本發(fā)明涉及激光噴丸領(lǐng)域，尤其涉及一種反向激光噴丸多元控制方法和裝置。

背景技術(shù)：

高速旋轉(zhuǎn)零件工作時由于離心力和慣性力的作用，材料中各質(zhì)點承受交變應(yīng)力載荷，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的工作后易產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的疲勞失效。據(jù)統(tǒng)計，在機械零件失效中大約有80％以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒有明顯的變形，所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故，如燃氣輪機停車、飛機發(fā)動機空中停車等。因此，承受交變載荷的零件要一方面選擇疲勞強度較好的材料來制造，另一方面需要進行材料強化處理。

燃氣輪機葉片、航空發(fā)動機葉片高速旋轉(zhuǎn)工作時，葉片與輪系共振是導(dǎo)致葉片振動疲勞失效的主要原因。因此對葉片振動頻率有嚴(yán)格要求：例如，燃氣輪機同一級葉片安裝時必須將頻率分散度控制控制在8％以內(nèi)。又例如，航空發(fā)動機適航條款CCAR33.83振動試驗部分規(guī)定，在葉片設(shè)計過程中必須進行振動應(yīng)力分析、振動模態(tài)分析和振動試驗，進行調(diào)頻—共振裕度分析—模態(tài)試驗—動應(yīng)力測試與評估的試驗流程，保證葉片各工作轉(zhuǎn)速下共振裕度≥10％，耐久極限百分比≥30％。因此，葉片不但需要調(diào)頻處理保證共振裕度，而且需要強化處理保證動應(yīng)力裕度，使葉片工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)偏離共振頻率，滿足設(shè)計壽命要求。

綜上所述，高速回轉(zhuǎn)零件，尤其是葉片需要進行強化處理和調(diào)頻處理才能滿足整機設(shè)計要求。目前廣泛采用機械噴丸處理是一種表面強化工藝，用于提高零件機械強度以及耐磨性、抗疲勞和耐腐蝕性等，但是機械噴丸存在強化死角，強化效果隨機性不穩(wěn)定，工藝參數(shù)較難制定等缺點，難以強化處理外形復(fù)雜的葉片。當(dāng)前葉片調(diào)頻主要采用結(jié)構(gòu)微調(diào)方法改變質(zhì)心或調(diào)節(jié)整體結(jié)構(gòu)，例如重新安裝葉片改善安裝質(zhì)量、改變?nèi)~片組數(shù)目、葉頂鉆孔、增加凸肩、調(diào)整葉片與葉盤的連接牢固度等，以上調(diào)節(jié)方法是以改變零件質(zhì)量/結(jié)構(gòu)為手段，不能從本質(zhì)調(diào)整葉片固有頻率，頻率偏移量不可控，難以處理頻帶要求極高的零件，如航空發(fā)動機風(fēng)扇葉片、壓氣機葉片等。

因此，提供一種以激光噴丸技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)零件材料強化、固有頻率改變和控制尺寸外形的多元復(fù)合處理的控制方法和裝置是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種反向激光噴丸多元控制方法及裝置，克服了現(xiàn)有高速旋轉(zhuǎn)零件的強化、調(diào)頻和校形工藝不同步的問題，且利用激光噴丸強化、調(diào)頻和校形能力實現(xiàn)零件的多元處理，提升結(jié)構(gòu)疲勞壽命、保證零件工作轉(zhuǎn)速內(nèi)的共振裕度。

本發(fā)明實施例提供了一種反向激光噴丸多元控制方法，包括：

S1：根據(jù)對待處理零件進行結(jié)構(gòu)分析和殘余應(yīng)力測試得到的激光噴丸強化指標(biāo)和工藝參數(shù)，確定所述待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域；

S2：根據(jù)預(yù)置激光噴丸強化參數(shù)對所述待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域進行激光噴丸強化處理，得到強化后的零件；

