本发明专利技术公开了一种用于激光冲击强化的水下激光定位装置，包括影像测量系统、测距仪、激光发射器、聚焦光学系统以及控制系统，所述激光发射器用于发射出冲击强化激光束，所述聚焦光学系统用于对所述激光束进行聚焦以调整光斑的位置和尺寸；所述测距仪用于检测激光发射器与工件之间的距离并反馈给所述控制系统，所述控制系统用于控制所述激光发射器。本发明专利技术的水下激光定位装置，通过激光测距仪实时监测工作距离，完成对激光冲击强化工作距离的自适应调整，保持所需的光斑位置、面积、大小；利用影像测量系统识别读取待加工区域的形状、尺寸信息以及作业面状态，绘制三维坐标点云数据，确定激光冲击强化工作距离及作业路径。定激光冲击强化工作距离及作业路径。定激光冲击强化工作距离及作业路径。
【技术实现步骤摘要】
水下激光定位装置和水下激光能量校准方法及水下激光冲击强化方法
[0001]本专利技术属于激光加工
，具体涉及一种适用于激光冲击强化的水下激光定位装置和水下激光能量校准方法及水下激光冲击强化方法。
技术介绍
[0002]核电厂关键部件在役维修强化是核电厂安全运行和经济效益的保障。维持设备在长寿期内可靠、安全、稳定运行是核电厂最为关注的问题。采用激光冲击强化技术，在金属表面诱导产生等离子体，其在短时间内急剧膨胀产生高压冲击波(高达数GPa)，从而在金属表层产生残余压应力场，以此改善零部件服役工况下的疲劳寿命和降低应力腐蚀开裂倾向。且可采用光纤进行远距离传输激光束，同时激光冲击强化系统易于实现自动化控制。因而，该强化技术特别适用于在核电站核岛放射性环境下作业。
[0003]核电站核岛存在大量辐射环境，对相关构件关键位置的强化、维修处理一般需要在水下开展。目前，激光冲击强化已在航空领域开展工程应用，但在核电站领域，特别是核岛水下环境的应用和研究尚未成熟。
[0004]在以下两方面需完善以便开展水下激光强化处理：(1)如何对待处理区域进行选择和定位，以确定工作距离及光斑行走路径；(2)激光束在核电水环境中传输产生损耗，如何精确控制激光能量以确保强化效果。针对上述技术问题，有必要提供一种新的自适应自动化水下定位系统，与激光能量校核相配合，完成精确的激光冲击强化。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种适用于激光冲击强化的水下激光定位装置。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：
[0007]一种用于激光冲击强化的水下激光定位装置，包括影像测量系统、测距仪、激光发射器、聚焦光学系统以及控制系统，所述激光发射器用于发射出冲击强化激光束，所述聚焦光学系统用于对所述激光束进行聚焦以调整光斑的位置和尺寸；所述测距仪用于检测激光发射器与工件之间的距离并反馈给所述控制系统，所述控制系统用于控制所述激光发射器。
[0008]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述影像测量系统用于对工件的待加工区域进行识别，并测量待加工区域的形状、位置、尺寸特征，形成待加工区域的三维坐标点云数据。
[0009]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述影像测量系统包括摄像头，所述摄像头的放大倍数为0.01～50倍。
[0010]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述测距仪实时监测激光冲击强化的工作距离，并向控制系统实时反馈工作距离的信号，控制系统根据工作距离的信号实时调控激光发射器到工件的距离。
[0011]根据本专利技术的一些优选实施方面，包括激光能量检测仪，所述激光能量监测仪用
于在设定的激光能量I
design
±
20％范围内检测激光能量，并建立设定的激光能量I
design
与检测的激光能量I
measure
之间的关系I
measure
＝kI
design
，得到衰减系数k；所述控制系统根据所述衰减系数k和设定的激光能量I
design
校准加工的激光能量I
set
＝I
design
/k。
[0012]本专利技术还提供了一种水下激光能量校准方法，包括如下步骤：
[0013]将激光光斑的位置定位在L
±
10％范围内，L为设定的工作距离；
[0014]通过激光能量检测仪，在设定的激光能量I
design
±
20％范围内检测激光能量；
[0015]建立设定的激光能量I
design
与检测的激光能量I
measure
之间的关系I
measure
＝kI
design
，并得到衰减系数k；
[0016]在进行激光冲击强化加工时，校准加工的激光能量I
set
＝I
