1 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110169
3 中国科学院大学，北京 100049
为了改善水导激光制备单晶镍合金微孔的表面形貌，降低微孔锥度，采用控制变量法研究了在单步螺旋打孔方法下，激光单脉冲能量、扫描速度、进给次数和扫描圈数对微孔表面形貌及锥度的影响规律。提出了多步螺旋打孔方法，并在优选加工参数组合下与单步螺旋打孔方法进行了比较。结果表明，增加单脉冲能量和降低扫描速度可以改善微孔表面形貌，减小微孔锥度。随着进给次数的增多，微孔表面形貌逐渐变好，微孔锥度先减小后饱和。随着扫描圈数的增多，微孔表面形貌逐渐变差，微孔锥度先增大后减小。采用多步螺旋打孔方法加工的微孔锥度仅为0.29°，比单步螺旋打孔方法降低了70%，且尺寸偏差和圆度都控制在20 μm以内。
激光技术 水导激光 螺旋打孔 高温合金 表面形貌 锥度 中国激光
2024, 51(16): 1602404
1 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110016
2 东北大学机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110819
3 中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110169
4 中国科学院大学，北京 100049
水导激光加工是一项利用水光纤将激光引导到材料加工表面的新颖加工技术，具有几乎无微裂纹、热影响区小、无污染、重熔层少、加工精度高和光束平行等优点。为研究不同水导激光加工工艺参数对微观形貌的影响，探索水导激光与物质的相互作用机理。本文采用自主研发的水导激光加工系统对316L不锈钢薄片试件进行切槽和打孔实验；使用Zeiss Vert.A1金相显微镜观察加工试件的二维形貌；使用Leica DVM6超景深显微镜和Bruke Contour Elite I白光干涉仪观察试件的三维微观形貌。实验结果表明：无论是对试件进行切槽还是打孔实验，均会在加工区域产生一定宽度的沉积层，且沉积层的大小不随加工时间和加工次数变化，其宽度约为13.5 μm；通过观察试件加工区域的二维形貌，发现打孔试件的dr和切槽试件的wl也不随加工试件和加工次数变化；通过观察切槽试件加工区域的三维形貌，其截面呈倒梯形。
水导激光加工 316L不锈钢 切槽 打孔 微观形貌 water-jet guided laser machining 316L stainless steel grooving slotting micro-morphology
孙兰香 1,2,3,*王文举 1,4齐立峰 1,2,3陆莹 1,2,3[ ... ]汪为 1,2,3,5
1 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室, 辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院网络化控制系统重点实验室, 辽宁 沈阳 110016
3 中国科学院机器人与智能制造创新研究院, 辽宁 沈阳 110169
4 东北大学, 辽宁 沈阳 110006
5 中国科学院大学, 北京 100049
结合激光诱导击穿光谱(LIBS)技术,设计激光清洗在线监测系统以实时监测激光清洗的质量。实验所用的激光器为光纤激光器,其可以在多维空间中加工应用。首先确定激光清洗速度,并研究LIBS随激光单脉冲能量密度的变化规律,用来表征碳纤维复合材料清洗的效果。然后在数据分析的处理上,采用均值平滑去除背景的方法处理包络状的光谱连续背景;采用DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)算法实现光谱噪声和有效数据的分离;采用皮尔逊系数分析的方法确定激光清洗的最佳烧蚀次数,为激光清洗实现过程自动优化控制提供判定依据。最后采用扫描电子显微镜分析碳纤维表面形貌特征,证实LIBS技术在线监测激光清洗效果的有效性。
光谱学 激光诱导击穿光谱 碳纤维复合材料 激光清洗 实时监测 中国激光
2020, 47(11): 1111003
1 中国科学院沈阳自动化研究所, 辽宁沈阳 110179
2 中国科学院机器人与智能制造创新研究院, 辽宁沈阳 110179
金属材料的激光加工目前正向着低表面粗糙度、小热影响区及大深径比结构的趋势发展。新近发展了一种基于激光-水射流耦合原理的水导激光加工技术, 本文阐述了水导激光加工技术的基本原理及其相对于传统激光加工方法的优势, 基于激光 -水射流耦合原理构建了一套水导激光加工设备, 对多种金属材料进行了水导激光加工实验。利用超景深显微镜对加工工件表面进行了观测与分析, 发现两种金属材料加工得到的盲孔边缘规则圆滑, 切槽的边缘平直无毛刺, 没有热影响区。实验结果说明对金属材料的水导激光精密加工具有可行性且有重要的应用价值。
水导激光 耦合技术 激光加工 表面质量 laser water-jet coupling technology laser processing surface quality
1 沈阳理工大学 理学院，辽宁 沈阳 110159
2 吉林大学 相干光与原子分子光谱教育部重点实验室，吉林 长春 130012
3 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110016
为了对沈阳市某工业区附近大气中重金属等离子体光谱特性进行研究，采用双脉冲激光诱导击穿光谱技术(Double pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)对样品中主要重金属等离子体光谱进行测量分析。通过比较单脉冲(SP)和双脉冲(DP)激发的样品等离子体光谱，发现采用DP-LIBS技术可以很好地增强等离子体光谱的强度。研究DP-LIBS光谱强度随两个脉冲激光的间隔时间变化，在脉冲间隔为15 ?滋s时样品中重金属等离子体光谱得到了最大的增强。同时DP-LIBS技术也会提高样品等离子体光谱的稳定性，谱线的相对标准偏差由6%降低为3%左右。最后对样品等离子体的电子温度及电子密度随双脉冲间隔时间的变化情况进行了研究。
激光诱导等离子体 双脉冲激光 脉冲间隔时间 大气重金属 laser-induced plasma double pulse laser pulse interval atmospheric heavy metals 红外与激光工程
2019, 48(10): 1005006
1 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110016
2 湖南工业大学计算机学院，湖南 株洲 412007
3 中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110016
