轴方向上下左右安装4个出风口，出风口连接鼓风机，可有效防止水滴飞溅到聚焦透镜。

[0021] 当进行激光冲击强化工件时，在水槽1内部装有一定量的水，水槽1为一个2.5m×1.2m×0.6m的不锈钢水槽，在水槽1底部开有出水口，并在出水口上方安装滤芯2，滤芯2采用不锈钢烧结网滤芯，滤芯2直径50mm,长度100mm，可过滤水中的较大杂质；出水口引出主回路水管依次连接水泵3，三通阀4，离子吸附装置6，比例水阀7，流量计12和机械手13上的喷头14；水泵3采用NH-100PX-N-PANWORLD型号磁力泵，输出功率在65w-90w，扬程4m，流量
20L/min，水,1，滤芯2，水泵3，三通阀4构成一个自循环系统，当比例水阀7完全关闭时，水仍然可以从三通阀上4端的自循环回路水管5流出，构成一个循环回路，避免主回路水管中的水逆流，其中三通阀4上端的自循环回路水管5直径采用Φ12mm，主回路水管为Φ24mm，避免自循环回路流量分散过多造成的主回路水流量不足。

[0022] 在三通阀4的右出水端连接离子吸附装置6，用于去除水中的离子杂质，离子吸附装置6的主体是一个直径60mm，长度80mm的圆柱不锈钢管，在钢管的入水口和出水口均用塑料板通过螺母封住端口，在塑料板中心开口与水管相连接，在两端塑料板内侧装有不锈钢网，不锈钢网采用50目，钢管内部放有去离子树脂，去离子树脂使用1mm大小，保证其不会透过不锈钢网，去离子树脂投入量的高度为15mm，防止过多堵塞水管口，影响水流量。

[0023] 循环系统中水流大小的调节通过比例水阀7来控制，比例水阀7为一个0v～10v的比例水阀，比例水阀7通过信号线8连接在库卡KR1400机械手控制柜9上，通过库卡KR1400机械手控制柜9中的模拟量输出单元控制比例水阀7；机械手控制柜9通过电缆与库卡KR1400机械手示教器11相连，机械手示教器11用来操作机械手13运动及比例水阀7的调节，将比例水阀7设为模拟量1，通过在机械手示教器11上输入Anout CHANNEL_1＝(),括号内输入数字0～1，对应比例水阀7的0v～10v控制水流量大小，水流大小的显示通过比例水7右侧的流量计12显示出来。

[0024] 该喷水循环系统所采用的库卡KR1400机械手为一个六轴联动机械手，拥有A1，A2，A3，A4，A5，A6六个关节轴，在A6轴开放端安装喷头，水管连接在喷头上，使用库卡KR1400机械手示教器控制机械手喷头方向从而控制水流喷射方向，使水在工件表面待冲击区域形成1-2mm的均匀水膜，通过喷头对水流方向的调整及比例水阀对流量的调节保证水膜均匀并且紧密贴合在工件待冲击表面。为防止工件表面的水膜在冲击时飞溅到光路出光口的聚焦透镜上，在出光口前段安装防溅水装置，防溅水装置是在出光口前端同轴方向上下左右安装4个出风口，出光口为Φ50mm的不锈钢铁管，出风口为一根Φ15mm的圆形软管，用支架固定软管，并将每根软管与出光口中心方向倾斜30°，在每根末端连接一个大功率鼓风机作为风源，鼓风机功率为600w，2.8m3/min，16000r/min，加工时出风口产生大约8m/s的风力能有效的吹走即将进入出光口的水滴，从而保护聚焦透镜，工件加工时放置于水槽上方，这样加工后的水落入水槽中，形成一个循环。

[0025] 该喷水循环系统还在水槽内部安装液位开关，液位开关通过信号线连接库卡KR1400机械手控制柜，当水位超过0.5m时，触发报警装置，在库卡KR1400机械手示教器上发出警报。

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