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1、10申请公布号CN104073622A43申请公布日20141001CN104073622A21申请号201410286001722申请日20140624C21D10/0020060171申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号72发明人尚德广刘凤珠刘小冬张海萌74专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人沈波54发明名称一种适用于激光冲击处理的光路转换装置57摘要一种适用于激光冲击处理的光路转换装置，该光路转换装置包括光路反射装置、光路折射装置和光路转换装置支架；将光路折射装置固定在光路转换装置支架的中间位置；将光路反射装置固定在光路转换装置支架的上端，。
2、调节光路反射装置的位置使激光指示光位于平面镜的中心位置；通过不断调节光路折射装置与光路反射装置之间的距离得到所需要的光斑大小；光路转换装置能将激光器发出的激光经过反射和折射到达待冲击试件的表面，对其进行激光冲击处理。本发明能够实现将激光简单高效地作用于待冲击试件表面，对其进行激光冲击处理，从而改善材料的性能。51INTCL权利要求书2页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书3页附图1页10申请公布号CN104073622ACN104073622A1/2页21一种适用于激光冲击处理的光路转换装置，其特征在于该装置包括光路反射装置1、光路折射装置2、。
3、待冲击试件3、光路转换装置支架4、激光器5；其中，光路反射装置1包括光路反射装置支座11、平面镜固定架12、平面镜13；光路折射装置2包括光路折射装置支座21、调节滑块22、凸透镜23、凸透镜固定架24；具体而言，激光器5向光路反射装置1发射激光，经由光路反射装置1反射后进入光路折射装置2，并对待冲击试件3进行激光冲击处理；所述平面镜13安装在平面镜固定架12上，平面镜固定架12安装在反射装置支座11上，反射装置支座11安装在光路转换装置支架4顶部，且平面镜13与水平面呈45夹角，可将水平射入的激光竖直方向进行反射；凸透镜23固定在凸透镜固定架24上且水平布置，调节滑块22固定在光路折射装置支。
4、座21上，凸透镜固定架24安装在光路折射装置支座21上；所述光路折射装置2安装在光路转换装置支架4中间位置；待冲击试件3置于光路转换装置支架4的底部工作台上。2根据权利要求1所述的一种适用于激光冲击处理的光路转换装置，其特征在于该装置的具体实施步骤如下步骤1提供光路反射装置1、光路折射装置2和光路转换装置支架4，所述光路反射装置1包括光路反射装置支座11、平面镜固定架12和平面镜13；光路折射装置2包括光路折射装置支座21、调节滑块22、凸透镜23和凸透镜固定架24；步骤2取出光路转换装置支架4，竖直放置在工作台上；步骤3通过拧紧螺栓将光路折射装置支座21固定于光路转换装置支架4的中间位置；步。
5、骤4将调节滑块22插入光路折射装置支座21的滑槽内；步骤5将凸透镜23固定架的手柄插入调节滑块的内孔中，旋转手柄使凸透镜23固定架处于水平状态；步骤6手持凸透镜23，将凸透镜23轻放于凸透镜固定架24的方形框内；步骤7通过拧紧螺栓将光路反射装置支座11固定于光路转换装置支架4的上端；步骤8将背面涂有胶水的平面镜13放入平面镜固定架12的方形壳内，待胶水干透后进行下一步；步骤9将平面镜13固定架的手柄插入光路反射装置支座11的另一个内孔中，通过螺栓固定；步骤10通过调整光路反射装置支座11的高度以及转动平面镜固定架12手柄，使激光指示光照射在平面镜13的中心位置；步骤11通过滑动调节滑块22，改。
