一种基于爆轰波压力和温度预测激光修整砂轮质量的方法

摘要

本发明涉及一种基于等离子体爆轰波压力和温度测量，预测激光修整砂轮质量的方法，包括以下步骤：步骤1、调整平面反射镜片（2）的位置，使激光光源成45°入射角入射；步骤2、利用水平仪，调整平面反射镜片（2）、扩束镜片（3）、凹面反射镜片（4）、球面反射镜（5）的位置，使得各镜片的中心线在同一水平面上，扩束镜片（3）到凹面反射镜片（4）的光程为凹面反射镜片（4）的焦距；步骤3、调整球面反射镜（5）的位置使得平行光成45°入射角照射到球面反射镜5，且球面反射镜（5）发射出的平行光路经过等离子体爆轰波被测区域。

主权项

1.一种基于等离子体爆轰波压力和温度的测量，预测激光修整砂轮质量的方法，包括以下步骤：步骤1、调整平面反射镜片（2）的位置，使激光光源成45°入射角入射；步骤2、利用水平仪，调整平面反射镜片（2）、扩束镜片（3）、凹面反射镜片（4）、球面反射镜（5）的位置，使得各镜片的中心线在同一水平面上，扩束镜片（3）到凹面反射镜片（4）的光程为凹面反射镜片（4）的焦距；步骤3、调整球面反射镜（5）的位置使得平行光成45°入射角照射到球面反射镜（5），且球面反射镜（5）发射出的平行光路经过等离子体爆轰波被测区域；步骤4、在等离子体爆轰波另一端安装球面反射镜（7），调整球面反射镜7使得平行光成45°入射角入射后照射到凹面反射镜片（8）；步骤5、在凹面反射镜片（8）的焦点位置安装刀口（9），调整刀口（9）使得其切割光源的像；步骤6、调整高速相机（10）的位置以获取高质量图像；步骤7、将脉冲发生器（14）与光纤激光器（13）、激光光源（1）连接，控制器（12）分别与脉冲发生器（14）和高速摄影机（10）相连；步骤8、接通电源，将光纤激光器（13）功率值、重复频率、修整时间、磨床轴向进给速度以及砂轮转速设置为所需值；步骤9、控制台启动高速摄影机（10），当相机转镜达到4×10⁵-6×10⁵r/min的稳定高转速后，启动脉冲信号发生器，其中，一路信号启动光纤激光器（13），另一路信号启动激光光源（1）；步骤10、计算机（11）中导出由高速摄影机（10）拍摄的图像；步骤11、根据提取的图片数据，按照以下公式计算出波阵面的传播距离R(t)$R=ϵ{\left(\frac{E}{{\rho }_a}\right)}^{1/5}{t}^{2/5}---\left(\mathrm{II}\right)$式中：ε为无量纲的自相似变量，ρ_a为空气的密度，E为爆炸能量，t为时间。步骤12、根据式（Ⅱ），得到冲击波阵面运动的速度D为：$D=\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{dt}}=\frac{2}{5}ϵ{\left(\frac{E}{{\rho }_a}\right)}^{1/5}{t}^{-3/5}---\left(\mathrm{III}\right),$根据冲击波的基本公式，计算波阵面压力P_s和温度T_s，$P_s=\frac{2}{{\gamma }_v+1}{\rho }_a{D}^2=\frac{8}{25({\gamma }_v+1)}{\rho }_a{ϵ}^2{\left(\frac{E}{{\rho }_a}\right)}^{2/5}{t}^{-6/5}---\left(\mathrm{IV}\right)$$T_s=\frac{p_s}{R_v{\rho }_a}=\frac{8({\gamma }_v-1)}{25{({\gamma }_v+1)}^2}{ϵ}^2{\left(\frac{E}{{\rho }_a}\right)}^{2/5}{t}^{-6/5}\frac{1}{R_v}---\left(V\right)$其中砂轮中金属蒸气的绝热指数γ_v=1.42；砂轮中金属蒸气的气体常数R_v=287.1J/Kg*K；ε、E、ρ_a分别为步骤4中的自相似变量、爆炸能量和初始密度；其中，根据能量守恒得到关系式（Ⅵ），计算得到ε=1.18；步骤13、将数据代入式（Ⅳ）和式（Ⅴ）可分别得到冲击波压力和冲击波温度随时间变化的关系。步骤14、根据步骤13中爆轰波压力和温度最大值以及等离子体爆轰波温度和压力的最大值与激光修整砂轮表面质量相对应的关系，确定激光修整砂轮时在线检测砂轮表面质量，采用超景深拍摄激光修整后砂轮表面质量，验证预测结果。