design
/k。
[0017]本专利技术还提供了一种基于上述的水下激光定位装置进行水下激光冲击强化方法，包括如下步骤：
[0018]通过影像测量系统对工件的待加工区域进行识别，读取待加工区域的形状、位置和尺寸特征，形成待加工区域的三维坐标点云数据，确定激光束加工位置及行走路径；
[0019]通过第一步获取的加工区域的三维坐标点云数据，确定激光冲击强化工作距离，并在冲击强化的过程中通过测距仪实时反馈工作距离的变化，通过控制系统调控激光发射器的位置，保持激光冲击强化所需的光斑位置、面积、大小；
[0020]对激光能量进行校准后进行激光冲击强化。水下激光冲击强化的过程中，1、实时调控冲击强化激光器到工件的距离，实现冲击强化激光器到工件表面的距离自适应，实时保持最佳的工作距离；2、通过聚焦光学系统，保持激光冲击强化所需的光斑位置、面积、大小，进而保证冲击强化效果。
[0021]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述激光能量的校准包括如下步骤：预设定激光冲击能量值，检测通过介质衰减后实际到达工件待加工面的激光能量；通过预设定的初始激光冲击能量值与到达待加工面的实际激光能量值，确定激光束在介质中的衰减系数，根据衰减系数k和预设定的激光能量校准加工的激光能量。
[0022]由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本专利技术的有益之处在于：本专利技术的水下激光定位装置，通过激光测距仪实时监测工作距离，完成对激光冲击强化工作距离的自适应调整，保持所需的光斑位置、面积、大小；利用影像测量系统识别读取待加工区域的形状、尺寸信息以及作业面状态，绘制三维坐标点云数据，确定激光冲击强化工作距离及作业路径。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术优选实施例中水下激光定位装置的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术优选实施例中水下激光能量校准方法的流程示意图；
[0026]附图中，10
‑
工件；11
‑
测量摄像头；12
‑
激光测距仪；13
‑
激光发射器；14
‑
激光束聚焦光学系统；15
‑
PLC控制系统。
具体实施方式
[0027]为了使本
的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0028]实施例1水下激光能量校准方法
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于激光冲击强化的水下激光定位装置，其特征在于，包括影像测量系统、测距仪、激光发射器、聚焦光学系统以及控制系统，所述激光发射器用于发射冲击强化激光束，所述聚焦光学系统用于对所述激光束进行聚焦以调整光斑的位置和尺寸；所述测距仪用于检测激光发射器与工件之间的距离并反馈给所述控制系统，所述控制系统用于控制所述激光发射器。2.根据权利要求1所述的水下激光定位装置，其特征在于，所述影像测量系统用于对工件的待加工区域进行识别，并测量待加工区域的形状、位置、尺寸特征，形成待加工区域的三维坐标点云数据。3.根据权利要求1所述的水下激光定位装置，其特征在于，所述影像测量系统包括摄像头，所述摄像头的放大倍数为0.01～50倍。4.根据权利要求1所述的水下激光定位装置，其特征在于，所述测距仪实时监测激光冲击强化的工作距离，并向控制系统实时反馈工作距离的信号，控制系统根据工作距离的信号实时调控激光发射器到工件的距离。5.根据权利要求1所述的水下激光定位装置，其特征在于，包括激光能量检测仪，所述激光能量监测仪用于在设定的激光能量I
design
±
20％范围内检测激光能量，并建立设定的激光能量I
design
与检测的激光能量I
measure
之间的关系I
measure
＝kI
design
，得到衰减系数k；所述控制系统根据所述衰减系数k和设定的激光能量I
design
校准加工的激光能量I
set
＝I
design
/k。6.一种水下激光...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘成威，覃恩伟，陆海峰，陈国星，吴树辉，魏少翀，邓春银，陆壮，邹扬，何东，徐应军，班艺瀚，尹嵩，史一岭，
申请(专利权)人：苏州热工研究院有限公司中国广核集团有限公司中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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