[发明专利]一种激光冲击曲面压印微织构定位方法及自动换膜装置

说明书

本发明涉及激光冲击压印技术领域，具体指一种激光冲击曲面压印微织构定位方法及自动换膜装置。本发明采用一体式接触膜，在相邻接触膜上进行大小结构相同同位置微织构纳秒刻蚀，通过滚轮上的橡胶传输带将接触膜输送到相同位置即可进行微织构的重复压印，或调节X‑Y轴定位系统进行变曲面压印，避免了接触膜变形所导致的压印不均匀、不充分等现象，同时减小了压印过程中因膜振动产生的错位压印等误差，确保了多次压印的精确性，缩减了工艺流程。

技术领域

本发明涉及激光冲击压印技术领域，具体指一种激光冲击曲面压印微织构定位方法及自动换膜装置。

背景技术

激光冲击压印技术作为一种新型的表面织构制备技术，同时具有表面塑性强化和表面形貌控制的作用，通过残余压应力预制和微观组织改善显著提高金属高周疲劳性能，同时将表面不可控形貌可控化。然而，高功率密度激光冲击容易致使微织构接触膜发生较大塑性变形，而采用低功率密度激光冲击又会使得表面形貌压印不均匀、不充分，故需要不断地更换微织构接触膜，这不仅仅使得激光冲击压印工艺流程变得繁琐，还带来了新的问题，即更换接触膜后，微织构的自动定位以及所压印纹理的一致性，除此之外，面对带有曲度的工件，其接触膜的安置、调整及更换皆存在很大难度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种自动换膜装置和一种微织构定位方法，用以解决激光冲击曲面压印过程中更换曲面接触膜所带来的工艺流程繁琐以及微织构精确定位等问题。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种激光冲击曲面压印自动换膜装置，其特征在于，所述装置包括微织构接触膜，滚轮，联轴器，滑块，阻挡块，滑块上下位移伺服电机，滚珠丝杠，滚轮旋转伺服电机，导轨，转轴，支撑座，X-Y轴定位系统和定位挡板。

所述装置通过支撑座上的螺栓固定在水平工作台上。

X-Y轴定位系统也置于水平工作台上，位于夹持在滚轮之间的微织构接触膜的下方。

所述的装置，其特征在于，包含四个滚轮组，共八个滚轮，如图-1所示，滚轮通过连杆以及联轴器与滚轮旋转伺服电机相连，滚轮后端固定有自带轴承的定位挡板，各滚轮所连旋转伺服电机转速相同，用弹性橡胶传输带将上下各两组滚轮固定在一起，实现平稳转动；滚轮旋转伺服电机固定在滑块上，滑块安装在滚珠丝杠上，且滑块上装载有一个滑块上下位移伺服电机，用来控制滑块在滚珠丝杠上的上下位移，通过调节滑块在滚珠丝杠上的距离来适应所需激光冲击压印接触膜的厚度，在调节同丝杠滑块间距以适应接触膜厚度后，各滚珠丝杠上的两滑块之间的间距不变，且各滚珠丝杠上对应滑块位置相同；滚珠丝杠与连杆相连，并通过固定销将连杆末端球头固定在导轨上，导轨上标注有度数，方便曲度调节；导轨与转轴相连，转轴固定在支撑座上，所采用的转轴为一种能够自动复位及限位功能的转轴，其上标有旋转度数；通过导轨的转动以及球头在导轨上的移动实现接触膜的曲度控制；同时，还可通过调节滚轮旋转伺服电机的速度来实现快速换膜。

利用所述装置实施激光冲击曲面压印前，需预设微织构的位置以达到定位的目的，即采用一体式接触膜，如图-3所示，一体式接触膜由多个冲击区和缓冲区构成，两个相邻冲击区之间设有缓冲区，缓冲区内设有引导槽，利用纳秒激光器在相邻冲击区的相同位置上刻蚀大小结构相同微织构，在上一工位接触膜激光冲击压印后，将球头在导轨上的位置恢复到初始状态，转轴也复位，再通过滚轮与弹性橡胶传输带将新接触膜传输到试样所需压印的相同位置上方，再依次将转轴及球头在导轨上的位置调整到上次压印的位置，在滚轮后固定有自带轴承的定位挡板，确保曲度调节过程中接触膜不会发生位移，在重新定位微织构时，利用引导槽与前压印织构重合进行错位对齐压印，这里的引导槽为接触膜的贯穿结构，与微织构一同加工，且与边侧织构在膜面上处于同一直线，并通过调节X-Y轴定位系统修正微织构的偏离以及进行不同位置的压印，以适应变换曲面后织构的重新定位，通过四组滑块在滚珠丝杠(7)上向下移动，使得新接触膜与试样表面紧密贴合，即可达到连续激光冲击强化时，复杂微织构的自动定位，确保更换接触膜后，微织构压印的一致性。