6、变其在光路折射装置支座21的滑槽内的位置以及转动凸透镜固定架23手柄，使经过平面镜13反射的激光指示光照射在凸透镜23的中心位置；步骤12通过上下调节光路折射装置支座21的高度，得到指定尺寸的光斑。3根据权利要求1所述的一种适用于激光冲击处理的光路转换装置，其特征在于步骤5所述的凸透镜固定架24要处于水平状态；权利要求书CN104073622A2/2页3步骤10所述的平面镜13与入射激光指示光呈45且入射激光指示光要照射在平面镜13的中心位置；步骤11所述的经平面镜13反射后的激光指示光要照射在凸透镜23的中心位置。权利要求书CN104073622A1/3页4一种适用于激光冲击处理的光路转换装。
7、置技术领域0001本发明属于机械制造与激光加工应用技术领域，尤其涉及一种适用于激光冲击处理的光路转换装置。背景技术0002激光冲击处理技术是高功率密度、短脉冲的激光束与物质相互作用产生强冲击波来改善材料表面物理及机械性能的一种新颖的表面处理技术。激光冲击处理产生的高压力学效应使金属表面产生高应变率的塑性变形，从而改善材料表面的微观组织并产生高幅值的残余压应力，提高材料的抗疲劳、抗腐蚀等性能。发明内容0003本发明的目的是为实现激光冲击处理提供光路转换装置。由于进行激光冲击处理的试件表面要进行涂黑，并要将涂黑的试件放入盛有水的器皿内，这导致水平方向上发射出的激光很难照射到试件表面。为了使水平发射。
8、出的激光能够垂直地作用于物体表面，就需要引入光路转换装置，从而实现激光冲击处理，改善材料的抗疲劳、抗腐蚀等性能。0004为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种适用于激光冲击处理的光路转换装置，该装置包括光路反射装置1、光路折射装置2、待冲击试件3、光路转换装置支架4、激光器5；其中，光路反射装置1包括光路反射装置支座11、平面镜固定架12、平面镜13；光路折射装置2包括光路折射装置支座21、调节滑块22、凸透镜23、凸透镜固定架24；具体而言，激光器5向光路反射装置1发射激光，经由光路反射装置1反射后进入光路折射装置2，并对待冲击试件3进行激光冲击处理；所述平面镜13安装在平面镜固定架12。
9、上，平面镜固定架12安装在反射装置支座11上，反射装置支座11安装在光路转换装置支架4顶部，且平面镜13与水平面呈45夹角，可将水平射入的激光竖直方向进行反射；0005凸透镜23固定在凸透镜固定架24上且水平布置，调节滑块22固定在光路折射装置支座21上，凸透镜固定架24安装在光路折射装置支座21上；所述光路折射装置2安装在光路转换装置支架4中间位置；待冲击试件3置于光路转换装置支架4的底部工作台上。0006该装置的具体实施步骤如下0007步骤1提供光路反射装置1、光路折射装置2和光路转换装置支架4，所述光路反射装置1包括光路反射装置支座11、平面镜固定架12和平面镜13；光路折射装置2包括光。
10、路折射装置支座21、调节滑块22、凸透镜23和凸透镜固定架24；0008步骤2取出光路转换装置支架4，竖直放置在工作台上；0009步骤3通过拧紧螺栓将光路折射装置支座21固定于光路转换装置支架4的中间位置；0010步骤4将调节滑块22插入光路折射装置支座21的滑槽内；0011步骤5将凸透镜23固定架的手柄插入调节滑块的内孔中，旋转手柄使凸透镜23固定架处于水平状态；说明书CN104073622A2/3页50012步骤6手持凸透镜23，将凸透镜23轻放于凸透镜固定架24的方形框内；0013步骤7通过拧紧螺栓将光路反射装置支座11固定于光路转换装置支架4的上端；0014步骤8将背面涂有胶水的平面镜。
11、13放入平面镜固定架12的方形壳内，待胶水干透后进行下一步；0015步骤9将平面镜13固定架的手柄插入光路反射装置支座11的另一个内孔中，通过螺栓固定；0016步骤10通过调整光路反射装置支座11的高度以及转动平面镜固定架12手柄，使激光指示光照射在平面镜13的中心位置；0017步骤11通过滑动调节滑块22，改变其在光路折射装置支座21的滑槽内的位置以及转动凸透镜固定架23手柄，使经过平面镜13反射的激光指示光照射在凸透镜23的中心位置；0018步骤12通过上下调节光路折射装置支座21的高度，得到指定尺寸的光斑；0019进一步，步骤5所述的凸透镜固定架24要处于水平状态；步骤10所述的平面镜1。