S3：對所述強化后的零件進行抽樣得到樣品零件，再對樣品零件進行疲勞壽命、殘余應(yīng)力是否符合預(yù)置指標(biāo)的離線測試，若指標(biāo)合格，則執(zhí)行S4，若指標(biāo)不合格，則執(zhí)行S1；

S4：基于Campbell圖對所述強化后的零件進行共振裕度分析，并根據(jù)所述共振裕度分析對所述強化后的零件進行固有頻率調(diào)整，使得所述強化后的零件的工作區(qū)間滿足設(shè)計要求，得到調(diào)頻后的零件；

S5：判斷所述調(diào)頻后的零件激光噴丸調(diào)頻質(zhì)量指標(biāo)是否合格，若共振裕度不小于10％且耐久極限百分比不小于30％，則執(zhí)行S6，若共振裕度小于10％或耐久極限百分比小于30％，則執(zhí)行S4；

S6：對所述調(diào)頻后的零件進行零件校形區(qū)域選取，對所述零件校形區(qū)域施加一個反向沖擊載荷，以對所述調(diào)頻后的零件進行變形修復(fù)；

S7：判斷校形后的零件校形質(zhì)量是否合格，若所述校形后的零件尺寸合格，則零件處理結(jié)束，若不合格，則執(zhí)行S6。

優(yōu)選地，所述根據(jù)預(yù)置激光噴丸強化參數(shù)對所述待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域進行激光噴丸強化處理，得到強化后的零件具體包括：

所述待處理零件的表層涂敷有吸收層，對所述待處理零件的表層施加水約束層，再根據(jù)預(yù)置激光噴丸強化參數(shù)對所述待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域進行激光噴丸強化處理，得到強化后的零件。

優(yōu)選地，所述基于Campbell圖對所述強化后的零件進行共振裕度分析，并根據(jù)所述共振裕度分析對所述強化后的零件進行固有頻率調(diào)整，使得所述強化后的零件的工作區(qū)間滿足設(shè)計要求，得到調(diào)頻后的零件之前還包括：

對所述強化后的零件進行模態(tài)分析，得到所述強化后的零件在不同轉(zhuǎn)速下的固有頻率和振型。

優(yōu)選地，所述基于Campbell圖對所述強化后的零件進行共振裕度分析，并根據(jù)所述共振裕度分析對所述強化后的零件進行固有頻率調(diào)整，使得所述強化后的零件的工作區(qū)間滿足設(shè)計要求，得到調(diào)頻后的零件具體包括：

以所述強化后的零件的轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，頻率為縱坐標(biāo)，繪制與所述強化后的零件對應(yīng)的Campbell圖，基于所述Campbell圖對所述強化后的零件進行共振裕度分析；

所述強化后的零件的表層涂敷有吸收層，對所述強化后的零件的表層施加水約束層，通過設(shè)置零件區(qū)域面積和激光噴丸沖擊深度，根據(jù)所述共振裕度分析對所述強化后的零件進行固有頻率調(diào)整，使得所述強化后的零件的工作區(qū)間滿足設(shè)計要求，得到調(diào)頻后的零件。

優(yōu)選地，所述對所述調(diào)頻后的零件進行零件校形區(qū)域選取，對所述零件校形區(qū)域施加一個反向沖擊載荷，以對所述調(diào)頻后的零件進行變形修復(fù)具體包括：

以調(diào)頻后的零件建立校形力學(xué)模型，通過數(shù)值仿真，根據(jù)所述校形力學(xué)模型對所述調(diào)頻后的零件進行零件校形區(qū)域選取，再對所述零件校形區(qū)域施加一個反向沖擊載荷，以對所述調(diào)頻后的零件進行變形修復(fù)。

優(yōu)選地，所述共振裕度通過一計算公式獲取，所述計算公式為：

其中，其中f_d為零件在轉(zhuǎn)速n時實際動頻率，單位為Hz；n為設(shè)計轉(zhuǎn)速單位為r/min；K_n為轉(zhuǎn)速倍率。

優(yōu)選地，本發(fā)明實施例還提供了一種反向激光噴丸多元控制裝置，其特征在于，包括：五自由度工作臺、運動控制器、激光器、激光控制器、光學(xué)測量相機、圖形處理工作站和主機；

