[发明专利]一种双机器人联动的无干涉激光冲击强化方法

说明书

本发明公开了一种双机器人联动的无干涉激光冲击强化方法，该方法通过使用两台6自由度的机器人，编程控制12轴联动完成空间协同运动，实现复杂曲面上无干涉、等强度的激光冲击强化。无干涉包含两方面，一是零件与机器人之间的空间运动无干涉，二是激光束光路与零件、机器人均无干涉。等强度包含两方面，一是激光束聚焦于零件曲面上的焦距恒定，二是区域内激光束入射角恒定。本发明所提供的激光冲击强化方法具有空间自由度高、工艺稳定性良好的优点，适合处理复杂曲面类零件，如风扇叶片、压气机叶片等。

技术领域

本发明涉及航空制造技术领域，尤其涉及一种用于航空制造领域上的双机器人联动的无干涉激光冲击强化方法。

背景技术

激光冲击强化技术是美国航空发动机核心制造技术之一，已成功应用于各类军民飞机发动机的风扇、各级压气机叶片上，有效的提升了抗外物损伤能力和高周疲劳性能，取得了巨大的成功。叶片类零件具有复杂曲面和苛刻的形面精度，对激光冲击强化质量和工艺稳定性有极高要求。因此，国内外研究者研发了一系列设备及方法，力求叶片强化后形面精度仍满足工差设计要求。

美国通用电气公司的专利“连续运动激光冲击硬化设备及其方法-CN 1727501 B”中提出了连续运动激光冲击设备及其方法，说明了激光器和连续运动控制的逻辑和硬件设计，但并未详细说明喷水嘴的运动控制及水帘施加方法，尤其是如何保证激光束和水流的无干涉，这是保证激光冲击强化质量的关键难度。中国科学院沈阳自动化研究所的专利“整体叶盘激光冲击强化装备-CN 103882188 B”中提出了详细的装备设计，其中硬件系统中包含激光器、光路系统、轨迹机器人和送水机器人，该专利侧重于设备设计，对轨迹和送水两台机器人的运动控制和防止干涉未进行说明。

针对激光冲击强化技术设备复杂、工艺要求高、干涉严重等难题，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双机器人联动的无干涉激光冲击强化方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种双机器人联动的无干涉激光冲击强化方法，该方法采用两台机器人分别夹持和涂水待加工零件，具体包括如下步骤：

步骤S1：根据脉冲激光束的焦平面距离，确定加工区域；根据零件的外形尺寸和工艺需求，确定安全平面。

具体的，所述步骤S1中的焦平面是由激光系统外光路的参数决定的，焦平面即为激光冲击强化的加工区域。所述步骤S1中的安全平面指机器人在此区域内运动是安全无干涉的。

作为本发明的优选方案，所述步骤S1中的安全平面设为2至3个零件的最大尺寸。

步骤S2：编程时依次设置5个子程序段：零件装卸子程序、冲击待命子程序、水射流待命子程序、设定空间位移轨迹子程序和退至安全平面子程序。

进一步的，所述步骤S2中的子程序分别为：

零件装卸子程序：是指将工具机器人旋转至工作台外的位置，安全操作且便于装卸零件，也是激光冲击强化的起始点；

冲击待命子程序：是指用于调整工具机器人姿态和空间位置，设定激光束与零件的相对位置；

水射流待命子程序：是指用于调整涂水机器人姿态和空间位置，设定水射流、水帘和零件表面的相对位置；

设定空间位移轨迹子程序：是指根据零件外形包络线设定与之匹配的运动轨迹，补偿非均匀曲面与激光束相交产生的激光束焦距和入射角度的变化；

退至安全平面子程序：是指执行各区域冲击强化后，两台机器人依次退至安全平面，再执行后续运动和姿态调整指令，防止光路和机器人之间的干涉。

步骤S3：根据零件的外形特点和强化需求，设计强化区域的形状和位置。