[发明专利]一种面向排气机匣的激光喷丸机器人运动轨迹控制方法

说明书

本发明属于零件表面处理技术，涉及一种面向排气机匣的激光喷丸机器人运动轨迹控制方法；本发明通过机器人法兰盘的中心的X、Y、Z坐标确定排气机匣的位置，通过以R、B和T轴控制机器人手腕法兰盘上所装排气机匣的姿态，具有良好的可操作性和控制精度，可在空间内实现激光的多角度入射，为入射角度的优化提供了可能；采用本方法，强化区表面残余压应力分布的均匀性提高了1倍，可以实现每个激光光斑的位置和入射角度的精准可控，降低了曲面、结构遮蔽及撞击带来的不利影响，提高了高曲率部位的搭接均匀性，提高了结构遮蔽区域的激光可达性，改善了待强化区的的表面质量。

技术领域

本发明属于零件表面处理技术，涉及一种面向排气机匣的激光喷丸机器人运动轨迹控制方法。

背景技术

航空发动机排气机匣位于发动机的尾部，主要用于固定发动机涡轮部件，并输出剩余燃气。排气机匣通常采用高温合金铸造，承受着高温热流冲击、循环载荷等多重载荷，服役后，在支板的圆角、引射槽等应力集中部位易发生高温疲劳失效。激光喷丸强化是一种新型的表面强化技术，通过利用激光的力学效应，使零件表面发生局部塑性变形，形成残余压应力场和组织强化层，从而提高高温疲劳性能。该技术是通过圆形或方形光斑逐点搭接并覆盖待强化区，激光器的光路是固定不动的，而机器人夹持零件进行运动，从而实现光斑在零件表面的逐点覆盖。

排气机匣的激光喷丸实施过程中存在三个难点：1)由于待强化区为曲面，传统的平面搭接方式难以满足要求，会造成覆盖不均匀的现象，因此，亟需根据曲率变化精确控制每个光斑的位置及间隔距离；2)由于部分待强化区受到相邻区域的遮蔽，无法实现激光垂直入射(即入射角度为90°)，而必须通过斜射的方式照射待强化区，因此，亟需精确地控制每个光斑入射角度，结合功率补偿，才能使不同入射角度的光斑的强化效果基本一致；3)由于排气机匣尺寸较大，机器人夹持排气机匣运动过程中，排气机匣的部分区域存在碰撞激光出光口的风险，因此，亟需进行提前判断，并选择合适的入射方位及角度。目前，采用传统示教编程的方式存在精度低、效率慢、强化效果不均匀等诸多问题，亟需一种新型的运动轨迹控制方法。

发明内容

本发明的目的是：提出一种面向排气机匣的激光喷丸机器人运动轨迹控制方法，通过该方法，可以解决曲面光斑搭接精度低、结构遮蔽、机匣碰撞出光口等问题，改善待强化区激光入射的可达性，提高强化效果的均匀性。

本发明的技术方案是：

1、一种面向排气机匣的激光喷丸机器人运动轨迹控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)获取排气机匣的三维模型；确定待强化区位置及大小；对待强化区表面划分网格，获取排气机匣坐标系中网格格点的坐标；

2)分析排气机匣其它区域对待强化区的遮蔽情况，确定每个网格格点的激光入射角度；确定激光出光口在排气机匣坐标系中的坐标；

3)分析6轴机器人的结构，建立机器人的S、L、U、R、B和T轴的转角与脉冲数之间的相互关系。

4)测量激光出光口在机器人坐标系中的位置，再确定排气机匣在机器人上的初始安装位置，根据激光出光口和排气机匣的相对位置关系，反求得排气机匣在机器人坐标系中应达到的位置；

5)将排气机匣安装在机器人法兰盘上，通过卡具确保排气机匣与机器人法兰盘同轴，再将排气机匣的坐标轴旋转至正确方位，通过排气机匣上的螺钉孔来辅助定位；

6)通过设备控制软件移动排气机匣，使排气机匣坐标系中的激光光束位置与机器人坐标系中的实际的激光光束位置重合；

7)根据排气机匣在加工时所处姿态、排气机匣坐标系中激光出光口位置、排气机匣安装后与机器人法兰盘之间的相对位置关系，推得加工时，机器人法兰盘中心应该到达的坐标位置，通过在设备控制软件上直接输入坐标的方式，让机器人法兰盘中心到达坐标相应位置；