所述運動控制器一端和所述五自由度工作臺連接，所述運動控制器另一端和所述主機連接；

所述激光控制器一端和所述激光器連接，所述激光控制器另一端和所述主機連接；

所述圖形處理工作站一端和所述光學(xué)測量相機連接，所述圖形處理工作站另一端和所述主機連接。

其中，主機，用于根據(jù)對待處理零件進行結(jié)構(gòu)分析和殘余應(yīng)力測試得到的激光噴丸強化指標(biāo)和工藝參數(shù)，確定所述待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域；

主機，還用于根據(jù)預(yù)置激光噴丸強化參數(shù)，利用激光器對所述待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域進行激光噴丸強化處理，得到強化后的零件；

主機，還用于對所述強化后的零件進行抽樣得到樣品零件，再對樣品零件進行疲勞壽命、殘余應(yīng)力是否符合預(yù)置指標(biāo)的離線測試，若指標(biāo)合格，則基于Campbell圖對所述強化后的零件進行共振裕度分析，并根據(jù)所述共振裕度分析利用激光器對所述強化后的零件進行固有頻率調(diào)整，使得所述強化后的零件的工作區(qū)間滿足設(shè)計要求，得到調(diào)頻后的零件；

主機，還用于判斷所述調(diào)頻后的零件激光噴丸調(diào)頻質(zhì)量指標(biāo)是否合格，若共振裕度不小于10％且耐久極限百分比不小于30％，則對所述調(diào)頻后的零件進行零件校形區(qū)域選取，利用激光器對所述零件校形區(qū)域施加一個反向沖擊載荷，以對所述調(diào)頻后的零件進行變形修復(fù)；