为实现激光冲击强化在线检测，针对激光诱导等离子体声波现象，采用SIA-AEDAC-01 型声发射数据采集卡采集声波信号，研究并设计了一种激光诱导等离子体声波信号实时采集分析软件系统。设计了该系统的可行性和准确性测试实验，首先用激光冲击强化在线检测系统采集传播在空气中的激光诱导等离子体声波信号，并从中提取等离子体声波信号能量；利用X 射线应力分析仪测量试件强化后的残余应力以验证激光冲击强化实验的可靠性。实验结果表明，本文设计开发的软件系统能实时采集分析激光冲击强化过程中的等离子体声波信号，并能准确提取每一次冲击强化产生的声波信号能量；且随着激光冲击能量的增加，等离子体声波信号能量和试件表面残余压应力都增大，且二者曲线线型一致，说明该软件系统准确可靠，满足激光冲击强化在线检测的需求。
激光冲击强化 激光诱导等离子体声波 在线检测 实时采集分析 软件系统 laser shock processing laser-induced plasma acoustic wave online detection real-time acquisition and analysis software system
Author Affiliations
Abstract
1 Manufacturing Technology Department, Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
2 Institutes for Robotics and Intelligent Manufacturing, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
3 School of Engineering Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 School of Computer, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412007, China
In order to overcome the existing disadvantages of offline laser shock peening detection methods, an online detection method based on acoustic wave signals energy is provided. During the laser shock peening, an acoustic emission sensor at a defined position is used to collect the acoustic wave signals that propagate in the air. The acoustic wave signal is sampled, stored, digitally filtered and analyzed by the online laser shock peening detection system. Then the system gets the acoustic wave signal energy to measure the quality of the laser shock peening by establishing the correspondence between the acoustic wave signal energy and the laser pulse energy. The surface residual stresses of the samples are measured by X-ray stress analysis instrument to verify the reliability. The results show that both the surface residual stress and acoustic wave signal energy are increased with the laser pulse energy, and their growth trends are consistent. Finally, the empirical formula between the surface residual stress and the acoustic wave signal energy is established by the cubic equation fitting, which will provide a theoretical basis for the real-time online detection of laser shock peening.
laser shock peening acoustic wave laser pulse energy surface residual stress acoustic wave signal energy online detection Opto-Electronic Advances
2018, 1(9): 180016
1 中国科学院沈阳自动化研究所装备制造技术研究室，辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院大学工程科学学院，北京100049
激光冲击强化是一种利用激光诱导等离子体冲击波来提高材料疲劳寿命的新型表面改性技术，具有强化效果显著、可控性强、适应性好等优点，对提高结构可靠性和部件疲劳强度、延长材料使用寿命具有重要作用。近年来，该技术受到了广泛重视，得到了快速发展。本文简要介绍了激光冲击强化技术的基本原理、特点与应用领域；总结了国内外激光冲击强化技术的发展状况与研究成果；并针对国内外激光冲击强化技术的现状，提出了一些现在需要解决的强化工艺问题；最后对激光冲击强化技术的应用前景进行了展望。
激光冲击强化 等离子体 冲击波 疲劳寿命 表面改性 laser shock processing plasma shock waves fatigue life surface strengthen
1 中国科学院沈阳自动化研究所装备制造技术研究室, 辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院大学, 北京 100049
采用数值模拟方法, 研究了激光冲击不同厚度钛合金零件时沿零件表面和深度方向的残余应力场分布规律, 并通过动态分析, 研究了冲击波在不同平面间的反射情况。结果表明, 当其他参数不变时, 试样的正面残余应力随厚度的增大而增大, 而反面残余应力随厚度的增大先增大后减小。当试样厚度为4 mm时, 正面显微硬度最大值为440.2 HV；当试样的厚度为2 mm时, 反面显微硬度最大值为416.1 HV。冲击波与声阻抗接触面作用产生的拉伸波与压缩波对残余应力场的分布有显著影响。
激光技术 激光冲击强化 薄壁件 钛合金 数值模拟 残余应力场
1 Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
2 School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China, Shenyang 110016, China
3 Equipment Manufacturing Technology Department, Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
