[发明专利]一种自适应的分布式激光冲击强化加工系统与方法

说明书

本发明公开了一种自适应的分布式激光冲击强化加工系统与方法，属于激光冲击强化技术领域，包括大能量激光器发射原始激光，原始激光经偏振调节单元、第一分布式分束单元、第二分布式分束单元后得到a*a束激光；a*a束激光中的透射激光经聚焦光学单元聚焦为a*a个互相有重叠的聚焦小光斑，聚焦小光斑共同构成呈类正方形状的分布式聚焦光斑；a*a束激光中的成像激光被能量分析仪接收；根据成像激光的能量分布计算得到透射激光的能量分布，并根据透射激光的能量分布，控制移动台移动，同时控制三维运动单元运动调整工件的位置，使分布式聚焦光斑均匀的设置在工件表面；能够解决现有激光冲击强化装置体积大、能耗高、效率低，且强化效果不均匀的问题。

技术领域

本发明涉及一种自适应的分布式激光冲击强化加工系统与方法，属于激光冲击强化技术领域。

背景技术

激光冲击强化是利用高峰值功率的强脉冲激光作用在涂覆金属表面的吸收层，提高金属材料抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的一种激光加工技术。

经过对光路的多年创新研究，现有的几种不同类型的激光冲击强化装置，大体采用以下两种方式来实现提高加工效率的目的：方式一为采用单激光器进行单光束加工，此方式需要对材料进行先后多次冲击，效率低下；方式二为采用两台激光器发射两路激光进行两面冲击，此方式虽能提升效率，但是设备整体体积较大、能耗较高。对于工业应用上，迫切需要一种体积小、能耗低、效率高，同时能保证强化效果的设备。

发明内容

本发明提供了一种自适应的分布式激光冲击强化加工系统与方法，能够解决现有激光冲击强化装置体积大、能耗高、效率低，且强化效果不均匀的问题。

一方面，本发明提供了一种自适应的分布式激光冲击强化加工系统，所述系统包括大能量激光器、偏振调节单元、第一分布式分束单元、第二分布式分束单元、聚焦光学单元及精调单元；

所述大能量激光器用于发射原始激光；所述原始激光的原始大光斑的圆形冲击面均分为a个区域，所述a大于或等于2；

所述偏振调节单元、所述第一分布式分束单元、所述第二分布式分束单元及所述聚焦光学单元沿所述原始激光传输方向依次设置；

所述偏振调节单元用于将所述原始激光处理为偏振激光并输出，所述偏振激光包括偏振态与所述原始激光平行的激光及偏振态与所述原始激光垂直的激光，偏振态与所述原始激光垂直的激光占所述偏振激光能量的0.5％-2％；

所述第一分布式分束单元用于将所述偏振激光分割为传输方向互相平行的a束激光，a束激光对应在a个所述区域内传输；

所述第二分布式分束单元用于将每个所述区域内的激光再次分割为传输方向互相平行的a束激光，至此得到a*a束激光；

所述精调单元包括偏振分光片，所述偏振分光片设置在所述第二分布式分束单元与所述聚焦光学单元之间，用于透射a*a束激光中偏振态与所述原始激光平行的透射激光；

所述聚焦光学单元用于将所述透射激光聚焦为a*a个互相有重叠的聚焦小光斑，所述聚焦小光斑共同构成呈类正方形状的分布式聚焦光斑，待加工的工件设置在所述聚焦光学单元输出所述分布式聚焦光斑的一侧；

所述偏振分光片还用于反射所述a*a束激光中偏振态与所述原始激光垂直的成像激光；

所述精调单元还用于根据所述成像激光监控所述a*a束激光的能量分布，调制所述分布式聚焦光斑的能量分布，使所述分布式聚焦光斑分布在所述工件表面。

可选的，所述a*a束激光中的每束激光均能量相等。

可选的，所述第一分布式分束单元及所述第二分布式分束单元均包括多个分束镜及多个反射镜；

每一所述分束镜用于将通过的所述激光分割为一束与所述原始激光平行的激光和一束与所述原始激光垂直的激光；