主機，還用于通過光學(xué)測量相機和圖形處理工作站判斷校形后的零件校形質(zhì)量是否合格，若所述校形后的零件尺寸合格，則零件處理結(jié)束。

優(yōu)選地，本發(fā)明實施例提供的一種反向激光噴丸多元控制裝置還包括：涂水噴管、模態(tài)分析系統(tǒng)、加速度傳感器；

所述涂水噴管和所述激光控制器一端連接，所述激光控制器另一端與所述主機連接；

所述模態(tài)分析系統(tǒng)一端和所述加速度傳感器連接，所述模態(tài)分析系統(tǒng)另一端和所述主機連接。

優(yōu)選地，所述五自由度工作臺包括：一體式夾具和配重底座。

優(yōu)選地，所述模態(tài)分析系統(tǒng)包括：適調(diào)放大器、彈性激勵錘、信號分析儀和分析軟件。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例提供了一種反向激光噴丸多元控制方法和裝置，其中，該反向激光噴丸多元控制方法包括：S1：根據(jù)對待處理零件進行結(jié)構(gòu)分析和殘余應(yīng)力測試得到的激光噴丸強化指標(biāo)和工藝參數(shù)，確定所述待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域；S2：根據(jù)預(yù)置激光噴丸強化參數(shù)對所述待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域進行激光噴丸強化處理，得到強化后的零件；S3：對所述強化后的零件進行抽樣得到樣品零件，再對樣品零件進行疲勞壽命、殘余應(yīng)力是否符合預(yù)置指標(biāo)的離線測試，若指標(biāo)合格，則執(zhí)行S4，若指標(biāo)不合格，則執(zhí)行S1；S4：基于Campbell圖對所述強化后的零件進行共振裕度分析，并根據(jù)所述共振裕度分析對所述強化后的零件進行固有頻率調(diào)整，使得所述強化后的零件的工作區(qū)間滿足設(shè)計要求，得到調(diào)頻后的零件；S5：判斷所述調(diào)頻后的零件激光噴丸調(diào)頻質(zhì)量指標(biāo)是否合格，若共振裕度不小于10％且耐久極限百分比不小于30％，則執(zhí)行S6，若共振裕度小于10％或耐久極限百分比小于30％，則執(zhí)行S4；S6：對所述調(diào)頻后的零件進行零件校形區(qū)域選取，對所述零件校形區(qū)域施加一個反向沖擊載荷，以對所述調(diào)頻后的零件進行變形修復(fù)；S7：判斷校形后的零件校形質(zhì)量是否合格，若所述校形后的零件尺寸合格，則零件處理結(jié)束，若不合格，則執(zhí)行S6。利用激光誘導(dǎo)的沖擊波力學(xué)效應(yīng)進行旋轉(zhuǎn)零件的表層材料強化，屬于非接觸加工，強化效果顯著。本發(fā)明利用激光噴丸產(chǎn)生的表層材料改性特點，合理設(shè)計激光噴丸處理區(qū)域面積和沖擊深度，構(gòu)建疊層截面改變零件楊氏模量，從而改變固有頻率，實現(xiàn)強化與調(diào)頻處理的雙重目的，且針對激光噴丸處理普遍存在的結(jié)構(gòu)變形問題，采用力學(xué)模型建模分析，優(yōu)選校形區(qū)域與參數(shù)，通過反向加載沖擊載荷實現(xiàn)零件變形的修復(fù)，解決激光噴丸零件尺寸穩(wěn)定性的難題，并可以滿足旋轉(zhuǎn)類零件的各項需求，尤其適合承受氣動載荷的高速旋轉(zhuǎn)零件，如燃氣輪機葉片、航空發(fā)動機葉片等。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種反向激光噴丸多元控制方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種反向激光噴丸多元控制方法的另一流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種反向激光噴丸多元控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為航空發(fā)動機葉片強化區(qū)域示意圖；

圖5為航空發(fā)動機葉片振動分析Campbell圖；

圖6是航空發(fā)動機葉片調(diào)頻區(qū)域示意圖；

圖7是航空發(fā)動機葉片反向控形示意圖。

其中，圖中標(biāo)記如下所述：

1.待處理零件 2.五自由度工作臺 3.運動控制器 4.涂水噴管 5.激光器 6.激光控制器 7.加速度傳感器 8.模態(tài)分析系統(tǒng) 9.光學(xué)測量相機 10.圖形處理工作站 11.主機 12.葉片 13.進氣邊 14.排氣邊 15.葉根 16.葉面調(diào)頻區(qū)域 17.葉片中心區(qū) 18. 1-2階振型最大位移邊界 19.葉片變形方向 20.激光噴丸校形加載方向

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供了一種反向激光噴丸多元控制方法及裝置，克服了現(xiàn)有高速旋轉(zhuǎn)零件的強化、調(diào)頻和校形工藝不同步的問題，且利用激光噴丸強化、調(diào)頻和校形能力實現(xiàn)零件的多元處理，提升結(jié)構(gòu)疲勞壽命、保證零件工作轉(zhuǎn)速內(nèi)的共振裕度。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供的一種反向激光噴丸多元控制方法的一個實施例，包括：

101、根據(jù)對待處理零件進行結(jié)構(gòu)分析和殘余應(yīng)力測試得到的激光噴丸強化指標(biāo)和工藝參數(shù)，確定待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域；

主機根據(jù)對待處理零件進行結(jié)構(gòu)分析和殘余應(yīng)力測試得到的激光噴丸強化指標(biāo)和工藝參數(shù)，確定待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域。

102、根據(jù)預(yù)置激光噴丸強化參數(shù)對待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域進行激光噴丸強化處理，得到強化后的零件；

主機根據(jù)預(yù)置激光噴丸強化參數(shù)對待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域進行激光噴丸強化處理，得到強化后的零件。

103、對強化后的零件進行抽樣得到樣品零件，再對樣品零件進行疲勞壽命、殘余應(yīng)力是否符合預(yù)置指標(biāo)的離線測試，若指標(biāo)合格，則執(zhí)行104，若指標(biāo)不合格，則執(zhí)行101；

