復雜曲面激光沖擊強化路徑規(guī)劃

蔡清華 王靜 楊紅濤

摘 要：針對復雜曲面的激光沖擊強化的批量加工，示教方式并不能較好的工作，本文給出了基于3D CAD模型、基于零件特征和基于示教點等三種激光強化路徑規(guī)劃的方法，滿足批量加工和激光沖擊強化工藝試驗。

關鍵詞：激光沖擊強化；路徑規(guī)劃；3D模型；零件特征；示教點

一、概述

激光沖擊強化技術的基本原理是，采用短脈沖（幾十納秒）的高峰值功率密度（>109W/cm2）的激光輻射金屬表面，金屬表面吸收層吸收激光能量發(fā)生爆炸性汽化蒸發(fā)，產生高溫（>10000K）、高壓（>1GPa）的等離子體，該等離子體受到約束層的約束時產生高強度壓力沖擊波，在工作表面獲得殘余壓應力層。激光沖擊強化的運動執(zhí)行機構一般采用數(shù)控機床或關節(jié)臂機器人，針對復雜曲面的激光沖擊強化的批量加工，示教方式并不能較好的工作，一般采用基于計算機圖形學的路徑規(guī)劃方式。

二、激光沖擊強化路徑規(guī)劃

分為基于3D CAD模型、基于零件特征和基于示教點等三種方式。

（一）基于3D CAD模型的激光沖擊強化路徑自動規(guī)劃

此軟件模塊的輸入為待加工零件3D CAD數(shù)模，涉及到的計算機圖形學相關理論和算法為非均勻有理B樣條（NURBS）曲面的特征曲線/邊界線提取、特征曲線/邊界曲線在曲面上的等值偏移、曲線參數(shù)化離散點等。實現(xiàn)的功能包括：

1）與通用3D大型軟件（具體包括Catia、ProE、UG、SolidWorks）對接，能導入它們輸出的數(shù)模；

2）結合激光沖擊強化工藝，可輸入不同的搭接率、光斑半徑、加工范圍等工藝參數(shù)，自適應的規(guī)劃成不同的加工路徑；

3）加工前的軌跡驗證：驗證激光沖擊強化加工的可達性、干涉性；驗證激光沖擊加工軌跡是否光滑連續(xù)；驗證激光沖擊加工軌跡是否存在交叉現(xiàn)象；驗證激光束相對于加工表面的方向矢量是否有突變現(xiàn)象。

（二）基于零件特征的激光沖擊強化路徑自動規(guī)劃

此軟件模塊適用于無3D CAD模型，且已知零件特征，如直線、平面、圓等，可通過簡單測量獲取特征的具體尺寸，如長、寬、直徑等。通過機器人示教待加工的起點，后續(xù)加工點可根據(jù)零件特征自動計算。

（三）基于機器人示教點的激光沖擊強化路徑規(guī)劃

此軟件模塊適用于無3D CAD模型，且工藝試驗臨時使用。通過機器人軌跡示教獲取。

三、總結

針對復雜曲面激光沖擊強化路徑規(guī)劃，本文給出了基于3D CAD模型、基于零件特征和基于示教點等三種方式，滿足復雜曲面激光沖擊強化加工。