[发明专利]一种叶片表面超声滚压强化自适应调控系统及方法

权利要求书

1.一种叶片表面超声滚压强化自适应调控系统，其特征在于，包括：

数据采集单元、中央控制单元、末端执行单元以及用于对叶片加工的数控机床；

所述数据采集单元用于对表面强化过程中叶片的变形位移量信号以及表面强化工艺参数进行实时采集并发送到所述中央控制单元，所述表面强化工艺参数包括进给速度、滚压间距、滚压次数、滚压路径、主轴位置与姿态；

其中，所述数据采集单元包括设置在所述数控机床的叶片工装上的激光位移传感器和机床数控系统；所述激光位移传感器用于实时获取叶片在表面强化过程中产生的变形信号；所述机床数控系统用于实时读取表面强化工艺参数；所述激光位移传感器和机床数控系统将采集数据发送到所述中央控制单元；

所述中央控制单元用于对接收到的叶片变形信号和表面强化工艺参数进行处理和计算，并据此生成控制信号发送到所述末端执行单元；

其中，所述中央控制单元包括工业计算机，所述工业计算机与数据采集单元和末端执行单元相连；

所述工业计算机内设置有预处理模块、叶片变形预测模块、叶片变形数据库以及参数优化模块；

所述预处理模块用于对所述激光位移传感器发送的叶片的变形信号进行滤波降噪处理，得到叶片的实际变形信号；

所述叶片变形数据库用于存储历史叶片表面超声滚压强化相关数据，包括各个型号的叶片进行超声滚压强化产生的变形位移量数据以及对应使用的工艺参数；

所述叶片变形预测模块用于基于所述叶片变形数据库建立变形预报模型，并以当前时刻叶片的实际变形信号和表面强化工艺参数为输入，得到下一时刻叶片的变形预报结果；

所述参数优化模块用于根据变形预报结果以及预设阈值，对表面强化工艺参数进行调整，生成相应控制信号发送到所述末端执行单元和机床数控系统，所述机床数控系统根据所述工业计算机发送的控制信号调节表面强化工艺参数；

所述末端执行单元用于对使用的数控机床中的叶片工装进行调整，实现对表面强化工艺参数的优化和调整，改善叶片的表面强化质量；

其中，所述末端执行单元包括辅助支撑组件和主动姿态调节组件；

所述辅助支撑组件接收到所述工业计算机发送的控制信号后，通过弹性柱销接触叶片工件，并改变接触特性，以提高叶片的刚度和抗变形能力；

所述主动姿态调节组件接收到所述工业计算机发送的控制信号后，通过工装工作台下安装的音圈电机，输出与叶片变形反向的位移来补偿叶片变形。

2.一种采用如权利要求1所述系统的叶片表面超声滚压强化自适应调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过激光位移传感器和机床数控系统构成数据采集单元，对叶片变形和表面强化工艺参数进行实时采集，并统一发送到中央控制单元的工业计算机；

2)工业计算机根据得到的当前时刻的叶片变形数据以及表面强化工艺参数对下一时刻叶片的变形状态进行预测，当预测的叶片变形结果超出阈值时，工业计算机根据预设的变形响应策略输出控制信号到末端执行单元和机床数控系统；

3)末端执行单元和机床数控系统根据工业计算机发送的控制信号进行相应动作，对叶片变形进行抑制；

4)重复步骤1)～步骤3)，在主动变形抑制过程中，中央控制单元实时处理激光位移传感器的反馈信号，当表面强化过程的变形位移量低于设定的允许值且变形位移量的变化幅度小于设定值时，停止末端执行单元的动作，继续进行叶片的表面强化，直至加工结束。

3.如权利要求2所述的一种叶片表面超声滚压强化自适应调控方法，其特征在于，所述步骤1)中，对叶片变形和表面强化工艺参数进行实时采集的方法，包括下步骤：

1.1)航空发动机叶片表面强化前，在所使用的数控机床叶片工装中集成激光位移传感器；

1.2)叶片表面强化过程中，通过激光位移传感器实时获取叶片与工装处的变形信号，同时从机床数控系统中导出机床主轴的表面强化工艺参数，一同传输至中央控制单元的工业计算机。