根據(jù)預(yù)置激光噴丸強化參數(shù)對待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域進行激光噴丸強化處理，得到強化后的零件后，主機對強化后的零件進行抽樣得到樣品零件，再對樣品零件進行疲勞壽命、殘余應(yīng)力是否符合預(yù)置指標(biāo)的離線測試，若指標(biāo)合格，則執(zhí)行104，若指標(biāo)不合格，則執(zhí)行101。

104、基于Campbell圖對強化后的零件進行共振裕度分析，并根據(jù)共振裕度分析對強化后的零件進行固有頻率調(diào)整，使得強化后的零件的工作區(qū)間滿足設(shè)計要求，得到調(diào)頻后的零件；

判斷強化后的零件指標(biāo)合格后，主機基于Campbell圖對強化后的零件進行共振裕度分析，并根據(jù)共振裕度分析對強化后的零件進行固有頻率調(diào)整，使得強化后的零件的工作區(qū)間滿足設(shè)計要求，得到調(diào)頻后的零件。

105、判斷是否共振裕度不小于10％且耐久極限百分比不小于30％，若是，則執(zhí)行106，若不是，則執(zhí)行104；

主機判斷調(diào)頻后的零件激光噴丸調(diào)頻質(zhì)量指標(biāo)是否合格，若共振裕度不小于10％且耐久極限百分比不小于30％，則執(zhí)行106，若共振裕度小于10％或耐久極限百分比小于30％，則執(zhí)行104。

106、對調(diào)頻后的零件進行零件校形區(qū)域選取，對零件校形區(qū)域施加一個反向沖擊載荷，以對調(diào)頻后的零件進行變形修復(fù)；

主機對調(diào)頻后的零件進行零件校形區(qū)域選取，對零件校形區(qū)域施加一個反向沖擊載荷，以對調(diào)頻后的零件進行變形修復(fù)。

107、判斷校形后的零件尺寸是否合格，若是，則零件處理結(jié)束，若不是，則執(zhí)行106。

主機判斷校形后的零件校形質(zhì)量是否合格，若校形后的零件尺寸合格，則零件處理結(jié)束，若不合格，則執(zhí)行106。

請參閱圖2，本發(fā)明實施例提供的一種反向激光噴丸多元控制方法的另一個實施例，包括：

201、根據(jù)對待處理零件進行結(jié)構(gòu)分析和殘余應(yīng)力測試得到的激光噴丸強化指標(biāo)和工藝參數(shù)，確定待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域；

主機根據(jù)對待處理零件進行結(jié)構(gòu)分析和殘余應(yīng)力測試得到的激光噴丸強化指標(biāo)和工藝參數(shù)，確定待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域。

202、待處理零件的表層涂敷有吸收層，對待處理零件的表層施加水約束層，再根據(jù)預(yù)置激光噴丸強化參數(shù)對待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域進行激光噴丸強化處理，得到強化后的零件；

待處理零件的表層涂敷有吸收層，主機利用涂水機器對待處理零件的表層施加水約束層，再根據(jù)預(yù)置激光噴丸強化參數(shù)對待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域進行激光噴丸強化處理，得到強化后的零件。

203、對強化后的零件進行抽樣得到樣品零件，再對樣品零件進行疲勞壽命、殘余應(yīng)力是否符合預(yù)置指標(biāo)的離線測試，若指標(biāo)合格，則執(zhí)行204，若指標(biāo)不合格，則執(zhí)行201；

根據(jù)預(yù)置激光噴丸強化參數(shù)對待處理零件的激光噴丸強化區(qū)域進行激光噴丸強化處理，得到強化后的零件后，主機對強化后的零件進行抽樣得到樣品零件，再對樣品零件進行疲勞壽命、殘余應(yīng)力是否符合預(yù)置指標(biāo)的離線測試，若指標(biāo)合格，則執(zhí)行204，若指標(biāo)不合格，則執(zhí)行201。

