(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210906182.3 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301号 (72)发明人 戴峰泽　吴磊　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 专利代理师 包甄珍 (51)Int.Cl. B23K 26/352(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种激光冲击曲面压印微织构定位方法及 自动换膜装置 (57)摘要 本发明涉及激光冲击压印技术领域， 具体指 一种激光冲击曲面压印微织构定位方法及自动 换膜装置。 本发明采用一体式接触膜， 在相邻接 触膜上进行大小结构相同同位置微织构纳秒刻 蚀， 通过滚轮上的橡胶传输带将 接触膜输送到相 同位置即可进行微织构的重复压印， 或调节X ‑Y 轴定位系统进行变曲面压印， 避免了接触膜变形 所导致的压印不均匀、 不充分等现象， 同时减小 了压印过程中因膜振动产生的错位压印等误差， 确保了多次压印的精确性， 缩 减了工艺流程。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 115070214 A 2022.09.20 CN 115070214 A 1.一种激光冲击曲面压印自动换膜装置， 其特征在于， 所述装置包括滚轮， 联轴器， 滑 块， 阻挡块， 滑 块上下位移伺服电机， 滚珠丝杠， 滚轮旋转伺服电机， 导轨， 转轴， 支撑座， X ‑Y 轴定位系统和定位挡板； X ‑Y轴定位系统置于水平工作台上， 位于夹持在 滚轮之间的微织构 接触膜的下方， 共八个滚轮构成四个滚轮组， 滚轮通过连杆以及联轴器与滚轮旋转伺服电 机相连， 滚轮后端固定有自带轴承的定位挡板， 各滚轮所连旋转伺服电机转速相同， 用弹性 橡胶传输带将上下各两组滚轮固定在一起， 实现平稳转动； 滚轮旋转伺服电机固定在滑块 上， 滑块安装在 滚珠丝杠上， 且滑块上装载有一个滑块上下位移伺服电机， 用来控制滑块在 滚珠丝杠上的上下位移， 通过调节滑块在 滚珠丝杠上的距离来适应所需激光冲击压印接触 膜的厚度， 在调节同丝杠滑块间距以适应接触膜厚度后， 各滚珠丝杠上 的两滑块之间的间 距不变， 且各滚珠丝杠上对应滑块位置相同； 滚珠丝杠与连杆相连， 并通过固定销将连杆末 端球头固定在导轨上， 导轨上标注有度数， 方便曲度调节； 导轨与转轴相连， 转轴固定在支 撑座上， 所采用的转轴为一种能够自动复位及限位功能的转轴， 其上标有旋转度数； 通过导 轨的转动以及球头在导轨上 的移动实现微织构接触膜的曲度控制； 同时， 还可通过调节滚 轮旋转伺服电机的速度来实现快速换膜。 2.如权利要求1所述的一种激光冲击曲面压印自动换膜装置， 其特征在于， 所述装置通 过支撑座上的螺 栓固定在水平工作台上。 3.如权利要求1所述的一种激光冲击曲面压印自动换膜装置， 其特征在于， 当工件较大 时， 相应的接触膜 也会较大， 需扩大支撑座之 间的相对距离， 并增加橡胶传输带的长度和滚 轮数量， 以此确保传输和冲击过程的稳定性。 4.利用如权利要求1所述装置实施激光冲击曲面压印微织构的定位方法， 其特征在于， 微织构接触膜采用一体式接触膜， 一体式接触膜由多个冲击区和缓冲区构成， 两个相邻冲 击区之间设有缓冲区， 缓冲区内设有引导槽， 利用纳秒激光器在相邻冲击区的相同位置上 刻蚀大小结构相同微织构； 在上一工位接触膜激光冲击压印后， 将球头在导轨上 的位置恢 复到初始状态， 转轴也复位， 再通过滚轮与弹性橡胶传输带将新接触膜传输到试样所需压 印的相同位置上方， 再依 次将转轴及球头在导轨上 的位置调整到上次压印的位置， 在滚轮 后固定有自带轴承的定位挡板， 确保曲度调节过程中接触膜不会发生位移； 在重新定位微 织构时， 利用引导槽与前压印织构重合进行错位对齐压印， 这里 的引导槽为接触膜的贯穿 结构， 与微织构一同加工， 且与边侧织构在膜面上处于同一直线， 并通过调节X ‑Y轴定位系 统修正微织构的偏离以及进行不同位置的压印， 以适应变换曲面后织构的重新定位， 通过 四组滑块在滚珠丝杠上向下移动， 使得新接触膜与试样表面紧密贴合， 即可达到连续激光 冲击强化时， 复杂微 织构的自动定位， 确保更 换接触膜后， 微 织构压印的一 致性。 