12、3与入射激光指示光呈45且入射激光指示光要照射在平面镜13的中心位置；步骤11所述的经平面镜13反射后的激光指示光要照射在凸透镜23的中心位置。0020本文发明的光路转换装置的创新在于进行激光冲击处理的试件表面需要覆盖涂覆层，并放入盛有水的器皿内，而激光器发出的激光束是水平的，难以照射到试件表面。本文发明的光路转换装置实现了将水平发射的激光垂直地作用到试件表面，进行激光冲击处理，从而改善材料的抗腐蚀、抗疲劳等性能。0021本发明的有益效果在于不但实现了将水平发射出的激光垂直地作用于试件表面，而且该装置成品低，安装简单，实用性强。附图说明0022图1为本发明中光路转换装置的原理图。0023图2为。
13、本发明中光路转换装置的示意图。0024图3为本发明中激光冲击处理的示意图。0025图中1、光路反射装置，2、光路折射装置，3、待冲击试件，4、光路转换装置支架，5、激光器，11、光路反射装置支座，12、平面镜固定架，13、平面镜，21、光路折射装置支座，22、调节滑块，23、凸透镜，24、凸透镜固定架。具体实施方式0026下面结合附图，通过举例进一步阐明本发明的具体操作流程，请参阅图1至图3。激光冲击处理修复承受最大主应力为140MPA的脉动循环且已存在40损伤程度的铜薄膜缺口试件，其步骤为0027步骤1提供光路反射装置1、光路折射装置2和光路转换装置支架4，所述光路反射装置1包括光路反射装置。
14、支座11、平面镜固定架12和平面镜13；光路折射装置2包括光路折射装置支架21、调节滑块22、凸透镜23和凸透镜固定架24；0028步骤2取出光路转换装置支架4，竖直放置在工作台上；说明书CN104073622A3/3页60029步骤3通过拧紧螺栓将光路折射装置支座21固定于光路转换装置支架4的中间位置；0030步骤4将调节滑块22插入光路折射装置支座21的滑槽内；0031步骤5将凸透镜固定架24的手柄插入调节滑块22的内孔中，旋转手柄使凸透镜固定架24处于水平状态，其中凸透镜固定架24手柄的尺寸与调节滑块22内孔的尺寸相同，间隙极小；0032步骤6手持凸透镜23，将凸透镜23轻放于凸透镜固定。
15、架24的方形框内；0033步骤7通过拧紧螺栓将光路反射装置支座11固定于光路转换装置支架4的上端；0034步骤8将背面涂有胶水的平面镜13放入平面镜固定架12的方形壳内，待胶水干透后进行下一步；0035步骤9将平面镜固定架12的手柄插入光路反射装置支座11的另一个内孔中，通过螺栓固定，其中平面镜固定架12手柄的尺寸以及与其配合的光路反射装置支座11的内孔尺寸相同，间隙极小；0036步骤10通过调整光路反射装置支座11的高度以及转动平面镜固定架12手柄，使激光指示光照射在平面镜13的中心位置，且平面镜13与入射激光指示光呈45；0037步骤11通过滑动调节滑块22，改变其在光路折射装置支座21的。
16、滑槽内的位置以及转动凸透镜固定架24手柄，使经过平面镜13反射的激光指示光照射在凸透镜23的中心位置；0038步骤12通过上下调节光路折射装置支座21的高度，使光斑大小为451MM2；0039步骤13在待冲击试件3，即存在40损伤程度的铜薄膜缺口试件的表面喷一层厚度为50100微米的黑色涂层以增加材料对激光的吸收率，待黑色涂层干透后，将其固定到金属基体上，并将金属基体放入盛有水的培养皿中，往培养皿中注入清水，直至在铜薄膜表面形成一层厚度为115毫米的水层，即约束层，将培养皿放在工作台上，调节培养皿的位置，使经凸透镜23折射后的激光指示光照射在铜薄膜缺口试件的缺口处；0040步骤14通过激光器5的控制系统调整单脉冲能量为10000J/M2，脉冲个数为18，进行激光冲击处理。0041激光器发射出的激光经过光路转换装置中平面镜的反射以及凸透镜的折射，穿过水层照射到黑色涂层上，从而在缺口铜薄膜试件表面上产生冲击压力，极大地改善了材料的抗疲劳性能。激光冲击处理后继续进行最大主应力为140MPA的脉动循环，直至试件断裂。试验结果显示铜薄膜缺口试件循环至52292才断裂，已知该缺口试件的原始寿命为10322，由此可知该损伤程度为40的铜薄膜缺口试件经激光冲击处理后残余疲劳寿命提高了51倍。说明书CN104073622A1/1页7图1图2图3说明书附图CN104073622A。