204、對強化后的零件進行模態(tài)分析，得到強化后的零件在不同轉(zhuǎn)速下的固有頻率和振型；

主機對強化后的零件進行模態(tài)分析，得到強化后的零件在不同轉(zhuǎn)速下的固有頻率和振型。

205、以強化后的零件的轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，頻率為縱坐標(biāo)，繪制與強化后的零件對應(yīng)的Campbell圖，基于Campbell圖對強化后的零件進行共振裕度分析；

判斷強化后的零件指標(biāo)合格后，主機以強化后的零件的轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，頻率為縱坐標(biāo)，繪制與強化后的零件對應(yīng)的Campbell圖，基于Campbell圖對強化后的零件進行共振裕度分析。

206、強化后的零件的表層涂敷有吸收層，對強化后的零件的表層施加水約束層，通過設(shè)置零件區(qū)域面積和激光噴丸沖擊深度，根據(jù)共振裕度分析對強化后的零件進行固有頻率調(diào)整，使得強化后的零件的工作區(qū)間滿足設(shè)計要求，得到調(diào)頻后的零件；

強化后的零件的表層涂敷有吸收層，主機利用涂水機器對強化后的零件的表層施加水約束層，通過設(shè)置零件區(qū)域面積和激光噴丸沖擊深度，根據(jù)共振裕度分析對強化后的零件進行固有頻率調(diào)整，使得強化后的零件的工作區(qū)間滿足設(shè)計要求，得到調(diào)頻后的零件。

207、判斷是否共振裕度不小于10％且耐久極限百分比不小于30％，若是，則執(zhí)行208，若不是，則執(zhí)行205；

主機判斷調(diào)頻后的零件激光噴丸調(diào)頻質(zhì)量指標(biāo)是否合格，若共振裕度不小于10％且耐久極限百分比不小于30％，則執(zhí)行208，若共振裕度小于10％或耐久極限百分比小于30％，則執(zhí)行205。

208、以調(diào)頻后的零件建立校形力學(xué)模型，通過數(shù)值仿真，根據(jù)校形力學(xué)模型對調(diào)頻后的零件進行零件校形區(qū)域選取，再對零件校形區(qū)域施加一個反向沖擊載荷，以對調(diào)頻后的零件進行變形修復(fù)；

主機以調(diào)頻后的零件建立校形力學(xué)模型，通過數(shù)值仿真，根據(jù)校形力學(xué)模型對調(diào)頻后的零件進行零件校形區(qū)域選取，再對零件校形區(qū)域施加一個反向沖擊載荷，以對調(diào)頻后的零件進行變形修復(fù)。

209、判斷校形后的零件尺寸是否合格，若是，則零件處理結(jié)束，若不是，則執(zhí)行208。

主機判斷校形后的零件校形質(zhì)量是否合格，若校形后的零件尺寸合格，則零件處理結(jié)束，若不合格，則執(zhí)行208。

在本實施例中，反向激光噴丸多元控制方法的具體過程為：

首先，利用強激光束產(chǎn)生的等離子沖擊波在材料表層形成密集、穩(wěn)定的位錯結(jié)構(gòu)與殘余壓應(yīng)力，使材料表層產(chǎn)生應(yīng)變硬化。殘余壓應(yīng)力會降低交變載荷中的拉應(yīng)力水平，使平均應(yīng)力水平下降，從而提高疲勞裂紋萌生壽命。同時殘余壓應(yīng)力的存在，可引起裂紋的閉合效應(yīng)，從而有效降低疲勞裂紋擴展的驅(qū)動力，延長疲勞裂紋擴展壽命。

然后，對零件進行共振裕度分析及動應(yīng)力裕度分析，利用激光噴丸沖擊零件形成變剛度區(qū)域，通過設(shè)置不同區(qū)域面積和沖擊深度，精確調(diào)控零件固有頻率，使之避開一定頻率范圍，處于安全工作頻率區(qū)域。