5.如权利要求4所述的方法， 其特征在于， 烧蚀表面微织构所采用的纳秒激光光斑直径 50 μm， 脉冲宽度为20 0ns， 速度为20 0mm/s， 功率 为600W,频率为200kHz。 6.如权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述的一体式接触膜采用60Si2CrVA高弹性 弹簧钢， 纳秒激光刻蚀微 织构后经 过抛光和超声 波清洗再进行实验操作。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115070214 A 2一种激光冲击曲面压印微织构定位方 法及自动换膜装 置 技术领域 [0001]本发明涉及激光冲击压印技术领域， 具体指一种激光冲击曲面压印微织构定位方 法及自动换膜装置 。 背景技术 [0002]激光冲击压印技术作为一种新型的表面织构制备技术， 同时具有表面塑性强化和 表面形貌控制的作用， 通过残余压应力预制和 微观组织改善显著提高金属高周疲劳性能， 同时将表面不可控形貌可控化。 然而， 高功率密度激光冲击容易致使微织构接触膜发生较 大塑性变形， 而采用低功率密度激光冲击又会使得表面形貌压印不均匀、 不充分， 故需要不 断地更换微织构接触膜， 这不仅仅使得激光冲击压印工艺流程变得繁琐， 还带来了新的问 题， 即更换接触膜后， 微织构的自动定位以及所压印纹理的一致性， 除此之外， 面对带有曲 度的工件， 其接触膜的安置、 调整及更 换皆存在很大难度。 发明内容 [0003]针对上述问题， 本发明的目的在于提供一种自动换膜装置和一种微织构定位方 法， 用以解决激光冲击曲面压印过程中更换曲面接触膜所带来的工艺流程繁琐以及微织构 精确定位 等问题。 [0004]为解决上述问题， 本发明提供如下技 术方案： [0005]一种激光冲击曲面压印自动换膜装置， 其特征在于， 所述装置包括微织构接触膜， 滚轮， 联轴器， 滑块， 阻挡 块， 滑块上下位移伺服电机， 滚珠丝杠， 滚轮旋转伺服电机， 导轨， 转轴， 支撑座， X ‑Y轴定位系统和定位挡板 。 [0006]所述装置通过支撑座上的螺 栓固定在水平工作台上。 [0007]X‑Y轴定位系统也置于水平工作台上， 位于夹持在滚轮之间的微织构接触膜的下 方。 [0008]所述的装置， 其特征在于， 包含四个滚轮组， 共八个滚轮， 如图 ‑1所示， 滚轮通过连 杆以及联轴器与滚轮旋转伺服电机相连， 滚轮后端固定有自带轴承的定位挡板， 各滚轮所 连旋转伺服电机转速相同， 用弹性橡胶传输带将上下各两组滚轮固定在一起， 实现平稳转 动； 滚轮旋转伺服电机固定在滑块上， 滑块安装在 滚珠丝杠上， 且滑块上装载有一个滑块上 下位移伺服电机， 用来控制滑块在滚珠丝杠上 的上下位移， 通过调节滑块在滚珠丝杠上 的 距离来适应所需激光冲击压印接触膜的厚度， 在调节同丝杠滑块间距以适应接触膜厚度 后， 各滚珠丝杠上的两滑块之间的间距不变， 且各滚珠丝杠上对应滑块位置相同； 滚珠丝杠 与连杆相连， 并通过固定销将连杆末端球头固定在导轨上， 导轨上标注有度数， 方便曲度调 节； 导轨与转轴相连， 转轴固定在支撑座上， 所采用的转轴为一种能够自动复位及限位功能 的转轴， 其上标有旋转度数； 通过导轨的转动以及球头在导轨上 的移动实现接触膜的曲度 控制； 同时， 还可通过调节滚轮旋转伺服电机的速度来实现快速换膜。 [0009]利用所述装置实施激光冲击曲面压印前， 需预设微织构的位置以达到定位的目说　明　书 1/3 页 3 CN 115070214 A 3