最后，針對激光噴丸強化與調(diào)頻造成的零件尺寸偏差，通過力學(xué)建模分析和數(shù)值仿真技術(shù)，優(yōu)選校形處理區(qū)域，通過施加反向沖擊載荷實現(xiàn)零件變形的修復(fù)。

請參閱圖3，本發(fā)明實施例提供的一種反向激光噴丸多元控制裝置的一個實施例，包括：

五自由度工作臺2、運動控制器3、激光器5、激光控制器6、光學(xué)測量相機9、圖形處理工作站10和主機11；

運動控制器3一端和五自由度工作臺2連接，運動控制器3另一端和主機11連接；

激光控制器6一端和激光器5連接，激光控制器6另一端和主機11連接；

圖形處理工作站10一端和光學(xué)測量相機9連接，圖形處理工作站10另一端和主機11連接。

在本實施例中，光學(xué)測量相機具有全場掃描功能，配合圖形處理工作站，能夠進行零件尺寸的三維重構(gòu)與實時變形測試，保證零件校形階段尺寸精度。

主機與運動控制器、激光控制器、圖形處理工作站和模態(tài)分析系統(tǒng)相連接，保持實時數(shù)據(jù)交換，在零件的強化、調(diào)頻和校形階段，系統(tǒng)主機借助理論分析和數(shù)值模擬技術(shù)，對工藝參數(shù)實時優(yōu)化與迭代，保證整個工藝鏈的精密高效。

本發(fā)明實施例提供的一種反向激光噴丸多元控制裝置還包括：涂水噴管4、加速度傳感器7、模態(tài)分析系統(tǒng)8；

涂水噴管4和激光控制器6一端連接，激光控制器6另一端與主機11連接；

模態(tài)分析系統(tǒng)8一端和加速度傳感器7連接，模態(tài)分析系統(tǒng)8另一端和主機11連接。

五自由度工作臺2包括：一體式夾具和配重底座，一體式夾具和配重底座能夠保持剛性足夠大，專用于零件固有頻率檢測需求。

模態(tài)分析系統(tǒng)8包括：適調(diào)放大器、彈性激勵錘、信號分析儀和分析軟件，系統(tǒng)能夠保證測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與穩(wěn)定。

上面是對一種反向激光噴丸多元控制方法和裝置的詳細說明，為便于理解，下面將以一具體應(yīng)用場景對一種反向激光噴丸多元控制方法和裝置的應(yīng)用進行說明，應(yīng)用例包括：

以航空發(fā)動機葉片作為研究對象，如圖3至圖7所示，航空發(fā)動機葉片激光噴丸強化、調(diào)頻和校形的實施步驟為：

(1)零件狀態(tài)評估：使用有限元軟件MSC.Nastran分析航空發(fā)動機葉片結(jié)構(gòu)，采用XRD法檢測葉片進氣邊、排氣邊和葉根處的殘余應(yīng)力，確定激光噴丸強化指標(biāo)和工藝參數(shù)。將待處理零件1(即葉片)固定在五自由度工作臺2上。

(2)強化區(qū)域設(shè)置：如圖4所示，根據(jù)結(jié)構(gòu)分析和殘余應(yīng)力測試結(jié)果，確定進氣邊13、排氣邊14和葉根15部位激光噴丸強化區(qū)域大小，改善應(yīng)力集中區(qū)域殘余應(yīng)力幅值，提升重要承力區(qū)域疲勞裂紋萌生壽命。

(3)激光噴丸強化：如圖4所示，葉片表層涂敷吸收層，涂水機器人(涂水噴管4)施加水約束層，按照預(yù)設(shè)參數(shù)實施激光噴丸強化。

(4)判斷強化質(zhì)量：對于航空發(fā)動機葉片成本高昂的問題，選取同種材料制作外形簡單試樣，以同樣工藝參數(shù)進行激光噴丸強化，對試樣疲勞壽命、殘余應(yīng)力指標(biāo)離線測試，如指標(biāo)合格，則結(jié)束激光噴丸強化處理；如指標(biāo)不合格，則重復(fù)步驟(2)-(4)，直至零件的強化指標(biāo)合格。

(5)模態(tài)分析：采用有限元分析航空發(fā)動機葉片的固有模態(tài)(1-15階)，得到葉片在多種轉(zhuǎn)速下的固有頻率和振型，工況上應(yīng)包括飛行剖面上的典型轉(zhuǎn)速：怠速、起飛、巡航和降落工作轉(zhuǎn)速。

(6)共振分析：如圖5所示，繪制航空發(fā)動機葉片的Campbell圖，橫坐標(biāo)為零件轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)為頻率。自由振動頻率由固定橫線表示，對應(yīng)葉片不同模態(tài)下的固有頻率；強迫振動部分，即與轉(zhuǎn)速有關(guān)的頻率成分，呈現(xiàn)在以原點引出的射線上，射線表示各種內(nèi)部激振力。如固有頻率直線與射線相交，則可能會發(fā)生共振?；贑ampbell圖進行共振裕度分析，考慮葉片關(guān)鍵轉(zhuǎn)速以及需滿足的共振裕度。

(7)共振裕度評估：在葉片所有設(shè)計轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，共振裕度滿足以下要求：

其中，其中f_d為零件在轉(zhuǎn)速n時實際動頻率，單位為Hz；n為設(shè)計轉(zhuǎn)速單位為r/min；K_n為轉(zhuǎn)速倍率。

(8)激光噴丸調(diào)頻：葉片表層涂敷吸收層，涂水機器人施加水約束層，如圖6所示，以1-2階振型最大位移邊界18為界限，在葉片中心區(qū)17設(shè)置不同區(qū)域面積和激光噴丸沖擊深度，以共振裕度分析為基礎(chǔ)，在葉片調(diào)頻區(qū)域16調(diào)整零件固有頻率，保證葉片工作區(qū)間滿足共振裕度要求。

(9)判斷調(diào)頻質(zhì)量：五自由度工作臺2添加配重保證剛性，進行葉片模態(tài)測試試驗，將加速度傳感器7固定葉片上中下三段，以彈性激勵錘敲擊作為激勵源，測試葉片激光噴丸調(diào)頻處理后的固有頻率。指標(biāo)為共振裕度≥10％，耐久極限百分比≥30％。如調(diào)頻指標(biāo)達標(biāo)，則結(jié)束激光噴丸調(diào)頻處理；如指標(biāo)不合格，則重復(fù)步驟(7)-(9)，直至零件調(diào)頻達標(biāo)。

(10)校形力學(xué)模型：葉片完成激光噴丸強化與調(diào)頻后，借助光學(xué)測量相機9和圖形處理工作站10測量葉片變形3D數(shù)據(jù)，以變形葉片幾何外形建立激光噴丸校形力學(xué)模型。

(11)校形區(qū)域優(yōu)選：主機11借助理論分析和數(shù)值仿真，以校形力學(xué)模型為基礎(chǔ)，優(yōu)選零件校形區(qū)域。

(12)反向激光噴丸控形：如圖7所示，在葉片變形方向19的反面施加一個反向沖擊載荷(如圖中激光噴丸加載方向20所示)，實現(xiàn)葉片變形量的修復(fù)，沖擊載荷的施加區(qū)域和載荷參數(shù)由力學(xué)模型和數(shù)值仿真迭代獲得。

(13)校形質(zhì)量檢測：光學(xué)測量相機9和圖形處理工作站10在線檢測葉片校形質(zhì)量，如尺寸合格，則轉(zhuǎn)至步驟(14)；如零件尺寸不合格，則重復(fù)步驟(11)-(13)，直至葉片尺寸合格。

(14)航空發(fā)動機葉片的變固有頻率的反向控形激光噴丸多元控制流程結(jié)束。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。